模具制造工艺模具的机械加工

　　第四章模具的机械加工模具的种类很多，其结构、形状各异，大小也有很大差别，但其制造过程却基本相同，通常分为：模具检验。毛坯外形的加工比较简单，可在车床、刨床、铣床、平面磨床和万能外圆磨床等通用机床上进行。但模具工作型面的形状一般较为复杂，而且又有较高的加工要求。其加工质量直接影响产品的质量和模具的使用寿命。因此，模具加工主要是其工作型面的加工。模具工作型面的加工方法有很多，如机械加工、电火花加工、电火花线切割加工、铸造和挤压加工等，本章仅介绍模具工作型面的机械加工。模具工作型面的形状多种多样，但归纳起来不外乎两类：一是外工作型面，如各种凸模的工作型面；二是内工作型面，如各种凹模的工作型面。按照内工作型面的特征，又可分为型孔和型腔两种。型孔系指通孔，如各种凹模的工作洞口；型腔(或称型槽)系指盲孔，如锻模、压铸模和塑料模的凹模工作型面等。工作型面不同，其加工方法也不同。车削加工车床的种类很多，其中卧式车床的通用性好，应用最为广泛。在模具制造中卧式车床主要用于加工凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型芯和模柄等零件。车削用于加工内外旋转表面、螺旋面、端面、万博max体育官方网站钻孔、镗孔、铰孔及滚花等。工件的加工通常经过粗车、半精车和精车等工序而达到要求。根据模具零件的精度要求，车削一般是外旋转表面加工的中间工序，或作为最终工序。精车的尺寸精度可达IT6~IT8，表面粗糙度为Ra1.6~0.8μm。除了上述常规的车削加工外，还常常用到一些特殊的车削加工。对拼式型腔的加工在模具设计中，为了便于取出工件，往往把型腔设计成对拼式，即型腔的形状由两个半片或多个镶件组成。这种情况在注射模、吹塑模、压铸模、玻璃模和胀形模等模具中都比较常见。加工对拼式型腔(图4-1)时，为了保证型腔尺寸的准确性，通常应预先将各镶件间的接合面磨平，互相间用工艺销钉固定，组成一个整体后才进行车削。图4-1对拼式塑压模型腔球面的加工拉深凸模、弯曲模、浮动模柄、球面垫圈和塑料模的型芯等零件，往往带有球面。若在卧式车床上增设一个车球面工具，则可方便而又准确地进行球面加工。如图4-2a所示，连杆1可以调节的，一端与固定在机床导轨的基准板2上的轴销铰接，另一端与调节板3上的轴销铰接。调节板3用制动螺钉紧固在中滑板上。当中滑板横向自动进给时，由于连杆1的作用，使床鞍作相应的纵向移动，而连杆绕基准板上的轴销回转使刀尖也作圆弧轨迹。图4-2b所示为车削凹球面时的安装。图4-2车球面工具连杆2-基准板3-调节板多型腔模具的加工对于多型腔模具，如果其型腔的形状适合于车削加工，则可利用辅助顶尖校正型腔中心，并逐个车出。图4-3为四型腔塑料模的动模。车削加工前，先按图加工工件的外形，并在四个型腔的中心上打样冲眼或中心孔。车削时，把工件初步装夹在车床卡盘上，将辅助顶尖一端顶住样冲眼或中心孔，另一端顶在车床尾座上，用手转动车头，以千分表校正辅助顶尖外圆，调整工件位置，使辅助顶尖的外圆校正为止(图4-4)。车完一个型腔后，用同样的方法校正另一个型腔中心，进行车削。图4-3四型腔塑料模的动模图4-4用辅助顶尖找正中心坯料2-辅助顶尖3-车床尾座铣削加工在模具零件的铣削加工中，应用最广的是立式铣床和万能工具铣床的立铣加工，主要加工对象是各种模具的型腔和型面，其加工精度可达IT10，表面粗糙度为Ra1.6μm。若选用高速、小用量铣削，则工件精度可达IT8，表面粗糙度为Ra0.8μm。铣削时，留0.05mm的修光余量，经钳工修光即可得到所要求的型腔。当型腔或型面的精度要求高时，铣削加工仅作为中间工序，铣削后需用成形磨削或电火花加工等方法进行精加工。立铣加工主要有如下几种：(一)平面或斜面的加工在立铣上使用端铣刀加工平面或斜面时，生产效率高，因此，这种加工方法在模具零件的平面或斜面加工中得到广泛的应用。(二)圆弧面的加工圆转台是立铣加工中常用的附件，利用它可进行各种圆弧面的加工。圆转台安装在立式铣床的工作台上，而工件则安装在圆转台上。安装工件时，必须使被加工圆弧中心与圆转台的回转中心重合，并根据工件形状来确定铣床主轴中心是否需要与圆转台中心重合。利用圆转台进行立铣加工圆弧面的方式如表4-1所示。表4-1利用圆转台进行立铣加工圆弧面的方式方式简图说明主轴中心不需对准圆转台中心将工件R圆弧中心与圆转台中心重合。转动圆转台，由立铣刀加工R圆弧侧面，由于任意转动圆转台都不致使铣刀切入非加工部位，因此主轴中心不需对准圆转台回转中心主轴中心需落在圆转台轴线上使工件R圆弧中心与圆转台中心重合。并使主轴中心对准圆转台中心轴线之一，见图a。如主轴中心不对准圆转台中心轴线时，立铣刀将切入工件非加工部位见图b主轴中心需对准圆转台中心先使主轴中心对准圆转台中心，然后安装工件，使R圆弧中心与圆转台中心重合。移动工作台(移动距离为R)转动圆转台进行加工，控制圆转台回转角度(三)复杂型腔或型面的加工对于不规则的型腔或型面，可采用坐标法加工，即根据被加工点的位置，控制工作台的纵横(X、Y)向移动以及主轴头的升降(Z)进行立铣加工。例如，图4-5所示的不规则型面，其轮廓一般是按极坐标方法设计的，所以在加工前可按工件的极坐标半径、夹角和加工用铣刀直径计算出铣刀中心在各位置的纵横向坐标尺寸，然后逐点铣削。当立铣加工的对象为复杂的空间曲面时，亦可采用坐标法，但需控制X、Y、Z三个坐标方向的移动。坐标法加工后的型腔或型面的精度较低，需经钳工修整才能获得比较平滑的表面。图4-5不规则型面的立铣加工坐标孔的加工利用立铣工作台纵向和横向移动，可加工工件上的坐标孔。但因驱动工作台移动的丝杆和螺母之间存在间隙，故孔距的加工精度不高。当孔距精度要求较高时，可用坐标铣床。这种铣床是以孔加工和立铣加工为主要对象的，在机床上装有光电式或数字式读数装置，其加工精度比立式铣床高。刨削加工刨削主要用于模具零件外形的加工。中小型零件广泛采用牛头刨床加工；而大型零件则需用龙门刨床。刨削加工的精度可达IT10，表面粗糙度为Ra1.6μm。牛头刨床主要用于平面与斜面的加工。平面的加工对于较小的工件，通常用平口钳装夹；对于较大的工件，可直接安装在牛头刨床的工作台上。斜面的加工刨削斜面时，可在工件底部垫入斜垫块使之倾斜，并用撑板夹紧工件(图4-6)。斜垫块是预选制成的一批不同角度的垫块，并可用两块以上组成其他不同角度的斜垫块。对于工件的内斜面，一般采用倾斜刀架的方法进行刨削，图4-7所示为V形槽的刨削加工过程。图4-6利用斜垫块刨斜面2-工件3-虎钳4-垫板5-斜垫板图4-7刨V形槽(二)插削加工插床的结构与牛头刨床相似。不同之处在于插床的滑枕是沿垂直方向作往复运动的。在模具制造中插床主要用于成形内孔的粗加工，有时也用于大工件的外形加工。插床加工时有冲击现象，宜采用较小的切削用量。因此，其生产率和加工表面粗糙度都不高，加工精度可达IT10，表面粗糙度为Ra1.6μm。插床的加工方法主要是根据划线形状，利用插床的纵横滑板和回转工作台插出工件的成形孔或外形。所加工的内孔一般都留有加工余量，供后续工序精加工用。用插床加工直壁外形及内孔的几种形式如表4-2所示。 表4-2 用插床加工直壁外形及内孔的几种形式 形式 简图 说明 直壁外形加工 图a外形较大，用插床加工外形基准面图b外形较大，用插床加工外形，安装时使R中心与回转工作台中心重合，加工R圆弧面 成形孔在立铣加工后，留下圆角部分用插床加工成清角直壁内孔加工 成形孔在用钻头排孔后用插床粗加工成形 大型内孔，四角钻孔后，直接用插床割出。适用于形状较简单的成形孔四、磨削加工 为了达到模具的尺寸精度和表面粗糙度等要求，有许多模具零件必须经过磨削加工。例如，模具的型腔、型面，导柱的外圆，导套的内外圆表面以及模具零件之间的接触面等。在模具制造中，形状简单(如平面、内圆和外圆)的零件可使用一般磨削加工，而形状复杂的零件则需使用各种精密磨床进行成形磨削。一般磨削加工是在平面磨床、内圆磨床或外圆磨床上进行的，其磨削工艺如下： 平面磨削用平面磨床加工模具零件时，要求分型面与模具的上下面平行，同时，还应保证分型 面与有关平面之间的垂直度。加工时，工件通常装夹在电磁吸盘上，用砂轮的周面对工件进行磨削，两平面的平行度小于0.01：100，万博max体育官方网站加工精度可达IT5~IT6，表面粗糙度为Ra0.4~0.2μm。平面磨削工艺要点见表4-3 表4-3 平面磨削工艺要点 工艺内容及简图 工艺要点 砂轮 磨淬硬钢选用R3~ZR1磨不淬硬钢选用R3~ZR2 砂轮粒度一般在36#~60#，常用46# 周面磨削用量 1．砂轮圆周速度 钢工件；粗磨22~25m/s、精磨25~30m/s 2．纵向进给量一般选用1~12m/min 3．砂轮垂直进给量 粗磨0.015~0.05mm、精磨0.005~0.01mm 1．磨削时横向进给量与砂轮垂直进给量应相互协调 2．在精磨前应修整砂轮 3．精磨后应在无垂直进给下继续光磨1或2次 平行平面磨削 1．一般工件磨削顺序粗磨去除2/3余量修整砂轮精磨光磨1或2次翻转工件粗精磨第二面 2．薄工件磨削 垫弹性垫片。在工件与磁力台间垫一层约0.5mm厚的橡皮或海绵，工件吸紧后磨削，并使工件两平面反复交替磨削，最后直接吸在磁力台上磨平 垫纸法。在工件空音处间隙内垫入电工纸后，反复交替磨削 1．若工件左右方向平行度有误差，则工件翻转磨第二面时应左右翻。若工件前后方向有误差时，则在磨第二面时应前后翻 2．带孔工件端平面的磨削，要注意选准定位基面，以保证孔与平面的垂直度。在一般情况下前道工序应对基面做上标记 3．要提高两平面的平行度，须反复交替磨削两平面 垂直平面磨削 用精密平口钳装夹工件，磨削垂直面 1．用磨削平行面的方法磨好上下两大平面 2．用精密平口钳装夹工件，磨好相邻两垂直面 3．以相邻两垂直侧面为基面，用磨削平行面的方法磨出其余两相邻垂直面 用精密角尺圆柱或精密角尺找正、磨垂直面。找正时用光隙法，借垫纸调整位置后，在磁力台上磨削。该法能够获得比精密平口钳装夹更高的垂直度 1．磨好两平行平面 2．用精密平口钳装夹磨相邻两垂直，作为粗基准 3．用光隙法找正，置于磁力台上磨出垂直面 4．再以找正后磨出的垂直面为基面，磨出另外两垂直面 垂直平面磨削 用精密角铁2和平行夹头装夹工件1。适于磨削较大尺寸平面工件的侧垂直面 1．磨好两平行大平面 2．工件装夹在精密角铁上，用百分表找正后磨削出垂直面 3．用磨出的面为基面，在磁力台上磨对称平行面 4．需要六面对角尺的工件，其余两垂直平面的磨削采用精密角尺找正的方法，在精密角铁上装夹后磨出 垂直平面磨削 用导磁角铁1和垫铁3装夹工件2磨垂直面。它适用于磨削比较狭长的工件 1．装夹时应将工件上面积较大的平面作为定位基面，并使其紧贴于导磁角铁面 2．磨削顺序磨出一平面用导磁角铁磨出垂直面以相互垂直的两平面作基面，磨出对称平行面 用精密V形铁1和夹紧爪2装夹台肩或不带台肩的圆柱形工件3，磨削端面 在螺钉夹紧工件圆柱面处垫入铜皮，保护已加工表面 (二)内圆磨削 在内圆磨床上磨孔的尺寸精度可达IT6~IT7级，表面粗糙度为Ra0.8~0.2μm。若采用 高精度磨削工艺，尺寸精度可控制在0.005mm之内，表面粗糙度为Ra0.1~0.025μm。在内圆磨床上加工内孔和内锥孔的磨削工艺要点见表4-4。 (三)外圆磨削 外圆磨床主要用于各种零件的外圆加工，如圆形凸模、导柱、和导套、顶杆等零件的 外圆磨削。其加工方式是以高速旋转的砂轮和低速旋转的工件进行磨削，工件相对于砂轮作纵向往复运动。外圆磨削的尺寸精度可达IT5~IT6，表面粗糙度为Ra0.8~0.2μm，若采用高光洁磨削工艺，表面粗糙度可达Ra0.025μm。在外圆磨床上加工外圆、台阶端面和外圆锥面的磨削工艺要点见表4-5。

　　模具制造工艺(高教版)课件:任务四 铝合金挤压模具零件机械加工工艺(林昌杰 王娇 编)

　　模具制造工艺(高教版)课件:任务一模具零件机械加工工艺基础(二)林昌杰 王娇 编