模具零件机械加工及其他成形方法

模具制造技术模具零件机械加工及其他成形方法机械加工方法广泛用于制造模具零件。根据模具设计图样中的模具构成、零件的结构要素和技术要求，制造完成一副完整模具的工艺过程一般可分为：毛坯外形的加工；工作型面的加工；模具零部件的再加工；模具装配。模具零件的机械加工方法有以下几种情况普通精度零件用通用机床加工，例如，车削、铣削、刨削、钻削、磨削等。这些加工方法对工人的技术水平要求较高，具有生产率低，模具制造周期长，成本高等特点。加工完成后要进行必要的钳工修配再装配。精度要求较高的模具零件用精密机床加工；形状复杂的空间曲面，采用数控机床加工；对特种零件可考虑其他加工方法，如挤压成型、超塑成型加工、快速成型等。用于模具加工的精密机床有坐标镗床、坐标磨床等。这些设备多用于加工固定板的凸模固定孔、模座上的导柱和导套孔、某些凸模和凹模的刃口轮廓等。加工模具零件常用的数控机床有：三坐标数控铣床、加工中心、数控磨床等。由于数控加工对工人的操作技能要求低、成品率高、加工精度高、生产率高、节省工装、工程管理容易、对设计更改的适应性强、可以实现多机床管理等一系列优点，对实现机械加工自动化，使模具生产更加合理机械加工的传统方式具有十分重要的意义。这也是今后模具发展的方向。模具制造技术ξ3.1机械加工一、车削加工1、车削加工工艺范围车削能形成的工件型面有内表面和外表面的圆柱面、端面、圆锥面、球面、椭圆柱面、沟槽、螺旋面和其它特殊型面，如表1所示。车削加工的经济精度为IT11～IT12，也可达IT6。经济的表面粗糙度Ra值为12.5～6.3μm。模架中的导柱和导套是典型的轴类和套类零件。图3.2所示为冷冲模的一种标准导柱和导套。它们在模具中起导向作用，保证凸模和凹模在工作时具有正确的相对位置。模具制造技术为了保证良好的导向性，导柱和导套装配后应保证模架的活动部分运动平稳、无滞阻现象。所以，在加工中必须保证导柱和导套配合表面的尺寸精度和形状精度，同时还应保证导柱和导套配合面之间的同轴度。模具制造技术模具制造技术2、工件的定位方式对轴类零件，一般采用轴两端中心孔作为定位基准。因为轴类零件的各外圆、锥孔、螺纹等表面的设计基准一般都是中心线，选择两端中心装夹方便。套类零件加工一般采用互为基准的原则，即加工内圆表面以外圆为基准，加工外圆表面以内圆为基准。(1)用两中心孔定位装夹工件以两中心孔为基准装夹在车床的前、后顶尖上，用鸡心夹或拨盘带动工件转动。用中心孔定位的优点是：加工过程中不仅基准重合，而且基准统一，有利于保证各表面间较高的位置精度。用中心孔定位的缺点是：增加了加工中心孔的工序(或工步)；顶尖孔深度不准确时，不易保证轴向尺寸精度，为此可同时用中心孔及一个端面定位。(2)用外圆柱表面定位装夹较短的轴类零件常用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘定位夹紧；较长的轴类零件则要在另一端钻中心孔，利用后顶尖支承，以提高工件刚性。模具制造技术(3)用两端孔定位装夹对于粗加工后的孔用有齿的顶尖(菊花顶尖)装夹，如图3.3所示；当零件两端有锥孔或预先做出了工艺锥孔，就可用锥套心轴或锥形堵头定位装夹。如图3.4所示。模具制造技术3、加工工艺过程冷冲模模架的轴套零件如图3.2所示，选用适当尺寸的热轧圆钢20号钢作毛坯，单件小批生产。其加工工艺过程如表3.1和表3.2所示。模具制造技术注：表中的工序简图是为了直观地表示零件的加工部位绘制的，除专业模具厂外，一般模具生产属于单件小批生产，工艺文件多采用工艺过程卡片，不绘制工序图。模具制造技术模具制造技术4.工艺分析导套加工时能否正确选择定位基准，对保证内外圆柱面的同轴度要求十分重要。表3.2所列的导套的加工工艺过程，在车削时以外圆柱面定位，一次装夹加工出Φ32H7内孔和Φ45r6外圆。保证了这两个重要表面的同轴度要求，为精加工提供了良好的质量准备。精加工在万能外圆磨床上，利用三爪自定心卡盘夹持Φ48mm外圆柱面，一次装夹磨出Φ32H7内孔和Φ45r6外圆，可以避免由于多次装夹带来的误差。容易保证内外圆柱面的同轴度要求。但每磨一件都要重新调整机床，所以这种方法只适宜单件小批生产。如果加工数量较多的同一尺寸的导套，可以先磨内孔，再把导套装在专门设计的锥度心轴上，如图3.5所示，以心轴两端的中心孔定位，借心轴和导套间的摩擦力带动工件转动，磨削外圆柱面，也能获得较高的同轴度要求，并可使操作过程简化，生产率提高。模具制造技术模具制造技术图3.6所示是在车床上用磨削方法修正中心孔。在被磨削的中心孔处，加入少量的煤油或全损耗系统用油(即机油)，手持工件进行磨削。这种修正方法效率高，质量较好。但砂轮磨损较快，需经常修整。模具制造技术导柱和导套的研磨加工，其目的在于进一步提高被加工表面的质量，以达到设计要求。在单件小批量生产中可以采用简单的研磨工具，如图3.7和图3.8所示。在普通车床上进行研磨。研磨时将导柱安装在车床上，由主轴带动旋转，在导柱表面均匀涂上研磨剂，然后套上研磨工具并用手将其握住，作轴线方向的往复运动。研磨导套和研磨导柱类似，由主轴带动研磨工具旋转，手握在研具上的导套，作轴线方向的往复直线运动。通过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。模具制造技术导柱和导套的工艺过程可以归纳为：备料－－粗加工和半精加工阶段－－热处理－－精加工阶段－－光整加工阶段－－按工艺过程划分加工阶段的目的是保证加工质量、合理使用设备、便于安排热处理工序。模具制造技术二、铣削加工1、铣削加工工艺范围铣削能形成的工件型面有平面、槽、成形面、螺旋槽、齿轮和其他特殊型面。铣削加工的经济精度为IT9～IT7，也可达IT6。经济的表面粗糙度Ra值为6.2～1.6μm。2、工件的定位方式模板加工常用三个相互垂直的平面作定位基准，还有利于保证孔系和各平面间的相互位置精度，定位准确可靠，夹具结构简单，工件装卸方便，在生产中应用较广。3、工艺过程铣削加工主要是平面加工，以上模座的机械加工为例。如表3.3。模具制造技术表3.3上模座的机械加工工艺过程模具制造技术4.工艺分析模具中的各种模板、支承板等零件，都是平板类零件，在制造过程中主要进行平面加工和孔系加工。根据模架的技术要求，在加工过程中要特别注意保证模板平面的平面度和平行度以及导柱、导套安装孔的尺寸精度、孔与模板平面的垂直度要求。在平面加工中要特别注意防止弯曲变形。在粗加工后若模板有弯曲变形，在磨削中电磁吸盘会把这种变形矫正过来，磨削后加工表面的这种形状误差又会恢复。为此，在加工前，应在电磁吸盘与模板间垫入适当厚度的垫片，再进行磨削。上下两面用同样的方法交替磨削，可获得较高的平面度。若需要更高精度的平面时，应采用刮研的方法加工。为了保证模板上导柱、导套安装孔的位置精度，根据实际加工条件，可采用坐标镗床或数控坐标镗床进行加工。若加工精度要求低或现场没有此设备的情况下，可在卧式铣镗床或铣床上，将动、定模板重叠在一起，一次装夹，同时镗出相应的导柱和导套的安装孔。如果单件生产，可以用划线的方法，找正孔的加工位置，进行加工。模具制造技术在对模板进行镗孔加工时，应在模板平面精加工后以模板的大平面及两相邻侧面作定位基准，将模板放置在机床工作台的等高垫铁上。各等高垫铁的高度应保持一致。对于精密模板，等高垫铁的高度差应小于3μm。工作台和垫铁应用净布擦拭，彻底清除铁屑粉末。在使模板大致达到平行后，轻轻夹住，然后以长度方向的前侧面为基准，用百分表找正后将其压紧，最后将工作台再移动一次，进行检验并加以确认。模板用螺栓加垫圈紧固，压板着力点不应偏离等高垫铁中心以免模板变形。如图3.9所示。模具制造技术三、刨削加工1、铣削加工工艺范围刨削是以刨刀相对工件的往复直线运动与工作台(或刀架)的间歇进给运动实现切削加工的。刨削主要用于加工平面、斜面、沟槽或成形表面。刨削加工的经济精度为IT9～IT7，也可达IT6，表面粗糙度Ra值一般为6.3～1.6μm，也可达0.8μm。2、加工工艺特点（1）加工质量中等；（2）生产率低；（3）加工成本较低。模具制造技术四、钻削及绞削加工1、钻削加工钻削加工在切削加工中应用很广，主要有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、攻丝和套丝等。铣削加工的经济精度为IT11～IT12。经济的表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm。2、绞削加工绞削加工用于孔的精加工及半精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。由于绞削的切削余量小、切削厚度薄，所以绞削加工的经济精度为IT9～IT7。经济的表面粗糙度Ra值为0.65～5μm。模具制造技术五、磨削加工1、磨削加工范围零件经刨、铣及淬硬后，均需经过平面磨床磨削平面。磨削加工的经济精度为IT6～IT5。经济的表面粗糙度Ra值为1.25－0.32μm。2、磨削加工工艺如图3.10平面磨削方法和表3.4平面磨削方法。模具制造技术模具制造技术如图3.11内圆磨削方法。图3.11内圆磨削方法(a)普通内圆磨床磨削法；(b)行星磨削法；(c)无心磨削法模具制造技术如表3.5内圆磨削方法。模具制造技术ξ3.2零件配作一、压印锉修压印锉修是利用经淬硬并已加工完成的凸模、凹模或另外制造的工艺冲头(又称样冲)作为压印基准件，垂直放置在未经淬硬(或硬度较低)并留有一定压印锉修余量的对应刃口或工件上，施以压力，经压印基准件的切削与挤压作用，在工件上压出印痕，钳工再按此印痕修整而作出刃口或工件，如图3.12所示。1、压印方法包括如下几种：（1）单型孔压印挫修压印前，工件(凸模的外形或凹模的型孔)需经加工基本成型并留单面余量0.2mm~0.8mm，当与基准件位置找正后即可在压床上进行第一次压印，钳工按此印痕将多余的金属挫修除去并使余量减少而均匀后，再次压印、再次挫修，如此反复，直至达到要求为止。模具制造技术模具制造技术首次压印深度一般控制在0.2mm左右，以后各次的压印深度可适当增大一些。压印过程中用角尺或用精密方铁校正压印凸模垂直度。如图3.12(b)所示。（2）多型孔压印挫修多型孔压印的基本方法与单型孔压印方法相同，但需控制各成型孔之间的距离，并保证各零件之间(如凹模与固定板之间)的成型孔相对位置。用精密方箱夹具进行多型孔压印各型孔之间的距离用精密方箱夹具及量块来保证。精密方箱夹具的结构及使用方法如图3.13所示。精密方箱夹具由角尺板2、9和底板8组成。角尺板2具有一对相互垂直的经研光的基准面。工件7的一对垂直基准面靠住角尺板2的基准面，并用螺钉紧固。根据型孔至工件基准面之间的距离要求，垫相应尺寸的量块组3、4，将凸模靠上量块，并用螺钉通过垫块5、6限制凸模，使凸模能上下滑动。在压印机上对凸模进行加压而完成压印。然后取下工件(凹模)进行修正，此后对此型孔反复地压印与修正，可根据印痕而不在夹具内进行，在修正过程中应该用测量工具测量孔的距离。同一工件上的其他各孔的压印与修正可按这一方法同样进行。模具制造技术模具制造技术当所需压印的成型孔与工件外形倾斜成一角度时仍可利用精密方箱夹具，配备斜度垫铁后压印，如图3.14所示。模具制造技术此时成型孔基面至夹具基准点O之间的垂直距离A与B可由计算得出。斜度垫铁基准面至基准点之间的距离A'与B'均为已知，则所垫量块高度为：H1=A-A'H2=B+B'计算压印坐标尺寸时需要将凸模间隙考虑进去。配压印用精密方箱夹具或按工艺孔可分别对凹模、卸料板、凸模固定板、塑压模模框等进行压印。为了保证有关各板间相对位置的一致性，生产中往往利用已经制成的多型孔凹模(或卸料板)作为导向件，对其他各板进行压印。如图3.15所示。利用已制成的多型孔凹模作为导向件对固定板进行压印。此时，将凹模与固定板用平行夹固定其相对位置，然后分别模具制造技术压印后的修正，应注意将相距最大的孔先进行修正(图3.15)中的A、B两孔)，然后修正其他各孔。这样容易保证各孔的位置精度，避免工件外形错位。模具制造技术图3.16用定位销钉(或导柱)将凹模与固定板定位后，通过凹模型孔对固定板进行压印。模具制造技术另一种方法是：多型孔凹模在压印修正成型孔后暂不扩大间隙，用这种未经扩大间隙和淬硬的凹模作导向压印固定板，在固定板