模具零件加工工艺分析

第六章模具零件加工工艺分析学习目的与重点本章以凸模、凹模、型芯、型腔等模具主要零件的加工为例，通过分析这些零件的主要加工方法、工艺路线、加工中常见的问题及解决现场工艺问题的对策，力求起到举一反三的作用。在学习时重点掌握模具典型零件的加工工艺。•第一节冷冲模主要零件加工工艺分析•一、冲裁模的加工工艺•（一）冲裁模的加工特点•这里主要介绍单工序冲载模、连续模、复合模这三类冲裁模的加工特点。•1.单工序冲裁模•单工序冲裁模加工与制造，可根据图样要求，实行工件单独制作与配作相结合。装配时按图样要求，根据实践经验及习惯作法进行装配，只要能保证凸、凹模间的间隙均匀方可。•2.级进模•（1）级进模的制造一般采用先加工凸模的方法，即先将凸模按图样要求，划线、钳工加工成形，并经淬火处理。•（2）凸模制成后，可对卸料板按图样进行划线。在划线以前定要使划线表面用平面磨床磨平，且六面应相互垂直，选其一面作为划线基准面。在有坐标镗床的情况下，用坐标镗床进行划线和钻孔。在没有坐标镗床的情况下，可利用划线高度尺，在平台上按图样划线，在划线时一定要仔细，划线后按图样进行检查。•（3）将划好线的卸料板由钳工粗钻型孔成形。•（4）将卸料板、凸模固定板，凹模坯件相互对齐并用平形夹夹紧、钻销钉定位孔。•（5）用加工好的凸模，在卸料板粗加工出的孔中，用压印的方法加工孔，每次压印深度为1mm左右，并用细锉加工，使之和凸模成相应间隙配合。•（6）把加工好的卸料板和凹模坯件用销钉紧固，并使其对齐。用加工好的卸•料板孔作为导向，用划针在凹模表面上划线，卸下后精加工凹模各孔。•（7）粗加工后的凹模坯件与卸料板再次用销钉紧固，以卸料板作为导向，用•相应的凸模对凹模压印，压印深度为1mm左右，然后锉修成形，并保证凸凹模所要求的间隙值。•（8）凸模固定板各孔的位置确定及加工方法，与凹模加工方法相同。•3.复合模•（1）首先加工成形冲孔凸模。•（2）对凸凹模进行粗加工，并按图样划线。粗加工后用冲孔凸模压印锉修成形凸凹模内形孔。•（3）制作一个与冲件形状尺寸完全相同的样板，再把凸凹模与样板用环氧树脂粘合在一起或者按图样划线。•（4）按样板或划线刨外形。•（5）经精锉修后，将凸凹模锯下一块，可作为卸料器用。•（6）将加工后的凸凹模淬硬，再用压印锉修法压印凹模孔。•（7）用冲孔凸模通过卸料器压印锉修凸模固定板形孔。•（8）装配时，先装上模，再装下模。•上述所介绍的冲裁模制造方法，只是传统的手工制模方法。当你所在工厂有先进的设备时，连续模可以先制作凹模，然后再以凹模为基准，配作凸模、凸模固定板及卸料板；而对于复合模，可首先加工凸模，并使凸模比图样要求在长度方向长一些，然后以此作为电极，用电火花加工凸凹模形孔。再作一个与凸凹模外形一样的电极，加工凹模孔。•（二）凸、凹模的结构形式•1、凸模的结构形式见表6－1•表6－1凸模结构形式p200•2.凹模的结构形式见表6－2。•凸、凹模的加工•1、技术要求冲裁凸、凹模的技术要求如下：•（1）尺寸精度•凸模、凹模、凸凹模、侧刃凸模加工后，其形状、尺寸精度应符合模具图样要求。配合后应保证合理的间隙。•（2）表面形状•1）凸模、凹模、凸凹模、侧刃凸模的工作刃口应尖锐、锋利、无倒锥、裂纹，黑斑及缺口等缺陷。•2）凸模、凹模刃口应平直，（除斜刃口外）不得有反锥，但允许有向尾部增大的不大于15°的锥度。•3）冲裁凸模，其工作部分与配合部分的过渡圆角处，在精加工后不应出现台肩和棱角，并应圆滑过渡，过渡圆角半径一般为3～5mm。•4）新制造的凸模、凹模、侧刃凸模无论是刃口还是配合部分一律不允许烧焊。•5）凸模、凹模、凸凹模的尖角（刃口除外）图样上未注明部分，允许按R0.3mm制作。•（3）位置精度•1）冲裁凸模刃口四周的相对两侧面应相互平行，但允许稍有斜度，其垂直度应不大于0.01-0.02mm，大端应位于工作部分。•2）圆柱形配合的凸模、凹模、凸凹模，其配合面与支撑台肩的垂直度允差不大于0.01mm。•3）圆柱形凸模、凹模工作部分直径相对配合部分直径的同轴度允差不得超过工作部分直径偏差的1/2。•4）镶块凸模与凹模其结合面缝隙不得超过0.03mm。•（4）表面粗糙度•加工后的凸模与凹模工作表面粗糙度等级一定要符合图样要求。一般刃口部分为Ra1.6-0.8μm，其余非工作部分允许Ra25-12.5μm。•（5）硬度•1）加工后的凸模与凹模应有较高的硬度和韧性，一般要求：凹模硬度：60-64HRC；凸模硬度：58-62HRC。•2）凡是铆接的凸模，允许在自1/2高度处开始向配合（装配固定板部位）部分硬度逐渐降低，但最低不应小于HRC38-40。•2、冲裁凸、凹模的加工原则•（1）落料时，落料零件的尺寸与精度取决于凹模刃口尺寸。因此，在加工制造落料凹模时，应使凹模尺寸与制品零件最小极限尺寸相近。凸模刃口的公称尺寸，则应按凹模刃口的公称尺寸减小一个最小间隙值来确定。•（2）冲孔时，冲孔零件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，在制造及加工冲孔凸模时，应使凸模尺寸与孔的最大尺寸相近，而凹模公称尺寸，则应按凸模刃口尺寸加上一个最小间隙值来取。•（3）对于单件生产的冲模或复杂形状零件的冲模，其凸、凹模应用配制法制作与加工。即先按图样尺寸加工凸模（凹模），然后以此为准，配作凹模（凸模），并适当加以间隙值。落料时，先制造凹模，凸模以凹模配制加工；冲孔时，先制造凸模，凹模以凸模配制加工。•（4）由于凸模、凹模长期工作受磨损而使间隙加大，因此，在制造新冲模时，应采用最小合理间隙值。•（5）在制造冲模时，同一副冲模的间隙应在各方向力求均匀一致。•（6）凸模与凹模的精度（公差值）应随制品零件的精度而定。一般情况下，圆形凸模与凹模应按IT5-IT6精度加工，而非圆形凸、凹模，可取制品公差的1/4精度来加工。•3、凸、凹模精加工顺序•(1)选择方案选择方法见表6－3。p203•表6－3凸、凹模精加工方案选择•(2)配合加工顺序的选择凸、凹模配合加工顺序的选择见表6－4。•p203（3）根据机床选择凸、凹模的加工顺序见表6－5。p2044.凸模的加工方法及加工工艺•（1）凸模的机械加工方法见表6－6。p205•1）如图5-1用仿形刨加工凸模，其加工工艺过程为：•1在车床、铣床或刨床上粗加工凸模毛坯。•2.将辅助面（包括垂直面）在平面磨床或外圆磨床上磨削。•3.在磨平的平面上按图样划线。•4.在铣床上初加工凸模轮廓，留有0.2～0.3mm精加工余量。•5.仿形刨床加工到尺寸。•6.钳工整修。•7.热处理淬硬。•8.钳工研磨刃口及整修。•加工时应注意的问题：•1.可加工圆弧和直线组成的各种形状复杂的凸模。•2.凸模根部（安装部位）应设计成圆弧形，并要求与加工尺寸一致；装合部位设计成圆形或方形，可增加其刚性。•3.加工精度为士0.02mm表面粗糙度可达Ra3.2～0.8µm。•4.生产效率较低，且加工后淬硬易变形，而影响凸凹模精度。•2）如图6－2用成形磨床加工凸模，其加工工艺过程为：•①凸模经机械粗加工成形经热处理淬硬后，进行磨削。•②.磨削第一种方法：用成形砂轮进行磨削，利用修整砂轮装置，将砂轮修整•成与制件型面相吻合的相反型面。然后利用其磨削凸模模坯。获得所需形状及尺寸的凸模；第二种方法：用轨迹运动法进行磨削，将凸模装在夹具上，利用夹具使凸模倾斜一定角度或回转，在磨床上把凸模的斜面与弧面磨削出来。如采用精密平口钳，正弦分中夹具，万能夹具等。•加工时应注意的问题：•1.修整任何形状的砂轮（角度、圆弧），在使用金钢笔修整前，均需碳化硅砂条式实心精碳棒粗修。精修时，进刀量要小，金刚笔自移动必须缓慢进行。•2.砂轮必须经常修磨削以提高精度。•3.砂轮应固定形状单独使用。•4.由于淬火后修磨，故消除了碎火后变形的影响。•5.加工出的凸模精度高。•如图5－3用压印修锉法加工凸模，其加工工艺过程为：•1.按图样加工好凹模并热处理淬硬。•2.用1～2mm厚的低碳钢板，按凸模断面形•状加工一个样板。•3.用机械加工方法粗加工，并磨平端面。•4.按样板或图样划线。•5.在铣床上粗加工，并留有0.5mm压印余•量。•6.用压力将未经淬硬的凸模，垂直压入淬硬•的凹模孔内则，凸模多余的金属被挤出，并出现了印痕亮面。•7.钳工将多余的印痕锉修去除。•8.锉去多余的金属后，再压印，再锉削直到刃口达到所要求的尺寸为止。•9.样板检验合格后淬硬修光。•加工时应注意的问题：•1.首次压印深度为0.2-0.3mm,以后各次可略大些。•2.压印时在凸模表面上涂一层硫酸铜溶液，形成铜膜，并可将凹模刃口用油石磨出0.1mm左右的园角，以提高压印表面粗糙度(Ra0.80-0.40)以减少磨擦力。•3.压印时，应始终保持压力通过凹模孔中心线，不可歪斜。凸模放在凹模孔内，四周间隙要均匀。•4.锉削时不准碰伤压光表面，每次锉削后留下的余量，四周要均匀，以免再压印时偏斜。•5.压印锉修法适用于缺少专用设备情况下冲模的制作。•（2）凸模的加工工艺•1）圆形凸模的加工工艺见表6－7。p207•2）非圆形凸模加工工艺见表6－8。p207•（3）实例•分析图6－4冲孔凸模的加工工艺过程。••1）工艺性分析•该零件是冲孔模的凸模，工作零件的制造方法采用“配作法”。冲孔加工时，凸模是“基准件”，凸模的刃口尺寸决定制件尺寸，凹模型孔加工是以凸模制造时刃口的实际尺寸为基准来配制冲裁间隙的。应此，凸模在冲孔模中是保证产品制件型孔的关键零件。冲孔凸模零件“外形表面”是矩形，尺寸为22mm×32mm×45mm，在零件开始加工时，首先保证“外形表面”尺寸。零件的成形表面是由R6.92-00.02mm×29.84-00.04mm×13.84–00.02mm×R5×7.82-00.03mm组成的曲面，零件的固定部分是矩形，它和成形表面呈台阶状，该零件属于小型工作零件，成型表面在淬火前的加工方法可以采用仿形刨削或压印修锉法；淬火后的精加工可以采用坐标磨削和钳工修研的方法。采用压印修锉法加工需要制作基准件，用凹模作基准件是不合理的，如果要作基准件又要增加二级工具，在没有坐标磨床的情况下，采用仿型刨削做为淬火前的主要加工手段，在淬火中控制变形量，淬火后的精加工通过模具钳工来保证。•零件的材料是MnCrWV，热处理硬度58-62HRC，是低合金工具钢，也是低变形冷作模具钢，具有良好的综合机械性能。是锰鉻钨系钢的代表性钢种。由于材料含有微量的钒，起到仰制碳化物网，增加淬透性和降低热敏感性，使晶粒细化。零件为实心零件，各部位尺寸差异不大，热处理较易控制变形，达到图样要求。•2）工艺方案•对复杂型面凸模的制造工艺应根据凸模形状、尺寸、技术要求并结合本单位设备情况等具体条件来进行制订，此类复杂凸模的工艺方案为：•①备料：根据下料尺寸的计算公式，计算出棒料的长度和直径。•②锻造：锻成一个长×宽×高、每边均含有加工余量的长方体；•③热处理：退火（按模具材料选取退火方法及退火工艺参数）；•④刨（或铣）六面，单面留余量0.2-0.25mm；•⑤平磨（或万能工具磨）磨六面至尺寸上限，基准面对角尺寸，保证相互平行垂直；•⑥钳工划线（采用刻线机划线、或仿型刨划线）；•⑦粗铣外形（立式铣床或万能工具铣床）留单面余量0.3-0.4mm；•⑧仿形刨或精铣成型表面，单面留0.02-0.03mm研磨量；•⑨检查：用放大图在投影仪上将工件放大检查其型面（适用于中小工件）；•⑩钳工粗研：单面0.01-0.015mm研磨量（或按加工余量表选择）；•⑩热处理：工作部分局部淬火及回火；•⑩钳工精研及抛光。•此类结构凸模的工艺方案不足之处就是淬火之前机械加工必须成形，这样势必带来热处理的变形、氧化、脱碳、烧蚀等问题，影响凸模的精度和质量。在选材时应采用热变形小的合金工具钢如CrWM，Cr12MoV等；采用高温盐浴炉加热、淬火后采用真空回火炉回火稳定热处理，防止过烧和氧化等现象。•3）型面检验及二级工具•零件成型表面形状和尺寸的检查，对于二维曲面的复杂成形表面的检查，在不便于采用通用量具进行直接检验时，在模具生产中，广泛采