模具的机械加工

158第7章模具的机械加工模具的种类很多，有冲模、锻模、压铸模、挤压模、注射模等，在冲模中还分冲裁模、连续模、复合模、大型覆盖件模具等。但是，通常由如下几个部分组成：1.工作部分包括凸模、凹模和凸凹模，它们是直接参加成型工作的主要部分。2.材料定位部分包括挡料销、导料销、导料板、承料板、侧刃、侧刃挡块和导正钉等零件，它们是成形时使材料定位的零件。3.卸料部分用于成型后使零件及废料退出，卸料部分包括顶件器和卸料器，前者将材料从凹模内顶出，后者将材料从凸模上卸下。上述三个部分所包括的零件，是直接与成形有关的，统称为工艺零件。4.模架模架的作用是把工艺零件连接起来使之成为完整的模具。模架包括如下零件(1)导向件包括导柱、导套和导板等．它们用来保证凸模和凹模在工作时具有正确的位置。(2)安装固定用零件包括上模座、下摸座、凸模固定板、凹模固定板、模柄、垫板、螺钉和销钉等。7.1模具工作零件的加工各种模具的凸凹模、型芯零件，由于工作条件、使用要求不同，因此它们的形状、尺寸、精度、材料和热处理要求也不尽相同。但是，它们都是模具的工作零件，和模具的技术经济指标密切相关，都要采用优质工具钢材料，都有较复杂的形状和较高的精度。7.1.1冲压凸模加工1冲压凸模的结构冲压凸模的结构形式如图7-1所示。图7-1a和b分别为圆形长凸模和圆形短凸模，主要用于圆形冲裁模具。该零件的台阶尾部没有采用退刀槽结构，而R要用小圆弧转接，是基于加工和装配时强度和刚度的考虑，其余部分台阶也是圆弧转接，固定部分为H7/m6配合。c为圆形快换凸模的一种，不同直径之间以60°的圆锥形转接，固定部分为H7/h6配合。d和e凸模的固定部分均为圆锥面配合，d多用于冷挤压模具，e用于冲裁模，凸模更换方便。F凸模截面形状多为近似简单几何形状，淬火之后磨削容易、固定部分的加粗，有利于凸模的强度和刚度，g为直通式凸模，它便于电火花线切割和成形磨削加工。是复杂形状冲裁凸模的主要结构形式。h、i、j、k、l均采用紧固件方式与固定板相联，h为凸缘凸模．在冲裁模、弯曲模，拉深模中普遍采用；i主要用于弯曲模，j用干大截面凸模、在凸模大端面直接作螺丝孔、销钉孔或销钉衬套孔，k用于复杂截面的拼块式凸模，各拼块之间以结构要素定位，螺钉固紧．拼块磨削要求高，l凸模为铸造结构,用于大型复杂拉探模：m为软凸模，材料是聚氨酯橡胶。1592．材料及热处理冲压凸模的基本材料有碳素工具钢如T8A、T10A；合金工具钢分别如9Mn2v、Cr6WV、Cr12，Cr12MoV等代表材料。其中Cr6WV是高强度微变形高碳中铬钢，主要用于大批量生产冲模，模具寿命接近Cr12MoV，在小型精压模、重载冷檄凸模、中等负荷冷挤压凸模上，图7-1冲压凸模结构的基本形式160都有良好的效果。但用于高砖钢片冲裁模，寿命骗低。除此以外，常用的冲压凸模材料还有65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、轴承钢GCrl5、高速钢等材料，凸模零件要求进行淬火和回火处理，热处理后工作部分的硬度大于HRC55，凸模零件毛坯形式原则上为锻件，特别是高碳高铬工具钢和高速钢，必须进行充分的“改锻”，才能发挥材料的性能。对于大型覆盖件拉深模，毛坏形式为铸件。常用的材料有合金铸铁，如Ni-Cr铸铁、Mo-Cr铸铁和Mo-V铸铁，凸模工作表面进行火焰淬火，空气冷却，淬火后的硬度Ni-Cr铸铁为40-45HRC，Mo-Cr铸铁为55-60HRC，Mo-V铸铁为47-52HRC。3．位置精度凸模零件的位置精度有工作部分和固定部分的位置精度要求，在凸模结构的a中，图样标明要求工作部分相对固定部分的同轴度误差＜φ0.02mm，这条要求同样适用于b、c、d和e凸模。一般在加工时，通过一次装夹磨削或者采用同一安装定位基准加工的工艺措施来保证。对于f式凸模，一则是在加工时，严格控制工作部分和固定部分的位置精度，再则就是将固定部分由H7／m6配合，改为粘接式或者冷涨式固定。对于h、i、j和l模，不存在位置精度问题。4．冲裁凸模工作段的锥度问题冲裁凸模工作段的长度方向，不希望存在锥度。由于制造误差出现锥度，如图7-2所示，a锥度在直径尺寸公差范围内是允许的，但是b在任何状态都是不允许的。5．凸模的磨削举例以电机转子冲槽模的凸模为例，见图7-3所示，其磨削步骤如下：（1）将工件放在磁力工作台上，先粗磨一面。用跟踪器使修整的砂轮能保留有0.05mm的精磨余量，如图7-4（a）所示。（2）磨平校圆弧端面，并用对面及粗磨面定位，如图7-4（b）所示。（3）将工件反转后磨对面，用校圆弧面及粗磨面定位，如图7-4（c）所示。（4）工件装夹在正弦磁力工作台上（角度为工件的一半）。粗磨另一面，并留0.05mm的精加工余量，如图7-4（d）所示。（5）用正常尺寸的跟踪器，再将砂轮修成需要的尺寸，并且精磨各面使其达到图纸要求的尺寸。（6）以小圆弧定位，磨狭槽尺寸后如图7-4(e)，凸模即可成形。(a)允许(b)不允许图7-2冲裁模工作段的锥度1617.1.2塑料模凸模和型芯1．结构形式塑料模凸模和型芯的基本结构形式如图7-5所示。(a)为整体式凸模，结构简单，但是加工不方便，在加工时要保证台阶平面在同一平面内、它主要适用于形状比较简单，凸模长度不长，加工比较方便的情况；(b)凸模尾部为台阶式，装入模板内。台阶面承受开模力，结构可靠，在中型和小型塑料模中应用普遍；(c)凸模端面与模板间用圆柱销定位、螺钉连接，它适用于较大截面和形状比较复杂的凸模，型面的加工便于采用磨削和电火花线切割加工；(d)凸模为拼块式凸模，它为多块凸模相拼合，主要用于形状比较复杂，难以加工，通过分解使加工精度易保证，但是在拼合后要保证尺寸精度，避免积累误差；(e)为组合式凸模，主要从加工工艺角度考虑，在不影响凸模使用和强度的情况下，便于制造加工；(f)为小直径型芯的基本结构形式。2.材料及热处理塑料模凸模和型芯的材料与冲压凸模相同，简单形状便于热处理后精加工的凸模材料为T8A、T10A，复杂形状的凸模材料为9Mn2V、Cr6WV、CrWMn和5CrMnMo、5CrNiMo。对于图7-5塑料模凸模和型芯结构的基本形式(a)毛坯(b)零件外形图图7-3转子凸模图7-4凸模成形磨削162简单形状凸模和型芯热处理硬度为45～60HRC。对于复杂形状凸模热处理硬度为40～50HRC。3．表面粗糙度要求对于凸模和型芯的表面粗糙度要求，成型表面的粗糙度为Ra0.2-0.1μm，对于塑料流动性差，塑件表面粗糙度值要求低于Ra0.1-0.025μm．凸模与加料室接触部分的表面粗糙度为Ra1.6-0.2μm，因此以上表面都要进行研磨和抛光加工，上述表面还应进行镀铬处理，镀镑层厚度为0.015-0.02mm,在镀铬前后表面都应进行抛光。4.位置精度要求凸模和型芯上的工作部分和固定部分要考虑同轴度要求，在零件加工工艺上要保证上述要求。5.脱模斜度表示法塑料模的凸模、型芯和型腔、型孔的成形部分都要有脱模斜度，在图样上脱模斜度的部位及长度、脱模斜度的大小，都应该有显明和明确的表示。目前，脱模斜度的表示有以下几种形式：第一种表示方法如图7-5的f，在l长度内应有15°的脱模斜度；第二种表示方法如图7-6所示。a和b表示型腔，B尺寸为型腔或型孔的最大极限尺寸，在L长度内，向左缩小1：30或2°的脱模斜度；c和d表示凸模或型芯。B’尺寸为凸模或型芯的最小极限尺寸，在L长度内，向左扩大有1：30或2°的脱模斜度。图7-6脱模斜度的表示方法1637.1.3型芯零件加工工艺分析该零件是塑料模的型芯，从零件形状上分析．该零件的长度与直径的比例超过5：1，属细长杯零件，但实际长度并不长，表面主要是圆形．在车削和磨削时应解决加工装夹问题．在粗加工车削时，毛坏应为锻件毛坯，既方便装夹，又节省材料。在精加工磨削外圆时，对于该类零件装卡方式有三种形式，如图7-8所示。图7-8中的a是反顶尖结构，适用于外圆直径较小，长度较大的细长杆凸模、型芯类零件。d1.5mm时，两端做成60°的锥形顶尖。在零件加工完中后，再切除反顶尖部分。b是加辅助顶尖孔结构，两端顶尖孔按GBl45-85要求加工，适用于外圆直径较大的情况，d5mm时，工作端的顶尖孔，根据零件使用情况决定是否加长，当零件不允许保留顶尖孔时，在加工完毕后，再切除附加长度和顶尖孔。c是加长段在大端的作法。介于a和b之间，细长比不太大的情况。该零件是细长轴。从零件形状和尺寸精度看，以及零件要求进行淬火处理，加工方式主要是车削和外圆磨削，加工精度要求在外圆磨削的经济加工范围之内。零件要求有脱模图7-7塑料模型芯图7-8细长轴装卡基准形式164斜度也在外圆磨削时一并加工成形。另外，外圆几处磨扁处，在工具磨床上完成。该零件材料是MnCrWV，热处理硬度45-50HRC，工作时在型腔内要承受熔融状塑料的冲击，要求有一定的韧性，长期工作中不发生脆性断裂和早期塑性变形。因此要求进行淬火处理。MnCrWV材料属于锰铬钨系低变形合金工具钢，有较好的淬硬性(HRC60)和淬透性；淬硬层为1.5-3mm，该材料有较好的韧性；淬火时不易碎裂，并且变形倾向小，有较好的耐磨性。该零件为细长轴类，在热处理时，不得有过大的弯曲变形。2.工艺方案3.工艺过程工序名称工序内容下料下圆棒料φ12m×55mm,3件车按图纸车削，Ra0.1μm及以下表面留双边余量0.3-0.4mm,两端在零件的长度之外做反顶尖热处理淬火、回火；40～45HRC，弯曲变形≤0.1mm车研磨反顶尖外磨磨削Ra1.6μm及以下表面，尺寸磨至中间范围Ra0.4μm车抛光Ra0.1μm外圆，达图纸要求线切割切去两端反顶尖工具磨磨扁01.07.2-mm,01.04-mm至中间尺寸8mm钳抛光两扁处到Ra0.1μm钳模具装配（试压）电镀试压后Ra0.1μm表面镀铬，抛光Ra0.1μm表面7.2模架的加工7.2.1导柱和导套的加工1.导柱的加工为了保证导向精度除了要求保证导柱、导套配合部分的尺寸精度外，还应保证配合表面间的同心度，即导柱两个配合表面间的同心度以及导套内外表面的同心度。导柱用棒料车制，热处理后修复中心孔，在外圆磨床上磨削。磨削时，应在一次装夹中将导柱的表面磨出，以保证两个配合面的同心度。备料粗车（普通车床）热处理（淬火，回火）检验（硬度，弯曲度）研中心孔或反顶尖（车床，台钻）磨外圆（外圆磨床，工具磨床）检验切除顶台或顶尖（万能工具磨或电火花线切割机床）研端面检验165导套也是用棒料车制，热处理后进行磨削。磨削时，首先在内圆磨床上以外圆定位磨内孔，然后将导套固定在心轴上，以内孔定位在外圆磨床上磨外圆，这样就保证了内外表面间的同心度，符合互为基准的原则。为了保证导柱、导套耐磨，而中心部分具有良好的韧性，通常采用低碳钢20号制造，热处理时，一般进行渗碳淬火，其表面渗碳深度为(0.8—1.2)mm。导柱零件的材料还有T8A及T10A等，对于这些材料采用热处理淬火即可达到规定的硬度要求。导柱的外圆柱配合表面的加工路线为；粗车-半精车-热处理-粗磨-精磨(IT6-7及Ra0.4-0.8μm)对于一般精度要求的导柱，其外圆柱配合表面，可按上述加工路线加工至精磨即可。（1）用两顶尖孔定位装夹导柱零件的设计基准通常为轴心线，所以用两端顶尖孔装夹符合基准重合原则，同时用作基准面的顶尖孔可在后续的磨削加工中重复使用，又符合基准统一原则。因此用两顶尖孔装夹加工导柱可以有效地消除加工误差。采用双顶尖的装夹方式在导住零件加工中应用非常普遍。双顶尖装夹导柱，不需要找正，安装精度较高，但必须通过鸡心夹头或拨盘带动导柱旋转，见图7-9(a)。用鸡心夹头装夹时还会增加加工顶尖孔的工序或工步，对于精密模具中经常使用的精密小直径导柱外圆表面的加工，则需用反双顶尖装夹，反双顶尖装夹见图7-9(b)。（2）用外圆柱表面定位装夹较短的导柱零件可直接用三爪卡盘装夹，见图7-10。用三爪卡盘直接装夹不需要找正件，加工出的回转表面与夹持表面的同轴度误差一般在0.05mm以内。（3）外圆与顶尖相结合的定位装夹若导柱直径与长度均