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1、,模具制造工艺学,主编 李振平 参编 刘京华 王怀亮,第二章 模具的机械加工,制造模具的材料主要是金属材料。制造模具的方法有很多，将金属材料加工成模具的方法主要有：机械加工、特种加工、塑性加工和铸造等方法。作为生产装备的模具，它不同于一般机械产品的制造，由于模具多为单件生产，同时模具还具有使用和制造要求高的特点。因此，模具的加工主要采用机械加工和特种加工。 模具的机械加工主要有：普通机床加工、仿形机床加工、坐标机床加工、数控机床加工。,第一节 基本机械加工,基本机械加工是指用通用机床对模具进行加工。常见的加工方法有车削加工、铣削加工、刨削加工、插削加工及磨削加工。利用普通机床加工，可加工的零件
2、形状比较简单，而且效率也不高，但对回转面、平面的加工却很实用，因此，在板类、盘类零件的外形加工与模具成形面的加工中得到较多的使用。,一、 车削加工 车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来改变毛坯的形状和尺寸，从而得到符合图样要求的零件的一种切削加工方法。车床的种类很多，其中卧式车床的通用性最好，所以应用最为广泛。 车削时，主运动是主轴带动工件做高速旋转运动；进给运动是刀架带动车刀做进给运动。车削可用于加工内、外回转表面，螺旋面，端面，钻孔，镗孔，铰孔及滚花等。,模具的车削加工，由于多数是单件生产，因此，加工过程通常是一次装夹完成其粗加工、半精加工和精加工。这样在加工中就应尽可能
3、减小切削力、切削热引起的由机床-夹具-工件-刀具组成的工艺系统的变形，从而减小加工误差。具体方法是适当地提高切削速度，选择小的背吃刀量和进给量。对于一些精度和硬度要求较高的零件，车削加工只考虑粗加工和半精加工，零件的精度将由后续工序来保证。车削加工精车时的尺寸精度可达ITIT，表面粗糙度为R1.60.8，精密加工和超精密加工的精度会更高。,1.回转类零件的加工 回转类零件主要指导柱、导套、浇口、顶杆、模柄等零件热处理前的粗加工，成形零件的回转曲面、型腔、型芯、凸、凹模等零件的粗、精加工。对要求具有较高的尺寸精度、较低的表面粗糙度和高的耐磨性的零件，需在半精车后再热处理，最后在磨床上磨削。,2.
4、局部圆弧面的加工 在模具中经常可以看到如图2-1所示的分型面，为保证模具分型面准确对合，必须保证对合面圆弧半径尺寸精度。加工时可在花盘上找正定位，精度由百分表测量控制。有时也可采用先加工一个完整圆盘，再用线切割等方法取出一个或几个模块的方法。,3.回转曲面的成形加工 图2-2a所示是采用仿形加工的方法加工大尺寸的曲面；图2-2b所示是用成形刀加工的方法加工尺寸较小的曲面；图2-2c所示是对拼型腔在车床上加工时，为了能很好地保证型腔尺寸的准确对合，通常预先将各镶件间的接合面磨平，两板用销钉定位，螺钉紧固组成一个整体后才进行车削。,图2-1 局部圆弧面的加工,4.螺纹加工 模具制造中的螺纹加工分为
5、标准螺纹加工和非标准螺纹加工。标准螺纹指的是常用于紧固联接的普通螺纹或用于传递运动和动力的梯形螺纹。非标准螺纹是指模芯、模膛内的螺纹模具螺纹。,车削螺纹用的刀具称为螺纹车刀。按加工性质螺纹车刀属于成形刀具，其切削部分的几何形状应和螺纹牙型的轴向断面形状一致。 (1)标准螺纹的加工 根据螺纹的螺距和导程大小车削螺纹。采用交换齿轮配齿的方式，按要求调换，并将进给箱上的各个手柄调整到规定位置。,(2)非标准螺纹的加工 由于受到产品材料收缩率的影响，模具螺纹的螺距常大于标准螺距，而且不同的材料有不同的模具螺距。加工模具螺纹的车削方法有：交换齿轮配齿车削加工；靠模法车削加工。,(3)螺纹的车削 由于车削
6、时需多次重复的吃刀和进给才能完成螺纹的加工，因此，为避免已车出的牙型被切去而出现乱牙现象，车削时必须保证每次进给车刀刀尖对准已车出的螺旋槽。 常用的进给方式有两种： 1) 每次进给终了时，横向退刀，同时提起开合螺母，手动将溜板箱返回到起始位置。调整背吃刀量，压下开合螺母重复进给。这种方法可节省回程时间和减小丝杠的磨损，但只限于丝杠螺距是工件螺距的整数倍的情况下。,2) 每次进给终了时，先横向退刀，后反转，使工件和丝杠都反向运动。丝杠驱动溜板箱返回起始位置，调整背吃刀量，转为正转，重复进给。由于开合螺母始终与丝杠啮合，所以刀尖相对于工件的运动轨迹是不变的，这样可以避免当丝杠螺距不是工件螺距的整数
7、倍时而出现的乱牙现象。这种进给方式的缺点是丝杠容易磨损，且生产率低。,二、铣削加工 铣削加工是指在铣床上利用刀具的旋转运动和工件或刀具的进给运动来改变毛坯的形状和尺寸，从而获得符合图样要求的零件的一种切削加工方法。铣床的种类很多，主要有卧式万能铣、立式铣床、万能工具铣床、键槽铣床等等。,铣削时加工的精度较高，一般普通铣削的经济加工精度为IT9IT8级，表面粗糙度为Ra=12.51.6m。精细加工时，公差等级可达IT5级，因此，铣削加工是模具加工的主要方法之一，其铣削工作量占加工总量的5090。 1.铣削成形面 在模具加工中铣削平面、斜面、沟槽、型腔的方法如图2-3所示，其中应用最多的是立式铣床
8、。 铣削模具型腔通常采用划线手动进给的铣削方式，要求操作者具有熟练的铣削曲边直线成形面的手动进给技巧。,2.铣削各种带圆弧型槽与型面 铣削圆弧槽如图2-4所示。加工时将回转台安装在铣床的工作台面上，工件则安装在回转台上。利用回转台的旋转可加工各种带圆弧的型面与型槽。工件安装中注意要保证被加工圆弧中心与回转台的中心重合，利用回转台相对于主轴的运动实现圆弧进给。图2-5所示为利用回转台铣削圆弧面。图中圆弧面的加工需要严格控制回转台的转动角度和直线段与圆弧段的平滑连接。这种方法一般用于加工回转体上的分流道和多型腔模具，从而很好地保证上下模具型腔的同心和减小各型腔之间的形状、尺寸误差。对于更复杂的型面
9、，则可利用回转台与铣床工作台的组合运动实现进给。,型面的加工通常以模板的精基准找正、定位或夹紧，并按钳工的划线沿线加工，加工时每面留出0.050.1mm的修整量。对于无法铣削到的部位，应在铣削工序前或铣削工序后编制相应的加工工序进行加工。,3.铣削有孔间尺寸要求的孔 对于定位精度在0.02mm以内的机床，可用来加工凹模、卸料板等板块上的孔系。 三、刨削和插削加工 以刨刀的直线往复移动和工件的移动相配合来进行切削加工的方法，称为刨削。刨削时刨刀(或工件)的往复直线运动为主运动，方向与之垂直的工件(或刨刀)的间歇移动为进给运动。加工中，根据其切削时的主运动方向不同，刨削可分为水平刨削和垂直刨削两种
10、。水平刨削称为刨削，垂直刨削称为插削。刨削(插削)加工范围广泛，可用来加工平面、台阶、燕尾槽、V形槽、T形槽、方孔等。,刨削(包括插削)加工因加工是断续的，所以在加工过程中有一定的冲击和振动，因此加工精度一般不高，加工精度通常为IT9IT7，表面精糙度Ra为12.53.2m，平面度为0.04/500。 在模具加工中主要用于板块外形的平面、斜面及各种形状复杂表面的加工，如图2-6所示的刨削加工。加工时，使用圆弧面刨削装置，转动手轮1，蜗杆2带动蜗轮3旋转，使刀杆4转动，刨刀到蜗轮的转动中心的距离为圆弧半径。,插削加工因是自上而下进行加工的，插刀切入处在工件的上端，因此便于观察和测量。插床的滑枕可
11、以在纵垂直面内倾斜，刀架可以在横垂面内倾斜，有些插床的工作台还可以倾斜一定的角度，因此在插床上能加工不同方向的斜面。图2-7为插削斜面示意图。,图2-8所示是加工好的两种模框的实例。由于四边都有斜度，四角为两个斜面相交，为保证四角的加工质量，可采用四角钻孔的结构以简化加工。若四角必须要有斜度时，可按图示方法将工件用斜度垫块垫起，使其中一斜面与工作台垂直，另一面则与工作台成角度，当加工A面时插床可以作直壁加工。加工B面时插床滑枕倾斜角即可加工出理想的角度。,四、磨削加工 磨削加工是在磨床上利用砂轮的高速旋转运动作主运动对工件进行的磨削。磨削加工由于加工精度高，可以磨削其他刀具难以加工的高硬度材料
12、(如淬火钢、硬质合金等)，因此，在模具加工中应用较为广泛，是模具表面精加工的常用方法。常用磨削机床有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床和工具磨床等。磨削加工精度可达IT5IT6，表面粗糙度Ra可达0.8 0.2m。图2-9示出几种磨削加工方法。,第二节 模具的仿形加工,一、 仿形加工的概念 仿形加工是以预先制成的靠模来控制刀具运动轨迹的加工方法。加工时，仿形销在靠模上作靠模运动，刀具自动跟随仿形销做同步仿形运动。 仿形加工的控制方式最常用的是：机械式、液压式、电控式。表2-1给出了几种控制方式的应用比较。,仿形加工的特点： 1) 仿形加工由于采用以样板、模型、靠模作为模具型面加工的依据，因而跳过了数
13、学建模的过程，使复杂曲面的加工工艺变得简单。 2) 靠模可以用木材、石膏、树脂等易成形的材料制成，这样不仅材料的选择范围扩大了，而且降低了加工成本。 3) 仿形加工会产生随动误差，同时加工过程中产生的热收缩、刀具的补偿问题较难。 4) 仿形加工的效率是电火花加工的4050倍，由于效率较高，通常用于电火花前的粗加工。,二、 仿形加工 (一)仿形车削加工 模具中凸模、型腔或型孔的曲线回转面的加工常采用仿形车削。仿形车削机床是带有仿形装置的通用车床或专用车床。加工中仿形装置使车刀在纵向进给的同时，又使车刀按预定轨迹横向进给，通过纵向进给和横向进给的复合运动，完成复杂旋转曲面的内、外形加工。,1. 机
14、械仿形车削加工 靠模板可以安装在机床的不同位置上。根据靠模板的安装位置不同，机械仿形加工可分为靠板靠模仿形、刀架靠模仿形和尾座靠模仿形。图2-10a为靠板靠模仿形车削加工。对普通车床进行改装，将靠模安装在床身后侧，靠模上有曲线的型槽，型槽的形状和尺寸与成形表面的型面曲线的形状和尺寸相同。滚柱2通过联接板3与床鞍5联接，当床鞍作纵向运动时，滚柱2在靠模1的型槽内移动，通过联接板3带动刀架4，使车刀产生纵、横向运动完成仿形的削加工。,图2-10b为尾座靠模仿形车削。它是拆除卧式车床上的小刀架，将装有刀杆的板架2装于中滑板上，靠模4由靠模支架5固定在车床尾座上，车削时中滑板作横向运动，刀杆3在靠模作
15、用下产生纵向运动，完成端面的仿形加工。这种机械仿形加工常用于仿形车削端面的加工。,2. 液压仿形车削 图2-11为液压式仿形车削加工漱口杯注塑模型芯及型腔。型面用普通车削加工到基本形状，再留0.52mm单面精加工余量，用于仿形车修光。对要求不高的模具零件，仿形车削后，经打磨抛光后即可使用。图中的靠模4加工时被固定在车床上，托板6安装在车床床鞍上，仿形销5与活塞杆7与中滑板相连，仿形销紧压靠模4，仿形车削加工时，床鞍车刀作纵向、横向运动，又通过活塞杆带动中滑板使车刀作相应运动，完成仿形车削加工。,3. 电气仿形车削 图2-12所示是电气仿形车削。图中的电气仿形车削是通过电气元件将仿形信号放大后，控制机械传动机构实现仿形车削的。加工过程中仿形销5沿靠模型面4运动，仿形信号经信号放大系统6放大后，传给电气控制系统3，再通过机械传动带动车刀2作仿形运动，完成仿形车削加工。,(二)仿形铣削加工 模具型面的加工常应用立体随动作用式仿形铣床。这种机床通过随动系统自动连续地控制仿形销、铣刀和模样之间的相对位置，使刀具自动跟随仿形销移动，从而进行仿形铣削。,1.仿形铣削工作原理 图2-13是随动作用式仿形铣床的工作原理，图2-13a中仿形仪4与主轴箱10是刚性联接的，仿形仪4的轴杆5可以相对它的座架运动轴向移动或绕其中间球形支承摆动。轴杆左端装有仿形销3，右端通过钢球与仿形仪内的信
