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第3章模具零件的切削加工•等同于一般机械零件的切削加工•用于模具零件毛坯外形加工•以及部分工作表面（主要是规则表面）加工•介绍车、钻、镗、刨/插、铣等•重点应了解各种手段的原理、特点、用途切削加工方法在模具制造中的应用(作为期中作业)切削方法设备：结构类型，特点，附件，工具（参阅《图谱》）加工工艺及在模具制造中的应用注意事项车铣，仿形刨/插钻/镗磨3.1一般切削加工3.1.1车削加工3.1.1.1设备•车床C，主参数最大回转直径的1/10•型式：卧式（原称普通）或落地，回轮或转塔（原称六角），立式（单、双柱）等•附件（功能——提高机床的使用性能，扩大加工范围）：中心架，跟刀架•（其它机床代号B、Z、T、M、Y、S、X、L、G、Q，D已单列）•机器的6大组成：动力、传动、执行、控制、辅助、机架。举例3.1.1.2车削特点1）易于保证零件各表面的位置精度/同轴度，平行度2）切削过程比较平稳（连续切削）3）刀具构造比较简单艾兴（1924~），江西东乡人。山东大学机械学院教授，工程院院士（1999，75岁）。长期致力于切削加工和刀具材料、超硬材料加工、复杂曲面加工、齿轮轮齿动态变形测量等机械加工工程领域的理论与技术研究及其应用，是我国切削加工研究领域开拓者之一。1966年主编中国第一部《切削用量手册》，后经两次修订，在全国广泛应用。1970年代以来，深入研究高速切削理论及其使用的刀具材料。3.1.1.3车削加工的用途•主要用于加工回转体（孔，外圆，仿形——包括锥形，螺旋面，滚花，端面，切断，绕弹簧，旋压等），•*可局部改装：保证精度，节省时间（图）•可调定程挡块（回轮式，翻转式），用于车定长工件（尤其是内孔台阶）*车锥度的方法（模具中常用）•短锥度样板刀•较短锥度转动小拖板•小而长的锥度偏移尾架•较大而长的锥度在导轨后加装斜导轨（可调靠模）*车球面的方法•大半径凸、凹搭桥（书中图）•小半径成形刀•可作为自选作业*车淬硬工件（模具中常用）•刀具：硬质合金磨刀要注意保护刀刃•切削用量：切削深度（吃刀量）0.1~3mm•进给量（走刀量）0.1~0.4mm/转•切削速度不宜过高，否则，刀具易损坏（约20m/min）操作注意：•刀刃锋利光洁•刀尖半径1~3•中途不能停车，以减少对刀具的冲击•用短刀杆，提高刚性，减少振动•工件上的孔，最好先堵上，以免冲击*加工多型腔模具找中心（借助于千分表等）安全问题：操作旋转机床应穿紧身衣或背带裤，女工长发要盘起来，戴帽子（血的教训），不允许戴手套。•刀具知识：结构要素前面，主后面，副后面，主刀刃，副刀刃，刀尖样板刀/成形刀•材料：1)碳素工具钢T8等，2)合金工具钢W18Cr4V（高速钢）等，3)硬质合金（钨钴类、钨钴钛类），4)陶瓷材料——转位刀具（机夹不重磨刀具）•刀具的磨损（磨损曲线）3.1.2铣削加工3.1.2.1设备•铣床X，主参数工作台面宽度的1/10（立式、卧式、仿形）或1/100（龙门）•型式：立式升降台，工作台不升降；卧式（镗铣床）；龙门；•仿形（立、卧），雕刻机，万能工具铣床，加工中心（数控后讲）•附件：分度头，蜗轮蜗杆机构用于六方、花键、齿轮等圆周分度，虎钳（平口）•附件：圆转台（蜗轮蜗杆机构）用于加工弧槽3.1.2.2铣削特点1）断续切削，切屑厚度有变化2）多刃刀具，刀齿工作时间短，效率较高3）切削过程有振动4）通用性好，要求技术全面铣削加工要素：•铣削速度（线速度）v•进给量s•铣削深度t•铣削宽度B•切削厚度a•切削厚度b•切削面积•刀具：多刀刃分布在回转表面（柱、锥、端面）上，•如：圆盘（镶齿）铣刀、立（指形）铣刀、周铣刀、盘铣刀（多刃、多面）、角度铣刀、锯片铣刀、成形铣刀、……3.1.2.3铣削加工用途•模具外形、型腔型面（粗、精）3.1.3刨/插削加工3.1.3.1设备•刨床、插床B，主参数最大刨削宽度的1/100（龙门）或1/10（牛头、插床）•型式：牛头刨床、立式刨床（插床）、龙门刨床（单、双柱）、仿形•附件：虎钳、撑板、挡块、压板等3.1.3.2刨、插削加工特点1）间歇进给，直线运动2）工件安装简便，刀具简单，工艺成本低3）效率低，表面粗糙4）一定的通用性3.1.3.3用途•加工半敞开槽（燕尾槽、T形槽）、窄槽、清角、齿轮、齿条、花键、成形表面（用成形刨刀）、及铣床无法完成的形状（如方形通孔等），模具外形3.1.4磨削加工3.1.4.1设备•磨床M，主参数最大磨削直径的1/10（外圆、内圆）或工作台面宽度的1/10（平面）•型式：平面（卧轴、立轴）、外圆（万能、无心）、内圆、专门（轴承、锯齿、工具、导轨、……），砂轮机（落地、台式、手提）、研磨机、珩磨机、抛光机，坐标•附件：砂轮修整器3.1.4.2磨削加工特点•原理：分布不均匀的磨粒对工件表面进行切削、刻划、挤压、抛光1）精度高，粗糙度小（精密加工）2）软硬工件均可加工3）切削深度小，磨削速度高，易发热（烧伤工件），应有良好的冷却3.1.4.3砂轮知识（砂带/纸类似）•结构3要素磨料、结合剂、气孔•自锐性*砂轮的标识•1—300×50×75—A60L5V—35m/sGB2485①②③④⑤⑥⑦①形状：•1平形，2筒形，3单斜边，4双斜边，5单面凹，6杯形，7……，41薄片•（还有双面凹，碗形等？）•尺寸从提高生产率与光洁度角度，应选直径大，宽②磨料3类：•氧化物系棕刚玉，白刚玉，铬刚玉，等等•碳化物系黑碳化硅，绿碳化硅•高硬系金刚石,CBN/氮化硼/黑色,SC/立方碳化硅,BC③粒度•粒度号：筛网孔眼数/in长度•常用粒度•磨粒14#~280#（颗粒尺寸1600~1250μm至50~40μm）•微粉(W)W40~W3.5(颗粒尺寸40~28μm至3.5~2.5μm)•与加工精度、粗糙度、生产率有关④硬度A、B、C、……、Y•指磨料在外力作用下脱落的难易程度。取决于结合剂。•CR3，CR4，R1，R2，R3，ZR1，ZR2，Z1，Z2，ZY1，ZY2，ZY3，Y1，Y2，CY，•超软，软，中软，中，中硬，硬，超硬砂轮硬度选择原则1）工件硬，磨粒易脱落，用较软砂轮；•工件软，磨粒不易脱落，用较硬砂轮；•工件很软（如铜、铝等）,用软砂轮（避免砂轮堵塞)2）容易烧伤、变形的工件（导热性差、薄壁、薄片）选较软砂轮3）砂轮与工件接触面积大时，用较软砂轮4）精磨时（及粗糙度小）的硬度应比粗磨时硬度适当高一些。成形磨削用较硬砂轮5）磨削断续表面，硬度应高一些6）砂轮线速度低，工件线速度高，或纵向进给量大时，磨粒受力较大，用较硬砂轮，以免磨粒早脱落7）干磨比湿磨砂轮选得稍软一些，以减少发热量⑤组织指磨粒和结合剂结构的疏密程度（指磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系）•0、1、2、3、……、14（紧密,中等——常用,疏松）⑥结合剂结合剂的选择：•陶瓷V稳定，脆•树脂B抗碱性差•增强树脂BF•橡胶R弹性好，可做成薄片•增强橡胶RF•菱苦土Mg⑦最高线速度*砂轮的使用•A安装敲打听声音，清脆为良好；砂轮的平衡用于直径Φ＞125•B修整工具金刚石（图）•C安全问题•旋转的砂轮不要正对着人；•新砂轮应空转5分钟；•限制线速度；•加防护罩。3.1.4.4用途1）磨平面•薄件多次反复正反两面磨，或垫橡皮/纸(图)•垂直面2）磨内圆•控制圆柱度（避免喇叭口、凸肚形）方法，超越一定行程l/3l3）磨外圆•定心•无心磨（模具标准件）•特点：连续生产，效率高；无心，易自动化；操作简单；表面圆柱度有误差；位置精度无法提高；磨削断续表面有困难•*磨削缺陷•表面花纹、烧伤、拉毛•几何形状公差•因素：设备、砂轮、工件装夹径向力大，工件易变形3.1.5钻、铰、镗削加工•均用于加工孔，由钳工（技术全面）完成3.1.5.1设备•钻床Z主参数最大钻孔直径•型式台式，立式，摇臂，卧式，手提等，小公司多用铣钻床•镗床T主参数最大镗孔直径的1/10•型式卧式（多）、立式、坐标镗（后讲）、精镗床（金刚镗床），•也可在车床、铣床上进行3.1.5.2特点•钻削：精度不高，中心偏，轴向力大•铰削：余量小，精度可达IT6，不能纠偏•锪平面•镗削：精度较高；•通用性好（可加工通孔、盲孔、台阶孔、内槽、内螺纹等，可完成钻、扩、铰、铣、镗等，大工件、同轴孔系）；•效率低；•是很大直径孔的唯一加工方法•钻头：倪志福(1933-2013)钻头（趣闻）（2001还有实用新型专利）3.2模具零件的仿形加工•模具零件的主要方法之一，又叫靠模加工（依葫芦画瓢，配钥匙）•所使用的设备有：车、刨、铣（常用）、磨等•仿形铣床的一般类型：卧式（辊锻模的加工——改装工作台与靠模台，可旋转）立式3.2.1仿形加工的控制方式及工作原理（靠模仪）1）机械式•古老的，简单，可靠如：配钥匙•特点：触头受力大（10~60N），易磨损，精度低（与刀具有关）2）液压式•特点：结构简单，体积小，输出功率大，工作适应性强，精度可达0.02~0.1mm，靠模力1~6N3）电控式•特点：可远程控制，精度0.01~0.03mm，靠模力1~6N4）电液式•要求电液伺服阀动作灵敏、准确•特点：靠模力1~6N5）光电式•用于大件，只用于平面轮廓，已很少用•特点：无靠模力，精度不高•（一重光电管跟踪图纸切割）3.2.2仿形加工工艺•仿形加工的特点：•效率高粗加工效率为电火花加工的40~50倍；•尺寸精度可达0.05mm，粗糙度可达3.2~6.3μm；•形状限制不能加工清角、窄槽等；•准备工作较复杂，周期较长。•准备工作如下：3.2.2.1靠模有形可仿1）种类平面、立体2）对靠模的要求精度、硬度、整体刚度3）制作材料非金属——木、石膏、树脂（玻璃钢）、蜡、菱苦土等；金属——有色金属4）制作工艺比较复杂举例3.2.2.2仿形触头（靠模销/仿形销/仿形指）1）种类圆柱形、球头形、锥形球头2）要求硬度、光滑、轻、刚性好3）材料铝、塑料、钢、铜、陶瓷4）形状要求•斜度β销=β刀≤β模•圆角R销=R刀≤R模•直径D销=d刀+2（α+e）惯性•α——修正余量，•e——偏移的可能性一般取0.25~0.60，精铣取0.06~0.103.2.2.3铣刀及其用途3.2.2.4仿形加工1）基本方式垂直二维（2轴），可加工三维形状，多用•水平二维（平面轮廓），X-Y轴联动•三维（立体轮廓），X-Y-Z轴联动2）仿形铣削工作方式/切削顺序①立体轮廓分行仿形铣削•(在立架上相对地面的位置)•水平周期进给，双向仿形•垂直周期进给，双向仿形•周期进给自动超前装置：指往复仿形变换方向时，铣刀沿与进给方向垂直方向的进给•周期进给量：•粗4~6mm（或3~10mm）；•半精1~3mm；•精0.3~0.5mm②立体梳状分行仿形铣削•单向仿形，用于粗、精加工均可•特点：精度不受设备间隙影响③平面轮廓分行仿形铣削•深度不变，效率高•可分层形成立体轮廓，粗仿留台阶④平面轮廓仿形铣削•？先投影轮廓（水平、深度），后中部3.2.3型腔或型面的仿形加工•仿形铣削模具型腔的实例•以XB4480铣汽车覆盖件冲模为例1)准备工作;2)预加工;3)划定位基准线;4)工件、靠模的装夹;5)铣刀轴线和仿形触头轴线相对位置定位;6)选铣刀、触头;7)仿形程序的设定与调整;8)选择切削用量/切削条件;9)调整主轴的横向位置(准备进刀);10)调节主轴套筒伸出长度•注意事项：1）靠模表面可涂（无害）润滑剂2）石膏靠模表面应涂上一层金属？3）注意保护仿形仪4）粗仿时，仿形仪灵敏度应调低些；精仿时，仿形仪灵敏度应调高些5）刚切入时，进给速度应减至最慢，以减小切痕•操作要熟练模具型腔铣削的常见弊病•型腔形状不正确•型腔位置不对•粗糙度大，有刀痕•原始性•已逐步被数控铣削取代3.2.4雕刻加工（机械仿形）•雕刻机缩放尺•对靠模、刻刀和仿形触头的要求•应用平面雕刻文字、数字例：东风汽车公司锻造厂加工后桥齿轮•立体雕刻三维立体，如鞋底模具•数控取代