模具典型零件加工工藝分析.doc
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第七章 模具典型零件加工工藝分析 第一節(jié) 模具工作零件加工概述 模具的工作零件（或成型零件）一般比較復(fù)雜，而且有較高的加工精度要求，其加工質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量與模具的使用壽命。模具工作零件工作型面的形狀多種多樣，但歸納起來不外乎兩類:一是外工作型面，包括型芯與凸模等工作型面；二是內(nèi)工作型面，如各種凹模的工作型面，按照工作型面的特征又可分為型孔與型腔兩種。 一、模具工作零件的加工方法 工作零件的加工方法根據(jù)加工條件和工藝方法可分為三大類，即通用機(jī)床加工、數(shù)控 機(jī)床加工和采用特種工藝加工。 通用機(jī)床加工模具零件，主要依靠工人的熟練技術(shù)，利用銑床、車床等進(jìn)行粗加工、 半精加工，然后由鉗工修正、研磨、拋光。這種工藝方案，生產(chǎn)效率低、周期長(zhǎng)、質(zhì)量也不易保證。但設(shè)備投資較少，機(jī)床通用性強(qiáng)，作為精密加工、電加工之前的粗加工和半精加工又不可少，因此仍被廣泛采用。 數(shù)控機(jī)床加工是指采用數(shù)控銑、加工中心等機(jī)床對(duì)模具零件進(jìn)行粗加工、半精加工、 精加工以及采用高精度的成形磨床、坐標(biāo)磨床等進(jìn)行熱處理后的精加工，并采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢測(cè)。這種工藝降低了對(duì)熟練工人的依賴程度，生產(chǎn)效率高，特別是對(duì)一些復(fù)雜成型零件，采用通用機(jī)床加工很困難，不易加工出合格的產(chǎn)品，采用數(shù)控機(jī)床加工顯然是很理想的。但是一次性投資大。 所謂特種工藝，主要是指電火花加工、電解加工、擠壓、精密鑄造、電鑄等成形方法。 模具常用加工方法能達(dá)到的加工精度、表面粗糙度和所需的加工余量見表7-1。 表7-1 模具常用加工方法的加工余量、加工精度、表面粗糙度 制造方法 本道工序經(jīng)濟(jì)加工余量（單面）/mm 經(jīng)濟(jì)加工精度 表面粗糙度Ra/μm 刨削 半精刨 0.8～1.5 IT10～12 6.3～12.5 精刨 0.2～0.5 IT8～9 3.2～6.3 劃線銑 1～3 1.6mm 1.6～6.3 銑削 靠模銑 1～3 0.04mm 1.6～6.3 粗銑 1～2.5 IT10～11 3.2～12.5 精銑 0.5 IT7～9 1.6～3.2 仿形雕刻 1～3 0.1mm 1.6～3.2 車削 靠模車 0.6～1 0.24mm 1.6～3.2 成形車 0.6～1 0.1mm 1.6～3.2 粗車 1 IT11～12 6.3～12.5 半精車 0.6 IT8～10 1.6～6.3 精車 0.4 IT6～7 0.8～1.6 精細(xì)車、金剛車 0.15 IT5～6 0.1～0.8 鉆 — IT11～14 6.3～12.5 擴(kuò) 粗?jǐn)U 1～2 IT12 6.3～12.5 細(xì)擴(kuò) 0.1～0.5 IT9～10 1.6～6.3 鉸 粗鉸 0.1～0.15 IT9 3.2～6.3 精鉸 0.05～0.1 IT7～8 0.8 細(xì)鉸 0.02～0.05 IT6～7 0.2～0.4 锪 無導(dǎo)向锪 — IT11～12 3.2～12.5 有導(dǎo)向锪 — IT9～11 1.6～3.2 鏜削 粗鏜 1 IT11～12 6.3～12.5 半精鏜 0.5 IT8～10 1.6～6.3 高速鏜 0.05～0.1 IT8 0.4～0.8 精鏜 0.1～0.2 IT6～7 0.8～1.6 精細(xì)鏜、金剛鏜 0.05～0.1 IT6 0.2～0.8 磨削 粗磨 0.25～0.5 IT7～8 3.2～6.3 半精磨 0.1～0.2 IT7 0.8～1.6 精磨 0.05～0.1 IT6～7 0.2～0.8 細(xì)磨、超精磨 0.005～0.05 IT5～6 0.025～0.1 仿形磨 0.1～0.3 0.01mm 0.2～0.8 成形磨 0.1～0.3 0.01mm 0.2～0.8 坐標(biāo)鏜 0.1～0.3 0.01mm 0.2～0.8 珩磨 0.005～0.03 IT6 0.05～0.4 鉗工劃線 — 0.25～0.5mm 鉗工研磨 0.002～0.015 IT5～6 0.025～0.05 鉗工拋光 粗拋 0.05～0.15 — 0.2～0.8 細(xì)拋、鏡面拋 0.005～0.01 — 0.001～0.1 電火花成形加工 — 0.05～0.1mm 1.25～2.5 電火花線切割 — 0.005～0.01mm 1.25～2.5 電解成形加工 — 0.05～0.2mm 0.8～3.2 電解拋光 0.1～0.15 — 0.025～0.8 電解磨削 0.1～0.15 IT6～7 0.025～0.8 照相腐蝕 0.1～0.4 — 0.1～0.8 超聲拋光 0.02～0.1 — 0.01～0.1 磨料流動(dòng)拋光 0.02～0.1 — 0.01～0.1 冷擠壓 — IT7～8 0.08～0.32 注：經(jīng)濟(jì)加工余量是指本道工序的比較合理、經(jīng)濟(jì)的加工余量。本道工序加工余量要視加工基本尺寸、工件材料、熱處理狀況、前道工序的加工結(jié)果等具體情況而定。 二、模具工作零件的制造過程 模具工作零件的制造過程與一般機(jī)械零件的加工過程相類似，可分為毛坯準(zhǔn)備、毛坯加工、零件加工、裝配與修整等幾個(gè)過程。 1． 毛坯準(zhǔn)備 主要內(nèi)容為工作零件毛坯的鍛造、鑄造、切割、退火或正火等。 2． 毛坯加工 主要內(nèi)容為進(jìn)行毛坯粗加工，切除加工表面上的大部分余量。工種有 鋸、刨、銑、粗磨等。 3．零件加工 主要內(nèi)容為進(jìn)行模具零件的半精加工和精加工，使零件各主要表面達(dá)到圖樣要求的尺寸精度和表面粗糙度。工種有劃線、鉆、車、銑、鏜、仿刨、插、熱處理、磨、電火花加工等。 4．光整加工 主要對(duì)精度和表面粗糙度要求很高的表面進(jìn)行光整加工，工種有研磨、拋光等。 5．裝配與修正 主要包括工作零件的鉗工修配及鑲拼零件的裝配加工等。 在零件加工過程中，需要涉及到機(jī)加工的順序安排和熱處理工序安排。安排機(jī)加工的順序應(yīng)考慮到:先粗后精、先主后次、基面先行、先面后孔的原則。零件的熱處理加工，包括預(yù)先熱處理和最終熱處理，預(yù)先熱處理的目的是改善切削加工性能，其工序位置多在粗加工前后，最終熱處理的目的是提高零件材料的硬度和耐磨性，常安排在精加工前后。 在零件的加工中，工序的劃分及采用的工藝方法和設(shè)備是要根據(jù)零件的形狀、尺寸大 小、結(jié)構(gòu)工藝及工廠設(shè)備技術(shù)狀況等條件決定的。不同的生產(chǎn)條件采用的設(shè)備及工序劃分也不同。所以零件具體的加工方法與工序應(yīng)根據(jù)零件要求和所在單位的技術(shù)與設(shè)備來綜合考慮制定。 第二節(jié) 凸模和型芯零件加工 凸模、型芯類模具零件是用來成型制件內(nèi)表面的。由于成型制件的形狀各異、尺寸差 別較大，所以凸模和型芯類模具零件的品種也是多種多樣的。按凸模和型芯斷面形狀，大致可以分為圓形和異形兩類。 圓形凸模、型芯加工比較容易，一般可采用車削、銑削、磨削等進(jìn)行粗加工和半精加工。經(jīng)熱處理后在外圓磨床上精加工，再經(jīng)研磨、拋光即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。異型凸模和型芯在制造上較圓形凸模和型芯要復(fù)雜得多。本節(jié)主要討論異型凸模和型芯模具零件的加工。 一、非圓形凸模加工工藝分析 例1 某沖孔的凸模如圖7-1所示。 （一） 工藝性分析 該零件是沖孔模的凸模，工作零件的制造方法采用“實(shí)配法”。沖孔加工時(shí)，凸模是 “基準(zhǔn)件”，凸模的刃口尺寸決定制件尺寸，凹模型孔加工是以凸模制造時(shí)刃口的實(shí)際尺寸為基準(zhǔn)來配制沖裁間隙的，凹模是“基準(zhǔn)件”。因此凸模在沖孔模中是保證產(chǎn)品制件型孔的關(guān)鍵零件。沖孔凸模零件“外形表面”是矩形，尺寸為22ｍｍ32ｍｍ45ｍｍ，在零件開始加工時(shí)，首先保證“外形表面”尺寸。零件的“成形表面”是由R6.92ｍｍ29.84ｍｍ13.84ｍｍR57.82ｍｍ組成的曲面，零件的固定部分是矩形，它和成型表面呈臺(tái)階狀，該零件屬于小型工作零件，成型表面在淬火前的加工方法采用仿形刨削或壓印法；淬火后的精密加工可以采用坐標(biāo)磨削和鉗工修研的方法。 零件的材料是MｎCｒWV，熱處理硬度58~62HRC，是低合金工具鋼，也是低變形冷作模具鋼，具有良好的綜合性能，是錳鉻鎢系鋼的代表鋼種。由于材料含有微量的釩，能抑制碳化物網(wǎng)，增加淬透性和降低熱敏感性，使晶粒細(xì)化。零件為實(shí)心零件，各部位尺寸差異不大，熱處理較易控制變形，達(dá)到圖樣要求。 （二）工藝方案 對(duì)復(fù)雜型面凸模的制造工藝應(yīng)根據(jù)凸模形狀、尺寸、技術(shù)要求并結(jié)合本單位設(shè)備情況等具體條件來制訂，此類復(fù)雜凸模的工藝方案為： （1）備料：弓形鋸床 （2）鍛造：鍛成一個(gè)長(zhǎng)寬高、每邊均含有加工余量的長(zhǎng)方體； （3）熱處理：退火（按模具材料選取退火方法及退火工藝參數(shù)）； （4）刨（或銑）六面，單面留余量0.2~0.25ｍｍ； （5）平磨（或萬能工具磨）六面至尺寸上限，基準(zhǔn)面對(duì)角尺，保證相互平行垂直； （6）鉗工劃線（或采用刻線機(jī)劃線、或仿形刨劃線）； （7）粗銑外形（立式銑床或萬能工具銑床）留單面余量0.3~0.4ｍｍ； （8）仿形刨或精銑成型表面，單面留0.02~0.03ｍｍ研磨量； （9）檢查：用放大圖在投影儀上將工件放大檢查其型面（適用于中小工件）； （10）鉗工粗研：?jiǎn)蚊?.01~0.015ｍｍ研磨量（或按加工余量表選擇）； （11）熱處理：工作部分局部淬火及回火； （12）鉗工精研及拋光。 此類結(jié)構(gòu)凸模的工藝方案不足之處就是淬火之前機(jī)械加工成形，這樣勢(shì)必帶來熱處理的變形、氧化、脫碳、燒蝕等問題，影響凸模的精度和質(zhì)量。在選材時(shí)應(yīng)采用熱變形小的合金工具鋼如CｒWMｎ，Cｒ12MｏV等；采用高溫鹽浴爐加熱、淬火后采用真空回火穩(wěn)定處理，防止過燒和氧化等現(xiàn)象產(chǎn)生。 圖7－1 沖孔模凸模 二、沖裁凸凹模零件加工工藝分析 例2 沖裁凸凹模零件如圖7－2所示。 圖7-2 沖裁凸凹模 （一）工藝性分析 沖裁凸凹模零件是完成制件外形和兩個(gè)圓柱孔的工作零件，從零件圖上可以看出，該成形表面的加工，采用“實(shí)配法”，外成形表面是非基準(zhǔn)外形，它與落料凹模的實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙為0.06ｍｍ；凸凹模的兩個(gè)沖裁內(nèi)孔也是非基準(zhǔn)孔，與沖孔凸模的實(shí)際尺寸配間隙。 該零件的外形表面尺寸是104ｍｍ40ｍｍ50ｍｍ。成形表面是外形輪廓和兩個(gè)圓孔。結(jié)構(gòu)表面是用于固緊的兩個(gè)M8ｍｍ的螺紋孔。凸凹模的外成形表面是分別由R14＊ｍｍ、Φ40＊ｍｍ、R5＊ｍｍ的五個(gè)圓弧面和五個(gè)平面組成，形狀比較復(fù)雜。該零件是直通式的。外成形表面的精加工可以采用電火花線切割、成形磨削和連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨削的方法。該零件的底面還有兩個(gè)M8mm的螺紋孔，可供成形磨削夾緊固定用。凸凹模零件的兩個(gè)內(nèi)成形表面為圓錐形，帶有15′的斜度，在熱處理前可以用非標(biāo)準(zhǔn)錐度鉸刀鉸削，在熱處理后進(jìn)行研磨，保證沖裁間隙。因此，應(yīng)該進(jìn)行二級(jí)工具錐度鉸刀的設(shè)計(jì)和制造。如果具有切割斜度的線切割機(jī)床，兩內(nèi)孔可以在線切割機(jī)床上加工。 凸凹模零件材料為Cr6WV高強(qiáng)度微變形冷沖壓模具鋼。熱處理硬度58～62HRC。Cr6MV材料易于鍛造，共晶碳化物數(shù)量少。有良好的切削加工性能，而且淬水后變形比較均勻，幾乎不受鍛件質(zhì)量的影響。它的淬透性和Cr12系鋼相近。它的耐磨性、淬火變形均勻性不如Cr12MoV鋼。 零件毛坯形式應(yīng)為鍛件。 (二)工藝方案 根據(jù)一般工廠的加工設(shè)備條件，可以采用兩個(gè)方案： 方案一：備料-鍛造-退火-銑六方-磨六面-鉗工劃線作孔-鏜內(nèi)孔及粗銑外形-熱處理-研磨內(nèi)孔-成形磨削外形。 方案二：備料-鍛造-退火-銑六方-磨六面-鉗工作螺孔及穿絲孔-電火花線切割內(nèi)外形。 (三)工藝過程的制定 采用第一工藝方案： 序號(hào) 工序名稱 工序主要內(nèi)容 1 下料 鋸床下料，φ56mm117mm 2 鍛造 鍛造110mm45mm55mm 3 熱處理 退火，硬度HB≤241 4 立銑 銑六方104.4mm50.4mm40.3mm 5 平磨 磨六方，對(duì)90 6 鉗 劃線，去毛刺，做螺紋孔 7 鏜 鏜兩圓孔，保證孔距尺寸，孔徑留0.1～0.15mm的余量 8 鉗 鉸圓錐孔留研磨量，做漏料孔 9 工具銑 按線銑外形，留雙邊余量0.3～0.4mm 10 熱處理 淬火、回火、58～62HRC 11 平磨 光上下面 12 鉗 研磨兩圓孔，(車工配制研磨棒)與沖孔凸模實(shí)配，保證雙 面間隙為0.06mm。 三、型芯零件加工工藝分析 例3 塑料模型芯零件如圖7-3所示。 1．工藝性分析 該零件是塑料模的型芯，從零件形狀上分析，該零件的長(zhǎng)度與直徑的比例超過5:1，屬于細(xì)長(zhǎng)桿零件，但實(shí)際長(zhǎng)度并不長(zhǎng)，截面主要是圓形，在車削和磨削時(shí)應(yīng)解決加工裝卡問題，在粗加工車削時(shí)，毛坯應(yīng)為多零件一件毛坯，既方便裝夾，又節(jié)省材料。在精加工磨削外圓時(shí)，對(duì)于該類零件裝卡方式有三種形式，如圖7-4所示。圖7-4中的a是反頂尖結(jié)構(gòu)，適用于外圓直徑較小，長(zhǎng)度較大的細(xì)長(zhǎng)桿凸模、型芯類零件，d下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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