第一章 模具零件的機械加工

學習新內容第一章模具零件的機械加工

a.沖模模架的加工b.注射模架的加工c.沖裁凸模和凹模的加工d.型腔的加工e.模具工作零件的工藝路線第一節(jié)沖模模架的加工

模架的主要作用是把模具的其它零件連接起來，并保證模具的工作部分在工作時具有正確的相對位置。一、導柱和導套的加工導柱和導套主要是進行內、外圓柱面加工，外圓柱面和孔的機械加工方法很多，為獲得不同精度和粗糙度要求的外圓柱和孔的加工方案可參考后序表格。導柱的加工工藝過程導套的加工工藝過程

圖1－3磨中心孔

1－三爪自定心卡盤2－砂輪3－工件4－尾頂尖圖1－4多棱頂尖 研磨中心孔圖1－5用小錐度心軸安裝導套

1－導套2－心軸

圖1-6導柱研磨工具

1－研磨架2－研磨套3－限動螺釘4－調整螺釘圖1-7導套研磨工具

1－錐度心軸2－研磨套3、4－調整螺母

研磨導套常出現(xiàn)的缺陷是“喇叭口”（孔的尺寸兩端大中間?。?。研磨導柱和導套用的研磨套和研磨棒一般用鑄鐵制造。研磨劑用氧化鋁或氧化鉻（磨料）與機油或煤油（磨液）混合而成。磨料粒度一般在220號---W7范圍內選用。

按被研磨表面的尺寸大小和要求，一般導住、導套的研磨余量為0.01---0.02mm。

*將導柱、導套的工藝過程適當歸納，可劃分成如下加工階段：

備料（獲得一定尺寸的毛坯）階段粗加工和半精加工（去除毛坯的大部分余量，使其接近或達到零件的最終尺寸）階段熱處理（達到需要硬度）階段精加工階段光整加工階段（使某些表面的粗糙度達到設計要求）。

二、上、下模座的加工

冷沖模的上、下模座，用來安裝導柱、導套，連接凸、凹模固定板等零件，其結構、尺寸已標準化表1－3模座上、下平面的平行度公差

獲得不同精度的加工平面的工藝方案模座毛坯經過銑（或刨）削加工后，磨削平面可以提高平面度和上、下平面的平行度。再以平面作主定位基準加工孔，容易保證孔的垂直度要求。

上、下模座的鏜孔工序根據加工要求和生產條件，可以在專用鏜床（批量較大時）、坐標鏜床、雙軸鏜床上進行，也可以在銑床或搖臂鉆等機床上采用坐標法或利用引導元件進行。

為了保證導柱和導套的孔間距離一致，在鏜孔時常將上、下模座重疊在一起，一次裝夾，同時鏜出導套和導柱的安裝。

表1－4加工上模座的工藝過程表1－5加工下模座的工藝過程第二節(jié)注射模架的加工

注射模中，根據各零（部）件與塑料的接觸情況，可以將模具的組成零件分為以下兩類：

成形零件：與塑料接觸，并構成模腔的那些零件，它們決定著塑料制品的幾何形狀和尺寸。如凸模（型芯）形成制件的內形，而凹模（型腔）形成制件的外形。

結構零件：除成形零件以外的模具零件。這些零件具有支承、導向、排氣、頂出制品、側向抽芯、側向分型、溫度調節(jié)、引導塑料熔體向模腔流動等功能。

一、注射模的結構組成

其結構可以有多種變化，無論各種注射模結構之間差異多大，但在基本結構組成方面都有許多共同的特點。

圖1－9不同結構形式的注射模

a)普通標準模架注射模b)側形芯式注射模

c)拼塊式注射模d)三板式注射模

圖1－10注射模架1—定模座板2—定模板3—動模板4—導套5—支承板6—導柱7—墊塊8—動模座板9—推板導套10—導柱11—推桿固定板12—推板表1－6中小型注射模架分級指標

二、模架組成零件的加工1．模架的技術要求Ⅰ級精度模架為0.02mmⅡ級精度模架為0.03mmⅢ級精度模架為0.04mm

有關注射模模架組合后的詳細技術要求，可參閱GB／T12555－90（大型注射模模架）、GB／T12556－90（中小型注射模模架）。2．模架零件的加工圖1－11模板的裝夾

a)模板單個鏜孔b)定、動模同時鏜孔

l－模板2－鏜桿3－工作臺4－等高墊鐵

三、其它結構零件的加工

1．澆口套的加工

常見的澆口套有兩種類型，d與定模上相應孔的配合為H7／m6；D與定位環(huán)內孔的配合為H10/f9。由于注射成型時澆口套要與高溫塑料熔體和注射機噴嘴反復接觸和碰撞，澆口套一般采用碳素工具鋼T8A制造，局部熱處理，硬度57HRC。

表1－7加工澆口套的工藝過程2.側型芯滑塊的加工

圖1－13斜導柱抽芯機構

a）合模狀態(tài)b）開模狀態(tài)

圖1－14側型滑塊與滑槽的常見結構

圖1－15側型芯滑塊表1－8加工側型芯滑決的工藝過程

從以上結構可以看出側型芯滑塊是側向抽芯機構的重要組成零件，注射成型和抽芯的可靠性需要它的運動精度保證。

滑塊與滑槽的配合特性常選用H8/g7或H8／h8，其余部分應留有較大的間隙。兩者配合面的粗糙度Ra＜0.63--1.25μm。

滑塊材料常采用45鋼或碳素工具鋼，導滑部分可局部或全部淬硬，硬度40--45HRC。第三節(jié)沖裁凸模和凹模的加工

一、概述

凸模和凹模是沖裁模的工作零件，對于不同模具，其形狀、尺寸差別較大，有較高的加工要求，它們的加工質量直接影響模具的使用壽命及沖裁制件的質量。在凸模和凹模的加工過程中，凸模的刃口輪廓和凹模的型孔，往往是加工中難度最大的部位，花費的勞動量也最多。從工藝角度考慮大致可分成

圓形刃口異形刃口具有圓形型孔的凹模有以下兩種情況：

l）單型孔凹模2）多型孔凹模

圖1－16凹模的壓印

1－凸模2－凹模3－墊塊4－角尺二、壓印銼修加工壓印銼修是一種鉗工加工方法。留出0.2--0.8mm（單邊）的加工余量。首次壓印深度不宜過大，應控制在0.2mm左右。圖1－17鉆排孔三、刨模機床加工圖1－18刨模機床加工1－固定立柱2－刨刀3－擺臂4－軸5－凸模6－回轉盤7－手輪8、9－拖板

刨模機床主要用于加工刃口形狀由圓弧和直線組成的形狀復雜的凸模和型腔冷擠壓沖頭等零件。加工表面的粗糙度可達Ra＝5---1.25μm，尺寸精度可達±0.02mm。留單邊創(chuàng)削余量0.2---0.3mm。如果在刨削之前凹模已經加工好，也可利用凹模對凸模壓印來代替鉗工劃線，更容易保證凸、凹模的刃口形狀一致。

圖1－19用刨模機床加工的凸模

四、成形磨削

成形磨削可以用來對凸模、凹模鑲塊、電火花加工用電極等成形表面進行精加工，它可以加工硬質合金和熱處理后硬度很高的模具零件，對制造高精度、長壽命的模具有十分重要的意義。

根據工廠的設備條件，成形磨削可在普通平面磨床或專用磨床上采用專用工具或成形砂輪進行。采用成形磨削加工，是將被磨削的輪廓劃分成單一的直線和圓弧段逐段進行磨削。并使它們在銜接處平整光滑，符合設計要求。圖1—21成形砂輪磨削法1．成形砂輪磨削法

圖1—22用擠壓輪修整成形砂輪

1—擠壓輪2—砂輪3—擠壓輪夾具圖1－23擠壓輪

圖1－24修整砂輪角度的夾具

1－正弦規(guī)座2－滑塊3－金剛刀4－齒輪5－心軸6－平板7－墊板8－正弦圓柱9－手輪10－螺母11－套簡12－夾具體

圖1－25量塊的尺寸計算a)α＜45°b)α＞45°圖1－27用金剛石修整圓弧

a）修整凸圓弧b）修整凹圓弧

圖1－28金剛石刀尖的運動軌跡平面

1—砂輪2—金剛石2.夾具磨削法圖1－30正弦精密平口鉗a）正弦精密平口鉗b）磨削示意圖l—螺柱2—活動鉗口3—虎鉗體4—正弦圓柱5—壓板6—底座圖1－29夾具磨削圓弧面

3．成形磨削對模具結構的要求

圖1－31凸模結構

a)無凸肩的凸模b)帶凸肩的凸模圖1－32鑲拼式凸模圖1－33拼合面在對稱線上

圖1－34圓形刃口 五、坐標磨床加工

坐標磨床和坐標鏜床相類似，也是按準確的坐標位置對工件進行加工（其坐標精度可達

2---3μm）。

坐標磨床的磨削機構能完成三種運動：

砂輪的高速自轉

行星運動（砂輪回轉軸線的圓周運動）

砂輪沿機床主軸軸線方向的直線往復動

圖1－35砂輪的三種運動

1．內孔磨削

進行內孔磨削時，由于砂輪直徑受孔徑限制，同時為降低磨頭的轉速，應使砂輪直徑盡可能接近磨削的孔徑，一般可取砂輪直徑為孔徑的0.8---0.9倍。

圖1－36內孔磨削圖1－37外圓磨削

2．外圓磨削

外圓磨削也是利用砂輪的高速自轉、行星運動和軸向往復運動實現(xiàn)的，如圖1－37所示。利用行星運動直徑的縮小，實現(xiàn)徑向送給。圖1－38錐孔磨削

3．錐孔磨削

磨削錐孔，由機床上的專門機構使砂輪在軸向進結的同時，連續(xù)改變行星運動的半徑。錐孔的錐項角大小取決于兩者變化的比值，所磨雄孔的最大錐頂角為12°。

磨削錐孔的砂輪，應修出相應的錐角。4.直線磨削

直線磨削時，砂輪僅自轉不作行星運動，工作臺送進，如圖1－39所示。直線磨削適合于平面輪廓的精密加工。

圖1－39直線磨削

圖1－40鍘磨5．鍘磨

這種加工方法是使用專門的磨槽附件進行的，砂輪在磨槽附件上的裝夾和運動情況，如圖1－40所示。它可以對槽及帶清角的內表面進行加工。圖1－41磨削異型孔

隨著數控技術在坐標磨床上的應用，出現(xiàn)了點位控制坐標磨床和計算機數控連續(xù)軌跡坐標磨床，前者適于加工尺寸和位置精度要求高的多型孔凹模等零件，后者特別適合于加工某些精度要求高、形狀復雜的內外輪廓面。

我國生產的數控坐標磨床，如MK2945和MK2932B的數控系統(tǒng)均可作二坐標（x、y）二聯(lián)動連續(xù)軌跡磨削。而MK2932B在磨削過程中，還能同時控制砂輪軸線繞著行星運動的回轉中心轉動，并與x、y軸聯(lián)動，使砂輪處在被磨削表面的法線方向，砂輪的工作母線始終處于磨床主軸的中心線上，而且可用同一穿孔帶磨削內外輪廓。使用連續(xù)軌跡坐標磨床可以提高模具的生產效率。

第四節(jié)型腔加工

在各類型腔模中,型腔的作用是形成制件外形表面。其加工精度和表面質量一般都要求較高，所消耗的勞動量也較大。型腔加工常常需要加工各種形狀復雜的內成形面或花紋，工藝過程復雜。

常見的型腔形狀，可分成：

回轉曲面

非回轉曲面

前者可用車床、內圓磨床或坐標磨床進行加工，工藝過程一般都比較簡單。

加工非回轉曲面的型腔要困難得多。常常需要使用專門的加工設備或進行大量的鉗工加工，勞動強度大、生產效率低。生產中應充分利用各種設備的加工能力和附屬裝置，盡可能減少鉗工的工作量.圖1－42對拼式壓塑模型腔

一、車削加工圖1－43拼塊上的工藝螺孔和導釘孔

圖1－44劃線塑壓模的車削過程見表1－9二、銑削加工

銑床種類很多，加工范圍較廣，在模具加工中應用最多的是立式銑床、萬能工具銑床和仿形銑床。

1．用普通銑床加工型腔

在用普通銑床加工型腔時，使用最廣的是立式銑床和萬能工具銑床，它們對各種模具（如壓縮模、注射模、壓鑄模、鍛模等）的型腔，大都可以進行加工。

由于模具生產多為單件生產，所以加工時常常是按模坯上劃出的型腔輪廓線，手動操作機床工作臺（或機床附件）進行切削加工，加工表面的粗糙度一般約見Ra＝1.6μm左右，所以加工時需要在被加工表面留適當的修磨、拋光余量，由鉗工進行修整和拋光才能成為合格的型腔。圖1－45單刃指形銑刀圖1－46型腔的鉆孔示意圖圖1－47多型腔橡膠壓模圖1－48用圓轉臺加工多型腔模板

a）工件安裝并銑一個圓弧槽b）銑第二個圓弧槽

l－轉盤2－基準塊3－工件4－量塊

2．用仿形銑床加工型腔

使用仿形銑床是按照預先制好的靠模，在模坯上加工出與靠模形狀完全相同的型腔，其自動化程度較高，能減輕工人的勞動強度，提高銑削加工的生產率，可以較容易的加工出形狀復雜的型腔。

型腔加工精度可達0.05mm，表面粗糙度Ra＝2.5---1.5μm，所以加工后一般都需要對型腔表面進行進一步的修整。圖1－49XB4480型電氣立體仿型銑床

a）結構外形圖b）控制原理圖l－下支架2－上支架3－立柱4－仿形銷5－仿形儀6－仿形儀座7－橫梁8－銑刀9－主軸10－主軸箱11－工作臺12－滑座13－床身14－靠模15、17－驅動裝置16－仿形信號放大裝置18－工件圖1－53仿形加工用的銑刀a）平頭端銑刀

b）圓頭錐銑刀C）圓頭立銑刀

圖1－54銑刀端部圓角

a）R＞r不正確b）r＜R正確

圖1－55銑刀斜度

a）β＞α不正確b）β＜α正確三、數控機床加工

1．數控銑床

隨著數控機床的發(fā)展，在模具制造中已采用數控銑床加工型腔。由于這種機床是使用數字表示的加工指令來控制機床的加工過程，和仿形銑床相比有以下特點：

1）不需要制造仿形靠模。

2）加工精度高，一般可達0.02---0.03mm，可對同一形狀進行重復加工，具有可靠的再現(xiàn)性。其加工精度不是靠工人的技能來保證。

3）通過數控指令實現(xiàn)了加工過程自動化，減少了停機時間，使加工的生產效率提高。

采用數控銑床進行三維形狀加工的控制方式有以下幾種：

1）兩軸半加工

2）三軸加工

3）五軸加工圖1－58加工三維形狀的控制方式

a）兩軸半加工b）三軸加工c）五軸加工

圖1－59三軸加工與加五軸加工比較

a）三軸加工b）五軸加工

由于五軸同時控制，銑刀可作兩個方向的旋轉，在加工過程中可使銑刀軸線常與加工表面成直角狀態(tài)，除了可大幅度提高加工精度外，還可對加工表面的凹人部分進行加工，如圖1－59所示。

2.加工中心

加工中心，一般是具有快速換刀功能，能進行銑、鉆、鏜、攻螺紋等加工，一次裝夾工件后能自動地完成工件的大部或全部加工的數控機床。國際上加工中心的品種頗多，性能各異，使用方法不盡相同，使用效果也有很大的差別。

加工中心大致可分為：

主軸垂直的立式加工中心

主軸橫置的臥式加工中心

兩者用于模具加工時各有利弊。從實際使用情況看，以立式加工中心占多數。立式加工中心按其換刀方式可分為不帶自動換刀裝置的加工中心和帶自動換刀裝置的加工中心。四、光整加工(型腔的拋光和研磨)（A

B

C）

模具型腔（型芯）經切削加工后，在它的表面上殘留有切削的痕跡，為了去除切削加工痕跡就需對其進行拋光。拋光的程度包括各種等級，從修去切削痕跡開始，直到加工成鏡面狀態(tài)的研磨等。拋光和研磨在型腔中所占工時比重很大，特別是那些形狀復雜的塑料模型腔，其拋光工時可達整個加工工時的45％。拋光工序在模具制造中非常重要，它不僅對成形制件的尺寸精度，表面質量影響很大，也影響模具的使用壽命。拋光加工大致可分為手工拋光和采用拋光機具進行拋光。

光整加工是模具零件繼精加工之后的工序，是以降低零件表面粗糙度，提高表面形狀精度和增加表面光澤為主要目的。在模具加工中，光整加工主要用于模具的成形表面，它對于提高模具壽命和形狀精度，以及保證順利成形都起著重要的作用。

1．研磨和拋光的機理

(1)研磨的機理

研磨是使用研具、游離磨料對被加工表面進行微量加工的精密加工方法。在被加工表面和研具之間置以游離磨料和潤滑劑，使被加工表面和研具之間產生相對運動并施以一定壓力，磨料產生切削、擠壓等作用，從而去除表面凸起處，使被加工表面精度提高、表面粗糙度降低。研磨加工過程如圖所示。

研磨加工過程示意圖1－研具2－磨料3－切屑4－原加工變質層5－研磨加工變質層6－工件基體

在研磨過程中，被加工表面發(fā)生復雜的物理和化學變化，其主要由微刃切削、擠壓塑性變形和化學作用共同產生。(2)研磨特點①尺寸精度高：可穩(wěn)定獲得高精度表面。尺寸精度可達O.025μm。②形狀精度高：由于微量切削，研磨運動軌跡復雜，并且不受運動精度的影響，因此可獲得較高的形狀精度。球體圓度可達0.025μm、圓柱體圓柱度可達O.1μm。③表面粗糙度低：在研磨過程中，磨粒的運動軌跡不重復，有利于均勻磨掉被加工表面的凸峰，從而降低表面粗糙度。表面粗糙度可達0.1μm。④表面耐磨性提高：由于研磨表面質量提高，使摩擦系數減小，并且使有效接觸表面積增大，使耐磨性提高。⑤耐疲勞強度提高：由于研磨表面存在著殘余壓應力，這種應力有利于提高零件表面的疲勞強度。⑥不能提高各表面之間的位置精度。⑦多為手工作業(yè)，勞動強度大。

(3)拋光機理拋光加工過程與研磨加工基本相同，拋光加工過程如圖所示。

拋光加工過程示意圖1－軟質拋光器具2－細磨粒3－微小切屑4－工件拋光是一種比研磨更細微磨削的精密加工。研磨時研具較硬，其微切削作用和擠壓塑性變形作用較強，在尺寸精度和表面粗糙度兩方面都有明顯的加工效果。在拋光過程中也存在著微切削作用和化學作用。由于拋光所用研具較軟，還存在塑性流動作用。這是由于拋光過程中的摩擦現(xiàn)象，使拋光接觸點溫度上升，引起熱塑性流動。拋光的作用是進一步降低表面粗糙度，并獲得光滑表面，但不提高表面的形狀精度和位置精度。

拋光加工是在研磨之后進行，經拋光加工后的表面粗糙度可達Ra＝0.4μm以下。模具成型表面的最終加工，大部分都需要進行研磨和拋光。

3．研磨拋光分類

(1)按研磨拋光過程中操作者參與的程度分為：①手工作業(yè)研磨拋光：特別是型腔中窄縫、盲孔、深孔和死角部位的加工，仍然是手工研磨拋光方法占主導地位。②機械設備研磨拋光：主要依靠機械設備進行的研磨拋光。它包括一般研磨拋光設備和智能自動拋光設備，這是研磨拋光發(fā)展的主要方向。

(2)按磨料在研磨拋光過程中的運動軌跡分為：①游離磨料研磨拋光：在研磨拋光過程中，利用研磨拋光工具系統(tǒng)給游離狀態(tài)的研磨拋光劑以一定壓力，使磨料以不重復的軌跡運動進行微切削作用和微塑性擠壓變形。②固定磨料研磨拋光：是指研磨拋光工具本身含有磨料，在加工過程中研磨拋光工具以一定壓力直接和被加工表面接觸，磨料和工具的運動軌跡一致。

(3)按研磨拋光的機理分為：①機械式研磨拋光：是利用磨料的機械能量和切削力對被加工表面進行微切削為主的研磨拋光。②非機械式研磨拋光：主要依靠電能、化學能等非機械能形式進行的研磨拋光。

(4)按研磨拋光劑使用的條件分為：①濕研將磨料和研磨液組成的研磨拋光劑連續(xù)加注或涂敷于研具表面，磨料在研具和被加工表面之間滾動或滑動，形成對被加工表面的切削運動。其加工效率較高，但加工表面的幾何形狀和尺寸精度不如干研。多用于粗研或半精研。、②干研將磨料均勻地壓嵌在研具表層中，施以一定壓力使嵌砂進行研磨加工?？色@得很高的加工精度和低的表面粗糙度，但加工效率低。一般用于精研。③半干研類似濕研，使用糊狀研磨膏。粗、精研均可。4．研磨拋光的加工要素5．手工研磨拋光

（1）研磨拋光劑

研磨拋光劑是由磨料和研磨拋光液組成的均勻混合劑。

①磨料

磨料在機械式研磨拋光加工中對被加工表面起著微切削作用和微擠壓塑性變形作用，磨料選擇正確與否對加工質量起著重要作用。磨料的選擇主要有磨料的種類和粒度。

磨料粒度的選擇，主要依據研磨拋光前被加工表面的粗糙度情況以及研磨拋光后的質量要求，粗加工時選擇顆粒尺寸較大的粒度，精加工時選擇顆粒尺寸較小的粒度。

②研磨拋光液

研磨拋光液有礦物油、動物油和植物油三類，10#機油應用最普遍，煤油在粗、精加工中都可使用；豬油中含有油酸活性物質，在研磨拋光過程中與被加工表面產生化學反應，加速研拋過程，又增加零件表面光澤。

6．研磨拋光工藝過程

(1)研拋余量研拋余量大小取決于零件尺寸、原始表面粗糙度、精度和最終的質量要求，原則上研拋余量要能去除表面加工痕跡和變質層即可。研拋余量過大，使加工時間增多，研拋工具和材料消耗增多、加工成本增大；研拋余量過小，加工后達不到要求的表面粗糙度和精度。淬硬后的成形表面由Ra＝0.8μm提高到Ra＝0.4μm時的研拋余量為：