模具型腔零件的加工

图2.2　平面孔系坐标的计算

图2.3　开口端面规找正

1—工件；2—开口型端面规；3—百分表

表2.2　基面的找正

续表

2）镗削加工

孔中心定位：用弹簧中心冲打出中心点。钻中心孔：用中心钻钻出中心孔。钻孔：按钻孔要求依次钻出各孔，留出镗孔余量单边0.5左右。镗孔：当D＜20mm，精度IT7以下粗糙度小于1.25时，可以以铰代镗。切削用量的选择直接影响加工精度，与工件材料和刀具材料都有关系，合理的切削用量见表2.4。

表2.4　坐标镗床的切削用量

(4）模板零件的坐标磨削加工

坐标镗削的工艺系统，也是按正确的坐标尺寸来保证加工尺寸的精度。主要用于淬火钢或高硬度材料的加工，坐标磨削的加工范围：φ1～200mm，尺寸精度可达0.005mm，R a= 0.08～0.32μm，一般用于多型孔的凹模加工。

1）工件的找正与定位

工件的找正与定位与坐标镗削类似，常用的找正方法如下：百分表；开口型端面规(见图2.3）；中心显微镜；芯棒+百分表。

2）磨削方法

内孔磨削。磨小孔时砂轮直径取孔径的3／4。砂轮转速(主运动）为线速度≥35m／s，行星运动(圆周进给）≈线速度×0.15，进给慢，切削少，粗糙度好，轴向进给与磨削精度有关。粗磨时，行星一周轴向往复行程为砂轮高度的两倍，精磨时更小。

外圆磨削与内孔类似。

锥孔磨削。它是使用机床的专门机构，使轴向进给和行星运动半径联动一般最大锥顶角12°，磨削时，砂轮应修出相应的锥角。综合磨削，它是各段圆弧或直线按中心坐标尺寸逐个磨出。

(5）滑块的加工

滑块与斜滑块是塑料模中广泛采用的侧向抽芯及分型导向零件，模具结构的不同，滑块的结构形状和大小也不同，滑块有整体式和组合式两种。滑块多为平面和圆柱面的组合，形位公差和配合要求一般都较高。毛坯可以是棒料或锻件。常用材料为工具钢或合金钢，热处理要求HRC54～58。滑块加工方案的选择，如组合式滑块导柱孔的精度、位置和粗糙度要求不高，主要是平面和导向精度要求较高，耐磨性要好，必须保证硬度要求。形位公差的保证主要是选择合理的定位基准，图中定位基准是设计基准A面和与其垂直的侧面。斜导柱孔应与模板上的导柱固定孔采用同钻同镗的加工方法配合加工，保证同轴度要求。销孔和型芯组合件也应配合加工，保证孔距的一致性。滑块的加工工艺过程见表2.5。

表2.5　滑块的加工工艺过程

(6）导滑槽的加工

导滑槽的要求：运动平稳，上下无窜动，无卡死现象。导滑槽有整体式和组合式两种，主要由平面组成。加工工艺和板类零件相似，主要采用刨、铣、磨的加工方法，材料为45钢和工具钢，HRC52～56。

任务2　模具回转体零件的加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

学会分析回转体零件的结构工艺；能合理选用内孔车刀、钻刀、铰刀；会使用心轴装夹套类工件；能使用量具，检测尺寸和形位公差精度；能用普通车床生产出合格的简单回转体类工件。

【知识准备】

(1）杆类零件的加工

1）导柱的加工

根据导柱的结构尺寸和材料要求，直接选用适当尺寸的热轧圆钢为毛坯料。在机械加工过程中，除保证导柱配合表面的尺寸和形状精度外，还要保证各配合表面之间的同轴度要求。导柱的配合表面是容易磨损的表面，应有一定的硬度要求，在精加工之前要安排热处理工序，以达到要求的硬度。在模具中，大多数导柱都是轴类圆柱形表面，一般根据其尺寸和材料的要求，可直接采用热轧圆钢作为毛坯料。常用的材料一般为20钢或T8，T9工具钢。导柱材料有较好的耐磨性和一定的抗冲击韧性。热处理HRC50～55。下面以塑料注射模具滑动式标准导柱为例(见图2.4）。

图2.4　导柱(材料T8A，热处理HRC50～55）

①导柱加工方案的选择。导柱的加工表面主要是外圆柱面，外圆柱面的机械加工方法有很多。如图2.4所示导柱的制造过程为：备料—粗加工—半精加工—热处理—精加工—光整加工。

②导柱的制造工艺过程。如图2.4所示导柱的加工工艺过程见表2.6。导柱加工过程中的工序划分、工艺方法和设备选用是根据生产类型、零件的形状、尺寸、结构及工厂设备技术状况等决定的。

③导柱加工过程中的定位。导柱加工过程中为了保证各外圆柱面之间的位置精度和均匀的磨削余量，对外圆柱面的车削和磨削一般采用设计基准和工艺基准重合的两端中心孔定位。因此，在车削和磨削之前先加工中心孔，为后继工序提供可靠的定位基准。中心孔加工的形状精度对导柱的加工质量有着直接影响，特别是加工精度要求高的轴类零件。

表2.6导柱的加工工艺过程

中心孔的钻削和修正是在车床、钻床或专用机床上按图纸要求的中心定位孔的形式进行的。如图2.5所示为在车床上修正中心孔示意图。用三爪卡盘夹持锥形砂轮，在被修正中心孔处加入少许煤油或机油，手持工件，利用车床尾座顶尖支撑，利用车床主轴的转动进行磨削。此方法效率高，质量较好，但砂轮易磨损，需经常修整。如果用锥形铸铁研磨头代替锥形砂轮，加研磨剂进行研磨，可达到更高的精度。采用如图2.6所示的硬质合金梅花棱顶尖修正中心定位孔的方法，效率高，但质量稍差，一般用于大批量生产且要求不高的顶尖孔的修正。

图2.5　锥形砂轮修正中心定位孔

1—三爪卡盘；2—锥形砂轮；3—工件；4—尾座顶尖

图2.6　硬质合金梅花棱顶尖

(2）导柱的研磨

研磨导柱是为了进一步提高表面精度和降低表面粗糙度，以达到设计的要求。为保证图2.4所示导柱表面的精度和表面粗糙度R a=0.16～0.63μm，增加了研磨加工。

1）模柄与顶杆的加工

模柄的设计已标准化，常用的模柄有：压入式、旋入式、凸缘式、槽形式和浮动式等，与顶杆一样都属于台阶轴类零件，材料选用45钢，热处理HRC40～4。

2）套类零件的加工

模具中的套类零件主要有：导套、护套和套类凸模等。导套和导柱一样，是模具中应用最广泛的导向零件。导套的材料和导柱一样，一般采用圆钢下料，热处理要求为HRC58～62，制造工艺也不是固定的。

3）导套加工方案的选择

根据图2.7所示导套的精度和表面粗糙度要求，其加工方案的选择为：备料—粗加工—半精加工—热处理—精加工—光整加工。

材料20钢；表面渗碳深度0.8～1.2mm；HRC58～62

图2.7　冲压模具滑动式导套

4）导套的加工工艺过程

如图2.7所示冲压模导套的加工工艺过程见表2.7。

表2.7　导套的加工工艺过程

任务3　模具型腔零件的加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

学会分析型孔加工结构工艺；了解模具型腔零件的车削加工工艺。

【知识准备】

凹模内腔形状、尺寸由成型件的形状、精度决定。加工凹模时，一般要求其内腔与底面保持垂直，上下面保持平行。凹模加工一般是内形加工，加工难度大；凹模淬火前，其上所有的螺钉孔、销钉孔以及其他非内腔加工部分均应先加工好，否则会增加加工成本甚至无法加工；为了降低加工难度，减少热处理的变形，防止淬火开裂，凹模类零件经常采用镶拼结构；若凹模内腔最终不由机械加工方法获得，在淬火前也应由机械加工方法加工出内腔的大致形状，以保证热处理零件的淬透性，减少精加工工作量。型腔的加工方法有以下6种：通用机床加工、仿形铣床加工、电火花加工、电火花线切割加工、冷挤压法加工、精密铸造法。

(1）型孔加工

1）单型孔凹模

单型孔凹模的加工过程为：毛坯—锻造—退火—车削、铣削外表面—钻、镗型孔—淬火、回火—磨削上、下平面及型孔。

2）多型孔凹模

当模具由一系列圆孔组成，且各孔之间要求有很高的位置精度时，凹模常采用坐标镗床来加工(见图2.8）。坐标镗床加工一般在热处理前进行。凹模经热处理后，加工精度必然会受到淬火变形的影响。因此，对于多腔模，凹模一般做成镶拼式结构。在坐标镗床上按坐标法镗孔，是将各型孔间的尺寸转化为坐标尺寸，加工分布在同一圆周上的孔，可以使用坐标镗床的机床附件———万能回转工作台。

图2.8　多孔模凹模镶拼结构

1—固定板；2—凹模镶件

如图2.9所示非圆形型孔的凹模，通常将毛坯锻造成矩形，加工各平面后进行划线，再将型孔中心的余料去除。沿型孔轮廓线钻孔。凹模尺寸较大时，也可用气割方法去除。

图2.9　非圆形型孔的凹模

(2）车削加工实例

1）对拼式塑压模型腔

主要用于加工回转曲面的型腔或型腔的回转曲面部分，如图2.10所示。

图2.10　对拼式塑压模型腔

①将坯料加工为平行六面体，斜面暂不加工。

②在拼块上加工出导钉孔和工艺螺孔，如图2.11所示为车削时装夹用。

图2.11　拼块上的工艺　螺孔和导钉孔

③将分型面磨平，在两拼块上装导钉，一端与拼块A过盈配合，一端与拼块B间隙配合，如图2.11所示。

④将两块拼块拼合后磨平四侧面及一端面，保证垂直度，要求两拼块厚度保持一致。

⑤在分型面上以球心为圆心，以44.7mm为直径划线，保证H1=H2，如图2.12所示。

图2.12　划线

图2.13　四型腔塑料模的动模

2）多型腔模具的车削加工

对于多型腔模具，如果其型腔的形状适合于车削加工，则可利用辅助顶尖校正型腔中心，并逐个车出。图2.13为四型腔塑料模的动模。车削加工前，先按图加工工件的外形，并在4个型腔的中心上打样冲眼或中心孔。车削时，把工件初步装夹在车床卡盘上，将辅助顶尖一端顶住样冲眼或中心孔，另一端顶在车床尾座上，用手转动车头，以千分表校正辅助顶尖外圆，调整工件位置，使辅助顶尖的外圆校正为止(见图2.14）。车完一个型腔后，用同样的方法校正另一个型腔中心，进行车削。

图2.14　用辅助顶尖找正中心

1—坯料：2—辅助顶尖；3—车床尾座

图2.15　典型凹模

3）典型凹模的加工

①工艺分析：

外形R a 0.8μm；内形刃口(孔）R a 0.4μm(见图2.15）；漏料孔、销孔及固定孔加工；凹模的选材、毛坯种类、热处理硬度58～62HRC。

②材料及毛坯选择：

材料：CrWMn凹模—高耐磨性、基体有较高强度和硬度、淬透性好，淬火、低温回火；毛坯：锻件组织细密，高硬度和耐磨性足够的强度和韧性。

③主要表面加工方案：

外形：粗铣—精铣—磨削；

内形：粗铣—精铣—粗磨—精磨凹模，刃口还可以采用线切割加工，再研磨。

④工艺路线(方案）：

方案一：备料—锻造—退火—铣六面—磨六面—划线／作螺纹及销孔—铰挡料销孔—铣型孔／修漏料孔—热处理—磨六面—坐标磨型孔。

特点：传统加工方法，普通铣削，挡料销与型孔位置较难保证，加工困难。

方案二：备料—锻造—退火—铣六面—磨六面—划线／作螺纹孔及销孔／穿丝孔—热处理—磨六面—线切割挡料销孔及型孔—研磨型孔。

特点：挡料销与型孔位置精度高，漏料斜孔一次切割，工艺简单，是现在模具加工的常用方法。优先选择方案二。

⑤加工余量见表2.8。

表2.8　加工余量

⑥凹模工艺过程：

备料：将毛坯锻成平行六面体；尺寸166mm×130mm×25mm；

热处理：退火；铣平面：铣各平面，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm；磨平面：磨上下平面，留磨削余量0.3～0.4mm，磨相邻两侧面保证垂直；钳工划线：划出对称中心线，固定孔及销孔线；钳工：加工固定孔、销孔及穿丝孔；检验；热处理：按热处理工艺60～64HRC；磨平面：磨上下面及其基准面达要求；线切割：切割挡料销孔及型孔，留研磨余量0.01mm；研磨：研型孔达规定技术要求；检验。