第2章模具零件的机械加工

第2章模具零件的机械加工机械加工方法广泛地用于模具零件的制造。根据模具设计图样中的模具零件结构要素和技术要求，制造完成一副完整模具，其工艺过程一般可分为：毛坯外形的加工，工作型面的加工；模具零部件的再加工；模具装配等。即使采用其他工艺方法（如特种加工），仍然需要采用机械加工完成模具的粗加工、半精加工，为模具的进一步加工创造条件。模具零件的机械加工方法有以下几种情况：普通精度零件用通用机床加工。例如，车削、铣削、刨削、钻削、磨削等。这些加工方法对工人的技术水平要求较高。加工完成后要进行必要的钳工修配后再装配。精度要求较高的模具零件用精密机床加工；形状复杂的空间曲面，采用数控机床加工；对特殊零件可考虑其它加工方法，如挤压成型加工、超塑成型加工、快速成型技术等。用于模具机械加工的精密机床有：坐标镗床、精密平面磨床、坐标磨床等。加工模具零件常用的数控机床有：数控铣床、加工中心、数控磨床等。由于数控加工对工人的操作技能要求低、成品率高、加工精度高、生产率高、节省工装，工程管理容易、对设计更改的适应性强、可以实现多机床管理等一系列优点，对实现机械加工自动化，使模具生产更加合理、省力、改变模具机械加工的传统方式具有十分重要的意义、这也是今后模具发展的方向。用机械加工方法制造模具，在工艺上应充分考虑模具零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面的要求，采用合理的加工方法和工艺路线，来保证模具的加工质量，提高生产效率、降低生产成本。尤其应注意在模具设计和制造中，不应盲目追求模具加工精度和使用寿命的提高，否则就会导致模具生产成本提高，降低企业经济效益。2.1模具导向零件的加工导向零件是各类模具中应用广泛的重要零件。这些零件制造质量的好坏，将直接影响模具的制造质量和最后成型制件的质量。因此，模具导向零件的制造技术对模具有着重要的作用。模具的导向零件是指在组成模具的零件中，能够对模具运动零件的方向和位置起着定位作用的零件。模具中设置导向零件的目的，主要是保证模具中有相对运动零件的运动方向正确。当运动零件停止后，其零件之间的相对位置准确。本章以典型的标准导向零件为重点予以介绍。2.1.1模具导向零件的结构及分类1.常用模具导向零件的分类不同种类的模具，有着不同结构形状的导向零件，一般可分为滑动导向零件和滚动导向零件。导柱、导套和滑块是模具中应用最多的导向零件。所以，它的种类和结构形状也是多种多样。如冲压模具的导柱、导套按配合形式可分为滑动式和滚动式。按照装配形式又分为固定式和可拆卸式。除以上导柱外还有卸料、顶出用的杆类导向零件及小型导柱等。塑料注射模具中除了导柱、导套外，还有抽芯机构中应用的斜导柱、顶出板用的小型导柱、限位用的导柱等。各种导柱的形状、大小、用途各异，但其功能都是起导向作用。目前，对冲压模具、金属压铸模具和塑料模具的导柱、导套等导向零件都已标准化，可进行批量的制造、选用时则根据不同的要求进行选择应用。斜滑块和导滑槽是在成形或抽芯机构中起导向作用，它们需根据模具的具体结构进行设计制造。图2.1.1为标准的导柱、导套；图2.1.2为模具常用的滑块和导滑形式。图2.1.1标准的导柱、导套图2.1.2模具常用的滑块和导滑形式2.导向零件的基本要求模具运动零件的导向，是借助导向零件之间精密的尺寸配合和相对的位置精度，来保证运动零件的相对位置和运动过程中平稳、无阻滞的运动。所以，导向零件的配合表面都必须进行精密加工，而且要有较好的耐磨性。一般导向零件配合表面的精度可达IT6，表面粗糙度Ra=0.63～0.32µm。对精密的导向零件配合表面的精度可达IT5，表面粗糙度Ra=0.16～0.08µm。常用导向零件的材料，一般为20号钢、T8A、Tl0A等。因其配合表面要求有较好的耐磨性，表面硬度高达56～60HRC。所以，导向零件都要进行热处理。当用20号钢制造的导向零件，需进行表面渗碳后再进行淬火处理才能达到硬度要求。对T8A、Tl0A等工具钢材料，进行淬火处理即可达到表面的硬度要求。导向零件的形状比较简单。加工方法一般采用普通机床进行粗加工和半精加工后再进行热处理，最后用磨床进行精加工，消除热处理引起的变形，提高配合表面的尺寸精度和减小配合表面的粗糙度。对于配合要求高、精度高的导向零件，还要对配合表面进行研磨，才能达到要求的精度和表面粗糙度。虽然导向零件的形状比较简单，加工制造过程中不需要复杂的工艺、设备及特别复杂的制造技术，但其质量的好坏将直接影响模具的导向精度和成形制件的质量。所以，对模具导向零件的制造应予以充分重视。2.1.2导柱的制造各种模具应用的导柱其结构种类很多，但主要构成的表面为不同直径的同轴圆柱表面。因此，可根据它们的结构形状、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。因此，对其配合表面应有一定的硬度要求。所以，在精加工之前要安排热处理工序，以达导柱要求的硬度。1.导柱加工的工艺过程及其技术要求图2.1.3所示为一塑料注射模的导柱，其加工工艺过程如表2.1.1所示：图2.1.3塑料注射模导柱表2.1.1塑料注射模导柱加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备检验1下料按图纸尺寸：长度余量（2～3）㎜锯床、砂轮切机自检2粗车外圆定位：①车端面和所有外圆面；②车锥面；③倒出45°角和圆角R。车床自检3钻、锪中心孔外圆定位：①钻端面中心孔(Φ3.6～Φ4.6m②锪中心锥形孔。车床自检4半精车、精车中心孔定位：①半精车、精车各外圆面；②精车锥面,倒锥面R角。车床专职检验员5热处理热处理：①20号钢渗碳0.8～1.2㎜(或渗氮)；②淬火(50-55)HRC或(55-60)HRC。热处理炉(检验硬度、平直度)。6研磨中心孔外圆定位：研磨中心定位孔。车床7磨外圆中心孔定位：粗磨、精磨各段外圆；直导柱可采用无心磨床加工磨床自检8研磨、抛光①研磨导柱导向部分外圆(固定部分不磨)；②抛光R2、10°角。9检验专职检验员10入库清洗、喷涂防锈润滑油后,分类用塑料薄膜包封后入库2.导柱加工过程中的定位导柱的加工过程中，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。所以，在半精车、精车和磨削之前需先加工中心定位孔，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的影响，特别是加工精度要求高的轴类零件。保证中心定位孔与顶尖之间的良好配合是非常重要的。导柱中心定位孔在热处理后的修正，目的是消除热处理过程中可能产生的变形和其它缺陷，使磨削外圈柱面时能获得精确定位，保证外圆柱面的形状和位置精度要求。中心定位孔的钻削和修正，是在车床、钻床或专用机床上按图纸要求的中心定位孔的型式进行钻削加工的。中心定位孔修正时，在车床上如图2.1.4所示。加工时用车床三爪卡盘夹持锥形砂轮，在被修正的中心定位孔处加人少量煤油或机油，手持工件利用车床尾座顶尖支撑，开动机床利用车床主轴的转动进行磨削。此法效率高、质量较好。但砂轮易磨损，需经常修整。图2.1.4锥形砂轮修正中心定位孔2.1.5硬质合金梅花棱顶尖1-三爪卡盘；2-锥形砂轮；3-工件；4-尾座顶尖如图2.1.4中的锥形砂轮如果用锥形铸铁研磨头代替，在被研磨中心定位孔表面涂以研磨剂进行研磨，可达到更高的配合精度。采用图2.1.5所示的硬质合金梅花棱顶尖修正中心定位孔，可得到高的效率。但质量稍差，—般用于大批量生产，且要求不高的顶尖孔修正，它是将梅花棱顶尖装人车床或钻床的主轴锥孔内，利用机床尾座顶尖将工件压向梅花棱顶尖，通过硬质合金梅花棱顶尖的挤压作用，修正中心定位孔的几何误差。3.导柱的研磨导柱研磨加工的目的是为了进一步提高导柱的表面质量，即提高导柱表面的精度和降低表面粗糙度达到设计的要求。为了保证导柱表面的精度和表面粗糙度Ra=0.63～0.l6µm，所以增加了研磨工序。在生产数量大的情况下，研磨加工可以在专用研磨机床上进行。在单件、小批量生产中，可采用研磨工具如图2.1.6所示，在普通车床上进行研磨。研磨时将工件表面涂上研磨剂，把研磨具套装在导柱被研磨表面上，利用拖板的往复运动和主轴的旋转运动进行研磨。研磨量的大小控制，可通过研磨具上调整螺钉的轴向调节，来调整研磨套直径的大小，达到精度要求。研磨套是用铸铁制造，其内径比工件的外径大0.02～0.04㎜，研磨套的长度一般取工件研磨表面长度的25%～50%。图2.1.6研磨套1-研磨架；2-研磨套；3-限位螺钉；4-调整螺栓一般粗研磨时，工作压力取100～200kPa；精研磨时，工作压力取10一100kPa。粗研磨时，取研磨速度30～50m/min，精研磨时，取研磨速度6～l5m/min。如果工件材质较软或精度要求高时研磨速度取小值。导柱的研磨余量一般为0.05～0.012mm。研磨剂是用氧化铝或氧化铬(磨料)与机油或煤油(磨液)混合而成。而市售的研磨膏是由磨料、粘结剂(混合脂)、润滑剂和油酸等按一定比例调制面成。使用时要加入煤油或汽油稀释。研磨料的粒度一般粗研磨和半精研磨用W20～10，精研磨用W7以下。研磨前，要将工件表面和研磨工具表面用汽油或煤油洗净，并将工件边缘的毛刺去除干净。不同粒度的磨料研磨后所能达到的表面粗糙度如表2.1.2所示。表2.1.2研磨后所能达到的表面粗糙度2.1.3导套的加工导套是一种典型的筒体形零件，和导柱一样导套是模具中应用最广泛的导向零件。因其应用部位不同它的结构形状也不同，但构成导套的主要表面是内、外圆柱表面。因此，可根据它们的结构形状、尺寸和材料的要求，直接选用适当尺寸的热轧圆钢为毛坯。在机械加工过程中，除保证导套配合表面的尺寸和形状精度外，还要保证内外圆柱配合表面的同轴度要求。导套的内表面和导柱的外圆柱面为配合表面，使用过程中运动频繁，必须有一定的耐磨性，因此，需要有一定的硬度要求。在精加工之前必须安排热处理工序，提高其硬度。在不同的生产条件下，导套的制造过程所采用的加工方法和设备不同，制造工艺也不同。图2.1.7冲压模具滑动式导套材料20号钢，热处理：表面渗碳层深度0.8～1.2㎜，58～62HRC图2.1.8小锥度心轴安装导套1-导套；2-心轴图2.1.9导套研磨工具1-锥度心轴；2-研磨套；3-调整螺母1.导套的典型加工的工艺过程表2.1.3为图2.1.7冲压模具滑动式导套的加工工艺过程。表2.1.3冲压模具滑动式导套的加工工艺2.导套加工工艺过程中的定位导套在磨削时，正确选择定位基准，对保证内、外圆柱面的同轴度的要求是非常重要的。在上述加工工艺过程中，工件热处理后，在万能内外圆磨床上利用三爪卡盘夹持Φ37.5mm外圆柱面。一次装夹后，磨出Φ38mm的外圆和Φ25mm的内孔。这祥可以避免多次装夹而造成的误差，能保证内外圆柱配合表面的同轴度要求。它适应单件或小批量生产。对于大批量生产同一尺寸的导套时，可以先磨好内孔，再将导套套装在专用小锥度磨削心轴上，如图2.1.8所示。以心轴两端中心孔定位，使定位基准和设计基准重合。借助心轴和导套内表面之间的摩擦力带动工件旋转。磨削导套的外圆柱面，能获得较高的同轴度。这种方法操作简便、生产率高。但需制造专用的具有高精度的心轴，其硬度在60HRC以上。3.导套的研磨导套内孔的精度和表面粗糙度有较高的要求，对导套内孔配合表面进行研磨可进一步提高表面的精度和降低表面粗糙度，达到加工表面的质量和设计要求。对于大批量生产的情况下，可以在专用研磨机床上进行研磨。对于单件或小批量生产可采用研磨工具进行。如图2.1.9所示为导套的研磨常用工具，它是由锥度心轴、铸铁研磨套和调整螺母组成。使用时将锥度心轴两端的中心孔装夹在车床主轴顶尖和尾座顶尖之间，由车床主轴带动心轴旋转。导套内孔涂上研磨剂，借助车床拖板的往复运动进行研磨，直至达到要求。在研磨过程中，研磨进给量大小的控制，是通过锥度心轴两端的调整螺帽的轴向位移使研套2径向的扩大或缩小实现的。一般研磨内孔的余量为0.01～0.0