模具制造工艺

模具制造工艺机械工程系第2章模具机加工技术1概述机械切削加工成形磨削加工模具特种加工模具成型表面无屑加工普通机床加工仿形机床加工坐标机床加工数控机床加工电火花成形加工电火花线切割加工电化学加工超声波加工激光加工冷挤压加工快速成型加工陶瓷型铸造模具零件加工方法的分类22.1车削加工一、普通车削1、设备

（1）车床作用:加工各种回转表面(内外圆柱面、圆锥面及成型回转表面)和回转体的端面，有些车床还能加工螺纹面。运动:主运动:工件的旋转运动进给运动:刀具的直线移动CA6140卧式车床是最典型的普通车床，如下图所示：3用以加工外圆、内孔、端面、螺纹以及车槽和车齿等，其主要类型如图所示：

图车刀主要类型1-端面车刀；2-仿形车刀；3-车槽刀；4-外圆车刀；5-螺纹车刀2.1车削加工（2）车刀41）三爪卡盘：自动定心，装卸方便，装夹规则形状零件2.1车削加工（3）装夹工具2）四爪单动卡盘：夹紧力大，装卸较麻烦，装夹大且形状不规则零件3）花盘：夹紧力大，装卸很麻烦，装夹形状复杂和不规则零件5尺寸精度IT6～IT8表面粗糙度Ra0.8～Ra1.6车削加工的精度61）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2.1车削加工3、车削工艺特点72）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。

2.1车削加工3、车削工艺特点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。82.2铣削加工铣削是平面的主要加工方法之一。铣削加工公差等级可达IT10—IT8，表面粗糙度Ra值可达1.6—0.4um。

铣床的种类立式铣床：结构表面外形、非回转曲面型腔、规则型面的加工卧式铣床：模具外形表面的加工龙门铣床：大型零件表面的加工工具铣床：螺旋、圆弧、齿条、齿轮、花键等类零件的加工。仿形铣床：复杂成形表面9（2）铣刀2.2铣削加工（3）铣床附件：平口钳、万能分度头、回转工作台、万能铣头10（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，Ra增加，如图（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。

2.2铣削加工2、铣削工艺特点112.3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。仿形加工仿形加工的应用：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。121、仿形加工的主要特点2、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13二、加工方式①平面轮廓仿形

铣削时靠模销沿着靠模外形运动，不作轴向运动，铣刀也只沿工件的轮廓铣削，不作轴向运动，如图8a所示。可用于加工复杂轮廓形状，但需深度不变的型腔。

a）平面轮廓仿形b）立体轮廓水平分行仿形c)立体轮廓垂直分行仿形

图8仿形加工方式14二、加工方式②立体轮廓水平分行仿形如图8b所示，工作台水平移动，铣刀进行切削，切削到型腔端头时主轴箱在垂直方向作一进给运动，然后工作台再作反向水平进给，如此反复直至加工出所需的形腔表面。③立体轮廓垂直分行仿形如图8c所示，切削时主轴作连续的垂直进给，到型腔端头时工作台在水平方向作依次横向进给，然后主轴再作反向进给。15三、仿形加工工艺在仿形铣床上加工型腔的效率高，其粗加工效率为电火花加工的40～50倍，尺寸精度可达0.05mm，表面粗糙度为Ra3.2～6.3μm。由于铣刀强度的限制，不能加工出内清角和较深的窄槽等，因此，对于要求较高的模具来说，仿形铣削一般只作为粗加工工序，加工时留一定的余量，供电火花精加工用。仿形铣削之前，必须先做好准备工作，包括制作靠模、选择适当的仿形触头和铣刀等，然后才着手进行仿形加工。162.3模具的仿形加工三、仿形加工工艺仿形加工工艺三要素：靠模、触头、铣刀

1、靠模：仿形加工的主要装置17三、仿形加工工艺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2.3模具的仿形加工

18

b)d)

图仿形触头选择示意图ａ）α<β正确ｂ）α>β不正确ｃ）R<r正确ｄ）R>r不正确19三、仿形加工工艺3、铣刀2.3模具的仿形加工

图11铣刀端部圆角a)R>r不正确b)r>R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)20仿形刨削划线先粗加工外形，当单边余量0.2~0.3mm。仿形刨削加工，当单边余量0.01~0.02mm研磨余量。21刨床的刨削加工内容模具零件外形加工局部圆弧面加工牛头刨床：中小型零件龙门刨床：大型零件刨削加工的精度尺寸精度IT10表面粗糙度Ra1.6刨削加工22插削加工插床的结构与牛头刨床相似，插床的滑枕沿垂直方向作往复运动

应用：成形内孔的粗加工，大工件的外形加工缺点：加工时有冲击，宜采用较小的切削用量插削加工的精度尺寸精度IT10表面粗糙度Ra1.6232.4磨削加工用砂轮或其他磨具加工工件，称为磨削。磨削加工的机床为磨床，磨床的种类很多，较常见的有：外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。24磨削加工的基本方法：内孔磨削、外圆磨削、锥孔磨削、平面磨削、侧磨、磨削加工的特点是零件淬火后的主要加工方法之一精度高、表面质量好磨削加工的精度尺寸精度IT5~IT7表面粗糙度Ra0.8~Ra0.225平面磨削的特点磨削时发热量少，冷却和排屑条件好，加工精度达IT6，表面粗糙度达Ra0.8~0.2um1）平行平面磨削注意：两平面的平行度要求，上下反复交替磨削。2）垂直平面磨削

注意：装夹工件时垂直度要求。装夹工具：精密平口钳

角铁和平行夹头：尺寸较大的垂直面

精密V形铁和夹爪：圆形工件端面磨削26垂直平面磨削1.用精密平口钳装夹工件，磨削垂直面2.磨削较大尺寸平面工件的侧垂直面:3.磨削比较狭长的工件:4.磨削端面: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用导磁角铁1和垫铁3装夹工件2磨垂直面。用精密角铁2和平行夹头装夹工件1。272.4磨削加工

2、外圆磨削外圆磨削一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行，精度达IT6~IT5。一、普通磨削加工在外圆磨床上磨外圆的方法有a．纵磨法b.横磨法c.综合磨法d．深磨法28外圆磨削工件装夹方法

1.前后顶尖装夹，具有装夹方便、加工精度高的特点，适用于装夹长径比大的工件2.用三爪自定心或四爪单动卡盘装夹，适用于装夹长径比小的工件，如凸模、顶块、型芯等3.用卡盘和顶尖装夹较长的工件4.用反顶尖装夹，磨削细长小尺寸轴夹工件，如小型芯、小凸模等5.配用芯轴装夹，磨削有内外圆同轴度要求的薄壁套类工件，如凹模镶件、凸凹模等291.纵向磨削法工件与砂轮同向转动，工件相对砂轮作纵向运动。当一次纵行程后，砂轮横向进给一次磨削深度。磨削深度小，切削力小，容易保证加工精度，适于磨削长而细的工件2.横向磨削法(切入法)工件与砂轮同向转动，并作横向进给连续切除余量。磨削效率高，但磨削热大，容易烧伤工件，适于磨较短的外圆面和短台阶轴，如凸模、圆型芯等3.综合磨法是横磨法与纵向磨法的综合应用，先用横磨法去除大部分余量，留有0.01~0.03mm作为纵磨余量，适于磨削余量大、刚度高的工件302.4磨削加工

3、内圆磨削内圆磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。与外圆磨削类似,内圆磨削也可以分为纵磨法和横磨法。磨削精度IT7~IT6，粗糙度Ra1.6~0.4um。装夹工具：三爪卡盘、四爪单动卡盘31内圆磨削工件装夹方法

1．三爪自定心卡盘一般用于装夹较短的套筒类工件，如凹模套、凹模等2．四爪单动卡盘适宜于装夹矩形凹模孔和动、定模板型孔3．用卡盘和中心架装夹工件，适宜于较长轴孔的磨削加工4．以工件端面定位，在法兰盘上用压板装夹工件，适用于磨削大型模板上的型孔、导柱、导套孔等32二、成形磨削成形磨削——是一种精加工成型表面的方法，即把复杂的成型表面分解成若干个平面、圆弧面等形状，然后分段磨削，并使其光滑，圆整达到图样要求。在模具制造中，成形磨削主要用于精加工凸模、拼块凹模及电火花加工用的电极等零件。优点：高效率、高精度，精度达IT6，Ra1.6~0.4um成形磨削在成形磨床上进行。主要适用于淬火件及硬质合金件的精加工331、设备：成形磨床

运动：1）砂轮（装在磨头架上）：电动机带动高速旋转；纵向导轨的纵向往复运动，X向；垂直导轨的垂直进给运动，Z向2）万能夹具：在夹具工作台上，能纵横向移动，有测量装置；磨削时，工件装在万能夹具上，夹具调节不同的位置，能加工平面、斜面和圆柱面。34

2、成形磨削的方法1）成形砂轮磨削法：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，然后用此砂轮磨削，以获所需要的成形表面，二、成形磨削352）夹具磨削法：将工件按一定条件装夹在专用夹具上，在加工过程中通过夹具调整工件位置，移动或转动夹具进行磨削，从而获得所需的形状。夹具有：精密平口钳、正弦磁力台、正弦分中夹具、万能夹具；3）仿形磨削法：采用薄片或蝶形砂轮，磨削时控制砂轮架或工作台的纵横拖板运动，使砂轮按照工件成型表面的轮廓进行轨迹运动，从而逐段完成成型表面的磨削，不需专用成型砂轮，也不使用专用磨具。在模具制造中，一般以夹具磨削法为主，以成形砂轮磨削法为辅，为了高效、降低成本，两种方法同时使用。361、成形砂轮磨削法

1）砂轮的选择砂轮的磨性随组成砂轮的磨料粒度、硬度、组织和结合剂等参数不同而异2）砂轮的修整1)角度修整（0~1000）2)圆弧修整注：角度、圆弧修整均使用金刚石笔3）用挤压轮修整4)数控机床修整法5)电镀法37核心问题：根据成形面的复杂程度正确选用合适的夹具，使工件相对高速旋转的砂轮移动，从而加工出所需形面。正弦精密平口钳正弦精密磁力台加工平面或斜面正弦分中夹具具有一个回转中心的工件万能夹具具有多个回转中心的工件夹具种类2、夹具成形磨削法38（1）正弦精密平口钳—磨斜面工件装夹在平口钳上，在正弦圆柱与定位面之间垫入块规，可使工件倾斜一定角度。垫入块规值：H—垫入的块规高度；L—两正弦圆柱之间的中心距；—工件所需倾角；39（2）正弦磁力台-

磨斜面用电磁吸盘代替平口钳，磨削工件斜面以上两种夹具配合成形砂轮，可磨削直线与圆弧组成的复杂几何形状。

40（3）正弦分中夹具运用：磨削同一回转中心的圆弧面、平面和斜面工件装在前后顶尖之间，后顶尖装在支架内，支架可在底座移动，移动后顶尖调节工件与顶尖的松紧程度，工件可绕主轴回转，回转角度在分度盘上读出，可利用分度盘上的四根正弦圆柱下面垫块规的方法来控制回转角度。41(2)磨削加工尺寸测量法图测量调整器1－三角架2－块规座422）工件安装方法⑴心轴装夹法

工件上有孔，孔的中心是成形表面的回转中心，在孔内装入心轴，若工件上无孔，可开工艺孔，利用心轴两端的中心孔将心轴和工件夹持在夹具两顶尖之间，夹具主轴回转时，工件跟着回转。图心轴装夹1－心轴2－工件3－螺母4－鸡心夹头5－夹具主轴43⑵双顶尖装夹工件上无内孔且不许开工艺孔，工件上有一对主中心孔，一个副中心孔，作为拨动工件用，装夹时，要求副顶尖与中心孔配合良好并顶紧才能保证精度。但副顶尖对工件的推力不能过大，否则工件发生扭弯。图4－33双顶尖装夹1－加长顶尖2－副顶尖3－叉形滑板4－螺母44万能夹具主要结构：装夹部分、十字滑快、回转部分、分度部分45（5）成形磨削工艺尺寸换算

由于设计基准与加工基准不一致，在磨削前，必须将设计尺寸换算成工艺尺寸，并绘制磨削工艺图。

1、确定磨削工艺中心：工艺中心应尽量少，工艺中心增加将增加万能夹具十字拖板的调整次数，加工误差大，一般有几个圆弧中心，就有几个工艺中心；2、确定计算工艺尺寸的坐标系：为计算方便，一般选择设计尺寸坐标系作为工艺尺寸坐标系，并选择主要工艺中心作为坐标轴原点；3、根据成形磨削工艺要求，计算下列工艺尺寸：

46用成形砂轮磨削ａ修整成形砂轮ｂ）磨削工件1－砂轮2－金刚刀3－工件数控成形磨床：与平面磨床相似，区别是砂轮的垂直进给运动和工作台的横向进给运动采用的数控装置三、数控磨床成形磨削法

1、用成形砂轮磨削利用数控装置控制安装在工作台上的砂轮修整装置，修整出需要的成形砂轮，用此砂轮磨削工件，磨削过程和一般的成形砂轮磨削法相同。适用于加工面窄、批量大的工件数控成形磨削的三种方式：47数控成形磨削的三种方式：2、仿形磨削

利用数控装置把砂轮修整成圆形或V形，由数控装置控制砂轮的垂直进给运动和工作台的横向进给运动，使砂轮的切削刃沿工件的轮廓进行仿形加工。适用于加工宽面的工件。三、数控磨床成形磨削法

483、复合磨削

前两种方法相结合。利用数控装置修整砂轮，然后用成型砂论依次磨削工件。适用磨削具有多个相同型面的工件。三、数控磨床成形磨削法

数控成形磨削的三种方式：491）原理：是在具有放缩尺的曲面磨床或光学曲面磨床上，利用光学投影放大系统将工件投影放大（50倍），按放大样板或放大图对成形表面进行磨削加工。2）被加工零件尺寸：主要用于磨削尺寸较小的凸模和凹模拼块。3）被加工零件精度：±0.01mm，Ra0.63~0.32μm。4）光学曲面磨床：如下图所示。

四、光学曲线磨床成形磨削50将被磨削表面的轮廓分段，如图a所示。把每段曲线放大50倍绘图，如图b所示。

四、光学曲线磨床成形磨削511、坐标磨床的磨削运动（1）砂轮的高速自转速度高达9000~18000rpm（2）主轴行星公转：砂轮轴线绕磨孔中心作行星运动，转速低10~300rpm图19砂轮的三种运动

四、坐标磨削（3）冲程运动：砂轮轴上下往复运动，上下往复速度可调（4）进给运动：调节公转半径，实现加工的径向进给，调节量很小（5）工作台移动：其定位精度很高如图19所示。

522.5其他加工2.5.1镗削加工普通镗削主要用于孔径精度和孔间距精度要求较低的孔加工坐标镗削主要加工高精度孔及孔系镗床类机床主要工作是用镗刀进行镗孔，也可进行铣平面、车凸缘、切螺纹等工作。有卧式镗床、立式镗床、落地镗床、金刚镗床和坐标镗床等多种类型。

532.5.1镗削加工一、坐标镗床坐标镗床主要用于镗削高精度的孔，特别适用于加工相互位置精度很高的孔系，如钻模、镗模和量具等零件上的精密孔加工。坐标镗床制造精度很高，具有良好的刚度和抗振性，最主要特点是具有坐标位置的精密测量装置，加工时，按直角坐标来精确定位。孔的尺寸精度IT6～IT7;表面粗糙度Ra0.8um,孔距精度0.005～0.01㎜

542、坐标镗床的附件（1）万能回转台1）转盘可绕垂直轴回转任意角度（0~3600）2）转盘可绕水平轴0~900倾斜转盘有360°刻线，并有刻度值为1'的刻度环和最小分化值为10"的游标环。回转工作台具有刹紧和分度蜗杆脱落机构。可加工和检验互相垂直的孔、径向分布孔、斜孔及斜面上的孔。55（2）光学中心找正器1）锥尾：插入主轴锥孔，使之与