第7章模具零件常用的测量工具

第7章模具零件常用的测量工具7.1模具零件加工的技术要求和测量技术对于冲压模、塑料模、锻模、以及金属压铸模，他们在结构上存在较大的差异，而且各类模具的使用功能和装配状态也不一样，精度要求自然也不同。所以各类模具的技术标准都有针对性地制定了相应的模具零件的技术要求、模具的装配要求。有关技术要求的标准参见相应的模具标准。对模具的检验可划分为对成形零件的检验和模架的检验，也可以按工作型面尺寸检测、非型面尺寸检测来划分。在有的企业中，把模具零件的精度分类进行质量管理，如一类、二类、三类尺寸来划分。它的划分依据是对这些零件尺寸对模具成形产品的质量影响大小而定。模具制造中的测量技术除采用一般几何量测量工具和测量仪测量各种长度、高度、深度、形状位置误差、表面粗糙度、角度、螺纹等误差外，还包括使用计算机扫描等先进测量技术检测复杂曲面形状。在测量方法上除对模具零件直接测量外，还广泛采用间接测量方法。测量和检测在计量上是有严格区别的，在模具检验的过程中，由于无法直接测出实物的数据往往会借助测量手段实现。一般可以简单的认为：检测是在已知理论数据的情况下与实物的测量数据比较，可以判断数据超差与否、工件是否合格；而测量是事先对测量物体的尺寸、形位公差等并不知道的情况下，进行实测，得到数据，而这个过程本身并不判断工件的合格与否。7.1.1模具检验常用的样板1.样板的分类1）按照用途有下料样板、加工样板、装配划线样板和装配角度样板等。在模具制造中，用的最多的是加工样板。2）按照空间形状有平面样板、立体样板(样箱)。中小型冲压模、塑料模、压铸模一般都使用平面样板，但在汽车覆盖件冲压模具领域会用到立体样板，也称作样箱。3）按制作样板的材料有木材、扁铁、薄铁皮、油毡和纸板等。一般模具制造中使用的样板都是薄铁板。对这种钢板要求：淬火变形小，耐磨。而在汽车覆盖件模具会用到树脂、木材等作为样板，木质样板是按照展开的构件实际形状用木板条(或夹板)钉制而成。常用的加工样板大都是根据模具零件的一些特殊的截面，由钳工或线切割等工艺方法将薄钢板做成相应截面形状，再经淬火和研磨而成。轮廓样板，按零件内部轮廓尺寸制造，允许负的偏差。断面轮廓特殊部位形状样板，一般按最大极限尺寸制造，作为特殊形状的验规。2.样板的应用1）用塞尺或透光目测法检查样板与型腔表面的间隙，如检验精度要求不高（公差值＞±0.05mm）的锻模模膛形状。2）对于大、中型弯曲模的凸、凹模工作表面的曲线和拆线，几何形状和尺寸精度要求较高时，需要用样板及样件控制。3）加工一些回转体的模具零件（如车削），其形状和尺寸可由样板检验，用样板的基面靠零件基面来检查成形表面正确与否。相当于样板作为一条母线，判断回转体是否合格。4）轮廓样板常常用于常规机械加工前，在复杂型面（压铸模、塑料模）上的划线，也可以用于钳工装配修调模具镶块的检验。7.1.2模具检验常用的样形1.样型和样架用于大型曲面零件制造的大型覆盖件冷冲压模具的工作部分，大多由三维曲面构成，表面粗糙度及精度（特别是汽车外覆盖件的形状精度）等级要求均较高，加工时需采用样型和样架等专用检验工具配合加工。样型实际上是一种检验的模型。1）主模型主模型是一些复杂三维曲面冲压件设计、加工、检验的原始依据。他可用于检验像生产汽车覆盖件的模具、夹具、以及检验断面形状的样板、立体样箱，或直接检验冲压样件等。主模型的结构为优质木材或塑料制作制作成的覆盖件内表面形状，并以一定的基准面装配在特制的主架上，构成主模型。在主模型上划有x、y、z三方向的坐标线，表示覆盖件在制品上的位置（如是汽车覆盖件则表示其在汽车坐标系中的位置），塑料主模型与木质主模型相比，在长期的保存和使用期间变形小、保管简单，但制造过程较复杂。一种大型覆盖件零件，需要数套冲模冲压而成。如汽车覆盖件，完成一个制件的加工平均不同性质的模具要四套（拉深、修边、翻边、冲孔），而这些模具的形状要符合同一主模型，所以，主模型用以进行翻制工艺模型、样板及最后检验，主模型与样板的派生关系如图7.1.1所示。数据采集产品逆向0mm、1mm、3mm面工艺处理制成检具主模型数字元化模型翻边展开、工艺补充加工工艺主模型投影样板样箱（游离模型）样架图7.1.1典型汽车覆盖件主模型与样板的关系2）工艺主模型在覆盖件的主模型上补充了翻边展开线（修边线）以外的形状（工艺补充部分），同时按冲模设计的冲压方向改装基准面，即为工艺主模型。工艺主模型的工艺补充部分上划有冲模中心线。工艺主模型是覆盖件冲模制造中所用的各种模型和样板的母模，同时还可作凸模和压边圈仿形加工的靠模。3）样架样架即研修模型，是检验凸模立体形面与工艺主模型的一致性的量具，还可作凹模的仿铣靠模。其结构与工艺主模型（凸模）形状相反，尺度相等而成凹型。材料采用变形小、强度高、易复制型面的塑料（玻璃钢）或低熔点合金。4）投影样板和断面样板投影样板是根据所测零件有关轮廓投影到平面上的形状和尺寸制造的。用于凸模（型芯）外轮廓和凹模（型腔）内轮廓加工时的划线、检验及修磨。5）立体样板立体样板主要用于覆盖件控制修边模的曲面形状和尺寸。2.检具它一般是塑料材质，在汽车、拖拉机等领域广泛应用。利用主模型（或数字元化的游离模型）加工出来的。用于检测制件的制造公差、装配状态等工艺内容。分为：单件检具、分总成检具、总成检具，前者检测单个制件的加工状态，后二者检测各个制件之间的装配状态。7.2模具检验的专用量具和常规量具一般来讲，模具属于单件生产，但它涉及的零部件繁多，装配复杂，从生产实际和测量成本来讲，尽量采用常规测量工具。7.2.1尺寸精度的常规测量工具1.游标量具这是最为常用的长度测量工具，他综合了卡钳和钢尺的功能。测量时，量值的整数部分从本尺上读出，小数部分从游标尺上读出。是利用光标原理（主尺上的刻线间距和游标尺上的线距之差）来读出小数部分。游标量具分为游标卡尺（图7.1.1）、游标深度尺和游标高度尺。图7.2.1游标卡尺2．千分尺千分尺分为机械式千分尺和电子千分尺两类。机械式千分尺是利用精密螺纹副原理测长的掌上型通用长度测量工具。精密螺杆在螺母中每转动一圈﹐即沿轴线移动一个螺距。因此可用螺杆转动的角度来表示移动的距离。测量时，转动的整圈数从固定套管上的刻度读出﹐小数部分从微分筒圆周上的50个等分刻度读出。精密螺杆的螺距常采用0.5毫米，转动微分筒上的一个刻度，相当于精密螺杆移动0.01毫米，这就是千分尺的分度值。采用高精度螺杆并利用游标或其它细分读数机构时，可以制成分度值为0.001毫米的千分尺。数显千分尺也称作电子千分尺，它的原理和机械式千分尺一样，只是在测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等，测量结果用数字显示出来。千分尺的品种很多，如图7.2.2。改变千分尺测量面形状和尺架等就可以制成不同用途的千分尺﹐例如有用于测量内径﹑螺纹中径﹑齿轮公法线或深度等的千分尺。图7..2.3所示为外径千分尺结构。以上两种测量方法都是直接测量。图7.2.2各种千分尺图7.2.3千分尺的结构图3.测微仪（比较仪）测微仪是利用相对法进行测量，图7.2.4所示为机械式比较仪。测量时，先用量块研合组成与被测基本尺寸相等的量块组，再用此量块组使测微仪指针对零，然后换上被测工件，测微仪指针指示的即为被测尺寸的偏差值。比较仪量程小、测量精度高，适用于精密测量。主要用于高精度的圆柱形、球形等零件的测量。图7.2.4比较仪的外形图图7.2.5各种极限量规按测微仪所采用的放大原理的不同，分为机械式比较仪、光学比较仪和电学比较仪3种。4.量规量规是一种没有刻度的专用检验工具，它的制造精度很高，量规的测量值是确定的，不可调。也就是说，某一量规只能测零件某一尺寸特征，用量规检验零件时，可判断零件是否在规定的检验极限范围内，而不能得出零件的尺寸、形状和位置误差的具体数值。但它的结构简单、使用方便、可靠、检验效率高。测量孔径、轴径的量规称为光滑极限量规；检验孔径的量规为塞规；检验轴径的量规为卡规或环规，如图7.2.5所示。测量高度、深度及长度尺寸的量规分别称为高度量规、深度量规及长度量规，统称为直线尺寸量规。量规的一端按被检验零件的最小实体尺寸制造称为止规，标记为Z0；量规的另一端按被检验零件的最大尺寸制造称为通规，标记为T0。直线尺寸量规只控制被检工件的极限尺寸，通常用于检验精度较低的一般尺寸或粗加工尺寸。测量时采用目测比较、接触感觉及缝隙透光等方法判断被测零件尺寸是否合格。带表式直线尺寸量规用读数装置（如百分表等）指针摆动的摆动范围确定被测零件尺寸是否合格。5.塞尺由一组具有不同厚度级差的不锈钢制造的薄钢片组成的量规。塞尺用于测量间隙尺寸。在检验被测尺寸是否合格时，可以用通止法判断，也可由检验者根据塞尺与被测表面配合的松紧程度来判断。塞尺一般最薄的为0.02毫米；最厚的为3毫米。图7.2.6为塞尺的示意图。图7.2.6塞尺图7.2.7成套量块6.量块对于一些精密模具在制造过程中测量，测量设备往往不能到达标称的精度要求时，需要专用检定测量设备，量块就是经常用到的检定设备。它的两平行平面间具有准确尺寸、横截面为矩形或方形，也称块规。两平行平面称为测量面。测量面表面粗糙度很低，Ra≦0.016微米，因此具有良好的研合性。一量块与另一量块的测量面相互推合后，彼此间能紧密粘合。利用这种特性可把不同尺寸的量块组合在一起使用、例如91块的成套量块能组成2～100毫米间﹑单位为微米的任何尺寸。量块用轴承钢制造，最薄的一般为0.5毫米，最厚的为1000毫米。块是长度测量系统中的标准仪器，用于检定低一等的量块、千分尺、卡尺、比较仪和一些光学测量仪等，也常和比较仪一起利用相对法测量工件尺寸。量块和量块附件在一起可以组成不同尺寸用以检验一些内、外尺寸，例如孔径、孔距等，配以划线爪还可进行钳工划线等工作。7.2.2形位误差的测量工具测量形位误差的常用仪器有水平仪、平板、测量指示表及万能表架等，也可用工具显微镜、三坐标测量机、投影仪等测量仪器。1.水平仪水平仪利用重力现象测量微小角度。除了用于测量机床或其它设备导轨的直线度和工件平面的平面度外﹐也常用在安装机床或其它设备时检验其水平和垂直位置的正确与否。水平仪主要分为水平泡式水平仪和电子水平仪两类。水平泡式水平仪又分为钳工水平仪﹑框式水平仪﹑合像水平仪等，如图7.2.8。水平泡是一个内壁磨成一定曲率半径的玻璃管。管内装有粘滞系数较小的酒精、乙醚等液体，但留有一个气泡。它随玻璃管倾斜而移动，从玻璃管上的刻度可以读出倾斜的角度。钳工水平仪的底面是测量面，它仅能测量被测面相对于水平面的角度偏差。框式水平仪有两个相互垂直的测量面，因此可以在水平和垂直两个位置上测量。合像水平仪是利用光学双像重合的方法来提高读数精度。图7.2.8水平泡式水平仪图7.2.9电感式电子水平仪工作原理电子水平仪如图7.2.9所示9，当测量面处于水平位置时﹐磁芯处于绕阻的中间位置﹐使电桥保持平衡。当测量面与水平面倾斜角时，悬有磁芯的细丝由于重力作用仍保持与水平面垂直，磁芯不处于绕阻的中间位置，电桥失去平衡而输出电感量，由指示电表指示出倾斜角的数值。并以数字显示或打印出误差值。2.指示表常用的指示表有钟表式百分表（分度值0.01mm）、钟表式千分表（分度值0.001～0.005mm）杠杆百分表（分度值0.01mm）和杠杆千分表（分度值0.002mm）等类型。指示表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用工具。它常用于零件形状和位置误差以及小位移的长度测量。改变测头形状并配以相应的支架﹐可制成百分表的变形品种,例如厚度百分表﹑深度百分表和内径百分表等。使用打表测量，通常以平板表面模拟基准。在进行垂直度及斜度测量时，还常通过方箱或导柱将基准面进行转换，使被测面（线）转至与测量基准平行，用测平行度方法测量。测量时，应在整个测量面上打表，取打表读数的最大表动量为定向误差值。7.2.3角度和锥度的测量用具在角度和锥度的测量中，属于直接测量的测量工具有角度样板、锥度量规、万能量角器、测角仪、光学分度头、投影仪等。用于间接测量的测量工具有正弦尺、钢球、圆柱、平板以及千