《模具概论》(第2版)第5章

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1、第5章 模具的制造 毛坯的种类及特点 5.1模具的机械加工 5.2模具的特种加工 5.3模具的其他加工 5.4快速原型制造 5.5模具表面的精饰加工 5.61理解常见模具毛坯的种类和特点2学会毛坯的选用原则3了解模架和凸模的加工4了解模具常见特种加工及加工特点5了解陶瓷型铸造成形、挤压成形、超塑成 形、激光加工、超声波加工的加工特点 6学会常见快速成形制造方法及应用7了解各种模具的制造方法学习目标 随着信息技术的发展，在模具制造中 出现了许多先进的加工工艺方法，可以满 足各种复杂型面模具零件的加工需求。模 具制造应根据模具设计要求和现有设备及 生产条件，恰当地选用模具的加工方法。本章主要介绍常

2、见模具毛坯的种类、 加工方法，了解模具生产的一般原理和模 具加工的一些特殊方法及特点。 根据模具的设计图样（包括装配图样 和零件图样）中的模具构成、零件的结构 要素和技术要求，制造完成一副完整模具 的工艺过程一般可分为：毛坯外形的加 工；工作型面的加工；模具标准零部 件的再加工；模具装配。其完整的制造 工艺过程，如图5-1所示。 图5-1 模具加工与装配工艺过程框图 5.1 毛坯的种类及特点 在模具生产中，坯料（毛坯）的加工 与制造是由原材料转变为成品的生产过程 的第一步。模具寿命的长短，质量的好坏 ，在很大程度上都取决于所选择的毛坯。 因此，毛坯的种类和制造方法的选择，需 根据生产类型和具体

3、生产条件，并注意充 分利用新技术、新工艺、新材料以便降低 成本，提高质量。 5.1.1 毛坯的种类及特点 模具零件毛坯的种类及特点见表5-1。 表5-1 毛坯的种类及特点 5.1.2 选择毛坯的原则 选择毛坯要根据下列各影响因素综合考虑。1零件材料的工艺性、组织和力学性 能零件材料的工艺性是指材料的铸造和锻 造等性能，所以零件的材料确定后其毛坯已 大体确定。例如，当材料具有良好的铸造性 能时，应采用铸件作毛坯。如模座、大型拉 深模零件，其原材料常选用铸铁或铸钢，它 们的毛坯制造方法也就相应地被确定了。 2零件的结构形状和尺寸零件的形状尺寸对毛坯选择有重要影 响。例如对阶梯轴，如果各台阶直径相差

4、 不大，可直接采用棒料作毛坯，使毛坯准 备工作简化。如果阶梯轴各台阶直径相差 较大，宜采用锻件作毛坯，以节省材料和 减少机械加工的工作量。在这里锻造的目 的在于获得一定形状和尺寸的毛坯。选择毛坯应考虑零件的生产类型。大批量 生产宜采用精度高的毛坯，并采用生产率比 较高的毛坯制造工艺，如模锻、压铸等；当 零件产量较小时，可选用自由锻造毛坯。用 于毛坯制造的工装费用可通过减少毛坯材料 消耗和降低机械加工费用来补偿。模具生产 属于单件小批生产，可采用精度低的毛坯， 如自由锻造和手工造型铸造的毛坯。对于大 型零件可以选择精度较低的自由锻造毛坯， 而对于中小型零件应选用标准模锻毛坯。 3生产类型4工厂生

5、产条件选择毛坯应考虑毛坯制造车间的工艺 水平和设备情况，同时应考虑采用先进工 艺制造毛坯的可行性和经济性。如中小工 厂其锻压设备能力较差，或根本没有锻压 设备，在不影响零件质量及性能的情况下 ，尽量选用型材毛坯加工，但应该注意提 高毛坯的制造水平。 5.2 模具的机械加工 5.2.1 模架的加工 模架的主要作用是用于安装模具的其 他零件，并保证模具的工作部分在工作时 具有正确的相对位置，其结构尺寸已标准 化（GB/T285190、GB/T285290）。 常见的滑动导向模架，如图5-2所示，尽管 其结构各不相同，但它们的主要组成零件 上模座、下模座都是平板形状（故又称上 模板、下模板），模架的

6、加工主要是进行 平面及孔系加工。 图5-2 冷冲模模架 1上模座 2导套 3导柱 4下模座 1导柱和导套的加工图5-3所示分别为冷冲模标准导柱和导 套。它们在模具中起定位和导向作用，保 证凸、凹模在工作时具有正确的相对位置 。为了保证良好的导向，导柱和导套在装 配后应保证模架的活动部分移动平稳。所 以在加工中除了保证导柱、导套配合表面 的尺寸和形状精度外，还应保证导柱、导 套各自配合面之间的同轴度要求。 图5-3 导柱和导套 为提高导柱、导套的硬度和耐磨性并 保持较好的韧性，导柱和导套一般选用低 碳钢（20钢）进行渗碳、淬火等热处理， 也可选用碳素工具钢（T10A）淬火处理， 淬火硬度HRC5

7、862。构成导柱和导套的基本表面都是回转 体表面，按照图5-3所示的结构尺寸和设计 要求，可以直接选用适当尺寸的热轧圆钢 作毛坯。 导柱和导套主要是进行内、外圆柱面 加工，获得不同精度和表面粗糙度要求的 外圆柱和内孔的加工方案很多。导柱加工时，外圆柱面的车削和磨削 都是以两端的中心孔定位，这样可使外圆 柱面的设计基准与工艺基准重合，并使各 主要工序的定位基准统一，易于保证外圆 柱面间的位置精度和使各磨削表面都有均 匀的磨削余量。 由于要用中心孔定位，所以首先应加 工中心孔，为后续工序提供可靠的定位基 准。中心孔的形状精度和同轴度直接影响 加工质量，特别是加工高精度的导柱，保 证中心孔与顶尖之间

8、的良好配合尤为重要 。导柱在热处理后应修正中心孔，以消除 中心孔在热处理过程中可能产生的变形和 其他缺陷，使磨削外圆柱面时能获得精确 定位，以保证外圆柱面的形状和位置精度 要求。修正中心孔可以采用研磨、挤压等 方法，可以在车床、钻床或专用机床上进 行。 导套磨削时要正确选择定位基准，以 保证内、外圆柱面的同轴度要求。工件热 处理后，在万能外圆磨床上，利用三爪卡 盘夹住48mm非配合外圆柱面，一次装夹 后磨出32H7和45r6的内、外圆柱面。如 果加工同一尺寸数量较多的导套，可以先 磨好内孔，再将导套装在专门设计和制造 的具有高精度的锥度心轴（锥度1/1 000 1/5 000）上，以心轴两端的

9、中心孔定位， 借心轴和导套间的摩擦力带动工件旋转磨削外圆柱面，也能获得较高的同轴度要求 ，如图5-4所示。 图5-4 小锥度心轴上的导套安装 1导套 2心轴 导柱和导套的研磨加 工，目的是进一步提高 被加工表面的质量，以 达到设计要求。生产数 量大时（如专门从事模 架生产），可以在专用 研磨机床上研磨，单件 小批量生产时可采用简 单的研磨工具，在普通 车床上进行研磨，如图5- 5和5-6所示。 图5-5 导柱研磨工具 1研磨架 2研磨套 3止动螺钉 4调整螺钉 研磨时将导柱安装在车床上，由主轴 带动旋转，导柱表面涂上一层研磨剂，然图5-6 导套研磨工具 1锥度心轴 2研磨套 3、4调整（锁紧）

10、螺母 后套上研磨工具并用手握住，作轴向往复 运动。研磨导套与研磨导柱类似，由主轴 带动研磨工具旋转，手握套在研具上的导 套，作轴向往复直线运动。调节研具上的 调整螺钉和螺母，可以调整研磨套的直径 ，以控制研磨量的大小。 2模座和模板的加工模座（包括上、下模座，动、定模座 板等）和模板（包括各种固定板、套板、 支承板、垫板等）都属于板类零件，其结 构、尺寸已标准化。冷冲模模座多用铸铁 或钢板制造，而塑料模或压铸模的座板和 各种模板多用中碳钢制造。在制造过程中 ，主要是进行平面加工和孔系加工。为保 证模架的装配要求，加工后应保证模座上 、下平面的平行度要求及装配时有关接合 面的平面度要求。 平面的

11、加工方法有车、刨、铣、磨、研磨、 刮研，可根据模座与模板的不同精度和表面粗糙 度要求选用，并组成合理的加工工艺方案。加工模座、模板上的导柱和导套孔除应保证 孔本身的尺寸精度外，还要保证各孔之间的位置 精度。可采用坐标镗床、数控镗床或数控铣床进 行加工。若无上述设备或设备精度不够时，也可 在卧式镗床或铣床上将模座或模板一次装夹，同 时镗出相应的导柱孔和导套，以保证其同轴度， 如图5-7所示。 （a）单个模板镗孔 （b）动、定模同时镗孔 图5-7 模板的装夹 1模板 2镗杆 3工作台 4等高垫铁 5.2.2 凸模的加工 1凸模加工工艺过程（1）圆形凸模加工。圆形凸模加工比 较简单，热处理前毛坯经车

12、削加工，配合 面留适当磨削余量；热处理后，经外圆磨 削即可达到技术要求。（2）非圆凸模加工。非圆凸模加工过 程为： 下料锻造退火粗加工粗磨基准面 划线工作型面半精加工淬火、回火 磨削修研。 2凹模加工工艺过程（1）圆形凹模加工。单孔凹模加工比 较简单，热处理前可采用钻、铰（镗）等 方法进行粗加工和半精加工。热处理后型 孔可通过研磨或内圆磨削精加工。多孔凹 模加工属于孔系加工，除保证孔的尺寸及 形状精度外，还要保证各型孔间的位置精 度。可采用高精度坐标镗床加工，也可在 普通立式铣床上按坐标法进行加工。多型 孔凹模热处理后可采用坐标磨床进行精加工。若无坐标磨床或型孔过小时，也可在 镗（铰）时留0.

13、010.02 mm（双面）研磨 余量，热处理（严格控制变形）后由钳工 对型孔进行研磨加工。 （2）非圆形凹模加工。非圆形凹模的 加工过程为： 下料锻造退火粗加工六面粗 磨基准面划线型孔半精加工（型孔 精加工）淬火、回火精磨（研磨）。 3凸、凹模工作型面的机械加工方法凸、凹模零件一般由两部分组成，即 ：工作部分（用于冲压工件）和非工作部 分（用于装配和连接等）。非工作部分可 采用普通机械加工方法，如车、铣、刨、 磨、钳等。工作部分由于形状结构复杂、 经热处理后硬度高等原因，热处理之前采 用车、铣、刨、磨等进行粗加工或半精加 工，热处理之后再进行精加工。 下面介绍冲裁模凸、凹模的常用精加 工方法。

14、（1）成形磨削法。成形磨削可以对凸 模、凹模镶块、电火花用电极等零件的成 形表面进行精加工，也可加工硬质合金和 热处理后的高硬度模具零件。成形磨削对 制造精度高、寿命长的模具具有十分重要 的意义。成形磨削可以在普通平面磨床、 工具磨床或专用磨床上采用专门工具或成 形砂轮进行。 形状复杂的凸模和凹模刃口，一般都 是由一些圆弧和直线组成。如图5-8所示， 凸模采用成形磨削加工，可将被磨削轮廓 划分成单一的直线和圆弧段逐段进行磨削 ，并使它们在衔接处平整光滑，达到设计 要求。成形磨削的方法有成形砂轮磨削法 和夹具磨削法。图5-8 凸模型芯的刃口形状 成形砂轮磨削法是将砂轮修整成与工 件被磨削表面完全

15、吻合的形状，对工件进 行磨削加工，获得所需要的成形表面的形 状，如图5-9所示。采用这种方法时，首要 任务是把砂轮修整成所需要的形状，并保 证精度。砂轮的修整，主要是应用砂轮修 整工具对砂轮成形表面不同角度的直线和 不同半径的圆弧进行修整。 图5-9 成形砂轮磨削法 夹具成形磨削法是将工件装夹在专用 夹具上，利用专用夹具使工件的被磨削表 面处于所要求的空间位置上，或者使工件 在磨削过程中获得所需要的进给运动，磨 削出模具零件的成形表面。成形磨削加工的专用设备有成形磨床 、光学曲线磨床，近几年随着数控技术的 发展，数控成形磨床也大量用于模具的制 造。 （2）坐标磨削。坐标磨削加工和坐标镗削 加工

16、的有关工艺步骤基本相同，是按准确的 坐标位置来保证加工尺寸的精度，只是将镗 刀改为砂轮。它是一种高精度的加工工艺方 法，主要用于淬火工件、高硬度工件的加工 。对消除工件热处理变形、提高加工精度尤 为重要。坐标磨削范围较大，可以加工直径 小于1 mm至直径达200 mm的高精度孔。加工 精度可达0.005 mm，加工表面粗糙度Ra可达 0.320.08 m。 （3）模具的数控加工。数控加工的方 式很多，包括数控铣加工、数控电火花加 工、数控电火花线切割、数控车削加工、 数控磨削加工以及其他一些数控加工方式 ，这些加工方式，为模具提供了丰富的生 产手段。根据其特点，可以将模具分为许 多类，每一类都有其最合适的加工方式。 因此，在实际生产中必须合理分类，找到 最适合的加工方式，以降低成本，提高生 产率。 对于旋转类模具，一般采用数控车削 加工，如车外圆、车