模具制造技术第七章 典型模具零件制造工艺

第7章典型模具零件制造工艺7.1.1模架的技术要求1．概述模架在冲模、塑料模、挤压模、精锻模等模具中都有广泛的应用，其结构大同小异。模架一般有上模座、下模座、导柱、导套等基本零件组成。上模座一般用压板、螺栓组合或模柄压紧连接到设备活动滑块上，其上装配凸模及其相关组件，下模板一般用压板、螺栓组合连接固定到设备工作台上，其上装配凹模及其相关组件，凸凹模的位置关系、间隙调整主要通过导柱、导套来保证。模架主要起连接和导向的作用。7.1模架制造2．结构形式及应用标准冲模模架的结构形式主要有：1）按照导柱形式可分为：对角导柱模架，后侧导柱模架，中间导柱模架，四导柱模架。对于小制件、小设备通常用后侧导柱模架、中间导柱模架形式居多；对于大制件、大设备通常用四导柱模架形式居多。2）按照导向形式可分为：滑动导向模架和滚动导向模架。滑动导向模架的导柱与导套之间是小间隙配合，滚动导向模架的导柱与导套之间装有滚动体(一般为钢球)和滚动体保持架，导柱、导套、钢球之间采用0.01~0.02mm的过盈配合。7.1.2导柱、导套的加工1．导柱、导套的结构特点及技术要求导柱、导套是冲模的导向零件。图7-1为滑动模架装配示意图，图7-2为滚动模架装配示意图。滚动模架比滑动模架导向精度、可靠性好，价格高，适于加工精度要求较高的产品。2.导柱的加工（1）工况要求滑动模架导柱的一端外圆与导套内孔通常采用H7/h6小间隙配合，其配合间隙值一般为双边0.01~0.03mm之间，小于模具凸、凹模的配合间隙，另一端与下模座一般采用H7/h6或H7/r6小过盈配合。滚动模架的导柱一端与导套之间装有运动的钢球，为双边0.01~0.02mm的过盈配合，另一端与下模座一般采用H7/h6或H7/r6小过盈配合。（2）技术要求：各种形式模架导柱的尺寸精度、形位精度、面质量都有很高的要求。为了保证导柱的导向精度，导柱加工过程中不仅要确保尺寸精度和表面粗糙度质量，而且要注意确保导柱的同轴度和圆度形位公差。（3）性能要求：各种形式模架导柱都要求外表面强度好、硬度高、耐磨性好，而导柱心部则要求韧性好，这样可以更好的满足模架的使用要求。（4）加工工艺：图7-3所示A型导柱的加工制造流程主要为：备料：一般选取合适直径与长度的棒料。粗车加工：该工序注意：a.留合适的精加工余量：如果后续热处理为渗碳淬火，为了保证精加工后渗碳层尽量厚，因此，粗加工余量要尽量小些，一般选取双边0.3~0.5mm；b.粗加工两端面必须打中心孔，这是后续磨削加工的基准。热处理：渗碳淬火或常规淬火、回火。精加工，外圆磨削：3.导套的加工（1）工况要求滑动模架导套的内孔与导柱采用H7/h6小间隙配合，导套外圆与上模座一般采用H7/r6小过盈配合。滚动模架的导套内孔、导柱外圆、钢球间为小过盈配合，导套外圆与上模座一般采用H7/r6小过盈配合。（2）技术要求：各种形式模架导套的尺寸精度、形位精度、表面质量都有很高的要求。如图7-4所示。从装配使用角度而言，导套的大外圆（图7-4中D+3尺寸）无关紧要，表面粗糙度要求为Ra6.3即可，可以作为精加工时的装夹位置。（3）性能要求：模架导套的性能要求与导柱一样，一般选用20或20Cr钢材料，热处理采用渗碳淬火。（4）加工工艺：导套的加工制造流程主要为：备料：选取合适直径与长度的棒料，一般不选择管料。粗车加工：由于后续热处理为渗碳淬火，为了保证精加工后渗碳层尽量厚，因此，粗加工余量要尽量小些，一般选取双边0.3~0.5mm；热处理：渗碳淬火。精加工：导套精加工以内孔、外圆磨削为主，主要有两种工艺方法：①一次装夹磨削法②穿心轴磨削法③珩磨7.1.3模座的加工（1）工况要求：上下模座为承力部件，无论滑动导向模架还是滚动导向模架，上模座与导套之间为双边0.01~0.02mm的小过盈配合，下模座与导柱之间为双边0.01—0.02mm的小过盈配合。（2）技术要求：由于导柱、导套通过上下模座连接、装配，因此，模座的导柱、导套相对孔位要求必须非常严格，才能确保受力均匀，动作顺畅。（3）性能要求：模座可以选择钢板、铸钢或者铸铁材料。（4）加工工艺：上下模座的加工制造流程主要为：备料：承力大时宜选用钢板，一般情况选用铸钢或者铸铁材料。粗加工：采用刨削或铣削加工端面、侧面；钻削粗加工孔位；刨削加工排气槽；精加工：①平磨上下端面，保证表面粗糙度和平行度公差，并作为后续加工的基准。②加工导柱导套孔：模架的导柱导套孔一般在坐标镗床设备上配合加工。如图7-5所示，孔大的上模座在上，孔小的下模座在下，中间垫以平行等高的垫块，在坐标镗床用压板压紧固定可靠，在一次装夹过程中同时完成上、下模座的加工制造，这个过程称为“配作”。这是解决孔位加工的有效工艺方法。③钳工修配。7.1.4模架的技术要求及装配7.1.4.1冲模模架的技术要求装配成套的模架应满足相应的技术标准要求。1．滑动导向模架的精度等级分为Ⅰ级和Ⅱ级，滚动导向模架分为0Ⅰ级和0Ⅱ级。各级精度的模架必须达到表7-1所规定的各项技术要求。2．装入模架的每对导柱和导套的配合间隙值或过盈值应符合表7-2的规定。批量生产时，滑动导向模架的导柱、导套的配合精度分别按H6/h5和H7/h6生产，按表7-2要求分组装配；单件生产时按表7-2的要求配作。3．装配后的模架，其上模座沿导柱上下移动应平稳、无阻滞现象。导柱与下模座、导套与上模座的过盈配合应紧固可靠，且端头与模座平面应保留1~2mm的距离。7.1.4.2冲模模架的装配工艺模架的装配工艺方法主要有压入法、粘结法和低熔点合金浇注法等，其中压入法最为可靠实用，其装配工艺方法有一下两种：1.先压导柱后压导套法（1）先压导柱。（2）后压导套。（3）最终检验。2.先压导套后压导柱法（1）先压导套。（2）后压导柱。（3）最终检验。7.2.1冲裁模制造的技术要求1．概述冲压是在室温下，利用安装在各种形式压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得制件的一种压力加工方法。冷冲压模具，俗称冷冲模，是实施冲压加工的重要工艺装备。由于冲压工艺高效、优质、价廉等优点，在现代制造业中占有十分重要的地位。冷冲压工序一般分为分离工序和成形工序两类。分离工序主要有剪裁和冲裁等。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等。冲压模具按照工艺性质可分为：冲裁模、弯曲模、拉深模、翻边模、整形模等。冲压模具按照工序组合可分为：单工序模、复合模、级进模（也称连续模）等。7.2冷冲模制造2．冷冲模技术要求冲压模具主要由工艺零件和结构零件组成：工艺零件直接参与工艺过程并和坯料有直接接触，包括有工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；结构零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括有导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等。冷冲模主要有以下方面的技术要求：1）尺寸精度、形位精度、表面质量要求比较严格。2）装配精度较高。凸凹模间隙必须合理合适，动作必须顺畅。3）标准化、互换性要求：尽量选取标准模架、标准零件，利于模具的快速方便更换。3．凸凹模技术要求凸、凹模是冷冲模的关键零件。其具体要求有：1）合理的结构和加工工艺性；2）高的制造精度：包括尺寸精度、形位精度、表面质量；3）足够的刚度、强度；4）良好的耐磨性和抗疲劳强度。冷冲凸凹模常用材料有T10A、CrWMn、Cr12、Cr12MoV等，工作部分的表面粗糙度一般为Ra0.4~Ra0.8，工作部分的尺寸精度一般为IT5~IT7；凸模的热处理硬度一般为58-62HRC，凹模的热处理硬度一般为60~64HRC。7.2.2冲裁凸模的加工工艺冲裁凸模主要是外形加工，可分为两类讨论。1.圆形凸模这是最简单的形状，通常采用常规的加工方法。如图7-10所示凸模。2.非圆形凸模由于冲压产品品种繁多，因此冷冲凸模会出现各种各样的异形轮廓形状，目前常用、合理的工艺手段是：凸模设计成为贯通式的形状，精加工时采用快走丝或慢走丝的加工方法来保证形状和精度。如图7-12所示的切边凸模。7.2.3冲裁凹模的加工工艺冲裁凹模主要是孔和孔系加工，孔本身的尺寸大小是决定加工方法选择的关键。1．单个圆形孔的加工一般孔位于回转轴中心，可以依据孔的大小区别考虑。（1）小孔：通常认为是直径φ10以下的孔，以钻铰加工和电加工为主。（2）大孔：对于稍大些的圆孔以磨削法加工为主。如图7-14所示，当孔不在回转轴中心时，工艺难度就复杂了些，一般采用线切割加工比较经济；也可以配以工装、附具采用磨削的手段。2．圆形孔系（1）孔系位置精度要求高的情形：对于有严格位置要求的凹模，其工艺流程主要为：备料—粗加工：外形面、孔系都要粗加工，留合适的余量—热处理—精加工：以外圆磨削、平面磨削为主，确定基准面—孔系精加工：主要以线切割、坐标磨削方法为主。（2）孔系位置精度要求不高的情形：对于孔位相互位置要求不高的凹模，其工艺流程就可以简化不少：备料—粗加工—孔系加工：以坐标镗或普通立式铣床、普通钻床加工为主—热处理—钳修：孔系经钳修、抛光后直接使用。3．非圆形孔及孔系非圆形孔及孔系的加工看似复杂，其实和圆形孔的加工没有根本差别。只是圆形孔和孔系有更多的选择，对冷冲压模具而言，在模具热处理硬度HRC58~62的情况下，非圆形孔及孔系的加工目前几乎只有线切割加工的唯一选择。如图7-16所示图形，其工艺流程没有大的变化，只是孔的精加工采用线切割更合理一些。7.3.1锻模制造的技术要求1．概述锻模以及模锻件在轴承、汽车、航空、航天、军事国防等领域应用广泛，在国计民生中具有重大的作用。锻模加工以型面、型腔为主，现代制造的锻件产品越来越向精、净、省方向发展：即锻件精度高、余量小，节材降耗，工作环境趋于干净整洁，噪音大幅度降低。传统模锻设备以模锻锤为主，煤、重油加热，现代锻造中以电液锤、热模锻压力机应用越来越广泛，以煤气、电加热为主。锻件质量有了大幅度提升，对锻模的要求也逐步提高。7.3锻模制造工艺2．锻模结构特点锻模在工作时承受高温下多次打击成形的冲击力，急冷急热的交变应力，锻件在模腔中产生形状、性能的变化，产生强烈的金属流动，因此，锻模的实际工况条件比较恶劣，其模具特点如下：（1）型腔复杂，精度要求越来越高，加工难度较大，成本较高。（2）性能要求严：由于工况苛刻，要求锻模具有良好的红硬性、抗热疲劳性、强韧性。（3）结构简单，成本高：锻模一般采用整体结构，选用整体的上、下模块，分别通过燕尾结构与设备连接，模具材料费用很高。3．锻模技术要求：（1）锻造比：由于锻模模块承受较大的冲击力，要求模块锻造比达到3以上，确保锻合孔洞、打碎碳化物及其夹杂，提高模块致密度。（2）模块纤维方向：锻模模块一般由专业厂生产，采用电渣重溶工艺制坯、水压机锻造。模块纤维方向与最终锻模的使用寿命关系非常大。如图7-17所示。（3）型槽精度：锻模模块的型槽又称为型腔或模镗，其精度取决于具体制件要求、加工手段和技术水平。模块型槽精度越高，上下模块对位越精确，锻件加工余量越小，表面质量越好，经济性就越好。（4）表面质量要求：锻模模块终锻型槽表面质量要求较严，要求达到Ra0.8um，燕尾支承面、分模面、预锻型槽表面粗糙度要求达到Ra1.6um，相互之间平行度、垂直度公差必须严格保证，其余部位要求不高。（5）锻模热处理硬度要求：由于锻模工况条件相对恶劣，对模具的强韧性有较高的要求。7.3.2锻模制造实例1．曲轴锻模加工图7-18所示为某型号曲轴及其终锻模示意图。模块上分布卡压、预锻、终锻三个型槽，连续完成曲轴模锻，再辅助以切边、热处理、酸洗、校正等工序完成曲轴的主要加工过程。2．爪极精锻模加工图7-19所示为汽车爪极精锻模示意图。该模具制造工艺流程为：（1）备料：由于模块较小，定制锻件。（2）粗加工：采用常规车削方法，留适当的精加工余量。（3）热处理。（4）精加工：采用精车、平面磨削手段保证图纸尺寸精度，确定基准面。（5）型腔加工：采用电火花成形加工。（6）钳修：电火花加工完的型腔需要人工修抛，去除型腔表层缺陷，提高表面粗糙度。7.4.1塑料模具制造技术要求1．概述塑料成型模具是在高温、高压、高速和熔融状态下进行成型的，各个配合零件之间的要求非常严格，装配也极为重要。塑料模按照成型原理主要分为注射成型模、压缩成型模、压注成型模、挤出成型模、吹塑成型模和气压成型模。其模具结构主要有成型部件、浇注系统、导向机构、脱模机构等组成。塑料模具在家电、IT产业、汽车制造应用广泛，现代塑料模具无论在模具寿命、精度、表面质量都有严格的要求。7.4塑料模具制造工艺2．技术要求：以塑料注射模模架为例，其主要技术标准如表7-3、表7-4、表7-5所示。7.4.2塑料模具的加工一套完整的塑料模具有多个零件组成，其中最关键、最复杂的还是模腔、型芯的加工。由于模腔形状复杂、尺寸精度高、表面粗糙度指标严，因此，其模具制造工艺流程必须有严格的规范。目前常用的塑料模具型腔、型芯的加工方法主要有三大类。1.传统机械加工方法：对于简单的模具型腔、型芯、镶块、塑料模具型板、浇口套、滑块、顶杆等，采用车削、铣削、刨削、钻削、磨削方法基本上可以满足加工过程。2.数控加工方法：对于形状复杂的塑料模具型腔，由于热处理后硬度范围比较适合数控加工，尤其是高速铣削加工。因此，只要数控加工刀具形状、强度、走刀轨迹适合的话，数控加工是复杂塑料模具型腔优选的加工手段。3.电加工方法：但是，由于数控加工是使用刀具进行切削加工，塑料型腔中窄槽、窄缝、小孔、深孔、不规则形状的情形非常多，数控加工往往受到限制，必须依靠电火花成形加工、电火花线切割加工等特种加工方法。因此，电加工方法目前在塑料模具加工制造领域依然占据着较大的份额。7.4.3塑料模型腔的研磨1.研磨机理研磨时，在研具和模具之间添加研磨剂，使研具工作表面与模具表面接触、施加一定压力并作相对运动，通过磨料的微切削作用、研磨液与模具件表面的物理化学作用，从模具表面均匀去除极薄的一层材料，得到非常好的表面质量。研磨剂由磨料、研磨液与辅助填料组成。磨料在研磨过程中起微切削作用，必须具备足够的强度和韧性，形状尺寸均匀一致。研磨液起稀释、润滑作用，使磨料均匀分布在研具和模具表面。常用研磨剂有液体和固体（膏状）两大类，以研磨膏为主，主要成分有刚玉、碳化硅、碳化硼、人造金刚石，粒度从W40到W0.5，W40最粗，磨削量大，适用于粗抛，W0.50最细，用于最终抛光。2.研具研磨时与工件被研磨表面接触的研磨工具称为研具，它主要有两类。（1）手工研具：主要有研磨砂纸、研磨平板、外圆研磨环、内孔研磨芯棒等。（2）油石：油石是用磨料和结合剂等制成的条状固结磨具。由于使用时通常要加油润滑，因此命名。常用油石材质主要有白刚玉、棕刚玉、绿碳化硅、铬刚玉、黑碳化硅等，按照粒度从粗的60#、80#、100#等到细的1000#、1200#、1500#等，粒度越小越粗糙，磨削量越大。3.研磨工艺研磨主要有手工研磨和机械研磨两类。研磨质量和效率与磨料粒度、磨料运动轨迹、研磨液、研具质量、模具材质、模具表面质量等因素有关。研磨一般分为粗研、半精研、精研三道工序来进行。