模具设计与制造专业导论3

1.2.4模具的制造特点一、模具生产的特点二、模具制造的特点三、模具的成型加工四、模具的去除加工五、模具的热处理和表面处理一、模具生产的特点1.制造零件的毛坯常用木模、手工造型、沙型铸造或自由锻造加工而成。2.加工模具零件，除用普通机床加工外，还可以用数控机床等高效专用机床。3.加工模具零件多用通用夹具，以划线和试切法保证尺寸精度。4.一般模具多用配合加工的方法，精密模具应考虑工作部分的互换性。5.为了使模具生产批量化，许多模具生产厂家都对模具零件的生产和管理进行了标准化、通用化和系列化。二、模具制造的特点1.模具制造对工人技术水平要求高。2.模具生产周期长，一般需要半个月到半年。3.模具生产是单件生产无法进行流水作业，生产效率低4.模具加工时，某些工作部分的位置和尺寸应经过试验或制作模型才能确定。5.模具装配时很难保证一次装配合格，因而需上机试模和调整。6.模具生产是单件生产，因而其生产工艺和管理方式都具有独特性。三、模具的成型加工1．塑性加工塑性加工主要是冷挤压制模法。1）原理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。三、模具的成型加工3）方法①开式挤压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。②闭式挤压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。三、模具的成型加工2．铸造1)原理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。2）特点及应用①容易制成形状复杂特别是内腔复杂的模具,制作周期短；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）常用铸造模具①铸铁模②锌基合金模③陶瓷型精密铸造模具三、模具的成型加工3．焊接1）原理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。2）特点①加工简单、快速、省料；②尺寸大小不受限；③精度难以保证；④承受冲击的能力差。3）应用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。四、模具的去除加工１．机械加工（传统加工方法）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①精度很高（可达0.005mm）；②表面粗糙度Ra可达0.2μm以上；③可磨削孔径为0.8～200mm。四、模具的去除加工3）成形磨削A原理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。B特点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。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。四、模具的去除加工D方法a)成形砂轮磨削法①原理：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。②特点：需要修整砂轮(用金刚石笔），适用于各种线型的成形面加工。b)夹具磨削法①原理：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。四、模具的去除加工c)数控机床加工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。②特点：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。③常用数控机床分类：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。四、模具的去除加工２.特种加工（电加工）1）特种加工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。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）四、模具的去除加工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。四、模具的去除加工B电火花线切割①加工原理：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。②特点及应用：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。四、模具的去除加工C电解加工①原理：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。四、模具的去除加工D电铸成形①原理：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。②特点及应用：复制精度高。（可达到微米级，一般不需要修正加工）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；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。四、模具的去除加工E超声波加工①原理：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。②特点及应用：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；工具可用较软的材料制成各种复杂形状；可用于型孔、型腔加工；切割加工单晶硅片、陶瓷模块；超声波抛磨。四、模具的去除加工四、模具的去除加工F激光加工①原理：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：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五、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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。2）表面处理的目的改善模具表面性能，提高模具寿命。２．模具热处理工艺方法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：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。五、模具的热处理和表面处理②去应力退火和中间退火去应力退火目的：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。中间退火目的：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目的：降低硬度提高塑性、降低变形抗力。应用：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。五、模具的热处理和表面处理2．模具零件表面强化处理工艺1)化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗金属、表面合金化等。2）在模具零件表面涂覆一层硬而耐磨的物质包括镀硬铬、镍－磷镀、喷涂硬质合金、沉积合金氮化物、电火花表面强化等。1.3模具设计与制造专业发展的趋势与研究领域1.3.1我国模具技术发展的现状1.3.2国内模具技术发展方向1.3.3模具专业的发展趋势1.3.1我国模具技术发展的现状近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件具为代表，我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增，已从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件一、冲模技术大型冲模覆盖件模具为代表。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达轿车外覆盖件模具。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点。可代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法，手段上面已基本达到了国际水，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。二、塑料模具技术近年来，我国塑料模有长足的进步。在大型塑料模方面，已能生产34〃大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等的塑料模具。模具重要可达10-20吨。在精密塑料模具方面，能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。一般均采用内热式或外热式热流道装置。三、压铸模汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压模生产的发展。汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸机、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自动扶梯级压铸模等，我国均已能生产。技术水平有所提高。压铸模制造精度可达0.02-0.05mm(国外为0.01-0.03mm)，型腔表面粗糙度为Ra0.4-0.2μm(国外为Ra0.02-0.01μm)，模具制造周期为中小型的3-4个月，中等复杂的4-8个月，大型的8-12个月。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4-8万次，个别可超过10万次，国外可达8-15万次以上。模具价格：国内约为引进价格折1/4-1/3。四、模具CAD/CAM技术已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UGⅡ；美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer;美国CV公司的CADS5；英国Deltacam公司的DOCT5;日本HZS公司的CRADE；以色列公司的Cimatron;还引进了美国AC-Tech公司的C-Mold;近年来，我国自主开的CAD/CAM系统有了很大发展。北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统；华中