模具制造工艺学第四章.ppt

模具制造工艺学 主编李振平参编刘京华王怀亮 第四章典型模具制造工艺 第一节模架制造 模架由导向装置与支承零件组成 模架的主要作用是用于安装模具的其他零件 并保证模具的工作部分在工作时具有正确的相对位置 模具的结构已标准化 有专门的模架生产厂家生产模架 模具制造厂家可以根据模架标准 订购所需要的模架 图4 1 图4 2所示分别为塑料模模架和冷冲模模架的常见结构 从图中可以看出 这些模架的结构各不相同 但它们的支承零件如模座 垫板 固定板都是平板零件 在工艺上主要都需进行平面及孔系加工 其中的导向装置 导套与导柱 的加工都是常见的轴类和套类零件的加工 一 导柱 导套的加工图4 3和图4 4所示分别为冷冲模标准导柱和导套 它们在模具中起定位和导向作用 保证凸 凹模在工作时具有正确的相对位置 为了保证良好的导向 导柱和导套在装配后应保证模架的活动部分移动平稳 所以在加工中除了保证导柱 导套配合表面的尺寸和形状精度外 还应保证导柱 导套各自配合面之间的同轴度要求 为提高导柱 导套的硬度和耐磨性并保持较好的韧性 导柱和导套一般选用低碳钢 20钢 进行渗碳 淬火等热处理 也可选用碳素工具钢 T10A淬火处理 淬火硬度58 62HRC 构成导柱和导套的基本表面都是回转体表面 按照图示的结构尺寸和设计要求 可以直接选用适当尺寸的热轧圆钢作毛坯 如图4 5所示 导柱和导套的研磨加工 目的是进一步提高被加工表面的质量 以达到设计要求 生产数量大时 如专门从事模架生产 可以在专用研磨机床上研磨 单件小批生产时可采用简单的研磨工具 图4 6所示为研磨套 图4 7所示为导套研磨工具 在卧式通车床上进行研磨 研磨时将导柱安装在车床上 由主轴带动旋转 导柱表面涂上一层研磨剂 然后套上研磨工具并用手握住 作轴向往复运动 研磨导套与研磨导柱类似 由主轴带动研磨工具旋转 手握套在研具上的导套 作轴向往复直线运动 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 根据上述分析 导柱 导套的加工工艺过程如下 毛坯 棒料 车削加工渗碳处理 淬火内 外圆磨削 精磨 二 模座的加工冷冲模的上 下模座用来安装导柱 导套 连接凸 凹模固定板等零件 并在压力机上起安装作用 其结构 尺寸已标准化 图4 2所示的是标准冲模模座 多用铸铁或铸钢制造 为保证模架的装配要求 使模架工作时上模座沿导柱上 下移动平稳 加工后模座的上 下平面应保持平行 对于不同尺寸的模座其平行度公差见表4 1 上 下模座上导柱 导套的孔间距应保持一致 孔的中心线应与模座的上 下平面垂直 对安装滑动导柱的模座 其垂直度公差见表4 2 三 模架的技术要求及装配1 模架的技术要求模架装配的技术要求主要有 1 组成模架的各零件必须符合相应的标准和技术要求 导柱和导套的配合应符合相应的要求 见表4 4 2 装配成套的模架 上模座上平面对下模座下平面的平行度 导柱的轴线对下模座下平面的垂直度和导套孔的轴线对上模座上平面的垂直度应符合相应的要求 见表4 5 表4 5模架分级技术指标 2 模架的装配模架的装配主要指导柱 导套的装配 目前 大都采用压入式过盈配合 在某些情况下 也有采用粘接工艺的 对于冷冲模模架 当冲压小型零件且厚度小于2mm时 所使用的冲模模架可采用粘接法或低熔点合金装配法 将导柱 导套与模座固定 粘接法和低熔点合金浇注法对模座上的导柱和导套安装工艺孔 以及导柱 导套的装合部分的尺寸精度要求都不高 这样便于冲模的加工和维修 装配前 将上 下模座的孔扩大 降低其加工要求 同时 将导柱 导套的安装面制成有利于粘接的形状 并降低其加工要求 装配时 先将模架的各零件安放在适当的位置上 然后 在模座孔与导柱 导套之间注入粘接剂或浇注低熔点合金 可使导柱 导套固定 利用压入法装配模架就是使导柱 导套与上 下模座的固定采用过盈压入配合 滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法见表4 6 第二节冷冲模制造 冷冲模是冲压生产的基础工艺装备 是生产冲压件不可缺少的工具 冲模的生产过程是从原材料通过铸造 锻造 切削加工和特种加工 加工成设计图样所要求的冲模零件 再按设计 工艺规程的技术要求 将冲模零件装配成模具的全过程 一副质量合格的模具应满足下述基本要求 1 模具零件在材料性能 加工和热处理质量上 能达到图样设计要求 2 模具装配后 能满足设计要求的装配质量和使用性能 3 试冲制件质量合格 达到要求 4 冲模有高的使用寿命和耐用度 5 冲模制造的生产周期短 成本低 有好的经济技术效益 一 冲裁模制造的技术要求图4 8是一套简单的导柱式冲裁模 凸模3和凹模9是工作零件 钩形固定挡料销8与导料板 与刚性卸料板1做成了一整体 是定位零件 导柱5 导套7为导向零件 刚性卸料板1只起卸料作用 这种冲模的上 下模正确位置是利用导柱和导套的导向来保证的 凸模在进行冲裁之前 导柱已经进入导套 从而保证了在冲裁过程中凸 凹模之间间隙的均匀性 1 冲裁模的技术要求1 模具各组成零件的材料 尺寸公差 形位公差 表面粗糙度和热处理等符合图样要求 2 模架的三项技术指标 上模座上平面对下模座下平面的平行度 导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座上平面的垂直度 均应达到规定的精度等级要求 3 模架的上模沿导柱的上 下移动应平稳且无阻滞现象 4 装配好的冲裁模封闭高度应符合图样规定的要求 5 凸模和凹模之间的间隙均匀 配合间隙应满足图样要求 6 模柄的轴心对上模座上平面的垂直度要符合图样规定的要求 7 模具的检验应在生产条件下进行 冲出的零件要符合图样规定 2 冲裁模凸模 凹模的技术要求 1 尺寸精度凸模 凹模的尺寸是根据冲件尺寸和公差的大小 凸模与凹模之间的间隙及制造公差计算而得 冲孔时的计算公式 落料时的计算公式 式中dt da 分别为凸模与凹模的冲孔尺寸 mm Da Dt 分别为凸模与凹模的落料尺寸 mm d D 分别为冲孔和落料件的公称尺寸 mm 冲件的公差 mm Zmin 最小合理间隙 双面 mm t a 分别为凸模和凹模的制造公差 mm 磨损系数 由于模具在工作过程中存在磨损 所以为了使冲件的实际尺寸尽量接近其公差带的中间尺寸而取的系数 一般 取 0 5 1 的取值与冲件精度有关 2 表面形状和位置精度凸模和凹模的表面形状直接影响到冲件的质量和模具的使用寿命 所以对凸模和凹模的表面形状要求是 侧壁应该平行或稍有斜度 斜度形式如图4 9a和c所示 图4 9b和d所示是斜度反向 这是不允许的 它将降低模具的使用寿命 甚至会导致模具的损坏 对凸模和凹模的位置精度要求如下 圆形凸模的工作部分对固定部分的同轴度误差不得超过工作部分凸模和凹模公差的一半 凸模的端面应与中心线垂直 对于级进模 凹模孔与固定板凸模安装孔 卸料板孔孔位应一致 各步步距应等于侧刃的长度 对于复合模 凸凹模的外轮廓和其内孔的相互位置要求应符合图样的要求 3 表面光洁 刃口锋利要求刃口部分的表面粗糙度Ra小于0 4 m 装合表面的粗糙度Ra小于0 8 m 其余Ra为6 3 m 锋利的刃口有赖于刃口部分表面的光洁 刃口锋利可获得高质量冲压件 如果刃口不锋利 一般冲件会产生毛刺 严重时会发生显著的弯曲 4 硬度为使冲压工作顺利进行 凸模和凹模的工作部分应具有良好的综合性能 即硬度 耐磨性和韧性 通常凹模工作部分的热处理硬度在60HRC以上 凸模的热处理硬度在58HRC以上 二 模具工作表面的制造工艺过程凸模和凹模是冲裁模的主要工作零件 凸模和凹模有与制件轮廓一样形状的锋利刃口 凸模和凹模之间存在一周很小的间隙 冲裁时 坯料对凸模和凹模的刃口产生很大的侧压力 导致凸模和凹模都与制件或废料产生摩擦 造成磨损 因此 凸 凹模的加工质量直接影响到模具的使用寿命和成型制件的加工质量 一 凸模的制造工艺过程由于成型制件的形状各异 尺寸差别较大 因此凸模也是多种多样的 按凸模的断面形状 大致可分为圆形凸模和异形凸模两类 1 圆形凸模的加工工艺过程圆形凸模加工比较容易 毛坯一般采用棒料 在车床上对棒料进行粗加工和半精加工 留有磨削余量 热处理后在外圆磨床上进行精磨 凸模的工作部分经抛光 刃磨后即可 图4 10为圆形凸模 2 异形凸模的加工工艺过程由于异形凸模加工比较复杂 因此常采用压印锉修 刨削加工 线切割加工和成形磨削等主要加工方法 1 压印锉修压印锉修是用凹模压印制造凸模的一种钳工制造方法 在缺少专用制模设备的情况下 此法是十分有效的方法 图4 11所示为凸模 凸模在凹模压印锉修前 根据异形凸模的形状和尺寸选用毛坯 在车床或刨床上预先加工出凸模毛坯的各面 在铣床上按照划线轮廓粗铣凸模的工作表面 并留有压印后的锉修余量 0 15 0 25 最后用凹模压印锉修而成 在利用凹模压印 见图4 12 时 要注意凹模刃口的上下平面要磨平 并将压印凹模和凸模坯料进行退磁处理 避免其碎铁屑附在刃口上 造成刃口划伤 影响压印质量 为减少压印摩擦和提高凸模表面质量 压印凹模工作刃口表面质量要求较高 表面粗糙度值Ra小于0 4 m 在压印前凸模及凹模表面上应涂一层少量的硫酸铜 在进行压印的时候 要将凸模正确地放在凹模刃口内 使四周余量分布均匀 压印凹模表面与凸模中主线垂直后方能进行挤压 压印最好选用手扳动压力机和油压机 每次压印压痕不宜过深 首次压印控制在0 2mm内 以后可逐渐增加到0 5 1 5mm 每次压印后 可根据压印印痕进行锉修 锉修时不允许碰到已压光的表面 锉修后留下的余量要均匀 以免下次压印时产生不必要的偏斜 压印加工适于无间隙冲裁模的加工 它的主要问题是对人工操作水平要求较高 生产率低 模具精度受热处理影响 2 刨削加工刨削加工主要用于加工模具零件的外形平面和曲面 加工尺寸精度可达0 05mm 表面粗糙度Ra可达6 3 1 6 m 刨削后需经热处理淬硬 一般都留有精加工余量 刨削如图4 13所示凸模 采用通用夹具 机用平口台虎钳和专用夹具进行加工 刨削加工工艺过程 1 刨削前准备 按尺寸锻造成为毛坯 留合适的加工余量 并根据凸模所用的材料进行适当的退火 正火或调质处理 准备好所用的量具 刀具及样板 安装 调整好所用的夹具 2 刨削过程 用机用虎钳装夹 刨削坯料两平面 保证两平面的平行度 使厚度尺寸达到尺寸要求 留0 02mm的余量 刨削坯料两侧面及圆弧 保证圆弧与两平面圆滑过渡 并刨削两端面 使坯料宽度 高度达尺寸要求 留0 02mm的单边余量 用专业夹具装夹 刨削两斜面 留0 02mm余量 用圆弧刨刀刨削圆弧 保证与两平面圆滑过渡 如图4 14所示 3 热处理 按热处理工艺进行 淬火硬度58 62HRC 并进行低温回火 4 研磨 研磨凸模侧面及刃口 保证尺寸精度和表面粗糙度达到设计要求 5 检验 测量各部分尺寸 检验圆弧R和硬度 刨削加工过程中 凸模要牢固地夹紧在刨床的工作台或夹具中 不准松动 每次的进给量要适当 当快加工到所需要的尺寸时要格外小心 防止划伤已加工表面 在刨削的过程中 要用测量工具 样板等随时进行检验 并根据加工余量调整刀具 以保证刨削质量 3 电火花线切割加工特别是自动化编程软件的使用 不仅电火花线切割加工在模具生产中广泛应用 数控加工编程使其生产成本大大降低 而且还提高了模具生产质量 凸模若采用线切割加工 首先长度尺寸不应超过线切割机床的加工范围 形状应该设计成直通形式 使用线切割加工的生产过程是 准备工件 确定加工路线 装夹工件 穿丝等工作 图4 15所示图形为凸模 现采用线切割加工 其工艺过程如下 1 准备毛坯 采用圆形棒料锻造 锻成六面体 并进行退火处理 2 刨或铣六个面 刨削或铣削加工锻坯的六个面 3 钻穿丝孔 电极丝穿丝孔是在线切割加工起点 如图4 15所示的O点 处钻出直径为2 3mm的孔 4 加工螺纹孔 加工用于固定凸模的两个螺钉孔 钻孔 攻螺纹 5 热处理 将工件淬火 回火 并检查其表面硬度 硬度要求达到58 62HRC 6 磨削上 下两平表面 磨削上 下两平面 表面粗糙度Ra应低于0 8 m 7 去除穿丝孔内杂质 进行退磁处理 8 线切割加工凸模 装夹工件时 必须使工件的基准面与机床滑板的X和Y方向平行 位置要适当 工件的线切割范围应在机床纵 横滑板的许可行程内 穿入电极丝 并使电极丝的中心与钻孔中心重合 按图样编制程序 9 研磨 线切割后 钳工研磨凸模部分 使工作表面粗糙度值降低 4 成形磨削成形磨削的凸模尺寸精度高 质量好 磨削精度不受热处理的影响 生产率高 所以是凸模加工的有效方法 需成形磨削的凸模一般设计成直通的形式 成形磨削可有效利用各种工 夹具或成形砂轮 加工中 用万能夹具磨削凸模的工艺应注意好以下几点 1 应选择适当的直角坐标系 通常 取工件的设计坐标系为工艺坐标系 2 将复杂的凸模刃口轮廓分解成数个直线 圆弧段 进行依次磨削 加工时 根据不同的凸模形状组合应采用先磨削直线 后磨削斜线及凸圆弧 先磨削凹圆弧 后磨削直线及凸圆弧 先磨削大凸圆弧 后磨削小凸圆弧 先磨削小凹圆弧 再磨削大凹圆弧 上述磨削顺序容易达到所要求的精度 有利于加工成形 3 选择回转中心 通过调整使回转中心与夹具中心重合 4 在成形磨削中 当工艺基准不一致时 需进行工艺尺寸换算 图4 16的凸模采用成形磨削 其加工工艺过程如下 1 毛坯制备 利用棒料铣成长方体 并进行退火处理 2 刨削或铣削六个面 在刨床或铣床上加工锻坯的六个面 3 磨削平面 磨削上 下两平行面及基准面 4 加工螺纹孔 钳工划线 钻孔 攻螺纹 5 加工外形 用铣床加工外形 留磨削余量6 热处理 将凸模淬火 回火处理 并检查表面硬度 硬度要求达到58 62HRC 7 磨削平面 磨光上 下两平面 表面粗糙度Ra应低于0 8 m 8 成形磨削 按一定的磨削程序磨削凸模的外形 9 精修 精修凸模的外形和凹模配间隙 二 凹模的制造工艺过程凹模作为模具中的另一个重要零件 由于凹模的结构不同于凸模 所以它的加工与凸模相比有所不同 1 孔系位置精度高在多孔冲裁模或级进模中 凹模上有一系列孔 凹模孔系位置精度通常要求在 0 01 0 02 mm以上 这给孔的加工带来困难 2 孔与外形位置精度高凹模在镗孔时 孔与外形有一定的位置精度要求 加工时 要求确定基准 并准确确定孔的中心位置 这给加工带来很大难度 3 刃具的材料 精度要求高凹模内孔加工的尺寸往往直接取决于刃具的尺寸 因此 刃具的尺寸精度 刚性及磨损将直接影响内孔的加工精度 4 加工条件影响大凹模加工时 切削区在工件内部 排屑 散热条件差 加工精度和表面质量不容易控制 凹模分单个圆形型孔 系列圆形型孔和非圆形型孔的加工 1 单个圆形型孔的加工单个圆形型孔的加工比较容易 当凹模型孔直径小于5mm时 应先钻孔 后铰孔 热处理后磨削顶面和底面 用砂布抛光型孔 当型孔直径大于5mm时 利用钻孔 镗孔对型孔进行粗加工 经热处理淬火 回火后 利用磨床对型孔进行精加工 磨削后 孔表面粗糙度可达Ra 0 8 0 2 m 精度可达IT5 IT6 2 系列圆形型孔的加工加工多个型孔时 可利用立式铣床进行 加工时 直接利用工作台上的纵 横向位 凹模型孔为一系列圆孔时 由于对孔间的位置精度要求高 所以要比单个圆形型孔的加工困难许多 加工圆形孔系 用坐标镗床可加工有高精度位置要求的系列型孔 也可以在铣床 钻床用坐标法加工出位置精度较高的系列型孔 1 铣床加工多个凹模型孔在立式铣床上加工 其方法是直接利用工作台上的纵 横向位移来确定孔的位置 孔间距精度为0 06 0 08mm 2 在普通钻床上加工型孔在普通钻床上加工孔系 首先是对凹模毛坯刨削或铣削六个面 然后再磨平六个面 并保证各面间互相垂直 在磨好的工件上据所给的图样进行划线 加工时 将工件夹在平口虎钳上 通过钻床的纵向和横向附加块规和百分表测量装置 控制工件的移动距离 实现孔系的加工 这种形式的加工方法效率较低 但孔间距精度可达 0 04mm 3 在精密坐标镗床或坐标磨床上加工精密坐标镗床是专门用于镗削孔系的尺寸 形状和位置精度要求较高的机床 由于机床具有精密坐标定位装置 其孔位精度一般可达0 005 0 015mm 热处理变形往往导致热处理之前镗好的孔位精度降低 所以加工中当凹模孔的精度和孔位精度要求很高时 经过坐标镗床加工的凹模在热处理之后 还应在坐标磨床上精加工 从而保证型孔尺寸精度和孔系的位置精度 3 非圆形型孔的加工非圆形型孔的加工 精加工方法有锉削 压印锉修 线切割和电火花加工等形式 1 锉削加工先加工出凹模的外形 再在工件上据图样画出凹模刃口的轮廓线 然后在立式铣床将型孔内部的废料去除 留出0 2 0 8mm的单边余量 图4 17所示为沿型孔轮廓钻孔的锉削工件 当沿型孔轮廓线内侧依次钻孔后 凿通整个轮廓 去除中心废料 这时可用钳工锉修整孔壁 或在铣床 插床上修整孔壁 2 压印锉削凹模压印锉修的方法与凸模的锉修方法相同 是用加工好的淬硬凸模对未淬硬的并留有一定压印余量凹模毛坯进行压印 图4 18是凹模型孔压印图 它将已加工好并淬硬的凸模放在凹模型孔处 在上施加一定的压力 通过压印凸模的挤压与切削作用 在被压印的型孔上产生印痕 由钳工锉去凹模型孔的印痕部分 然后再压印 锉修 如此反复 直到锉修出与形状相同的型孔 3 线切割加工当凹模形状复杂 带有尖角 窄缝时 线切割加工是一种精加工凹模型孔的方法 线切割加工可在热处理之后进行 这样型孔的加工精度高 质量好 线切割后需要钳工研磨型孔 以保证凸 凹模的间隙均匀 在线切割之前 要对凹模毛坯进行预加工 凹模的厚度和水平尺寸必须在机床的加工范围内 选择合理的工艺参数 还要安排好凹模的加工工艺路线 做好切割前的准备工作 图4 19为凹模的线切割加工 此凹模的材料为Cr12MoV 凹模厚度为10mm 图中凹模型孔的长度为400mm 由于凹模的切割路线较长 切割面积多 废料重量大 首先在切割过程中容易变形 其次在线切割结束时中间的废料掉下来容易损坏电极丝等 所以 在热处理之前 增加一道预加工工序 使凹模型孔各面仅留2 4mm的线切割余量 同时加工中 工件采用双支撑方式 即在切割结束时 特别是快要结束时 用一块平坦的永久磁铁将工件与废料紧紧吸牢 以便使废料在切割过程中位置固定 加工工艺过程 1 毛坯制备 将圆钢锻成方形坯料 并进行退火处理 2 刨六个面 用刨床刨削六个面 3 磨平面 平磨上 下两平面及角尺面 4 钳工划线 划线打孔 加工销孔和螺钉孔 5 去除型孔内部废料 沿型孔轮廓划出一系列孔 再在钻床上顺序钻孔 钻完后凿通整个轮廓 敲出中间废料 6 热处理 淬火与回火 检测表面硬度 达到58 62HRC 7 磨平面 平磨上 下两平面及角尺面 8 线切割型孔 用线切割机床加工型孔 9 热处理 将切割好的凹模进行稳定回火 10 钳工修配 钳工研磨销孔及凹模刃口 使型孔达到规定的技术要求 4 电火花加工电火花加工与线切割加工相比 电火花机床需要制作成形电极 凹模型孔电火花加工方法有直接法 间接法和混合法 1 直接加工法 是指将凸模直接作为电极 而不需要另作电极加工凹模型孔的工艺方法 它是将凸模适当加长 用非刃口端作为电极 凹模加工后 再将加长的电极部分去掉 2 间接加工法 是指加工凹模的电极单独制造 这种方法首先是根据凹模尺寸设计和制造电极 然后用电极加工凹模 最后按冲裁模间隙配做凸模 它与直接法不同的是电极材料可以选择电加工性能好的电极材料 而且配合间隙不受放电间隙的限制 所以适合于配合隙要求比较大和比较小的冲模加工 对形状复杂的凸 凹模配合间隙的均匀性不易保证 3 混合加工法 是指电极与凸模的材料不同 通过焊接或采用其他粘接剂将其与凸模连接在一起 同时加工成形 并对凹模进行加工 由于凸模与电极一起加工 电极的形状 尺寸与凸模一致 电火花加工后 凸 凹模的配合间隙均匀 当凹模电火花加工后 再将电极与凸模分开 此方法电极材料可选择电加工性能好的材料 效率较高 表4 7是凹模型孔电火花加工选用的间隙 在实际生产中 三种方法的选用主要取决于凸 凹模间的间隙 三 加工实例图4 20为电火花加工凹模 凹模材料为T10A 与凸模的配合间隙为单边0 05 0 10mm 加工余量为单边3 4mm 刃口粗糙度Ra要求为0 8 m 加工工艺过程为 1 毛坯制备 用圆钢锻成方形毛坯 并退火 2 刨削平面 刨削六个面 3 平磨 磨上 下两平面和角尺面 4 钳工划线 划出型孔轮廓线及螺孔 销孔位置 5 切除中心废料 先在型孔适当位置钻孔 然后用带锯机去除中心废料 6 螺孔和销孔加工 加工螺孔 钻孔 攻螺纹 加工销孔 钻孔 铰孔 7 热处理 淬火与回火 检查硬度 表面硬度要求达到58 62HRC 8 平磨 磨上下两平面 9 工艺处理 退磁处理 10 电火花加工型孔 如图4 21所示 采用的是混合法 利用凸模加长一段铸铁后做为电极 电加工完成后去掉铸铁部分后做凸模用 由于凸模 凹模配合间隙较大 单边0 05 0 10mm 故先用粗规准加工 然后调整平动头的偏心量 再用精规准加工 达到凸模 凹模的配合间隙要求 三 冷冲模结构的工艺性1 提高模具结构工艺性应遵循的原则一方面要保证冲压工艺要求 另一方面也要考虑制造工艺方面的要求 就是要全面考虑冲压工艺 模具结构以及模具制造工艺方法 设备工具等问题 这样做的目的 就是要使设计的模具具有良好的工艺性 所以模具设计人员不仅要掌握模具设计知识 而且必须具备较强的模具制造工艺基本理论和实践知识 为提高模具零件的结构工艺性 冷冲模设计须遵循以下原则 1 模具结构尽可能简单 模具结构在满足使用要求的前提下 零件越少越好 2 模具零件尽量使用标准零部件 3 模具中的易损件应能方便地更换和调整 4 模具零部件应具有良好的工艺性 特别是凸模 凹模零件 在加工中 选择加工性能较好的材料 合理设计零件的精度和表面粗糙度 这些都有利于提高模具零件的结构工艺性 5 模具便于装配 2 镶拼结构工艺特点 镶拼结构主要是为了提高模具结构的工艺性 冷冲模中的凸模 凹模或凸凹模 当采用钳工压印锉修或仿形刨削或成形磨削等加工时 凸模 凹模或凸凹模常常设计成镶拼结构 镶拼结构在加工工艺方面具有以下特点 1 可以简化制模难度如大型冲裁模的凹模 采用镶拼结构 改善了因结构尺寸大而无法锻造及热处理变形问题 这样可使加工难度降低 变形量减少 凹模中经常会遇到刃口槽比较窄而且局部形状复杂的结构 这样即使钳工都很难加工 成形磨削也无法进行 若采用镶拼结构 则便于成形磨削 图4 22所示为窄槽凹模镶拼结构 图4 23所示为凹模具有尖角的镶拼结构 2 减少贵重钢材的使用 避免整体模热处理变形图4 24所示为多孔凹模 刃口部分做成多个镶件 然后镶入普通钢制作的固定板孔内 这样既避免了整体模热处理变形 又节约了贵重模具钢材 3 便于易损件的更换和维修大型冲裁模凹模或局部形状复杂的凹模 采用镶拼结构 以便易磨损的部分容易加工和更换 图4 25所示为镶拼凹模 凸出或凹进的部分 应单独制作成一块 以便于加工和更换 3 电火花加工凹模的结构特点电火花加工冷冲模凹模 凹模的结构特点如下 1 凹模采用整体结构电火花加工方法可以很好的适应各种结构形状零件的加工 所以其他加工方法不能实现的如凹模上的小孔 尖角和窄槽都能实现整体加工 采用整体构 可以减小模具的体积 刚度和强度得到加强 设计和制造模具的工作量减少 2 可降低模板厚度 当采用电火花加工模具时 模具板厚可降低 原因在于 1 电火花加工是在热处理之后进行 这样就避免了热处理变形的影响 机加工中为减小变形而增加厚度的做法已不适用 2 电火花加工后的凹模型孔 刃口平直 间隙均匀 耐磨性能好 使用寿命长 减少了刃磨次数 3 从电火花加工工艺来说 减薄凹模厚度可以减少每副模具的加工工时 缩短制模周期 4 可以节省贵重的模具材料 3 凹模型孔的尖角处改为小圆角由于电火花加工的特点 即使将电极的尖角部分做得很尖 在放电加工时 加工出的凹模也会有小圆角 其半径约为0 15 0 25mm 所以采用电火花加工凹模时 凹模型孔的尖角处最好改为小圆角 因为当电火花加工凹模型孔时 电极尖角部分总是腐蚀较快 另外 小圆角可以减少应力集中 提高模具强度 4 刃口及落料斜度小利用电火花加工的模具 其型孔刃口形式如图4 26所示 其中 1为刃口斜度 2为落料斜度 电火花加工的落料模型孔的刃口斜度小于10 复合模的刃口斜度为5 左右 落料斜度一般为30 50 对于落料模而言 刃口和落料斜度均比钳工做的小 钳工做的斜度 1 15 30 2 1 3 因电火花加工的斜度在各个方向都比较均匀 故冲压时落料仍很顺利 5 凸模标出基本尺寸和公差为了便于凸模和电极配套成形磨削 在图样上 应标注出凸模的基本尺寸和公差 6 刃口表面变质层的处理由于电腐蚀作用 电火花加工后的凹模刃口表面存在一层硬度高 表面有无数小坑的变质层 变质层有利于保存润滑油 使耐磨性能提高 对耐磨性有高要求的凹模 应保留变质层 对承受很大冲击力的凹模 要经过磨削和研磨加工 去掉变质层 降低表面粗糙度 延长其疲劳寿命 4 线切割加工模具材料及结构的选用采用线切割加工冷冲模时 在模具材料的选用和模具结构的设计方面 都应考虑线切割加工工艺的特点 以保证模具的加工精度 提高模具的使用寿命 1 选择淬透性好 热处理变形小的材料用于冷冲模的材料有碳素工具钢和合金钢 若采用碳素工具钢制造模具 由于其淬透性差 线切割加工所得的凸模或凹模刃口的淬硬层较浅 经过数次修磨后 硬度显著下降 模具的使用寿命缩短 另一方面 在线切割加工过程中 放电产生的高温度加工区域的温度很高 又有工作液的不断冷却 加工区相当于局部淬火 引起凸模或凹模的柱面变形 直接影响凸模或凹模线切割加工精度 合金工具钢的淬硬性好 线切割时不会使凸模或凹模的柱面再产生变形 而且凸模或凹模的刃口表面基本上全部淬硬 经过多次修磨后 刃口的硬度不会降低 采用合金工具钢做模具材料能提高线切割模具的加工精度和使用寿命 常用的合金工具钢有Cr12 CrWMn Cr12MoV GCr15等合金钢 2 对于形状复杂 带有尖角窄缝的小型模具 不必采用镶拼结构如图4 27所示的固体电路冲件 应用线切割 整体结构可使强度提高 而且还简化了模具的设计和制造 3 线切割加工凸模为直通型为了便于凸模与固定板的装配 凸模固定板也采用线切割加工 为保证连接强度 小型凸模与凹模固定板采用过盈配合 过盈量为0 01 0 03mm 若凸模工作型面较大 则可采用螺钉紧固 4 由于一般线切割机床不具有切割斜度功能 因此切割出的凹模为直通型为了使冲压时落料容易 应采用在凹模背面铣削台阶的方法适当减薄凹模刃口厚度 如图4 28所示 或在线切割加工之后 用电火花加工出漏料斜度 如图4 29所示 四 冲模的装配和试模冲压模具的装配是按照设计要求 结构特点和技术条件 以一定的装配顺序和方法 将模具零件连接或固定起来 达到一定的装配技术要求 并保证加工出合格冲压件的过程 对于冲裁模 既要保证零件的加工精度 也要保证装配技术要求 若装配不能保证均匀的冲裁间隙 会影响冲压件的质量及模具的使用 维修和寿命 图4 30所示为导柱式落料模 以这套模为例 模具的装配过程可归纳为 一 冲裁模装配的技术要求1 装配好的冲模 其闭合高度应符合设计要求 2 模柄7装入上模座11后 其轴线对上模座11上平面的垂直度误差 在全长范围内不大于0 05mm 3 导柱14与导套13装配后 其轴心线应分别垂直于下模座18的底平面和上模座11的上平面 其垂直度误差应小于表4 2的规定 4 上模座11的上平面应与下模座18的底平面平行 其平行度应符合规定 5 装入模架的每对导柱14和导套13的配合间隙 或过盈 应符合规定 6 装配好的模架 其上模座11沿导柱14上 下移动应平稳 无阻滞现象 7 装配好的导柱 其固定端面与下模座下平面应保留1 2mm距离 选用B型导套时 装配后其固定端面应低于上模座上平面l 2mm 8 凸模12和凹模16的配合间隙应符合设计要求 沿整个刃口轮廓应均匀一致 9 定位装置要保证定位正确可靠 卸料 顶料装置要动作灵活 正确 出料孔要畅通无阻 保证制件及废料不卡在冲模内 10 模具应在生产现场进行试模 冲出的制件应符合设计要求 二 冲裁模的装配冲裁模一般选用标准模架 装配时需对标准模架进行补充加工 然后进行模柄 凸模和凹模等装配 若自制模架 其导柱导套的装配过程见本章第一节模架的制造 1 模柄的装配图4 31所示为模柄装配 模柄1与上模座2的配合为H7 m6 先将模柄1压入模座孔内 并用90 角尺检查模柄圆柱面与上模座上平面的垂直度 其误差不大于0 05mm 模柄垂直度检验合格后再加工骑缝销 螺 孔 装入骑缝销4 或螺钉 然后将端面在平面磨床上磨平 在凸模固定板上压入多个凸模时 一般应先压入容易定位和便于作为其他凸模安装基准的凸模 凡较难定位或要依靠其他零件通过一定工艺方法才能定位的凸模 应后压入 2 凹模与凸模的装配图4 30所示 模具的凹模为组合式凹模 凹模与固定板的配合常采用H7 m6或H7 n6 总装前应先将凹模压入固定板 并在平面磨床上将上 下平面磨平 图4 30所示 凸模与固定板的配合常采用H7 m6或H7 n6 凸模压入固定板后 其固定端的端面和固定板的支承面应处于同一平面 凸模应和固定板的支承面垂直 其垂直度公差见表4 8 3 冲裁模的总装冲压模在使用时 上模座部分通过模柄安装在压力机的滑块上 是模具的活动部分 下模座部分被固定在压力机的工作台上 是模具的固定部分 装配有模架的模具时 一般是先装配模架 再进行模具工作零件和其他结构零件的装配 上 下模的装配顺序应根据上模和下模上所安装的模具零件在装配和调整过程中所受限制的情况来决定 如果上模部分的模具零件在装配和调整时所受限制最大 应先装上模部分 并以它为基准调整下模上的零件 保证凸 凹模配合间隙均匀 反之 则应先装模具的下模部分 并以它为基准调整上模部分的零件 上 下模的装配顺序应根据模具的结构来决定 对于无导柱的模具 凸 凹模的配合间隙是在模具安装到压力机上时才进行调整 上 下模的装配可以分别进行 以图4 30所示落料模为例 装配的步骤如下 1 把凹模16放在下模座上 按中心线找正凹模的位置后用平行夹头夹紧 通过螺钉孔在下模座18上钻出锥窝 然后拆去凹模 在下模座18上按锥窝钻螺纹底孔并攻螺纹 再重新将凹模板置于下模座上校正 校正后用螺钉紧固 然后再钻铰销钉孔 打入销钉定位 2 在凹模安装挡料销3 3 配钻卸料螺钉孔 将卸料板15套在已装入固定板的凸模12上 在凸模固定板5与卸料板15之间垫入适当高度的登高垫块 并用平行夹头将其夹紧 按卸料板上的螺钉孔在固定板上钻出锥窝 拆开平行夹头后按锥窝钻固定板上的螺钉过孔 4 将凸模固定板5中的凸模12插入凹模型孔中 在凹模16与凸模固定板5之间垫入适当高度的等高垫块 将垫板8放在凸模固定板5上 装上上模座 用平行夹头将上模座11和凸模固定板5夹紧 通过凸模固定板上模座11上钻锥窝 拆开后按锥窝钻孔 然后用止动销9紧固上模座 5 调整凸 凹模的配合间隙 将装好的上模部分套在导柱上 用锤子轻轻敲击凸模固定板5的侧面 使凸模插入凹模的型孔 再将模具翻转 用透光调整法调整凸 凹模的配合间隙 使配合间隙均匀 6 将卸料板15套在凸模上 装上弹簧和卸料螺钉 装配后要求卸料运动灵活并保证在弹簧作用下卸料板处于最低的位置时 凸模的下端面应压在卸料板15的孔内0 3 0 5mm左右 图4 32所示为落料冲孔复合模 此复合模的结构紧凑 内外形表面相对位置精度 冲压生产效率高 对装配精度的要求也高 当模具的活动部分向下运动 冲孔凸模6进入凸凹模 完成冲孔加工 同时凸凹模18进入落料凹模9内 完成落料加工 由于该模具的凸模和凹模是用同一组螺钉与销钉进行联接和定位 为便于装配和调整 总装时应先装上模 将凸凹模插在凸模和凹模之间来调整两者的相对位置 完成冲孔凸模和落料凹模的装配后 再以它们为基准装配凸凹模 图4 32所示的落料冲孔复合模 装配过程为 1 组件装配将模柄2装配于上模座3内并磨平端面 将凸模6装入凸模固定板7内 作为凸模组件 2 确定装配基准件落料冲孔复合模应以凸凹模为装配基准件 装配时首先确定凸凹模在模架中的位置 安装凸凹模组件 加工下模座漏料孔 确定凸凹模组件在下模座上的位置 然后用平行夹板将凸凹模组件 垫板和下模座夹紧 在下模座上划出漏料孔线 加工下模座和垫板漏料孔 下模座漏料孔尺寸应比凸凹模漏料孔尺寸单边大0 5 1mm 安装固定凸凹模组件 将凸凹模组件在下模座重新找正定位 用平行夹板夹紧 钻 铰销孔和螺孔 装入定位销12和螺钉13 3 安装上模部分检查上模各个零件尺寸是否能满足装配技术条件 如顶出杆8的顶出端面应凸出落料凹模端面等 检查各零件尺寸是否合适 动作是否灵活等 安装上模和调整冲裁间隙 将上模部分各零件分别装于上模座3和模柄2的孔内 用平行夹板将凹模9 凸模组件 垫板5和上模座3轻轻夹紧 然后调整间隙时可以采用垫片法调整 并对纸片进行手动试冲 直至内外形冲裁间隙均匀 再用平行夹板将各板夹紧 钻铰上模部分销孔和螺孔 上模部分可通过平行夹板夹紧 在钻床上以凹模9上的销孔和螺孔作为引钻孔 钻铰销钉孔和螺纹孔 然后安装定位销23和螺钉4 拆掉平行夹板 4 安装弹压卸料部分安装弹压卸料板时 将弹压卸料板套在凸凹模上 弹压卸料和凸凹模组件端面垫上平行垫板 保证弹压卸料板上端面与凸凹模上平面的装配位置尺寸 用平形夹板将弹压卸料板和下模座夹紧 然后在钻床上钻削卸料螺钉孔 拆掉平行夹板 最后将下模部分各板及卸料螺钉孔加工到规定尺寸 安装卸料弹簧和定位销 在凸凹模组件上和弹压卸料板上分别安装卸料弹簧11和定位销12 拧紧卸料螺钉15 三 冲压模的试模冲压模装配完成后 在生产条件下进行试模 通过试冲可以发现模具的设计和制造缺陷 找出产生缺陷的原因 对模具进行适当的调整和修理后再进行试冲 直到模具能正常工作 冲出合格的制件 模具的装配过程即告结束 冲压模试冲时常见缺陷 产生原因及调整方法见表4 9 第三节锻模制造工艺 一 锻模制造的技术要求锻模由上 下模构成 工作时要承受很大的冲击力 因此 为提高锻件的精度和延长模具的使用寿命 对锻模提出如下技术要求 1 对模块的技术要求1 图4 33给出了锻模正确选用模块纤维方向的实例 图4 33a所示的圆形锻件的锻模纤维方向应与键槽中心线方向一致 图4 33b所示的长轴类锻件的模块 燕尾方向要与纤维方向一致 图4 33c所示的燕尾支承面不能与纤维方向垂直 2 燕尾支承面 分模面的平面度误差小于0 02mm 3 横向基准面与纵向基准面间的垂直度公差为0 03 100 燕尾侧面与纵向基准面的平行度误差不大于规定的数值 4 键槽中心线至横向基准面距离的公差为 0 2mm 合模后 键槽中心线至横向基准面间的距离 上 下模相差不大于0 4mm 2 模膛加工精度要求模膛上未注明的公差可通过表4 10查出 上 下模检验角对齐后 模膛错移量不超过表4 11规定的数值 3 锻模硬度要求模膛表面与燕尾部分的硬度要求见表4 12 4 锻模表面粗糙度要求燕尾支承面 分模面 预锻模膛等表面经过精铣 精刨或磨削后 使其表面粗糙度Ra达到1 6 m 终锻模膛及毛边槽桥部还需抛光 使其表面粗糙度Ra达到0 8 m 毛边槽仓部 起重孔及钳口槽等非工作表面 用钻或铣削加工到Ra为12 5 m 二 锻模制造工艺过程1 锻模加工工艺过程由于锻模型腔的加工精度较难保证 因此 锻模型腔的加工是制定锻模加工工艺过程的重点 锻模加工工艺过程分为三个过程 模块的预加工 模膛的加工 热处理及精整加工 1 模块的预加工模块的预加工主要是指钻起重孔 钳工划线 刨或铣基准面 燕尾支撑面 分模面等的加工 2 模膛的加工模膛是锻模的重要工作部位 其形状复杂 精度要求高 是锻模加工的重点 加工方法是根据模膛的形状 尺寸及加工设备的情况而定 可采用机械加工 电加工或压力加工等方法 3 热处理热处理是影响锻模质量的一项因素 所以 模块经锻造后 需经过退火处理 降低硬度 消除残余应力 改善工件材料的可切削性 对于中小型锻模或淬火变形较小的材料 淬火与回火处理放在模块预加工和模腔加工之后进行 这样可使模腔得到较高的硬度 对于大型锻模或用淬火变形较大的钢材制造的模具 淬火与回火安排在模块预加工之后模膛加工之前进行 这样可以避免热处理变形的影响 可用电加工来解决切削加工难的问题 4 精整加工精加工是指光整阶段 指精磨平面 抛光模膛及检验等 图4 34所示为连杆锤锻模的加工工艺过程 1 备料毛坯锻造后 退火处理 2 钳工划线在模块上划出起重孔 分模面 燕尾及纵 横基准面 3 钻起重孔按图样要求钻起重孔 4 刨削加工刨削分模面 燕尾 基准面及打印用的槽 5 磨分模面在平面磨床上分别磨出上 下模的分模面 6 钳工划线钳工划出各模膛的轮廓线 钳口 键槽尺寸线 并打印模具标记 7 加工模膛在仿形铣床上或电加工机床上加工模膛 若在仿形铣床上加工 可利用立式铣床进行粗加工 再在仿形铣床上精铣 留出0 1 0 5mm的余量 然后加工拔长模膛及滚挤模膛到尺寸要求 若用电加工则可直接加工到所要求的尺寸 8 修整模膛主要修整机械加工难以加工到的窄槽 边角及小圆弧等部位 为了防止淬火时锻模出现裂纹 应将锐角磨圆 然后进行初步的校样检验 9 铣削加工铣钳口槽 键槽及毛边槽到尺寸 10 热处理淬火与回火 使模膛的工作型面和燕尾部分达到要求的硬度 11 精加工模膛钳工用风动砂轮修磨模膛 用样板检验 并合模浇铅检验模膛精度 12 光整加工修磨毛边槽桥部主模膛周边倒角 并抛光各模膛表面 13 磨平面磨平燕尾支撑面及分模面 第四节塑料模具制造工艺 一 塑料模具制造技术要求塑料模具精度是影响塑料成形件精度的一个重要因素 加工中模具零件只有满足图样中所给定的技术要求 才能保证塑料模具的精度 制造塑料模具应满足的技术要求有 1 组成塑料模具所有零件的材料 加工精度和热处理质量等应能满足图样的要求 2 组成模架的零件应能满足规定的制造要求 见表4 13 模架组装后 应运动灵活 并能达到规定的平行度和垂直度要求 1 浇口板上平面对底板下平面的平行度公差为0 05 300 2 导柱 导套的轴线对模板的垂直度公差为0 02 100 3 分型面闭合时的贴合间隙 0 03mm 3 模具应具备的功能必须达到设计要求 1 侧向抽芯和顶出装置动作正常 2 加热和温度调节部分能正常工作 4 装配好模具后 为了检验模具塑料成型件的质量 在生产条件下进行调整 试模 直至成型合格的塑件 二 塑料模型腔的加工和抛光 一 塑料模型腔的加工塑料模型腔是模具的重要成型零件 它的尺寸精度高 表面粗糙度值小 形状复杂 因此其加工难度很大 常用的加工方法有 通用机床加工 仿形铣床加工 电加工 挤压加工 陶瓷铸造加工等 1 通用机床加工 通用机床通常用来加工形状简单的模具型腔 如回转曲面的型腔 采用车削 内圆磨削或坐标磨削进行加工制造 此种方法的加工生产效率低 成本高 质量不易保证 2 仿形铣床加工仿形铣床加工主要是采用靠模或数控仿形铣加工型腔 能加工出形状较复杂的型腔 它的特点是自动化程度及生产效率高 3 电加工 1 电火花加工电火花的加工精度高 常用于加工困难的小孔 窄缝处的加工 对于电火花加工后的表面由于呈粒状麻点 所以需手工抛光或机械抛光 但表面的硬化层使手工抛光较困难 2 线切割加工对于镶拼式结构适合采用线切割加工 若加工后的表面质量不高 还要经过抛光最终达到质量要求 4 挤压加工挤压加工分开式挤压和闭式挤压加工 图4 35为开式挤压加工 图4 36为闭式挤压加工 开式挤压是将模具毛坯置于冲头下面加压 冲头压下后金属向四周自由流动 冲头压入毛坯形成型腔 但这种方法由于挤压表面出现缺陷 挤压后还需进行机械加工 所以开式挤压适用于加工精度要求不高的浅型腔加工 闭式挤压加工是将毛坯放入凹模内进行挤压加工 坯料在冲头的作用下由于受凹模壁的限制使得金属与冲头紧密贴合 这样加工出的型腔轮廓清晰 型腔的成形精度高 这种成形方法适合于精度要求高 型腔深度较大的零件加工 5 陶瓷铸造加工陶瓷铸造加工属于精密铸造加工 是生产中较广泛应用的一种加工方法 陶瓷铸造是把颗粒状耐火材料和粘接剂等配制而成的陶瓷浆料浇注到母模上 在催化剂的作用下 陶瓷浆结胶硬化而形成陶瓷层 然后再进行拔模 喷烧和焙烧等工序 形成了耐火度 尺寸精度以及表面质量都很高的精密铸型 合箱浇注后得到所需要的铸件 图4 37是陶瓷型精密铸造工艺过程图 二 型腔的抛光经过各种方法加工后的型腔会留下加工刀痕 电加工后的型腔表面会留下硬化层 因此抛光就是要用较软的研具去除型腔表面的刀痕及硬化层 从而进一步降低表面粗糙度值 获得光滑的表面 抛光加工后的加工精度可达0 01 0 02mm 表面粗糙度值Ra可达0 4 m以下 常用抛光方法有手工抛光 超声波抛光 电解抛光 1 手工抛光手工抛光是利用砂纸 砂布 锉刀和油石或电动软轴磨头对工件进行加工 这种手工抛光作为钳工生产 它的生产 效率低 费时 费力 当缺乏抛光设备时可以采用此抛光方法 2 超声波抛光当频率超过16000Hz的声波为超声波 用于抛光的超声波频率为16000 25000Hz 超声波与普通声波的区别是频率高 波长短 能量很强的特性 它对工件进行抛光 降低工件的表面粗糙度数值 以至于能将工件表面抛光到近似镜面的光亮度 超声波抛光是利用工具端面作超声频振动 迫使磨料悬浮液对硬脆材料表面进行加工的一种方法 工其作原理如图4 38所示 抛光时 工具2和工件1间加入由磨料和工作液组成的磨料悬浮液6 工具以较小的压力压在工件表面上 超声换能器4通入50Hz的交流电 产生16000Hz以上的超声频纵向振动 并借助变幅杆3把位移振幅放大到0 02 0 08mm左右 驱使工具端面作超声频振动 迫使工作液中的悬浮磨料以很大的速度和加速度不断地撞击和抛磨被加工表面 使被加工表面的材料不断遭到破坏而变成粉末 起到微切削作用 从而减小表面粗糙度值 虽然每次打击下来的粉末很少 但由于打击的频率很高 所以能保持一定的加工速度 3 电解抛光电解抛光是通过阳极溶解作用对型腔进行抛光的一种表面加工方法 加工时 阳极是工件 阴极是修磨工具 电解时 电解液从两极之间通过 两极由一低压直流或脉冲电源供电 修磨工具与工件表面接触并进行锉磨 工件表面在电解液和电流作用下生成很薄的氧化膜 这层氧化膜被移动着的各个磨粒所刮除 使工件表面露出新的金属表面 并继续被电解 这样 电解作用和刮除作用如此交替进行 达到抛光型腔表面的目的 图4 39所示为电解抛光原理 抛光速度为0 5 2cm2 min 抛光后的工件应立即用热水冲洗 模具型腔经电解修磨抛光后 再用油石纱纸抛光 其表面粗糙度Ra达到0 4 m以下 电解装置结构简单 操作方便 电解液无毒 工作电压低 图4 40所示为电解抛光装置 电解抛光装置由工作液循环系统 加工系统和修磨工具组成 工作时 水泵将电解箱内的电解液通过控制流量的阀门输送到工件与磨头之间 电解产物被电解液冲走 并从工作槽通过回液管流回电解液箱中 电解液箱中的隔板起过滤电解液作用 电源提供低压直流电 最大输出电流10A 电压24V 外接可调的限流电阻 三 塑料模的装配 试模塑料模在成型制件时是在高温 高压和粘流状态下进行成形的 相