第7章模具零件的机械加工

第7章模具零件的机械加工7.1模架的加工7.2模具工作零件的加工7.3型腔的抛光和表面硬化技术7.4模具工作零件的工艺路线1第7章模具零件机械加工概述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：1.毛坯外形的加工；2.工作型面的加工；3.模具零部件的再加工；4.模具装配。返回目录2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。3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，这也是今后模具发展的方向。返回47.1.1模架的加工5模架是由模座、模板及导向零件等构成的一种模具组合结构体，用来安装或支承成型零件和其他结构零件，并保证模具的工作部分在工作时具有正确的相对位置。图3.1所示是冷冲模模架的常见结构。模架的主要组成零件是：模板、垫板、固定板等平板类零件和导柱、导套等轴套类零件。模架的加工是指组成模架的零件的加工。对角导柱模架1—上模座2—导套3—导套4—下模座6中间导柱模架1—上模座2—导套3—导套4—下模座7后侧导柱模架1—上模座2—导套3—导套4—下模座8四导柱模架1—上模座2—导套3—导套4—下模座9图7-2导柱和导套a)导柱b)导套导柱和导套在模具中起到导向的作用，保证凸模和凹模工作时有正确的相对位置，保证模具的运动部分运动平稳，无阻滞现象。101导柱、导套加工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，选择两端中心孔定位符合基准重合原则，加工时能达到较高的相互位置精度，且工件装夹方便。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。返回11(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。返回123.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。返回13接上表注：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。返回14返回15图7-3中心孔的圆度误差使工件产生圆度误差导柱加工时以中心孔定位如顶尖和中心孔接触不良，将影响加工精度。修正方法：修中心孔16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。返回17挤压中心孔的硬质合金多棱顶尖图7-5挤压中心孔的多棱顶尖18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。返回19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。返回20图7-6用小锥度心轴安装导套1—导套2—心轴导柱和导套加工时选择正确的定位基准，以保证同轴度的要求1.单件生产：在一次装夹中磨出，每件都需要调整。2.批量生产时：先磨内孔再用小锥度芯轴加工21图7-8导套研磨工具1-锥度心轴2-研磨套3、4-调整螺母研磨的目的是为了进一步提高加工表面质量22磨削和研磨导套时常见的缺陷：“喇叭口”如图7-923上、下模座的加工a)上模座24上、下模座的加工b)下模座保证装配要求模架工作时保证运动平稳251.加工要点模座包括上、下模座，动、定模座板等；模板包括各种固定板、套板、支承板、垫板等，这些都属于板类零件，其结构、尺寸已标准化。在制造过程中，主要是进行平面加工和孔系加工，为保证模架的装配要求，加工后应保证模座上、下平面的平行度要求及装配时有关接合面的平面度要求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。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，生产中应用较广。模座、模板加工返回3.加工工艺过程板类零件主要是平面加工，现在以冷冲模上、下模座的加工为例，介绍其加工工艺过程的编制，并进行工艺分析。图3.10所示为上、下模座的零件图，表3.4为上模座的机械加工工艺过程，表3.5为上模座的机械加工工艺过程。返回返回返回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。返回a)普通标准模架注射模b)侧型芯式注射模c)拼块式注射模d)三板式注射模1-定位圈2-导柱3-凹模4-导套5-型芯固定板6-支承板7-垫块8-复位杆9-动模座板10-推杆固定板11-推板12-推杆导柱13-推板导套14-限位钉15-螺钉16-定位销17-推杆18-拉料杆19-型芯20-浇口套21-弹簧22-楔紧块23-侧型芯滑块24-斜销25-斜滑块26-限位螺钉27-定距拉板28-定距拉杆7.1.2注射成型模架的加工31图7-12注射模模架1-定模座板2-定模板3-动模板4-导套5-支撑板6-导柱7-垫块8-动模座板9-推板导套10-导柱11-推杆固定板12-推板加工要求：保证模板的平行度和模板导柱孔的垂直度32图7-13模板的装夹a)模板单个镗孔b)定模同时镗孔1-模板2-镗杆3-工作台4-等高垫铁模架零件的加工33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3.11所示。返回5.加工方法平面的加工方法有刨削、铣削、磨削，根据模座与模板的不同精度和表面粗糙度要求选用不同的加工方法。铣削加工是以铣刀的旋转做主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。铣削加工工艺范围主要包括加工模具零件上的平面、各种沟槽和各种型腔、型孔。如用铣床加工凹模、凸模固定板、卸料板底座漏孔、型腔模的型腔固定板型孔。铣削加工特点如下：(1)生产率较高铣削加工以回转主运动代替了刨削加工的直线往复运动，没有空行程。并且以多齿刀具代替单齿刨刀。因此，铣削加工的生产率较高。(2)适应性好铣刀的类型多，铣床的附件多，特别是分度头和回转工作台的应用，使得铣削加工的范围极为广泛。(3)加工质量中等铣削时，每个刀齿轮流切入切出工件，断续地进行切削，使刀齿和工件受到周期性的冲击，切削力发生波动。因此，铣削总是处于振动和不平稳的工作状态中，使加工质量受到影响。返回铣削总是处于振动和不平稳的工作状态中，使加工质量受到影响。(4)成本较高铣床结构复杂，铣刀的制造和刃磨比较困难。一般来说，铣削加工成本较高。刨削加工是以刨刀(或工件)的直线往复运动为主运动，以方向与之垂直的工件(或刨刀)的间歇移动为进给运动的切削加工方法。刨削加工工艺范围包括牛头刨床主要用于粗加工、半精加工模具零件的外形平面、斜面、垂直面和曲面。由于冲模制造主要是单件生产，用牛头刨床加工模具零件具有较好的经济效益。龙门刨床主要加工大型模具零部件，龙门刨床除了可以加工直平面以外，还可以加工斜面。在加工斜面时水平进刀和垂直进刀可以同时进行。在精度高、刚性好的龙门刨床上也可以用宽刃刨刀作细刨以代替刮研。返回37刨削加工工艺特点如下：(1)加工质量中等一般来说，刨削加工切削速度低，有冲击和振动现象，加工质量一般，但是，刨床通用性好，换刀方便，可以在一次装夹中加工几个不同的表面，用机床精度保证加工表面之间的位置精度。另外，刨削大平面时无接刀痕，表面质量较好。但是，用宽刃细刨的加工方法，可以达到相当高的精群拖嗟焙玫谋砻嬷柿俊(2)生产率低刨削时的直线往复运动，不仅限制了切削速度的提高，而且空行程又显著降低了切削效率。因此，刨削加工生产率较低。(3)加工成本较低刨床结构简单，调整方便。刨刀制造、刃磨容易，因此，刨削加工成本较低。零件的平面磨削工艺范围包括零件经刨、铣及淬硬后，均需经过平面磨床磨削平面，以使其表面达到所规定的表面粗糙度等级。一般情况下，经平面磨削后，其表面粗糙度Ra可达0.8μm以上。平面磨削方法分为圆周磨削法(图3.12(a))和端面磨削法(图3.12(b))两种，其磨削特点如表3.6所示。返回图7-14浇口套2）材料：T8A3）热处理：57HRC3940侧型芯滑块的加工滑块与滑槽的配合：H7/g8或H8/h8材料选用45号钢或碳素工具钢。热处理要求40-45HRC41侧型芯滑块与滑槽的常见结构42侧型芯滑块结构43447.2模具工作零件的加工45图7-18圆形凸模加工路线：毛坯----车削加工（留磨余量）-----热处理-----磨削46凸模和凹模是冲裁模的工作零件，形状、尺寸差别较大，有较高的加工精度要求。它们的加工质量直接影响模具的使用寿命及冲裁制件的质量。冲裁凸模与凹模的加工过程中，凸模的刃口轮廓和凹模的型孔，是加工