第二章模具的机械加工

第二章：模具的机械加工§2.1一般机械加工§2.2模具的仿形加工§2.3模具的精密加工§2.1一般机械加工§2.1一般机械加工一、车削加工（一）车床的种类（二）主要加工表面：内外回转表面、螺旋面、端面、钻孔、滚花等。加工精度：IT6～IT8，Ra：0.8～1.6μm（三）特殊的车削加工1．对拼式型腔的加工（1）对拼式型腔：注射模，吹塑模，压铸模，玻璃模，胀形模。（2）工艺过程：结合面磨平→工艺销钉固定→车削→取下工艺销2．球面的加工（1）球面的应用：拉伸凸模，弯曲模，浮动模柄，球垫圈等（2）卧室车床+车球面工具。1连杆2基准板3调节板3．多型腔模具的加工（1）辅助顶尖校正型腔中心，逐个车出（2）过程：加工外形→划线→打样冲眼→千分表找正工件二、铣削加工（一）铣床1．立式铣床、万能工具铣床2．加工精度：一般IT10，Ra1.6μm；高速小用量铣削：IT8，Ra0.8μm一般留0.05mm的修光余量，经钳工修光，得到所需型腔；3．加工对象：型腔，型面*精度要求高时：铣+成型磨削或电火花加工底座床身变速箱立铣头控制箱工作台升降台1．平面、斜面加工2．圆弧面加工（1）圆转台，立式铣床，工件安在圆转台上；（2）被加工圆弧中心与圆转台回转中心重合。（三）复杂型腔或型面的加工1．坐标法加工：工作台沿X、Y移动，主轴头（Z）升降进行立铣2．按极坐标方法设计：极坐标半径，夹角，铣刀直径→铣刀中心各位置的纵横坐标尺寸，逐点铣削，最后经钳工修整获得平滑表面。（四）坐标孔的加工1．普通精度孔：立式铣床，纵横移动工作台，精度不高（丝杠螺母间有间隙）2．高精度孔距：坐标铣床，有光电式或数字式读数装置。三、刨削和插削（一）刨削加工1．刨床：牛头刨，龙门刨，IT10，Ra1.62．加工表面：平面、斜面（工件的装夹）表2–2用插床加工直壁外形及内孔的几种形式直壁外形加工直壁内孔接角直壁内孔加工割孔（二）插削加工1．插床2．应用：成型内孔的粗加工，大工件的外形加工3．有冲击，用小的切削用量，IT10，Ra1.64．工艺：划线→纵横滑板，回转工作台→成型孔或外形一般留有一定余量，供后续精加工四、磨削加工（一）磨床：平面，内圆，万能，成型磨床（二）砂轮（三）特点（四）应用：模具精加工，如型腔，型面，导柱外圆，导套内孔等。（五）磨削工艺1．磨平面：如：加工分型面：用电磁吸盘，要求分型面与模具上下面平行，并与有关各面之间的垂直度。用砂轮的周面进行磨削，两平面的平行度小于0.01：100，精度IT5～IT6，Ra0.4～0.22．内圆磨削：精度IT6～IT7，Ra0.8～0.23．外圆磨削（1）主要加工对象：圆形凸模，导柱，导套，顶杆等（2）一般用纵磨法：精度IT5～IT6，Ra0.8～0.2高光洁磨削工艺可达：Ra0.025（3）工艺要点见表2-5§2.2模具的仿形加工一、仿形加工控制方式及工作原理（一）什么是仿形加工以事先制成的靠模为依据，加工时触头对靠模表面施加一定的压力，并沿其表面上移动，通过仿形机构，使刀具做同步仿形动作，从而在模具零件上加工处与靠模相同的型面。仿型车，刨，铣，磨（二）控制方式及工作原理1．机械式（1）原理：触头与刀具之间刚性相联，或通过其他机构如缩放仪及杠杆等连接，实现同步仿形加工。（2）特点及应用：*靠模与仿形触头之间的压力较大（10-50N），工作面易磨损。*中间装置传递力较大，引起一定的弹性变形。*精度较低（误差大于0.1mm）*不适于加工精度较高的模具。2．液压式（1）原理：利用油压作为介质传递信息和动力（2）特点及应用：*结构简单，体积小，输出功率大，工作适应性强；*无传动间隙，仿形精度高0.02-0.1mm，压力：6-10N3．电控式（1）原理：以电信号传递信息，利用伺服电机带动铣刀作仿形运动（2）特点：*结构紧凑，传递信号快；*易于实现远距离控制；*可用计算机与其连接构成多工序连续控制仿形加工系统；*精度：0.01-0.03mm，压力：1-6N4．电液式（1）原理：以电传感器传递信息，利用液压作为动力进行仿形加工*电传感器得到电信号经电液转换机构（电液伺服阀），使液压执行机构（液压缸，液压马达）驱动工作台作相应的伺服运动。（2）特点：*压力：1-6N*启动、换向、停止等动作灵敏、准确；*具有较高的功率放大倍数5．光电式（1）原理：利用光电传感器传递信息，加工时不用靠模，只需图样，由光电跟踪接受图样反射信号，经光敏元件转换成电信号，控制部分放大，控制x、y两方向。（2）特点：*只能控制图样与工件1：1进行加工，对图样绘制精度要求高；*只能用于平面轮廓仿形加工，如冲裁模，凸轮，样板，靠模板等的加工*以逐步由数控线切割加工所取代。二、仿形加工工艺仿形铣削加工的特点1．加工形腔效率高，粗加工为电火花加工的40-50倍2、精度较低，尺寸精度0.05mm，Ra3.2-6.33、不能加工出内清角及较深的窄槽等；4、一般用于粗加工，留有一定加工余量供电火花做精加工。（一）靠模1．对靠模的要求：尺寸精度，使用中无变形、磨损。2．分类（1）平面靠模：指放大图，样板材料：0.5-1mm后的钢板或塑料板作为靠模材料，钳工划线加工而成，或电火花切割（2）立体靠模：木材，树脂混合石膏，合成树脂等*木材：坚硬不变形，应涂漆或硬化树脂*树脂混合石膏：石膏+粉末树脂→耐压强度↑*合成树脂：酚醛树脂、环氧树脂，聚酯树脂密度小，强度高，收缩小，制造容易常以玻璃纤维做增强材料，用层压浇铸法制靠模*黑色金属：钢、铸铁，适合于大批量生产，用切削加工法制靠模*有色金属：铜合金、铝合金、锌基合金等低熔点合金，可用铸造法，对精度高的可用电镀、电铸法。（二）仿形触头1．对仿形触头的要求（1）头部倾斜角小于靠模工作面上的最小斜角。（2）头部半径靠模上的最小半径（3）触头形状与铣刀理论上应尺寸相同（4）触头偏移的修整：触头直径：d——铣刀直径a——型腔加工后需留的钳工修整量e——由于触头偏移的修正值e=0.06-0.1mm)(2eadD2．触头种类（1）圆柱形触头：以圆柱面为仿形基面，用于平面轮廓和型腔底部清根的仿形；（2）球型触头：以球头为仿形基准，用于三维型腔的表面加工；（3）锥形球头触头：以球头为仿型基准，用于曲率半径较小的深型腔复杂型面的立体仿形；3、触头材料：钢、铝、铜、塑料等，表面硬且抛光，结构上尽量轻短。（三）铣刀1．圆柱立铣刀：适用于型腔粗加工，及要求型腔底部为清角的仿形加工2．圆柱球头铣刀：适用于加工底面与侧壁间有圆弧过渡的型腔3．锥形球头铣刀：与球头形触头配用，可对型腔侧面的出模斜度及底部过渡圆角同时进行精加工，对具有一定深度和较小的凹圆弧进行加工。4．小型锥指铣刀：用于加工细小花纹5．双刃硬质合金铣刀：用于粗精加工铸铁铣刀选用：尺寸形状←型腔形状，特别是圆角半径粗加工：刚性直径大铣刀精加工：切削刃圆角半径工件内凹圆角半径的球头铣刀（四）仿形加工1．基本加工形式：（1）垂直二维仿形（行切）（2）水平二维仿形（3）三维（立体轮廓）2．型腔或型面的仿形加工三、雕刻加工*雕刻加工的应用：模具表面的文字、数字和花纹图案等*雕刻机床+缩放尺*平面雕刻机，立体雕刻机（一）缩放尺1、四杆活络连杆组成的缩放机构2、组成：3、工作原理：（二）对靠模、刻刀、仿形触头的要求1、靠模：（1）比例的选择（2）材料：耐压、耐磨。合成树脂或金属，2、刻刀：刃口尖细，锋利，常用硬质合金或高速钢制造3、仿形触头：端部尺寸与靠模尺寸成比例，作业：1、模具制造的有哪些主要特点？2、模具制造的主要方法有哪些？各有何特点？3、说出组成模具的一般组成零、部件？分别用什么方法加工？4、仿形加工有几种控制方式，各有何特点？5、仿形触头有何要求？有几种？6、仿形加工的基本形式有哪些？7、试述光学中心测定器的作用和使用方法？8、工件的定位有几种方法，各用到什么工具？§2.3模具的精密加工精密加工应注意加强的问题1．在考虑模具加工方法的基础上进行结构设计，使结构与加工方法相适应；2．高精度，高刚性的加工机床；3．刀具材料；4．温度控制为中心的良好环境；5．操作人员的教育和培训6．向设计部门及时反馈加工信息。一、坐标镗床加工（一）应用1．加工零件上各面上有精密孔距要求的孔，保证孔的尺寸精度，孔距精度2．尺寸精度：IT6～7；Ra0.8，孔距精度：0.005～0.01mm3．恒温环境：20±1℃，湿度55±5%（二）坐标镗床及其测量系统1．坐标镗床的结构（立式）单柱，双柱工作台的纵向移动和主轴箱留板的横向移动均设有光学测量装置。床身横向滑座纵向滑座工作台立柱主轴箱2．测量系统（1）粗定位尺（mm）：固定在横梁上，指针17固定在溜板上。（2）精密刻线：刻线间隔1mm，固定在溜板上（3）光学系统：横梁上，光屏上有0～10的双刻线，间距40mm，每个代表0.1mm（4）游标刻线板：位于光屏下方，圆形，有100个分格，转一周，光屏移动一格，所以，游标刻线板每一分格表示0.001mm3．零位调整：（1）主轴轴线与被加工工件基准面（或孔的中心线）对准；（2）使游标零线对准光屏下方的指标；（3）使精密刻线尺上两根刻线的像分别位于光屏上方0与10两处的双线中间；（4）移动指针，使刻线对准粗定位尺上的任意刻线，固定指标，为初读数4．举例：横向移动23.746mm光栅坐标测量装置（1）组成：光源，二块光栅，光电元件（2）光栅：50，100，200/mm长光栅（标尺光栅）：移动短光栅（指示光栅）：固定（3）莫尔条纹节距：W=ω/θ放大作用（三）主要附件1．万能转台（1）加工圆周上分布的孔（0～360°）；（2）加工斜孔（0～90°）2．光学中心测定器（1）安装在机床主轴的锥孔中（2）作用：使机床主轴对准基准边或基准线的交线（3）定位角铁：两内表面垂直，表面上固定以直径7mm的镀铬钮上有一刻线。3．镗孔夹头和镗刀（1）镗孔夹头：按镗孔径的大小精确调节刀尖与主轴轴线间的距离。（2）镗刀：后面为阿基米德螺旋面，升角3度，只需刃磨前面，适于镗φ3～20mm的孔。4．弹簧中心冲：用于划线，打中心孔（四）加工工艺1．工件的定位（1）以划线为定位基准（精度较低），弹簧中心冲+光学中心测定器（2）以外圆或孔为定位基准，使用千分表（3）以互相垂直的两侧面为定为基准*用定位角铁+光学中心测定器*用千分表+专用工具找正：*用芯轴定位找正：适用芯轴定位棒，精密量块：主轴中心和工件基准面间距离D——定位棒直径（20mm）；z——块规尺寸zDx22．坐标尺寸的换算（1）为何进行换算？工件是以直角坐标系或极坐标系定位加工的，而设计时孔位尺寸是按设计要求标注的。（2）举例：*用直径20mm芯轴定位3．孔的加工（1）用精孔钻加工：用镗刀加工困难的小孔*用麻花钻修磨*磨出顶角8～10度的修光刃，60度的切削刃*切削速度低（2～8m/min）*扩孔余量：0.1～0.3mm*钻孔尺寸精度：IT6～7，Ra1.6～0.4（2）镗孔加工（尺寸大于3mm的孔）*步骤：打中心孔→钻中心孔→几次扩孔→精镗（余量0.08～0.14mm）*当d20mm，先在其他机床上粗加工，再在坐标镗床上精加工。钻削直径在Ø2～Ø16mm的内孔时,可将钻头修磨成附图所示的几何形状,使其具有较长的修光刃和较大的后角,刃口十分锋利,类似铰刀的刃口和较大的容屑槽,可进行钻孔和扩孔,使孔获得较高的加工精度和表面质量。钻孔或扩孔时,进给要均匀。对钻削碳钢时加工精度可达IT6～IT8,表面粗糙度可达Ra3.2～1.6µm。采用的切削用量：Vc=2～10m/min,f=0.08～0.2mm/r。冷却润滑液为乳化液或植物油。（3）铰孔*步骤：钻中心孔→钻孔→精铰钻孔→扩孔→精铰钻孔→半精镗→精铰*适于直径小于20mm的孔，孔距精度要求不高（0.03～0.05mm）4．镶拼结构：高精度模具为拼镶结构，固定板不热处理，易保证孔距。二、坐标磨床加工*利用准确的坐标定位实现孔的精密加工：精度：孔距5μm；Ra0.2，孔径0.8～200mm，（一）坐标磨床简介(立式单柱）1．三个主要运动：砂轮的转动（自转