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1、工模具的加工制作技术 一、模具在挤压生产中的特殊地位模具是保证产品的形状、尺寸和精度 的基本工具，是产品内、外表面质量的 最重要的因素之一。合理的模具结构在 一定程度上可控制产品的内部组织和力 学性能，合理的模具设计和精确地制作 能大大提高模具使用寿命，提高生产率 、降低能耗。新型的模具结构，对开发 新产品、新工艺起着重要作用。二、模具的工作环境1.模具是直接完成金属塑性变形的工具；2.在挤压过程中承受高温（450C550 C）；3.在挤压过程中承受高压（4001200MPa）、 高摩擦作用的工具。 三、对挤压工模具材料的要求1.高的强度和硬度值，常温下b1500MPa;2.高的耐热性，在50
2、0C的工作温度下 b1000MPa;3.在常温和高温下具有高的冲击韧性和断裂韧 性，防止脆断； 4.高的稳定性，具有抗激冷激热的适用能力；5.抗反复循环应力强，具有持久强度，防止过渡 疲劳；6.具有高的回火抗力（在500C的工作温度下不 会降低其硬度）；7.具有高的耐磨性、良好的淬透性和可氮化性、 高的导热性（能迅速从模具表面散发热量）、 良好的工艺性能（包括熔炼、锻造、机加工、 热处理、电加工）； 8.具有小的热膨胀系数和良好的抗蠕变性能， H13钢的线膨胀系数为12.7X10-6； 9.模具钢应具有较高的冶金质量，具有纯洁度 和晶粒致密度，应尽量减少材料中气体含量、 非金属夹杂和有害元素（
3、S.P）。 10.在国内容易获得，价格低廉； 四、选择工模具材料的原则1.根据被挤压金属或合金性能；2.根据产品品种、形状和规格；3.根据挤压模具结构形状和尺寸；4.根据挤压方法、工艺条件与设备结构； 5.关于热作模具钢的牌号 国内：5CrNiMo、 4Cr5MoSiV1（属铬钼）钢 、 3Cr2W8V（属铬钨）钢 日本：SKD5、SKD62、SKD61（化学成分相当 于美国的H13，相当于我国的4Cr5MoSiV1） 美国：H11-H21，H13化学成分近似于我国的 4Cr5MoSiV1，H21相当于我国的3Cr2W8V） 俄罗斯：5XHM 3X2B8(化学成分相当于与美 国的H21，相当于
4、我国的5CrNiMo、 3Cr2W8V) 6.模具坯料的技术要求：1）模坯尺寸应符合GB908的要求；2）模坯应按GB231的方法测定布氏硬度，应满足 HB2353）模坯的芯部与边部的冲击断裂韧性ak值比应 0.85 ）7.对模具的性能要求1）模具的使用性能硬度和红硬性（热稳定性）：硬度是模具的重要指标。模具在工作中压应 力的作用下，保持形状和尺寸不会迅速发生变 化。红硬性是指模具在高温下工作，能保持组 织和性能的稳定，具有抗软化的能力。 耐磨性模具在工作中要承受相当大的压应力和摩擦力， 要求模具能保持其形状、尺寸不变，持久耐磨。硬度和韧性模具在工作中承受负荷及冲击、震动等复杂应力 。要求模具
5、具有足够高的硬度和一定的韧性。硬 度太高，模具易开裂；硬度太低，模具容易塌陷 。因此，要求硬度和韧性有一个最佳配合，否则 ，会造成模具的早期失效。还要考虑模具的高温强度、热疲劳、导热性及耐 磨性。2）模具的工艺性能加工性能：是指形成模具前模坯的锻、 热加工性能和切削、研磨等形式的冷加 工及电加工性能（它与钢材的化学成分 、合金含量、组织状态有关）。热处理变形和淬火温度：模具最终要求 其尺寸和形状越稳定越好。所以对经热 处理后的模具变形程度要求得很严；同 时，要求淬火温度范围足够宽，以减少 出现过热现象。 淬硬性和淬透性：淬硬性是指在理想条件下，进行淬火后所能 达到的最高硬度的能力，淬透性则指在
6、规定条件下，决定淬硬深度和 硬度分布的特性。脱碳敏感性：模具在空气炉内的加热过程中，表面会发生脱 碳和氧化。使模具表面性能降低，所以要求模 具表面脱碳敏感性越低越好，或在热处理中采 用相应措施，控制表面脱碳（采用真空炉淬火 会避免脱碳，但真空炉淬火受冷却油槽空间的 限制，大的模子淬透性差些）。 五、模具的加工制作1.模具设计者应考虑的问题根据挤压机吨位、挤压筒直径的尺寸和产品 合金计算挤压比、确定模孔数； 根据挤压产品的特点确定模具结构和模具外 形尺寸；模孔在模子平面上的方位、阻碍系统，计算 模孔尺寸、工作带高度、出口带尺寸； 校核模具强度，包括模子的抗弯强度、抗剪 切强度和安全系数的校核；在
7、图纸上标明产品形状、尺寸及允许公差值 ；提出模具技术条件和模具材料。 2.模具制造者应做的事 （模子最终需达到是三高一低要求, 即高的硬度、高的 尺寸精度和形位精度、高的强度和低的表面粗糙度） 根据设计图纸的技术要求选择模子材料； 合理编制模子加工工艺（包括机加工、电加工、热处 理和钳工装配），确保模子外形、模孔尺寸精度、形 位精度、定径带和阻碍系统的加工精度； 模子外形、工作带等各个部位的表面粗糙度； 严格执行模具热处理工艺制度，保证模子硬度均匀适 中。 3.模子的加工路线平模：下料粗车（外圆及两平面）划中心线（X、Y “ 十字”线、出口带型孔、钼丝孔坐标点、定位孔、 起吊孔等）钻（钻钼丝孔
8、、定位孔、起吊孔并绞 丝）铣（出口带、导流槽）热处理（淬火“+” 多次回火）平磨（两平面）精车（外圆）线 切割（模孔）电化花（出口带）钳工（钳修模 孔工作带并抛光、打磨导流槽及出口带）检测验 收。 组合模（分流模的上下模分开进行）上模： 下料粗车（各外圆、模芯的最小外接圆、两平面 ）划中心线（X、Y十字线、分流孔、分流桥、 起吊孔）钻（分流孔轮廓、配钻定位销孔、钻 绞起吊孔）铣（分流孔、桥部焊合角、模芯颈 部空刀）热处理（淬火“+”多次回火）半精 车（外圆、两平面、配合止口）钳工（抛光分 流孔、桥部焊合角面、模芯颈部、与下模试装配 磨模芯或电火花加工模芯） 配车检查验收 。 下模：下料粗车（外
9、圆、两平面、钼丝孔、焊合室最 大内切圆）划中心线（X、Y十字线、焊合室轮 廓线、模孔出口带、钼丝孔坐标点、定位孔、起 吊孔等）钻（钻钼丝孔、配钻定位销孔、钻绞 起吊孔）铣（出口带、焊合室）热处理（淬 火“+”多次回火）平磨（两平面）半精车（外 圆）铣（焊合室）线切割（模孔）电化花 （出口带）钳工（钳修模孔工作带并抛光、打 磨焊合室）配上模（合二为一加工） 六、模具制作过程中的要点 1. 机加工要点：车工工序：根据模子在挤压机上的安装和上压后的受力状 况，车加工应确保模子外形尺寸精度和形位精 度（包括尺寸公差值、平行度、垂直度），精 车分流模的贴合面粗糙度达Ra1.6m, 使贴合 面积达70%以
10、上，以便加大承受压力；粗车留余量的大小是根据热处理模子的变形量 和脱碳层的深度确定的；粗车模子各外圆的相交点要用R过渡，因直角 在热处理淬火时容易产生应力集中而开裂； 分流模上下模止口的内外圆为间隙配合，其间隙 量为0.030.16mm，小模取下限，大模取上限， 止口空位为23mm，如空位太大，拆卸模子时， 铁锤易打击在模子止口圆上，容易震裂模子分流 桥或造成工作带缺裂； 半精车模子外圆应在模子平磨两端面后进行，目 的是以平面为基准能确保外圆与两平面的垂直度 ，分流模在模孔尺寸达到技术要求后需进行配车 外圆。 直径大于500的模子，在模子工作端面（进料面 ）车成6斜面，目的是留剪刀位和减小与挤
11、压筒 的接触面积，以加大锁紧力。 不能 划线：在模子平面上划的两条相互垂直 的中心线是加工模孔、分流孔、焊合室 、定位孔等部位的基准线，所以要求准 确、平直； 钻加工：钻床钻分流孔轮廓，要求钻孔密排，以 减少铣工工作量；上下模的定位销孔是配钻的，因为定位 销与定位孔的配合为零位对零位，要求 定位销孔不要出现椭圆或棱园； 铣加工：加工方管、圆管及对称性空心型材模的分流孔 、分流桥、阻流壁、过渡圆的相对应部位要一 致，以防供料不对等，影响金属流速的均衡性 。下模焊合室轮廓尺寸应等于或稍微大于上模分 流孔外形尺寸，目的是金属流入焊合室流畅。 平磨加工：模子热处理后第一道工序是平磨两平面，开机 后要及
12、时开冷却液，且冷却液要经常更换。砂 轮工作面需经常打磨，以防堵塞刃口引起模子 工作面烧伤，工作面烧伤会使硬度降低。 2. 热处理要点热处理质量好坏直接影响模子的使用寿 命，模子是经过淬火“+”多次回火达到硬 度要求的。淬火是为了提高模子硬度， 多次回火是为了提高模子韧性，稳定内 部组织。模子热处理的硬度值规定：大型模子（500mm ），HRC45-48； 中型模子（300500mm ），HRC47-50 ；小型模子（300mm ），HRC48-51 ；在一块模子的同平面上检测三点，每 一点的硬度值都应在规定范围内方算合 格。 热处理过程中需注意几点：高温区段升温速度要快，保温时间不可过长， 以
13、防模子产生过烧或过热，过热晶粒粗大， 过烧低熔点元素和夹杂产生溶解；模子淬火后要及时回火，以防产生裂纹；热处理后发现硬度不够或硬度不均匀时，应进 行退火，按工艺重新进行热处理（当硬度值 HRC35时可不退火，直接进行热处理）；对大型模子或型腔复杂的成品模应增加一次去 应力回火工序（消除电加工、机加工应力，也 就是消除热应力和组织应力）；模子淬火油温应100C，以确保淬火效果。 3. 电加工要点：线切割模孔工作带时电流要稳定，使切割后的 模孔尺寸均匀、孔壁平整；切割模孔工作带时电流不易过大，以防熔融层 过厚，因为熔融层是模孔工作带脆裂性剥落的主 要原因之一，加工放电间隙控制在0.01mm；电火花
14、加工工作带空刀时，电流不易过大，以 防烧伤加工面，放电间隙控制在0.050.1mm, 粗 打空刀时在距工作带最高处1mm时卸下电极磨 平，根据模孔工作带的宽度修正电极的工作面成 曲面形（要求其面平正，粗糙度要低），调换极 性，进行精加工，这样可确保加工到位，且空刀 垂直面光洁平整，减少制品表面模线。 4. 钳工：钳工是模子加工的收尾工序，尤为重要。 要求钳工作业时注意如下几点事项：模子模孔工作带在线切割后都留有 0.020.03mm余量靠钳工锉修、抛光，这 时要防止工作带被加工成R状、里斜、外 斜或不平；组合模装配时防止用铁锤猛击，最好用 铜锤轻轻颠打，用力均匀。 5.铝型材挤压模具的制造公差
15、，见下表 序 号项 目公 差，mm测 量 工 具1模具外径1+0.1/-0.2卡尺2模具厚度H1+0.1/0卡尺3模具整体圆柱度1 2级 GB1184千分尺4模具端面平行度5级 GB1184千分表5止口深度0.15深度尺6止口对外圆的同轴度8级 GB1184千分表7平面模导流孔尺寸0.3卡尺8平面模导流孔深度0.2深度尺9平面模导流孔底部粗糙度Ra0. 8m粗糙度对照块10组合模分流孔尺寸0.2卡尺11组合模分流孔粗糙度Ra1.6m粗糙度对照块12组合模上下模结合面的平行 度0.03千分表13模孔0/-0.05内径千分尺14工作带长度+0.1/0卡尺15工作带粗糙度Ra0. 4-0. 8m粗糙度对照块16工作带垂直角度0.10万能角度尺
