模具的加工方法及制造工艺pptx

　　模具的加工方法及制造工艺;4.1 切削加工 ; 当用CNC机床加工零件时，首先根据零件图编写CNC机床用的程序。程序被读进CNC系统中，然后，在机床上安装工件和刀具。并且根据程序运行刀具。最后进行加工。 一台数控机床设定一个特定位置。通常，在这个位置进行换刀和设定编程的绝对零点。这个位置称为参考位置(点)。把刀具移动到参考点，有两种方法：1)手动回参考点；2)自动返回参考点。 下面两个坐标系被指定在不同位置： 1)零件图纸上的坐标系。在零件图纸上设定坐标系，该坐标系上的坐标值用作编程数据。 2)由CNC设定的坐标系。该坐标系在实际机床工作台上设定。用程序编制从刀具当前位置到要设定坐标系零点的距离设定该坐标系。; 按照零件图纸坐标系编制的程序指令，刀具在CNC设定的坐标系中移动，把工件加工成图纸指定的形状。因此，为了正确地把工件加工成图纸指定的形状，两个坐标系必须设在同一位置。 根据零件形状、加工数量可以使用简单的方法把两个坐标系设在同一位置。 1)使用工件的基准面和基准点。使刀具中心与工件基准点重合，在这个位置上设定由CNC指定的坐标系。 2)把工件直接安装在夹具上。使刀具中心与参考点重合，在该位置设定CNC指定的坐标系。夹具应安装在距参考点预先设定的位置。 3)把工件装在托盘上，然后把工件和托盘一起装在夹具上。夹具和坐标系的规定与(2)相同。 ; 当进行钻孔、攻丝、镗孔、铣削等加工时，必须选择适当的刀具。给每把刀具赋给一个编号，在程序中指令不同的编号时，应选择相应的刀具。例如，当把01号赋给钻头时，当这把刀具放在ATC的01号位时，通过指令T01可以选择刀具。该功能称为刀具功能。 当开始实际加工时，需要旋转主轴并供给冷却液。为此，需要控制主轴电机和冷却泵的启动停止操作。指令机床部件的启停操作的功能称为辅助功能。通常，该功能用M代码指令。例如，当指令M03时，主轴以指令的主轴速度按顺时针方向旋转。 ; 通常加工一个零件要用多把刀。刀具有不同的长度。根据使用的刀具去更换程序是相当麻烦的。因此应预先测量使用的每把刀??的长度。并在CNC中设定标准刀具的长度和每把刀具的长度之间的差，即使刀具改变了，也不需要更换程序便可实现加工。该功能称为刀具长度补偿。; 因为刀具有半径，所以刀具中心的轨迹相对于工件的轮廓偏移了一个刀具的半径。如果刀具半径储存在CNC中的话，刀具可离开加工零件形状为刀具半径的轨迹移动。该功能称为刀具半径补偿。;G代码分为以下两类： 1)非模态G代码。G代码只在它的程序段中有效。 2)模态G代码。在指令同组其它G代码前该G代码一直有效。 ; 注塑模具制造中广泛应用深孔钻削(枪钻)，这种方法需要一个特别的机床或用其他机床连接深孔钻削装置，如铣床。钻削在水平面内操作，与普通的钻床或铣床有四个重要的不同： ① 机床钻孔的深度能够相当大。 ② 钻头支撑可非常接近工件，如同钻削夹具。 ③ 钻头的切削刃直接受到压力润滑和冷却。 ④ 钻头钻通固体材料，不需预钻。 有两种钻头，区别是内部去屑或外部去屑，外部去屑方法是最常用的。;1．枪钻材料 钻头的工作端，由硬质合金制成。比高速钢更硬，寿命更长。头部是用铜焊将其焊接在一根长的钢管上，钢管另一端被固定在机床夹头上。工作端全新时约40 mm长，切削刃部可重磨，直到剩余的长度不足以在孔内起导向作用。工作端越短，偏离的危险就越大。 2．钻头的切削刃 切削刃的角度取决于被切削的材料，短刃大约30°、长刃大约20°，如图4-12所示。这是麻花钻和深孔钻最明显的区别。没有凿尖刃，但是钻头非常尖锐，明确规定的V形切削刃，围绕着钻头中心和所谓的W形槽旋转，保持钻头在中心上，甚至当切削刃在工件内部离导向套很远处时仍然可以工作。当钻头逐步进入工件时，头部和杆部3 / 4圆柱比麻花钻上非常窄的棱边能提供更好的导向，这就有助于防止钻头偏离。 ;3．钻头定位 采用类似钻削夹具的方法来进行，钻套属于钻头且随钻头一起供货。钻套导向在出屑盒顶端被固定到机器上，出屑盒用来收集返回的冷却液和切屑，并且精确地定位钻头。导向面紧紧对着工件表面固定，以致于通过出屑槽返回的冷却液和切屑能进入出屑盒而无渗漏。 4.切削刃的冷却 钻头在整个长度上有一孔，让冷却液通过高压吸入，冷却液出口正好在切削刃后面，它冷却和润滑钻头，使孔内摩擦最小，冷却液还通过钻头的扇形开口，将切屑冲出。然后冷却液与切屑分离，经过过滤后重新吸入。 ;4.2 电火花加工 ; 在连续的放电冲击下，工件和电极上的材料被加热到熔化或气化温度并在电子或机械力的作用下爆裂开。通过对工艺参数的合理选择，可使工件上的材料去除量远远多于电极上的材料去除量，工具损耗量甚至仅占工件损耗量的0.1%以下。 放电两极都有凹坑产生，其尺寸与放电的能量有关。于是，高放电能量的粗加工和精加工之间应有区别。放电凹坑使模具表面形成特定结构、特定粗糙度，并且呈现席形表面。碎屑从放电间隙中冲走并沉积到容器底部。可将放电动作设计成相对运动，只需要将工具电极和夹具一起抬高很短一段距离便可，提升运动导致间隙里的绝缘体改变。对于平面型腔而言，这种冲洗设计确实足够了。但对于复杂的轮廓，还需要对工件和工具电极加双重压力或吸力冲刷。 ; 在简单的垂直熔蚀中，熔蚀的形状由电极的形状和尺寸所决定。清角加工不易，但行星放电加工的引入使其熔蚀技术得到扩展。行星放电加工是一种在工件和电极之间有相对运动的加工技术，这种相对运动是垂直、偏心和盘旋三种运动的组合，行星放电加工也被称为三维或多维空间技术。 ; 对于任意形状通孔的加工，线切割是相当经济的方法。开敞的型腔壁可以先倾斜，然后进行线切割加工。线切割加工效率很高，在模板上可直接加工型腔。 工件的金属材料在与细丝电极之间在没有接触和机械作用的情况下被切割，电极在数控下像带锯一样穿过金属，去离子水是绝缘液体，通过同轴喷管流入切割区，随后被清理并在分离设备中回收，现代线轴CNC高精度定位系统。;4.4 型面整修与抛光4.4.1 模具表面精整与符号 ;4.4.2 特殊纹理 ;1.EDM蚀刻。各种纹理都能被加工成进行电火花加工的电极，这个电极能满足模具表面所要求的精整。在电火花加工工艺中，电极深入到通常已淬过火的模具钢中。 2.EDM 精整。用光滑的电极靠近相配的工件光滑面，就可以进行精整。在整个与电极接触的区域产生均匀的精整，精整的晶粒大小通过控制使用的电流强度掌握。要规定和检查精整的程度，可使用VDI(德国工程组织)颁布的切片比较，虽具有主观影响，大多数应用还是满意的。 ;4.4.3 喷砂和蒸汽珩磨 ;4.4.4 抛光和擦光 ; 擦光采用手持旋转毡轮和钻石膏#15、#9、#6和#3，工件可旋转也可静止。擦光分为两步，首先是“切削”，通过去除表面缺陷或划痕，使表面精制，从而获得相对平滑的表面。第二步是“着色”，切削过的表面进一步精制，产生最大的光泽。金刚石磨料使用不同工具时的嵌入情况如图4-25所示，图4-26则表示各种磨料的作业过程。 表面材料的去除量取决于植入“工具”中磨料的尺寸。当磨粒切削时，旋转并且逐渐随金属颗粒落下。磨粒植入比较硬的基体，例如木材、铜、铁或钢，在其脱落之前，使模具表面去除更多，但也更有可能使表面刮伤。;a)9号磨粒抛光 b)6号磨粒切削 c)3号磨粒着色 图4-26不同磨料与毡衬底用于抛光和擦光的不同阶段; 由于需要装饰或增加某些功能，经常需要在模具表面加工出纹理，或是出于包装的原因，或是使注塑制品表面抗刮伤和抗磨损（例如羽毛或木材纹理）或是增加舒适的手感，模具纹理也用于掩饰流痕和熔接痕。 电化学腐蚀工艺的基础是金属在酸和盐溶液中的溶解性。金属材料的溶解是材料的微观区域之间或材料与蚀刻介质之间的电压势差的结果。金属原子释放出电子并从金属点阵中以离子的形式逸出，自由的离子在蚀刻介质中，被阳离子和阴离子中和。腐蚀下来的金属和阴离子相结合生成不能溶解的金属盐，然后通过过滤或离心分离从蚀刻介质中除掉。 几乎所有的金属，若没有某些合金元素，如镍或铬的限制，包括不锈钢都可以用化学方法加工或产生纹理。除了钢模具，不含铁的金属模具也可用化学方法处理。 ; 模具的初始粗糙度对于腐蚀后表面的质量具有重要的影响，机加工的痕迹可能未被覆盖并隐约可见。因此，在腐蚀模具表面应该用研磨剂来磨平。允许的腐蚀深度取决于注塑条件。去除材料的速度取决于腐蚀介质、温度和材料的类型，随着温度的升高而增加。 通常有两种腐蚀方法，浸渍蚀刻和喷射腐蚀。 通常有两种腐蚀方法，浸渍蚀刻和喷射腐蚀。 ; 有多种覆盖技术可以防止非腐蚀区域材料被去除，这些技术取决于要加工的纹理种类，覆盖方法包括人工覆盖、丝印覆盖到光化学方法覆盖。 光化学方法覆盖能确保完成高精度的加工。金属表面涂有光敏涂层，它由胶片上的图案复制而来。采用电火花熔蚀，特别是光化学腐蚀（蚀刻）技术，几乎可以得到任何形状与图案的表面设计。 ; 电火花熔蚀的模具表面具有平坦的圆形放射凹坑结构，而光化学腐蚀则完全不同，放射凹坑呈锐角边且更深一些。两种结构都可以通过随后的硬（金刚砂）或软（玻璃球）颗粒冲击得以纠正，并且调节到满意为止。用硬颗粒，轮廓变得粗糙；用软颗粒，则变得光滑。 注塑制品成型表面的复制效果，取决于塑料的黏度、固化速度、注射压力和模具温度等参数。 熔液的黏度越低，复制的??确性就越高。因此，低熔化黏度的塑料能精确复制模具表面并具有锋利的边，形成紧密配合且抗损坏的表面。而高熔化黏度的塑料形成圆形的、有光泽但容易损坏的注塑制品表面。 浇口和流道的尺寸和位置尤为重要。如果浇口的位置不合适，在远离浇口的区域会发现复制效果很差，光泽增加，其原因是距离浇口稍远的塑料熔融已经冷却因此压力太低不能复制细节。 在脱模过程中，有纹理的表面像侧向凹凸部分一样阻碍脱模。因此，蚀刻或电火花熔蚀的深度一定不能超过脱模斜度的要求，纹理的方向是否与注射方向垂直、平行或无规则是很重要的。 ; 激光雕刻已经初步可以用于注塑模具，激光束由透镜汇集起来，聚焦于加工对象上，能在焦点处产生高于2000W/mm2的能量密度，可在钢中产生约2500℃的高温。同时，焦点暴露在含氧量很高的油气中，于是，焦点处的钢便燃烧起来。如果激光束沿着钢表面移动，由于热应力的作用，就会从钢中分离形成氧化铁珠。增加焦点处的激光束强度也可以使金属熔化，产生熔液也可以以炽热的微滴形式被气体火焰吹走。 激光束在焦点处的直径及激光轨迹的宽度约为0.3mm。轨迹行间的标准宽度是0.05~0.2mm。其0.05mm的偏移量产生Ra为1.5μm 的表面粗糙度，几乎与腐蚀产生的表面质量相同。型腔一层一层的加工，层的厚度一般是0.05~0.2mm 之间。一种特殊的控制装置确保激光束的渗透深度保持为预定的值（例如，在NC 程序中预先设定）。允许的公差是0.025mm。 在计算机上直接编程的方法首次提供了将任意硬度、任意种类的合金钢及其他材料直接加工成所需形状的可能性，而无需考虑材料的影响。因此，激光雕刻有望代替近年发展起来的大多数快速加工工艺。虽然激光雕刻加工出的模具表面质量和尺寸还不能满足所有的要求，但是，这种工艺和其他工艺如磨削、腐蚀或铣削等的结合可满足所有的需求。因此其优点远不止仅可以加速制造过程，可以用同一材料批量生产工具。 ; 利用含镍的电极沉淀物电铸到阳模型(即心轴)上形成型腔。阳模型与产品很相似，而阴模型与阳模型正相反。阳模型可以用金属或非金属材料制造。 阳模型的夹持轴上可以设置塑料保护层，以及与电铸液阴极连接的金属导线，要求对阳模型进行表面处理，以防止镍粘着在阳模型表面。也可以使用金属模型，若使用塑料(绝缘材料)等非金属材料则必须附加制备导电体，一般通过化学镀银工艺达到这种要求，银镀层的厚度＜0.5μm。然后，将心轴悬挂在电???液槽中。; 根据溶液的成分、沉积参数、电流密度、溶液温度、pH值等因素，沉积2-4 mm厚的镍层需要10~15天，如果需要的话，万博max体育注册可在铜溶池里附加沉积一层铜加固层，根据表面尺寸和其他因素，沉积厚度为5~20 mm或更厚的硬铜层，直到达到所需的外形尺寸。 镍用于塑料加工的最重要特征如下： 1) 镍的耐磨性几乎与铬合金相同。用于注射模具的电铸型腔通常所使用镍的硬度约为 44~48HRC。 2) 抗腐蚀性镍具有良好的抗氧化性。然而，更重要的是，它能抵抗腐蚀性溶剂，如聚氯乙烯( PVC )生产过程中的盐酸。 3) 塑料产品需要良好的脱模能力，而高质量的电铸镍表面是柔软的、无孔的，具有最佳的抛光性。塑料产品能被很容易地顶出。镍的高钝性允许大大减少脱模剂的使用量，从而能满足清洁生产的要求，同时可以获得较好的表面质量。 4) 模型表面精致的轮廓面可被准确地传递到模具上，如像皮革纹、精细的宝石琢痕、半光面、光面、镜面精加工等。 ; 为了满足注射模具要求的精度，在移出芯轴模型前，最好先机加工外形。刀具刚度要硬。模腔料坯的高度一般需要加大，以避免角区薄弱。根据料坯的形状，必须用机加工去掉多余的材料。 电铸衬套必须小心地与钢框架或铸件相配合，因为电铸模具本身不能承受注射压力。这个衬套必须与固体模具零件无间隙装配。 根据模型材料(金属或塑料)，成型表面需要少量或不用抛光。当应用塑料溶液模型时，模腔表面的银涂层必须被清除，去除方法可用化学处理或玻璃珠喷砂。 利用电铸型腔方面还有其他的优点： ① 通过较好地控制阳模型的制造，可获得高精度。 ② 无扭曲变形（无附加的热处理要求）。 ③ 镍良好的导热性，可获得较高的产量。 ④ 用一个金属模型，能制造完全相同的模腔。 ⑤ 降低了车间的工作量。 ⑥ 容易控制沉积物硬度。例如，硬镍42~50HRC；氨基磺酸镍20~30HRC；硬铜HB=200~220N/mm(相当于钢600~800N/mm)。; 在注塑过程中，电铸模具比其他模具制造方法具有明显的经济优势和技术优势，这样的产品有：小模数、高精度要求的齿轮、反射镜；具有下凹形状的制品（例如，天平、控制旋钮、打字机键盘等）；细、长形状制品（如圆珠笔、套杆、笔帽、吸液管）；具有天然纹理的产品（如天然木材、皮革纹理等），这些产品不能通过现代刻蚀和浇铸的方法获得。 同所有的生产方法一样，电铸模也有它自身的局限性，必须针对电铸的缺点采取相应的措施。 ① 硬镍的最高工作温度范???仅约300~400oC。 ② 深、窄的狭槽（如用于扩音的格栅）不容易制造。 ③ 电铸模具的制造过程缓慢，它依赖于电解液的沉淀速率。 ④ 用硬镍制造的电铸模具对弯曲载荷非常敏感。 对于成功制造电铸模具而言，必须懂得“角脆弱”的特性和明白如何控制它。在尖内角和狭窄的缝处，沿着角的平分线会出现头发状裂纹。 ; 根据生成数据制作金属模具的基本特征是通过叠加材料进行成形，或者通过材料从液态到固态或粉末状到固态进行成形，而不像传统方法那样通过切削材料制造模具。 所用的方法包括选择性激光烧结、3D印刷、金属LOM(薄板状物体制造)、成型熔炼和多态喷射凝固。 在金属的选择性激光烧结中(SLS)，激光束一层一层的熔化颗粒状的材料，层的厚度受限于金属粉末的颗粒尺寸在0.1~0.4mm之间变化，模具就这样一层一层的生成了。 ;1. 间接烧结。烧结可间接或直接进行。在间接方法(DTM方法)中，涂有粘结剂的金属颗粒在一个惰性工作室(例如，充满氮气)中烧结。加热到刚好低于粘结剂的熔点温度，颗粒被稀疏地粘到一个辊子上，然后熔化到指定的地方。模具镶件形状就可通过熔化聚合物粘结剂而得到。此时，模具颜色为绿色，其机械强度较低，然后要进行热处理。聚合物粘结剂在高温下被烧掉后模具呈棕色，然后在更高的温度下烧结。最后在棕色部分中渗进铜(在大约1120℃)，焊接合金或环氧树脂，用来封堵聚合体粘结剂被烧掉后形成的小孔。;2. 直接烧结。在直接激光烧结制造中，金属在没有粘结剂的情况下烧结，并且不会在处理阶段存在不精确因素。但是，零件必须经过渗透处理，因为已经证明烧结零件理论密度只能是70％。渗透处理后，必须进行后续加工，一般是进行抛光。 除了纯金属粉末和用粘结剂处理的粉末以外，也使用多种成分的金属粉末。由至少含有两种可以用于直接烧结方法的金属组成的粉末混合物。低熔点成分提供SLS过程中的粘结，而高熔点成分在熔炉中熔化以其极高的强度浸透模具。可用于直接和间接烧结的金属和金属合金是：铝、铝青铜、铜、镍、镍青铜粉末和不锈钢。 另一种应用金属的方法是激光生成式快速原型制造，将粉末连续加入到装有金属熔液的移动加工头中。加入的粉末材料与上一层上熔化的金属结合，加入的层可以为0.5-3 mm。金属粉末被吹进去并在一个聚焦的激光束下熔化。当加工头相对于加工表面移动时，就会形成很好的叠珠焊缝。使用的金属是铬镍合金、铜和钢。激光生成式RP不如激光烧结精确，并且由于其方法的限制而只能生产简单的零件。 ;3. 金属堆积。激光生成式RP的进一步发展方向是控制金属堆积，就是激光生成式RP和高速铣削的结合。一旦由激光产生了0.1-0.15mm 厚的一层堆积物，就对其铣削。这样能达到单纯激光生成式RP不可能有的高轮廓精度。由于这种加工的复杂性，目前可加工的零件的最大尺寸只限于200mm3。 在成型熔化中，金属丝在电弧中熔化并沉积，而在多态喷射固化中，材料经由一个喷嘴系统被一层层的堆积，采用的是充满不锈钢、陶瓷或钛粉末的熔点合金和粘结剂。像SLS一样，粘结剂被烧掉，工件被渗透、抛光。两种方法不如SLS方法精确。 ;4. 3D打印。可以将金属的3D打印用于生产注塑的原型模具。当涂上一层金属粉末后，粘结剂带有选择性的喷射，像墨水喷射那样。这个流程在低温下进行，因为只有粘结剂要被熔化掉。在直接激光烧结下的局部加热会导致严重的变形，这种情况在3D印刷下不会发生。一层印刷完后，升降机将平台降下以便能用上更多的粉末并生成下一层。涂层有0.l mm厚。当钢粉末用于3D打印时，青铜用于渗透。预测收缩量为0.2％。 ;5. 金属LOM。该方法中，先碾压出相同厚度的金属片，然后用激光切掉并连接在一起。连接的方法是螺钉连接。迄今为止，用这种方法制造的模具只用于金属成型和用于精密铸造注射模具的蜡模。用螺栓连接的优点是可以只通过变换单独的金属件来改变其尺寸。 可将激光切割和扩散焊接结合起来，与金属LOM和其他层以固定的厚度增长的多数RT工艺不同，这种工艺允许使用任何厚度的薄片，模具中结构简单的部件可以用紧凑段代替，而RT只用于必要的地方。由于工艺本身的原因，在堆积方向上的误差不会低于±0.l mm。激光切割的公差为0.001~0.l mm之间。与至今提到的大多数工艺不同，这种工艺在零件尺寸上没有附加任何约束。 ;6. 立体印刷STL。与大多数直接制造金属模具需要后续处理(渗透和精机加工)不同，用辅助材料生产模具很大程度上免去了这一工序。立体印刷(STL )是基于液体的处理方法，通过计算机控制的激光对聚合物进行紫外线(UV)处理。激光束一点一点扫过浴槽中的可进行UV处理的光敏聚合物，通过降低升降机处理下一层，在浴槽中生成所需零件的形状。一旦整个零件生成以后，便在一个二次固化熔炉中通过UV辐射进行二次固化。STL方法的潜在优势是其精度高，至今还没有其他RP方法超过它。; 用立体印刷生产的零件具有高精度和表面质量好的特点，与其他金属模具的制造方法不同，除了对于如来自RP/RT 工艺产生的分层堆积等处理以外，它不需要其它进一步的处理，因此，在时间上很有优势，尤其是模具表面必须光滑平坦的时候。其缺点是可应用的树脂（丙烯酸脂、乙烯基树脂和环氧树脂）的热学性能和机械性能较差，从而导致模具的使用寿命很短。用环氧树脂能得到最好的尺寸精度和表面质量，在立体印刷工艺中，可使用强激光对树脂进行更快，更广泛的处理，这样还可以减小变形。 ;4.9.2 间接式快速制造法 ;4.10 模具吊装 ;加工承载吊环螺栓台肩 ;4.11 工艺规划与车间调度 ; 一条工序执行时可通过暂停PS操作分割成多个工步，一条工序至少有一条工步。工序与工步之间存在以下关系： 工序工时 = 工步工时之和。 工步工时 = 工步实际完成时间-工步实际开始时间 工序实际开始时间 = MIN (工步实际开始时间) 工序实际完成时间 = MAX(工步实际完成时间) 为了方便车间工人进行系统操作，可以引入与上述功能相似的条码输入系统，但需要在图纸中准备制品编号和物料编号条码。虽然条码引入可能带来操作工的输入方便，但也因此增加了生产准备工作量。

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