第一章-模具生产技术综述

1、37421z1,主编,绪论第一章模具生产技术综述,第一章模具生产技术综述,第一节模具的生产过程和特点第二节模具的技术经济指标第三节模具表面加工分析第四节毛坯设计和质量要求,第一节模具的生产过程和特点,一、模具的生产过程模具的生产过程和其他工业产品的生产过程一样，都是指由原材料开始经过加工转变为成品的全部过程。二、模具工艺工作在模具生产过程中，直接改变制件的形状、尺寸、精度、性能和装配关系的生产过程称为工艺过程。工艺技术人员应该根据模具的特点与要求、模具生产具体条件及工艺规律等编制工艺技术文件和指导生产。,图1-1模具的生产过程示意图,第一节模具的生产过程和特点,(一)模具工艺工作的主要内容(1

2、)编制工艺文件模具工艺文件主要包括模具零件加工工艺规程、加工程序的编制、模具装配工艺要点或工艺规程、原材料清单、外购件清单和外协件清单等。(2)二类工具的设计和工艺编制二类工具(二级工具)是指加工模具和装配中使用的各种专用工具。(3)处理加工现场技术问题在模具零件加工和装配过程中解决技术、质量和生产管理问题是模具工艺技术人员的经常性工作之一。,第一节模具的生产过程和特点,(4)参加试模和鉴定工作各种模具在装配之后的试冲和试压是模具生产的重要环节，模具工艺技术人员和其他有关人员通过试冲和试压，分析技术问题，提出解决方案，并对模具的最终技术质量状态做出正确的结论。(二)模具工艺文件的编制模具零件加

3、工工艺规程的常用格式见表11。模具装配工艺规程的编制，对于一般模具只编制装配要点、重要技术要求的保证措施及在装配过程中需要机械加工和其他加工配合加工的要求，而模具的具体装配程序多由模具装配钳工自行掌握。只有对于大型复杂模具才编制较详细的装配工艺规程。,第一节模具的生产过程和特点,表1-1模具加工用工艺规程格式,(1)模具工艺性分析应该在充分理解模具结构、用途、工作原理和技术要求下分析各种零件在模具中的作用和技术要求，分析模具材料、零件形状、尺寸和精度要求等工艺性是否合理，,第一节模具的生产过程和特点,找出加工的技术难点，提出合理的加工方案和技术保证措施。(2)确定毛坯形式根据零件的材料类别、零

4、件的作用和要求等确定哪些零件分属于自制件、外购件和外协件，分别填写外购件清单和外协件清单。(3)二类工具的设计和工艺编制专用二类工具的设计原则应该符合模具生产的特点。(4)工艺规程内容的填写模具工艺规程内容的填写，应该文字简捷、明确、符合工厂用语。三、模具的生产和工艺特点(一)模具的生产特点模具作为一种高寿命的专用工艺装备有以下生产特点：1)属于单件、多品种生产。,第一节模具的生产过程和特点,图1-2模具加工工艺规程编制的流程,第一节模具的生产过程和特点,2)客观要求模具生产周期短。3)模具生产的成套性。4)试模和试修。5)模具加工向机械化、精密化和自动化发展。(二)模具的工艺特点我国模具加工

5、的技术手段还普遍偏低，当前我国模具制造上的工艺特点主要表现如下：1)模具加工上尽量采用万能通用机床、通用刀量具和仪器，尽可能地减少专用二类工具的数量。2)在模具设计和制造上较多地采用“实配法”、“同镗法”等，使得模具零件的互换性降低，但这是保证加工精度，减小加工难度的有效措施。,第一节模具的生产过程和特点,3)工序相对集中，以保证模具加工质量和进度，简化管理，减少工序周转时间。,第二节模具的技术经济指标,一、模具的精度、刚度和表面质量(一)模具的精度机械产品的精度包括：尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。机械产品在工作状态和非工作状态的精度不同，又分为动态精度和静态精度。1)产品制件精度

6、。2)模具加工技术手段的水平。3)模具装配钳工的技术水平。4)模具制造的生产方式和管理水平。(二)模具的刚度,第二节模具的技术经济指标,对于高速冲压模、大型件冲压成形模、精密塑料模和大型塑料模，不仅要求其精度高，还应有良好的刚度。这类模具工作负荷较大，当出现较大的弹性变形时，不仅要影响模具的动态精度，而且关系到模具能否继续正常工作。因此在模具设计中，满足强度要求的同时，模具刚度也应得到保证，且在制造时要避免由于加工不当造成的附加变形。(三)模具的表面质量由于加工工艺参数控制不当，在加工后产生表面残余应力和硬化层，导致表面产生细微裂纹和剥落，以及电加工后产生的变质层，这些都将影响成形表面的耐磨性

7、，降低模具精度和寿命指标，需要制订正确的加工工艺参数，采取补救工序措施。二、模具的生产周期,第二节模具的技术经济指标,模具的生产周期是从接受模具订货任务开始到模具试模鉴定后交付合格模具所用的时间。当前，模具使用单位要求模具的生产周期越来越短，以满足市场竞争和更新换代的需要。因此，模具生产周期的长短是衡量一个模具企业生产能力和技术水平的综合标志之一，也关系到一个模具企业在激烈的市场竞争中有无立足之地。同时，模具生产周期的长短也是衡量一个国家模具技术管理水平高低的标志。1)模具技术和生产的标准化程度。2)模具企业的专门化程度。3)模具生产技术手段的现代化。4)模具生产的经营和管理水平。三、模具的生

8、产成本,第二节模具的技术经济指标,模具的生产成本是指企业为生产和销售模具支付费用的总和。模具的生产成本包括原材料费、外购件费、外协件费、设备折旧费、经营开支等。从性质上分为生产成本、非生产成本和生产外成本，我们讲的模具生产成本是指与模具生产过程有直接关系的生产成本。1)模具结构的复杂程度和模具功能的高低。2)模具精度的高低。3)模具材料的选择。4)模具加工设备。5)模具的标准化程度和企业生产的专门化程度。四、模具的寿命,第二节模具的技术经济指标,模具的寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下，能够加工的制件的总数量，它包括工作面的多次修磨和易损件更换后的寿命。即1)模具的结构。2)模具材料。3)

9、模具的加工质量。4)模具的工作状态。5)产品零件的状况。,第三节模具表面加工分析,一、模具工作零件表面分类模具工作零件表面的分类方法很多，可以按表面的几何形状特征分类，也可以按表面形成的实体的增减分类。从模具制造工艺的角度看，根据工作零件各表面在模具中的作用和制造阶段的不同，可以分成外形表面、成形表面和结构表面。(一)外形表面,图1-3弯曲凸模,第三节模具表面加工分析,(二)成形表面成形表面是指在模具中直接决定产品零件形状、尺寸、精度的表面及与这些表面协调的相关表面。例如，冲裁模中的凹模、凸模工作表面及与工作表面协调相关的卸料板、固定板等型孔表面。图13所示的弯曲模凸模的成形表面就是指由R48

10、mm、R78mm、86、33等尺寸构成的二维曲面。(三)结构表面结构表面是指在模具中起定位、导向、定距、限位、连接及驱动等作用的表面。图13所示的弯曲模凸模的两个10+0015mm的圆柱销孔等表面就属于结构表面，它是和模柄相连的定位和固定表面。二、各类表面的加工分析,第三节模具表面加工分析,(一)外形表面的加工各种模具零件的加工都从外形表面加工开始，并为成形表面和结构表面的后续加工奠定基础。在模具零件的毛坯设计和加工中，应使外形表面的加工余量适当，避免材料浪费和减少后续加工工作量。对于锻件和铸件毛坯，在毛坯加工阶段应进行必要的退火和时效热处理，减小材料内应力和为后续加工做好金相组织准备。,表1

11、-2平面间的平行度要求,第三节模具表面加工分析,表1-3平面间的垂直度要求,(二)成形表面的加工成形表面是模具零件表面中形状比较复杂，尺寸精度、形位精度、表面粗糙度要求较高的表面，而且该表面多有热处理要求，是模具零件加工中难度较大的，也是模具工艺工作中的重点之一。1)按成形表面所形成的材料实体与否，分为外型面和内型面。2)按型面的截面几何形状特征不同，又分成圆形截面和异形截面(曲面)。,第三节模具表面加工分析,3)按照曲面的可变坐标点数量不同，又分成二维曲面(平面曲面)和三维曲面(立体曲面)。(三)结构表面的加工模具零件的结构表面，由它们的作用不同，形状也都各异，但是多数为简单的几何形状。从加

12、工方法看，采用一般的金属切削加工方法都能实现。结构表面中除平面、斜面、圆柱面及圆锥面以外，还有不同截面形状的通槽、半通槽及不同形状的台阶孔，这些多在工具铣床上进行加工。(四)分型面的加工塑料模和其他型腔模的动模和定模的接合面，称为分型面，如图14、图15所示。,第三节模具表面加工分析,图1-4单一平面分型面注射模1顶杆垫板2顶杆固定板3模腿4顶杆5垫板6固定板7动模8定模9导柱10定模板11浇口套12型芯13反顶杆,第三节模具表面加工分析,图1-5复杂分型面注射模1顶杆垫板2顶杆固定板3模腿4顶杆5弹簧6动模7定板8导柱9定模板10浇口套,第四节毛坯设计和质量要求,1)模具材料的类别。2)模具

13、零件的类别和作用。3)模具零件几何形状特征和尺寸关系。一、原型材原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经下料后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。1)剪切法。2)锯切法。3)薄片砂轮切割法。4)火焰切割法。二、锻件,第四节毛坯设计和质量要求,对原型材进行下料之后，通过锻造的方法获得合理的几何形状和尺寸的坯料，称为锻件毛坯。(一)锻造的目的模具零件毛坯的材质状态如何，对于模具加工的质量和模具寿命都有较大的影响。特别是模具中的工作零件，大量使用高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在严重的缺陷。如大量共晶网状碳化物的存在，这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，

14、降低了材质的力学性能，恶化了热处理工艺性能，降低了模具的使用寿命。只有通过锻造，才能打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，细化晶粒组织，充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。,第四节毛坯设计和质量要求,1)通过锻造得到合理的几何形状和机械加工余量，节省原材料和减少机械加工工作量，并使圆棒料的疏松和气泡等缺陷得到改善，提高材料的致密度，并得到良好的机械加工性能。2)通过锻造改善材料碳化物的分布状态，使碳化物偏析3级，改善由于碳化物分布不均匀造成的热处理易开裂、硬度不均、脆性加大、冲击韧度降低及碳化物堆聚或呈网状出现在模具刃口处，容易产生崩刃、折断和剥落等现象，从而提高材质

15、的热处理性能和模具的使用寿命。3)改善坯料的纤维方向，使纤维方向分布合理，满足不同类型模具的要求，提高了模具零件的承载能力，同时通过合理的纤维方向，使模具零件的各向淬火变形趋向一致，从而提高了材料的力学性能和使用性能。,第四节毛坯设计和质量要求,4)通过锻造和预处理可以获得机械加工和热处理加工需要的金相组织状态，从而提高了模具零件的机械加工和热处理加工的工艺性。(二)锻件毛坯由于模具生产属于单件或小批生产，模具零件锻件的锻造方式为自由锻造。模具零件锻件的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为T形、L形、形等形状。(1)锻件加工余量锻件应保证合理的机械加工余量。(2)锻件下料尺寸的确定合理

16、地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式，对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系。1)计算锻件坯料体积V坯2)计算锻件坯料尺寸。,第四节毛坯设计和质量要求,(三)锻压设备的选择模具生产属于单件生产。模具锻件的锻压方式应该是自由锻，使用的锻压设备为空气锤或者为蒸汽空气锤。锻锤吨位的选择是否合理，直接影响锻件质量、锻造生产率和锻杆寿命。如果锻锤吨位过小，则锻造打击能量不足，造成锻打不透，锻件仅仅在表层发生一定的变形，而锻件心部的质量得不到改善，甚至发生恶化。如果锻锤吨位选择过大，则打击过重，容易出现锻裂现象。因此，为了获得优良的锻件，应该选取足够能量的锻锤，以充分的变形进行多向反复锻打，控制锻件质量

17、。对于高合金模具钢应该进行反复的镦粗和拔长，以充分发挥模具材料的性能，为得到高质量和高寿命的模具打好基础。,第四节毛坯设计和质量要求,表1-4锻造高合金钢时锻锤的吨位,(四)锻造方式,第四节毛坯设计和质量要求,锻件的锻造方式主要有三种，即轴向镦拔、横向镦拔和多向镦拔。(1)轴向镦拔轴向镦拔又称纵向镦拔、单向镦拔或不变向镦拔，它是沿着钢材的轴向，进行不变换方向的往复镦粗和拔长。,图1-6轴向镦拔示意图,(2)横向镦拔,第四节毛坯设计和质量要求,图1-7横向镦拔示意图,第四节毛坯设计和质量要求,图1-8多向镦拔示意图,(3)多向镦拔多向镦拔又称三向镦拔，它综合了轴向及横向镦拔的特点，对原棒料从三个

18、方向轮番进行反复镦拔。,第四节毛坯设计和质量要求,例1-1某模具零件材料为Cr12MoV，锻件尺寸为60mm100mm。,表1-5不同镦拔次数的质量,例1-2某模具零件的外形尺寸为30mm140mm220mm，材料为Cr12MoV。,第四节毛坯设计和质量要求,表1-6不同锻造方式的质量结果,(五)锻件的质量要求影响锻件质量的主要因素有以下四个方面：原材料的质量状态和备料情况；锻锤吨位的选择是否合理；锻件坯料的加热、冷却温度、每次锻压变形量等工艺参数是否正确；锻造方式的选择和锻造比的大小。,第四节毛坯设计和质量要求,图1-9模具零件材料纤维方向分布图,1)锻件的形状、尺寸应符合锻件图，,第四节毛坯设计和质量要求,机械加工余量符合规定要求。2)锻件的表面裂纹、折叠等缺陷及脱碳层深度应控制在机械加工余量的1/3以下。3)碳化物不均匀等级。4)纤维方向的合理分布及钢材表面层的正确配置。5)