模具制造

6.3模具制造方法一、模具的成形加工在常温下将淬火过的成形模(原阳模)强有力地缓慢地压入未进行处理的模坯(铜或其它软质材料)内,让模坯产生塑性变形,使原阳模的形状复印在被压的模坯上,制成所需要的模具。2）特点①无切屑加工,生产率高。②表面质量好,Ra小,0.8～0.2m。③机械性能有所提高,模具寿命长。④变形抗力大。（需要500T以上的液压机）⑤模坯及原阳模的材料要求高。1）原理塑性加工主要是冷挤压制模法。1．塑性加工（成形）3）方法①开式挤压②闭式挤压主要用于小尺寸、浅型槽的锻模制造。4）应用模坯金属未受限制,成形模具结构简单,但挤出的模具型腔精度较低。故适于精度要求不高、型腔较浅的模具成形,挤压后还需机加工。由于金属流动受限，保证了模坯与冲头紧密吻合,故成形精度高。但挤压力比开式的大得多。2．铸造铸造法制造模具是将液体金属浇到铸型内,待其冷却后,获得与铸型空腔形状相应的铸件，即模具。①容易制成形状复杂特别是内腔复杂的模具,制作周期短；①铸铁模1)原理2）特点及应用3）常用铸造模具②锌基合金模③陶瓷型精密铸造模具②铸造用材料广泛,可适用于钢模、铸铁模及有色合金模的制造。③主要用于精度不高,使用寿命要求不高的模具的快速制成。3．焊接焊接法制模是将分散加工好的模块焊接在一起,形成所需的模具。①加工简单、快速、省料；主要用于精度要求不高的大型模具的制造,或是用于模具的修复。3）应用1）原理2）特点②尺寸大小不受限；③精度难以保证；④承受冲击的能力差。二、模具的去除加工（精密加工）１．机械加工（传统加工方法）①精度很高（可达0.005mm）；B应用1）坐标镗床加工①是高精度孔用机床。具有精密定位装置,加工精度为0.005～0.01mm；②具有万能转台（绕垂直轴转360°，绕水平轴转90°）。③可进行钻、镗、铰、划线、检验。所以特别适合于孔距有较高要求的孔系凹模的精加工。2）坐标磨床加工②表面粗糙度Ra可达0.2μm以上；③可磨削孔径为0.8～200mm。适用于具有孔系凹模淬火后的精加工。3）成形磨削A原理B特点C应用主要适用于精加工凸模（外成形面），拼块凹模及电火花加工用的电极等。①热处理后精加工，精度高（IT7～IT6）。②表面质量好，Ra可达0.8～0.4μm。③生产率高。把形状复杂的零件的几何线型分解成若干直线、圆弧等简单几何线型，然后分段进行磨削。D方法a)成形砂轮磨削法将砂轮用专用修砂轮工具修出与零件型面完全吻合的成形面，再用此砂轮磨削工件形面。b)夹具磨削法利用夹具使零件倾斜一定的角度或回转，利用一般砂轮在平面磨床或成形磨床上把斜面和圆弧面磨削出来。②主要用于磨削斜面和平面。需要修整砂轮(用金刚石笔），适用于各种线型的成形面加工。②特点：①原理：①原理：根据工件形状和尺寸、材料、技术要求，进行程序设计；通过数控装置的变换，发出相应的指令，控制机床的动作。c)数控机床加工自动化程度高，生产率高；加工精度高，质量稳定；适应性强。为单件、小批、试制产品（主要是模具）提供了较大的便利。数控铣床、数控磨床主要有数控通用磨床、数控成形磨床、连续轨迹坐标磨床三种。加工中心:加工中心机床即是多工序可自动换刀的数控镗铣床。①原理：②特点：③常用数控机床分类：２.特种加工（电加工）1）特种加工2）特点①可以用软工具加工难以切削材料②工具和被加工工具之间作用力很小，可以用来加工小孔、窄缝、各种形状复杂的型孔和型腔。③加工质量好、钳修量小。④效率低。（对电火花加工而言，电极有损耗）直接利用电能、化学能、光能和声能对工件进行加工，以达到一定的形状、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法。3）模具常用特种加工方法A电火花加工①加工原理：基于电火花腐蚀原理，即在工具电极（做成与被加工零件相反形状）与工件电极（被加工零件）互相靠近时，极间电压将在二极间使电介质（电介液）电离击穿而形成火花放电，在火花通道中瞬时产生大量热能，使进金属（被加工零件）局部熔化、甚至汽化、蒸发，而将金属腐蚀下来，从而形成所需要的型孔或盲孔。广泛用于冷冲模穿孔加工、型腔模成形加工、冲模刃口表面强化处理、塑料模刻字、花纹及电火花攻制螺纹。②应用：与电火花成形原理相同，只是工具电极改为金属丝。利用连续往复运动的电极丝与零件之间在介质中产生火花放电而腐蚀零件，从而切割出零件的一种加工方法。B电火花线切割不需要作工具电极，节约工时和贵重材料；周期短、成本低。使用范围广（内外穿孔、成形面均可加工）；节约模具材料（在切缝宽度与凸凹模间隙相当时，可一次切割出凸、凹模来。广泛用于冷冲模的凸凹模、卸料板、固定板等零件加工。②特点及应用：①加工原理：C电解加工利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理，将金属零件加工成形。②特点及应用：加工效率高；表面粗糙度可达Ra1.6～0.2m以上；工具电极基本不损耗，可重复长期使用；设备投资大、成本高。不易达到较高精度和加工稳定性（精度约为±0.1mm左右）。电解产物对环境有污染。适用于大型型腔模（如锻模、塑料模、压铸模）加工及电解磨削、电解抛光等批量较大且精度要求不高的零件加工。①原理：D电铸成形用电解的方法使金属离子还原沉积在母模（阴极）表面上，使母模通过电解液获得金属沉积层，然后将金属沉积层与母模（胎模）分离，即可获得与母模型面凸凹相反的型腔或型面。复制精度高。（可达到微米级，一般不需要修正加工）①原理：②特点及应用：表面粗糙度小，Ra0.05m（表面光洁，轮廓清晰）。母模可用各种材料，利用率高（一般重复铸多件）；设备简单，可一槽多模，同时加工不同形状的型腔零件。效率低，制模周期长；铸层厚度不均匀主要用于塑料模、电火花加工用电极的加工，以及小形拉深凹模、印刷板等。E超声波加工利用工具端面作超声频震动，并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种加工方法。适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料（如陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等）扩大了模具材料的选用范围；①原理：②特点及应用：工具可用较软的材料制成各种复杂形状；机床结构简单、操作方便；加工精度可达0.01～0.02mm，Ra1～0.1m。型孔、型腔加工；切割加工单晶硅片、陶瓷模块；超声波抛磨。F激光加工利用激光强度高、方向性好、单色性好，在其聚焦出的功率密度大，温度高（10000℃）以上，在这样高温下，工具材料将瞬间急剧熔化和汽化，以实现打孔和切割。②特点及应用：①原理：能加工所有材料；不需制作加工工具；加工速度快，效率高，热影响小。适用于加工深而小的微孔和窄缝（几微米），如金刚石拉丝模打孔。三、模具的热处理和表面处理１．模具热处理及表面处理的目的２．模具热处理工艺方法1）预先热处理消除应力；改善组织中相的形态与分布；降低硬度、便于切削加工；为最终热处理做好准备。①模具钢球化退火模具钢的毛坯锻成形后、机加工前，应进行球化退火。目的：2）表面处理的目的改善模具表面性能，提高模具寿命。1）热处理的目的①改善模具零件的工艺性能。②提高模具零件的使用性能。球化退火工艺规范加热工艺等温工艺牌号温度(℃)时间(h)冷速(℃/h)温度(℃)时间(h)退火后硬度HBST7、T8740～750600～650≤187T10750～770≤50660～680≤1979Mn2V760～780680～700≤2299CrWMn690～720209～～255CrWMn770～790680～700217～255GCr15790～8102～4700～7204～6207～229Cr12MoV720～750207～255Cr4W2MoV850～8703～4750～770≤269Cr2Mn2SiWMoV780～8002～4700～720≤2696W6Mo5Cr4V820～840W18Cr4V830～850W6Mn05Cr4V2820～840730～7506～8207～255TLMW50860～8803～4≤303～435～40HRCGT35820～850≤204～539～46HRC3Cr2W8840～8602～4～720～7403～4～②去应力退火和中间退火防止在机加工过程中产生的应力在淬火加热时会发生松弛造成淬火变形。牌号加热温度(℃)时间(h)冷却方式T7、T8、T7A、T8A、T10、T10A600～6502～3空冷或炉冷9Mn2VCrWMn9CrwMn650～680GCr15650～7002～4空冷或炉冷20680～72020Cr700～72045680～7201～2空冷或炉冷12CrNi13650～6802～3空冷Cr12Cr12MoVW18Cr4VW6mO5Cr4V23Cr2W8650～750TLMW50500～6003～4空冷或炉冷去应力退火工艺规定去应力退火目的：消除应力、降低硬度。主要用于旧模翻新与新模返修。③提高塑性软化处理降低硬度、提高塑性、减少冷作硬化趋向，降低变形抗力。冷挤、冷滚加工模具型腔时，常需采用提高塑性软化处理工艺。应用：中间退火目的：目的：2）模具零件的最终热处理淬火和回火是模具零件加工过程中的关键工序之一。随着淬、回火质量的优劣，模具使用寿命会出现悬殊差别。为了缩短淬火保温时间、减小淬火开裂与变形倾向,在淬火加热前要进行预热。预热加热箱式炉盐浴炉时间(min/mm)牌号温度(℃)时间(min/mm)温度(℃)时间(min/mm)温度(℃)箱式盐溶淬火硬度HRC冷却介质和应用范围T8780～80062～64T10790～8101～1.20.4～0.562～651.盐水冷—油冷。用于简单、低要求的模具零件2.160～180℃碱浴—空冷。用于形状复杂、要求较高的模具零件。3.180～220℃硝盐—空冷。用于复杂、要求高的模具零件9Mn2V790～81062～63CrWMn820～84063～659CrWMn820～84062～64GCr15400～4502～3830～8501.2～1.50.5～0.661～631.冷油冷却。用于一般模具和内形胀大后的返修工艺2.热油冷却。用于较复杂、大尺寸的模具3.160～180℃硝盐—空冷。用于厚度30mm的复杂精密模具注：括号内数据是指二次硬化法所采用的温度及硬度。常用模具钢加热、淬火和冷却工艺规范①淬火：预热加热箱式炉盐浴炉时间(min/mm)牌号温度(℃)时间(min/mm)温度(℃)时间(min/mm)温度(℃)箱式盐溶淬火硬度HRC冷却介质和应用范围Cr12960～980(1080～1100)62～64(40～50)Cr12MoV750～800800～8500.5～11020～1040(1100～1120)0.5～0.70.3～0.462～64(40～50)6W6Mo5Cr4V1180～1200W18Cr4V1220～125061～63W6Mo5Cr4V2750～8001.5～2800～8500.4～0.51180～12000.3～0.50.15～0.31.普通冷却工艺冷油冷却用于一般简单模具，空冷或风冷用于复杂、高要求模具2.分级冷却工艺60～100℃热油或160～180℃硝盐浴—空冷，或者560～620℃低温盐浴—空冷，用于复杂精密冲模3.贝氏体等温冷却工艺260～380℃硝盐浴—空冷560～620℃盐浴—360～380℃硝盐浴—260～380℃硝盐浴—空冷，用于形状复杂、要求韧性的零件45400～4502～3820～8500.5～0.70.3～0.455TLMW501040～106020.366～68GT35750～8002800～8200.3960～9801～20.3～0.667～691.30～80℃油冷，用于一般形状的零件2.160～180℃硝盐浴—空冷，用于复杂形状和易开裂零件②精密模具冷处理冷处理是将淬火工件继续冷至室温以下，使在室温下尚未转变的残留奥氏体继续转变成马氏体的一种工艺。防止精密模具零件在使用过程中因残余奥氏体转变而发生尺寸的变化，稳定精密零件几何尺寸；可提高工件淬火硬度（1～2HRC），增加工件耐磨性。作用：冷处理工艺是在零件淬火后冷至室温后立即进行；冷处理温度依相应模具材料的马氏体转变终了温度Mf而定。冷处理主要应用于低温回火