模具制造

机械加工方法在模具加工中的应用及实例分析一、模具零件机械加工基本知识1.基本概念与知识点制造模具的方法很多，但是机械加工方法仍然是生产模具的主要加工方法，即将原材料在普通机床、精密机床、仿形机床、数控机床等机床上按图样要求加工出所需的模具零件根据生产零件及产量不同，模具有不同的类型和结构，但根据模具的结构组成，可将各种模具零件大致分为：工作型面零件（如：凸模，凹模，型芯、型腔）、板类零件（如模板）、轴类零件（如导柱、圆型凸模）、套类零件（如导套、浇口套）等。一般的机械加工模具的仿形加工模具的精密加工数控机床加工车削加工铣削加工刨削和插削加工磨削加工坐标镗床加工坐标磨床加工成型磨削模具CAD/CAM的应用模具零件机械加工方法的分类车削加工就是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来改变毛坯的形状和尺寸，从而获得符合图样要求的零件的切削加工方法。车削是工件旋转作主运动、车刀移动作进给运动。车削加工的范围很广，就其基本内容来说，主要有车外圆、车端面、切断和车槽、车孔、铰孔、车螺纹、车圆锥面、车成形面、滚花和盘绕弹簧等，如图1-1所示。车削加工的特点是工件作旋转运动，刀具沿着所要成形的工件表面，以一定的背吃刀量ap和进给量f，对回转的工件进行切削，所成形的表面都是旋转面。1.车削加工方法图1-1车削的主要内容a）车外圆b）车端面c）切断和车槽d）车内圆柱孔e）车外圆锥面f）车异型面g）车螺纹h）滚花i）盘绕弹簧图1-2C6132A卧式车床1—主轴箱2—刀架3—滑板及床鞍4—尾座5—床身6—溜板箱7—进给箱8—交换齿轮箱1）易于保证工件各加工面的位置精度﹡例如易于保证同轴度要求利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线﹡易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度车削工艺特点2）切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量.高速切削，利于生产率提高。3）适于有色金属零件的精加工有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。4）刀具简单车刀制造、刃磨和安装均较方便。2.铣削加工方法铣削加工是指在铣床上利用刀具的旋转运动和工件或刀具的进给运动来改变毛坯的形状和尺寸，而获得符合图样要求的零件的切削加工方法。铣削用的刀具称为铣刀。铣削是刀具旋转作主运动、工件或刀具作进给运动。铣削加工的范围广，在铣床上使用不同的铣刀可以加工平面（水平面、垂直平面、斜面）、台阶、沟槽（直角沟槽、V形槽、燕尾槽、T形槽）、球面、成形面、齿轮、螺旋槽，还可进行钻孔和镗孔、铣孔、切断材料等，如图1-3所示是铣削加工的主要内容。图1-3铣削加工的主要内容a）加工平面b）铣台阶c）镗孔d）铣T形槽e）铣直角沟槽f）铣齿轮g）铣球面h）铣螺旋槽i）铣燕尾槽（1）生产率较高，应用范围广。（2）切削过程不平稳容易产生振动。（3）刀齿散热条件较好，但切入和切出有热和力的冲击，加速刀具的磨损，甚至引起硬质合金刀片的碎裂。铣削工艺特点3.刨削和插削加工以刨刀的直线往复移动和工件的移动相配合来进行切削加工的方法，称为刨削。刨削时刨刀（或工件）的往复直线运动为主运动（v），方向与之垂直的工件（或刨刀）的间歇移动为进给运动（f）。按照切削时主运动的方向不同，刨削可分为水平刨削和垂直刨削两种，水平刨削通称为刨削，垂直刨削称为插削。刨削（插削）加工应用范围也很广泛，可以加工平面（水平面、垂直平面、斜面）、台阶、直角沟槽、V形槽、燕尾槽、T形槽、较大尺寸的通圆孔、方孔等，如图1-4所示是刨削（插削）加工的主要内容。刨削（包括插削）的主要特点是断续进行的，因此切削过程中有冲击和振动，因而加工精度一般不高，通常为IT9～IT7级精度，表面粗糙度Ra为12.5～3.2µm，平面度为0.04/500mm。图1-4刨削（插削）加工的主要内容a）刨水平面b）刨垂直平面c）刨斜面d）刨直槽e）刨T形槽f）刨曲面g）插键槽h）插方孔i）插多边形孔j）插花键孔图1-5牛头刨床a）牛头刨床外形图b）牛头刨床运动示意图1—工作台2—横梁3—刀架4—滑枕5—床身6—底座图1-6插床a）插床外形图b）切削运动示意图1—床身2—下滑座3—上滑座4—圆工作台5—滑枕6—立柱7—变速箱8—分度机构4.坐标镗床加工坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，主要用于加工零件各面上有精确孔距要求的孔。所加工的孔不仅具有很高的尺寸精度和几何精度，而且具有极高的孔距精度。孔的公差等级可达IT6～IT7，表面粗糙度取决于加工方法，一般可达Ra0.8µm，孔距精度可达0.005～0.01mm。此外，坐标镗床还可用于精确的刻度、刻线和成品的检验等。为了保护机床的工作精度，坐标镗床应安装在特别干燥和清洁的厂房内，室温应保持恒温20℃±1℃，空气湿度应在55%±5%的范围。1—床身2—主传动座3—工作台4—主变速箱5、10—立柱6—主轴箱7—滑板8—顶梁9、15、16、20—手钮11—横梁12—粗定位标尺13—光屏14、19—手轮17—指针18—主轴图1-7T4240B型双柱光学坐标镗床5.坐标磨床加工坐标磨床是在坐标镗床的原理和结构的基础上发展起来的一种精密机床。坐标磨床具有高精度的坐标工作台和高精度的磨削系统，可对高硬度材料、淬硬钢等制作的工件进行各种磨削加工，如位置精度和尺寸精度要求很高的圆柱孔、圆锥孔、方孔、成形型孔、长槽以及工件外型面等，是加工精密模具成形零件的一种先进工艺设备。坐标磨削可以加工直径小于1～20mm的高精度孔，加工精度可达5µm左右，表面粗糙度可达Ra0.8～0.4µm左右，表面粗糙度最高可达Ra0.2µm。图1-8所示是MK2932B型坐标磨床主机的外形图。机床主要由底座1、坐标工作台2、数字显示装置3、高速磨头4、立柱5和磨头箱6等组成，工作台可沿滑座导轨作横向移动，滑座又可沿底座的导轨作纵向移动。工作台横向、纵向移动的坐标距离分别由安装在滑座和底座内的直线感应同步器数显测量系统精确测定和显示。图1-8MK2932B型坐标磨床主机的外形图6.模具的成形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、圆柱面等简单形状，然后分段磨削，并使其联接光滑、圆整，达到图样要求。成形磨削具有高精度、高效率的优点，它可对热处理淬硬后的凸模、拼装凹模进行精加工，因此可以消除热处理变形对精度的影响，提高模具制造精度。同时，采用成形磨削可以减少钳工工作量，提高生产效率。成形磨削的方法有两种：成形砂轮磨削法和夹具磨削法。成形砂轮磨削法即利用修整砂轮工具，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，即可获得所需要的形状夹具磨削法即将工件按一定的条件装夹在专用的夹具上，在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，从而获得所需要的形状7.模具的仿形加工—根据预先加工好的样板或模型（靠模）为仿形依据，加工时触头在样板上移动，刀具做同步运动，在工件上加工出与靠模一致的模型。（1）仿形加工的原理工的应用：外型加工、型腔加工、花纹图案雕刻、自由曲面构成的成型零件。仿形加（2）仿形加工的主要特点（3）仿形加工的种类仿形车削仿形铣削仿形刨削仿形磨削可切削加工较为复杂的曲面需要靠模作为仿形加工的依据只适用于少许余量的精加工或半精加工2、仿形触头触头的头部与靠模的表面形状相适应1）具体要求：①触头倾角α靠模工作面最小倾角β②触头头部半径R靠模工作面最小半径r2）触头与铣刀的关系：D=d+（a+e）D—触头直径，d—铣刀直径，a—钳工修正量，e—触头偏移量b)d)图仿形触头选择示意图ａ）αβ正确ｂ）αβ不正确ｃ）Rr正确ｄ）Rr不正确模具的仿形铣削加工图11铣刀端部圆角a)Rr不正确b)rR正确铣刀端部的圆弧半径必须小于被加工表面凹入部分的最小半径a)b)