第12章模具零件特殊表面的机械加工

第12章模具零件特殊表面的机械加工12.1孔及其孔系的加工12.2模具零件成形表面的仿形加工12.3模具零件成形表面的磨削加工孔的加工在模具制造中占有很大的比例。譬如冲裁凹模、凸模固定板、卸料板，塑料模中型芯固定板、推杆固定板等零件都需要孔的加工。模具零件中，有圆孔，有方孔及不规则的异型孔，本节主要讨论圆孔的加工。12.1.1一般孔的常见加工方法1.钻孔钻孔主要用于孔的粗加工。钻孔使用的刀具是麻花钻，其具体结构如图12-1所示。钻头一般由工作部分和夹持部分组成。麻花钻的工作部分又由顶端切削部分和圆周导向部分组成。切削部分由两条切削刃组成，锥顶角120°。导向部分有两条对称的棱边和螺旋槽，棱边起导向和修光孔壁的作用，螺旋槽起排屑和输送切削液的作用。一般情况下，Ф≤12mm的麻花钻采用直柄结构，Ф≥13mm的麻花钻采用锥柄结构。12.1孔及其孔系的加工图12-1麻花钻的结构钻孔使用的设备主要是钻床。钻床又分为台式钻床、立式钻床、摇臂式钻床几种基本形式。摇臂钻床钻孔时工件无需移动，加工范围大，是大型零件钻孔的常用设备。除钻床外，普通车床、立式铣床、镗床上也都可以完成钻孔工序。钻孔时工件常见的装夹方式如图12-2所示。钻孔工件几何尺寸较小时，可采用平口钳装夹，中型零件可采用压板、螺栓直接将工件固定在工作台上。圆柱表面上钻孔可采用V型架。几何尺寸大、重量大的工件，钻孔孔径偏小时，无需装夹。图12-2钻孔时工件的装夹a）用虎钳装夹；b）用压板螺栓装夹；c）用V型架装夹；d）用钻模装夹2.扩孔扩孔是对已经加工出来的孔径进一步扩大的加工方法。扩孔使用的刀具是扩孔钻。由于扩孔钻钻心截面面积较大，刚性较好，加工精度和表面状态均比钻孔要好。扩孔使用的设备同钻孔。扩孔往往是钻孔的后续工序，是镗孔、铰孔的预加工。如果采用钻—扩复合工艺时，一般情况下，第一次钻孔孔径的尺寸应等于扩孔孔径尺寸的0.5～0.7倍。3.铰孔铰孔是对中小孔径进行半精加工、精加工的常见方法。铰刀除前端有一引导锥度外，切削刃是垂直平行布置的。铰削的加工余量小，精铰时双面切削量仅为0.01～0.03mm。铰孔的加工精度高，一般可达IT6～T10级，甚至可达IT5级，表面粗糙粗Ra=1.6～0.4μm，但铰孔的孔径尺寸受铰刀直径的限制。模具零件中的定位销孔、小凸模、小型芯固定板中的一些精密孔，多采用铰孔作为精加工手段进行。4.镗孔镗孔同扩孔一样，是对已经加工出来的孔进一步扩大的加工方法。镗刀虽然是单刃，镗削加工效率偏低，但加工孔径不受刀具直径的限制，与钻、扩、铰孔相比，具有较强的灵活性，加工范围宽，是大、中孔径的半精加工、精加工的常用方法。镗孔一般在专用的镗床进行，由于镗刀杆截面大，刚性好，其加工精度较高，可达IT7～IT10级。精度要求不太严格的孔径，也可在普通车床、铣床上进行。镗削加工可获得的表面粗糙度Ra=1.6～0.4μm，是Φ60mm孔径的常见加工方法。12.1.2孔的坐标镗削加工模具零件中，譬如连续冲裁模中的凹模、多凸模的固定板，都需要加工出许多孔，这些孔不仅孔径有严格的精度要求，而且孔与孔之间又有严格的位置要求。模具制造中，将同一零件上，尺寸精度和位置精度都有较严格要求的一系列孔称为孔系。为保证各孔的相对位置精度要求，对这类零件往往采用坐标镗削的方法进行加工。坐标镗削使用的设备为坐标镗床。图12-3所示为立式双柱坐标镗床。机床的工作台能在纵、横移动方向上作精密调整，大多数工作台移动量的读数值最小单位是0．001mm。机床定位精度一般可达±(0.02～0.025)mm，工作台移动值的读取方法可采用光学或数字显示式。在坐标镗床上按坐标法镗孔，是将各孔间的尺寸转化为直角坐标尺寸，如图12-4所示。在工件的安装调整过程中，为了使工件上的基准a或b对准主轴的轴线，可以采用多种方法。图12-5是用定位角铁和光学中心测定器进行找正。光学中心测定器2以其锥柄定位，安装在镗床主轴的锥孔内，在目镜3的视场内有两对十字线。定位角铁的两个工作表面互成90°，在它的平面上固定着一个直径约7mm的镀铬钮，钮上有一条与角铁垂直工作面重合的刻线。使用时将角铁的垂直工作面紧靠工件4的基准面（a面或b面），移动工作台，并从目镜观察，使镀铬钮上的刻线恰好落在目镜视场内的两对十字线之间，如图12-6所示。此时，工件的基准面已对准机床主轴的轴线。加工分布在同一圆周上的孔，可以使用坐标镗床的机床附件——万能回转工作台，如图12-7所示。图12-3立式双柱坐标镗床1—床身；2一工作台；3、6—立轴；4—主轴箱；5—顶梁；7—横梁；8—主轴图12-4孔系的直角坐标尺寸图2-5用定位角铁和光学中心测定器找正1—定位角铁；2—光学中心测定器；3—目镜；4—工件图12-6定位角铁刻线在显微镜中的位置图12-7万能回转工作台1—转盘；2、3—手轮12.1.3孔系的配合加工模具零件中有些零件本身的孔距精度要求并不高，但相互之间的孔位要求必须高度一致；有些相关零件不仅孔距精度要求高，而且要求孔位一致。这些孔常用的加工方法有：（1）同镗(合镗)加工法。对于上、下模座的导柱孔和导套孔，动、定模模座的导柱孔和导套孔以及模座与固定板的销钉孔等，可以采用同镗加工法。同镗加工法就是将孔位要求一致的2个或3个零件用夹钳装夹固定在一起，对同一孔位的孔同时进行加工，如图12-8所示。图12-8模具零件的同镗(合镗)加工1，2，3—零件；4—钻头；5—夹钳（2）配镗加工法。为了保证模具零件的使用性能，许多模具零件都要进行热处理。热处理后零件会发生变形，使热处理前的孔位精度受到破坏，如上模与下模中各对应孔的中心会发生偏斜等。在这种情况下，可以采用配镗加工法，即加工某一零件时，不按图样的尺寸和公差进行加工，而是按与之有对应孔位要求的热处理后的零件实际孔位来配做。例如，将热处理后的凹模放到坐标镗床上实测出各孔的中心距，然后以此来加工未经热处理的凸模固定板上的各对应孔。通过这种方法可保证凹模和凸模固定板上各对应孔的同心度。配镗不能消除热处理对零件的影响，加工出的孔位绝对精度不高。为了保证各相关件孔距的一致性和孔径精度，可以采用高精度坐标镗削（未淬硬件）和坐标磨削（淬硬件）来加工孔系，也可以采用数控机床、线切割来完成孔系的加工，加工精度可达0.0lmm。对于需要重复生产的型腔、型芯，为了提高加工效率，保证加工质量，往往采用仿形加工。尤其是数控机床、加工中心未普及之前，采用仿形加工往往是复杂型腔、型芯加工的常用方法之一。12.2.1回转体表面的仿形车削仿形车削主要用于复杂回转体曲面的凸模、型芯、型腔的加工。仿形车削可在带有仿形装置的通用车床上完成，也可以在专用的仿形车床上完成。一般仿形装置使车刀在纵向走刀的同时，又使车刀按预定的轨迹横向走刀，通过纵向、横向走刀的复合运动，完成复杂回转曲面的内、外形加工。仿形车削按照仿形装置的仿形控制方式不同，分为机械仿形、液压仿形和电气仿形。机械仿形按照靠模样板的安装位置不同分为靠板靠模仿形、刀架靠模仿形和尾座靠模仿形。图12-9（a）为机械式靠板靠模仿形车削示意图。图12-9（b）为尾座靠模仿形车削，使用于仿形车削端面。12.2模具零件成形表面的仿形加工图12-9机械式仿形车削a）靠板靠模仿形b）尾座靠模仿形1—靠模；2—滚柱；3—连接板1—工件；2—板架；3—刀杆；4—刀架；5—床鞍；4—靠模；5—靠模支架12.2.2型腔、型芯的仿形铣削仿形铣削主要用于复杂的凸模、型芯、型腔的加工。仿形铣削可在带有仿形装置的立式铣床上完成，也可以在专用的仿形铣床上完成。1.在立式铣床上加工在立式铣床上进行平面轮廓仿形铣削，需要使用简单的靠模装置。图12-10所示为仿形铣削凹模型孔。2.在仿形铣床上加工对于形状复杂的模具型腔的加工可以在仿形铣床上进行。图12-11所示的为一台立体仿形铣床。加工时，靠模销始终和靠模表面接触，由于靠模表面的形状不同，就会使靠模销产生轴向运动，并通过机床的随动系统（图12-12）来控制机床的驱动装置，使铣刀跟随着靠模销相应的轴向移动，从而使铣刀加工出和靠模表面一致的成形表面。图12-10平面轮廓仿形铣削1—滚轮；2—铣刀；3—样板；4—垫板；5—凹模；6—底板；7—工作台图12-11立式仿形铣床1—床身；2—工作台；3—支架；4—工件；5—铣刀；6—靠模；7—靠模销；8—立柱；9—主轴箱10—横梁图12-12立体仿形铣床随动系统1—支架；2—工件；3—靠模；4—靠模销；5—随动机构；6—始发运动机构；7—放大器；8—随动运动电动机；9—铣刀12.3模具零件成形表面的磨削加工成形磨削是精加工成形表面的一种方法。成形磨削就是把复杂的成形表面分解成若干个平面、圆弧等简单的形状，然后分段磨削，并使其光滑、圆整，最后达到设计图纸要求的磨削加工。成形磨削加工精度高，可获得较低的表面粗糙度Ra值，是淬硬凸模、凹模镶块常见的精加工手段。成形磨削可以在普通平面磨床或专用的成形磨床上进行。常见的成形磨削方法有两种：成形砂轮磨削和夹具磨削。成形砂轮磨削是利用专用的修整砂轮工具，将砂轮修整成与工件型面完全吻合的相反型面，然后用砂轮磨削工件（图12-13（a））夹具磨削法是将工件按一定条件装夹在专用夹具上，加工时通过夹具调整工件的位置，移动或转动夹具进行磨削，从而获得所需的形状（图12-13（b））。成形磨削常用的夹具有：正弦精密平口钳、正弦磁力台、正弦分中夹具、万能夹具等。模具制造中，一般以夹具磨削为主，以成形砂轮磨削法为辅。为了保证零件质量，提高生产效率，往往需要两种方法综合使用。12.3.1成形砂轮磨削采用成形砂轮磨削时，首先要把砂轮修整成所需要的形状，砂轮的修整是成形砂轮磨削的关键环节。成形砂轮的修整，过去是采用专用的工具（图12-14）。目前普通采用数控车床，用金刚石笔，按事先编好的数控程序对砂轮进行修整。图12-13成形磨削方法图12-14修整圆弧砂轮12.3.2夹具磨削法常见的成形磨削夹具有如下4种：1.正弦精密平口钳正弦精密平口钳由带有平口钳的正弦尺和底座组成（图12-15）。工件装夹在平口钳中，为了使工件倾斜一定的角度，需要在正弦圆柱或底座的定位面之间垫入量块。应垫入的量块值可按下式计算：H=Lsinα（12-1）式中，H为应垫入的量块值；L为正弦圆柱面的中心距；α为工件所需倾斜的角度。正弦精密平口钳用于磨削零件上的斜面，最大的倾斜角度为45°，若与成形砂轮配合使用，可磨削平面与圆弧面组成的复杂形面。2.正弦磁力台正弦磁力台与正弦精密平口钳一样按正弦原理设计，区别仅在于用电磁吸盘代替平口钳装夹工件，方便迅速。正弦磁力台用于磨削工件的斜面，其最大倾斜角度为45°，适于磨削扁平工件。如图12-16所示。图12-15正弦精密平口钳1—底座2—精密平口钳3—工件4—砂轮5—正弦圆柱6—量块图12-16正弦磁力台3.正弦分中夹具正弦分中夹具可用于磨削具有同一个回转中心的圆弧面和斜面。其结构如图12-17所示。图12-17正弦分中夹具1—底座2—支架3—手轮4—后顶尖5—工件6—鸡心夹头7—前顶尖8—前顶座9—主轴10—涡轮11—零位指标12—分度盘13—正弦圆柱14—蜗杆15—量块垫板利用分度盘上的正弦圆柱来控制工件的转动角度时，垫板和正弦圆柱之间应垫入的量块尺寸（图2-18），可按下列公式计算H1=P-sinα-d／2=H0-sinα（12-2）H2=P+sinα-d／2=H0+sinα（12-3）图12-18量块的计算式中H1、H2为所需垫入的量块尺寸；H0为一对正弦圆柱处于水平位置时，所垫的量块尺寸；P为夹具主轴中心至垫板间的距离；d为正弦圆柱的直径；D为正弦圆柱中心所在圆的直径；α为工件所需转动的角度。4.万能夹具万能夹具是从正弦分中夹具发展起来的更为完善的成形磨削夹具，属成形磨床的主要附件，也可以在平面或万能工具磨床上使用。（1）结构组成及各部分的作用万能夹具的结构组成如图12-19所示。主要由分度部分、回转部分、十字拖板部分及工件装夹部分组成。（2）工件装夹方法根据工件形状的不同，其装夹方法通常有以下几