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模具制造工艺学主编李振平参编刘京华王怀亮第四章典型模具制造工艺第一节模架制造模架由导向装置与支承零件组成。模架的主要作用是用于安装模具的其他零件，并保证模具的工作部分在工作时具有正确的相对位置。模具的结构已标准化，有专门的模架生产厂家生产模架，模具制造厂家可以根据模架标准，订购所需要的模架。图4-1、图4-2所示分别为塑料模模架和冷冲模模架的常见结构，从图中可以看出，这些模架的结构各不相同，但它们的支承零件如模座、垫板、固定板都是平板零件，在工艺上主要都需进行平面及孔系加工。其中的导向装置(导套与导柱)的加工都是常见的轴类和套类零件的加工。一、导柱、导套的加工图4-3和图4-4所示分别为冷冲模标准导柱和导套。它们在模具中起定位和导向作用，保证凸、凹模在工作时具有正确的相对位置。为了保证良好的导向，导柱和导套在装配后应保证模架的活动部分移动平稳。所以在加工中除了保证导柱、导套配合表面的尺寸和形状精度外，还应保证导柱、导套各自配合面之间的同轴度要求。为提高导柱、导套的硬度和耐磨性并保持较好的韧性，导柱和导套一般选用低碳钢(20钢)进行渗碳、淬火等热处理，也可选用碳素工具钢(T10A淬火处理，淬火硬度58～62HRC)。构成导柱和导套的基本表面都是回转体表面，按照图示的结构尺寸和设计要求，可以直接选用适当尺寸的热轧圆钢作毛坯。如图4-5所示。导柱和导套的研磨加工，目的是进一步提高被加工表面的质量，以达到设计要求。生产数量大时(如专门从事模架生产)，可以在专用研磨机床上研磨，单件小批生产时可采用简单的研磨工具，图4-6所示为研磨套，图4-7所示为导套研磨工具，在卧式通车床上进行研磨。研磨时将导柱安装在车床上，由主轴带动旋转，导柱表面涂上一层研磨剂，然后套上研磨工具并用手握住，作轴向往复运动。研磨导套与研磨导柱类似，由主轴带动研磨工具旋转，手握套在研具上的导套，作轴向往复直线运动。调节研具上的调整螺钉和螺母，可以调整研磨套的直径，以控制研磨量的大小。根据上述分析，导柱、导套的加工工艺过程如下：毛坯(棒料)车削加工渗碳处理、淬火内、外圆磨削—精磨。二、模座的加工冷冲模的上、下模座用来安装导柱、导套，连接凸、凹模固定板等零件，并在压力机上起安装作用。其结构、尺寸已标准化。图4-2所示的是标准冲模模座，多用铸铁或铸钢制造。为保证模架的装配要求，使模架工作时上模座沿导柱上、下移动平稳，加工后模座的上、下平面应保持平行，对于不同尺寸的模座其平行度公差见表4-1；上、下模座上导柱、导套的孔间距应保持一致；孔的中心线应与模座的上、下平面垂直，对安装滑动导柱的模座，其垂直度公差见表4-2。三、模架的技术要求及装配1.模架的技术要求模架装配的技术要求主要有：1)组成模架的各零件必须符合相应的标准和技术要求，导柱和导套的配合应符合相应的要求，见表4-4。2)装配成套的模架，上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱的轴线对下模座下平面的垂直度和导套孔的轴线对上模座上平面的垂直度应符合相应的要求，见表4-5。表4-5模架分级技术指标2.模架的装配模架的装配主要指导柱、导套的装配。目前，大都采用压入式过盈配合，在某些情况下，也有采用粘接工艺的。对于冷冲模模架，当冲压小型零件且厚度小于2mm时，所使用的冲模模架可采用粘接法或低熔点合金装配法，将导柱、导套与模座固定。粘接法和低熔点合金浇注法对模座上的导柱和导套安装工艺孔，以及导柱、导套的装合部分的尺寸精度要求都不高，这样便于冲模的加工和维修。装配前，将上、下模座的孔扩大，降低其加工要求，同时，将导柱、导套的安装面制成有利于粘接的形状，并降低其加工要求。装配时，先将模架的各零件安放在适当的位置上，然后，在模座孔与导柱、导套之间注入粘接剂或浇注低熔点合金，可使导柱、导套固定。利用压入法装配模架就是使导柱、导套与上、下模座的固定采用过盈压入配合，滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法见表4-6。第二节冷冲模制造冷冲模是冲压生产的基础工艺装备，是生产冲压件不可缺少的工具。冲模的生产过程是从原材料通过铸造、锻造、切削加工和特种加工，加工成设计图样所要求的冲模零件，再按设计、工艺规程的技术要求，将冲模零件装配成模具的全过程。一副质量合格的模具应满足下述基本要求：1)模具零件在材料性能、加工和热处理质量上，能达到图样设计要求。2)模具装配后，能满足设计要求的装配质量和使用性能。3)试冲制件质量合格，达到要求。4)冲模有高的使用寿命和耐用度。5)冲模制造的生产周期短，成本低，有好的经济技术效益。一、冲裁模制造的技术要求图4-8是一套简单的导柱式冲裁模。凸模3和凹模9是工作零件，钩形固定挡料销8与导料板(与刚性卸料板1做成了一整体)是定位零件，导柱5，导套7为导向零件，刚性卸料板1只起卸料作用。这种冲模的上、下模正确位置是利用导柱和导套的导向来保证的。凸模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证了在冲裁过程中凸、凹模之间间隙的均匀性。1.冲裁模的技术要求1)模具各组成零件的材料、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和热处理等符合图样要求。2)模架的三项技术指标(上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座上平面的垂直度)均应达到规定的精度等级要求。3)模架的上模沿导柱的上、下移动应平稳且无阻滞现象。4)装配好的冲裁模封闭高度应符合图样规定的要求。5)凸模和凹模之间的间隙均匀，配合间隙应满足图样要求。6)模柄的轴心对上模座上平面的垂直度要符合图样规定的要求。7)模具的检验应在生产条件下进行，冲出的零件要符合图样规定。2.冲裁模凸模、凹模的技术要求(1)尺寸精度凸模、凹模的尺寸是根据冲件尺寸和公差的大小、凸模与凹模之间的间隙及制造公差计算而得。冲孔时的计算公式落料时的计算公式式中dt、da——分别为凸模与凹模的冲孔尺寸(mm)；Da、Dt——分别为凸模与凹模的落料尺寸(mm)；d、D——分别为冲孔和落料件的公称尺寸(mm)；Δ——冲件的公差(mm)；Zmin——最小合理间隙(双面)(mm)；δt、δa——分别为凸模和凹模的制造公差(mm)；χ——磨损系数，由于模具在工作过程中存在磨损，所以为了使冲件的实际尺寸尽量接近其公差带的中间尺寸而取的系数，一般，取χ=0.5～1，χ的取值与冲件精度有关。(2)表面形状和位置精度凸模和凹模的表面形状直接影响到冲件的质量和模具的使用寿命，所以对凸模和凹模的表面形状要求是：侧壁应该平行或稍有斜度，斜度形式如图4-9a和c所示。图4-9b和d所示是斜度反向，这是不允许的，它将降低模具的使用寿命，甚至会导致模具的损坏。对凸模和凹模的位置精度要求如下：圆形凸模的工作部分对固定部分的同轴度误差不得超过工作部分凸模和凹模公差的一半；凸模的端面应与中心线垂直；对于级进模，凹模孔与固定板凸模安装孔、卸料板孔孔位应一致，各步步距应等于侧刃的长度；对于复合模，凸凹模的外轮廓和其内孔的相互位置要求应符合图样的要求。(3)表面光洁、刃口锋利要求刃口部分的表面粗糙度Ra小于0.4μm，装合表面的粗糙度Ra小于0.8μm，其余Ra为6.3μm。锋利的刃口有赖于刃口部分表面的光洁，刃口锋利可获得高质量冲压件。如果刃口不锋利，一般冲件会产生毛刺，严重时会发生显著的弯曲。(4)硬度为使冲压工作顺利进行，凸模和凹模的工作部分应具有良好的综合性能，即硬度、耐磨性和韧性。通常凹模工作部分的热处理硬度在60HRC以上，凸模的热处理硬度在58HRC以上。二、模具工作表面的制造工艺过程凸模和凹模是冲裁模的主要工作零件，凸模和凹模有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸模和凹模之间存在一周很小的间隙。冲裁时，坯料对凸模和凹模的刃口产生很大的侧压力，导致凸模和凹模都与制件或废料产生摩擦，造成磨损。因此，凸、凹模的加工质量直接影响到模具的使用寿命和成型制件的加工质量。(一)凸模的制造工艺过程由于成型制件的形状各异、尺寸差别较大，因此凸模也是多种多样的，按凸模的断面形状，大致可分为圆形凸模和异形凸模两类。1.圆形凸模的加工工艺过程圆形凸模加工比较容易，毛坯一般采用棒料，在车床上对棒料进行粗加工和半精加工，留有磨削余量，热处理后在外圆磨床上进行精磨，凸模的工作部分经抛光、刃磨后即可。图4-10为圆形凸模。2.异形凸模的加工工艺过程由于异形凸模加工比较复杂，因此常采用压印锉修、刨削加工、线切割加工和成形磨削等主要加工方法。(1)压印锉修压印锉修是用凹模压印制造凸模的一种钳工制造方法。在缺少专用制模设备的情况下，此法是十分有效的方法。图4-11所示为凸模。凸模在凹模压印锉修前，根据异形凸模的形状和尺寸选用毛坯，在车床或刨床上预先加工出凸模毛坯的各面，在铣床上按照划线轮廓粗铣凸模的工作表面，并留有压印后的锉修余量(0.15～0.25)，最后用凹模压印锉修而成。在利用凹模压印(见图4-12)时，要注意凹模刃口的上下平面要磨平，并将压印凹模和凸模坯料进行退磁处理，避免其碎铁屑附在刃口上，造成刃口划伤，影响压印质量；为减少压印摩擦和提高凸模表面质量，压印凹模工作刃口表面质量要求较高，表面粗糙度值Ra小于0.4μm，在压印前凸模及凹模表面上应涂一层少量的硫酸铜。在进行压印的时候，要将凸模正确地放在凹模刃口内，使四周余量分布均匀，压印凹模表面与凸模中主线垂直后方能进行挤压。压印最好选用手扳动压力机和油压机，每次压印压痕不宜过深，首次压印控制在0.2mm内，以后可逐渐增加到0.5～1.5mm。每次压印后，可根据压印印痕进行锉修，锉修时不允许碰到已压光的表面。锉修后留下的余量要均匀，以免下次压印时产生不必要的偏斜。压印加工适于无间隙冲裁模的加工，它的主要问题是对人工操作水平要求较高，生产率低，模具精度受热处理影响。(2)刨削加工刨削加工主要用于加工模具零件的外形平面和曲面，加工尺寸精度可达0.05mm，表面粗糙度Ra可达6.3～1.6μm。刨削后需经热处理淬硬，一般都留有精加工余量。刨削如图4-13所示凸模，采用通用夹具——机用平口台虎钳和专用夹具进行加工。刨削加工工艺过程：1)刨削前准备。按尺寸锻造成为毛坯，留合适的加工余量，并根据凸模所用的材料进行适当的退火、正火或调质处理。准备好所用的量具、刀具及样板，安装、调整好所用的夹具。2)刨削过程。用机用虎钳装夹，刨削坯料两平面，保证两平面的平行度，使厚度尺寸达到尺寸要求，留0.02mm的余量；刨削坯料两侧面及圆弧，保证圆弧与两平面圆滑过渡，并刨削两端面，使坯料宽度、高度达尺寸要求，留0.02mm的单边余量。用专业夹具装夹，刨削两斜面，留0.02mm余量，用圆弧刨刀刨削圆弧，保证与两平面圆滑过渡，如图4-14所示。3)热处理。按热处理工艺进行，淬火硬度58～62HRC，并进行低温回火。4)研磨。研磨凸模侧面及刃口，保证尺寸精度和表面粗糙度达到设计要求。5)检验。测量各部分尺寸，检验圆弧R和硬度。刨削加工过程中，凸模要牢固地夹紧在刨床的工作台或夹具中，不准松动。每次的进给量要适当，当快加工到所需要的尺寸时要格外小心，防止划伤已加工表面。在刨削的过程中，要用测量工具、样板等随时进行检验，并根据加工余量调整刀具，以保证刨削质量。(3)电火花线切割加工特别是自动化编程软件的使用，不仅电火花线切割加工在模具生产中广泛应用，数控加工编程使其生产成本大大降低，而且还提高了模具生产质量。凸模若采用线切割加工，首先长度尺寸不应超过线切割机床的加工范围，形状应该设计成直通形式。使用线切割加工的生产过程是：准备工件，确定加工路线，装夹工件，穿丝等工作。图4-15所示图形为凸模。现采用线切割加工，其工艺过程如下：1)准备毛坯。采用圆形棒料锻造，锻成六面体，并进行退火处理。2)刨或铣六个面。刨削或铣削加工锻坯的六个面。3)钻穿丝孔。电极丝穿丝孔是在线切割加工起点(如图4-15所示的O点)处钻出直径为2～3mm的孔。4)加工螺纹孔。加工用于固定凸模的两个螺钉孔(钻孔、攻螺纹)。5)热处理。将工件淬火、回火，并检查其表面硬度，硬度要求达到58～62HRC。6)磨削上、下两平表面。磨削上、下两平面，表面粗糙度