模具典型零件加工工艺分析.docx

资源描述

模具典型零件加工工艺分析.docx

《模具典型零件加工工艺分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具典型零件加工工艺分析.docx（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

模具典型零件加工工艺分析.docx

模具典型零件加工工艺分析

第七章模具典型零件加工工艺分析

第一节模具工作零件加工概述

模具的工作零件（或成型零件）一般比较复杂，而且有较高的加工精度要求，其加工质

量直接影响到产品的质量与模具的使用寿命。

模具工作零件工作型面的形状多种多样，但归

纳起来不外乎两类：

一是外工作型面，包括型芯与凸模等工作型面；二是内工作型面，如各种凹模的工作型面，按照工作型面的特征又可分为型孔与型腔两种。

、模具工作零件的加工方法

工作零件的加工方法根据加工条件和工艺方法可分为三大类，即通用机床加工、数控机床加工和采用特种工艺加工。

通用机床加工模具零件，主要依靠工人的熟练技术，利用铳床、车床等进行粗加工、半精加工，然后由钳工修正、研磨、抛光。

这种工艺方案，生产效率低、周期长、质量也不易保证。

但设备投资较少，机床通用性强，作为精密加工、电加工之前的粗加工和半精加工又不可少，因此仍被广泛采用。

数控机床加工是指采用数控铳、加工中心等机床对模具零件进行粗加工、半精加工、精加工以及采用高精度的成形磨床、坐标磨床等进行热处理后的精加工，并采用三坐标测量

仪进行检测。

这种工艺降低了对熟练工人的依赖程度，生产效率高，特别是对一些复杂成型

零件，采用通用机床加工很困难，不易加工出合格的产品，采用数控机床加工显然是很理想

的。

但是一次性投资大。

所谓特种工艺，主要是指电火花加工、电解加工、挤压、精密铸造、电铸等成形方法。

模具常用加工方法能达到的加工精度、表面粗糙度和所需的加工余量见表7-1。

表7-1模具常用加工方法的加工余量、加工精度、表面粗糙度

制造方法

本道工序经济加工余量（单面）

/mm

经济加工精度

表面粗糙度Ra/m

半精刨

0.8〜1.5

IT10〜12

6.3〜

12.5

刨削

精刨

0.2〜0.5

IT8〜9

3.2〜

7.3

划线铳

1〜3

1.6mm

1.6〜

7.3

靠模铳

1〜3

0.04mm

1.6〜

^6.3

铳削

粗铣

1〜2.5

IT10〜11

3.2〜

12.5

精铳

0.5

IT7〜9

1.6〜

7.2

仿形雕刻

1〜3

0.1mm

1.6〜

7.2

靠模车

0.6〜1

0.24mm

1.6〜

7.2

成形车

0.6〜1

0.1mm

1.6〜

7.2

车削

粗车

IT11〜12

6.3〜

12.5

半精车

0.6

IT8〜10

1.6〜

^6.3

精车

0.4

IT6〜7

0.8〜

精细车、金刚车

0.15

IT5〜6

0.1〜

7.8

钻

—

IT11〜14

6.3〜

12.5

扩

粗扩

1〜2

IT12

6.3〜

12.5

细扩

0.1〜0.5

IT9〜10

1.6〜

^6.3

铰

粗铰

0.1〜0.15

IT9

3.2〜6.3

精铰

0.05〜0.1

IT7〜8

0.8

细铰

0.02〜0.05

IT6〜7

0.2〜0.4

锪

无导向锪

—

IT11〜12

3.2〜12.5

有导向锪

—

IT9〜11

1.6〜3.2

镗削

粗镗

IT11〜12

6.3〜12.5

半精镗

0.5

IT8〜10

1.6〜6.3

高速镗

0.05〜0.1

IT8

0.4〜0.8

精镗

0.1〜0.2

IT6〜7

0.8〜1.6

精细镗、金刚镗

0.05〜0.1

IT6

0.2〜0.8

磨削

粗磨

0.25〜0.5

IT7〜8

3.2〜6.3

半精磨

0.1〜0.2

IT7

0.8〜1.6

精磨

0.05〜0.1

IT6〜7

0.2〜0.8

细磨、超精磨

0.005〜0.05

IT5〜6

0.025〜0.1

仿形磨

0.1〜0.3

0.01mm

0.2〜0.8

成形磨

0.1〜0.3

0.01mm

0.2〜0.8

坐标镗

0.1〜0.3

0.01mm

0.2〜0.8

珩磨

0.005〜0.03

IT6

0.05〜0.4

钳工划线

—

0.25〜0.5mm

钳工研磨

0.002〜0.015

IT5〜6

0.025〜0.05

钳工抛光

粗抛

0.05〜0.15

—

0.2〜0.8

细抛、镜面抛

0.005〜0.01

—

0.001〜0.1

电火花成形加工

—

0.05〜0.1mm

1.25〜2.5

电火花线切割

—

0.005〜0.01mm

1.25〜2.5

电解成形加工

—

±0.05〜0.2mm

0.8〜3.2

电解抛光

0.1〜0.15

—

0.025〜0.8

电解磨削

0.1〜0.15

IT6〜7

0.025〜0.8

照相腐蚀

0.1〜0.4

—

0.1〜0.8

超声抛光

0.02〜0.1

—

0.01〜0.1

磨料流动抛光

0.02〜0.1

—

0.01〜0.1

冷挤压

—

IT7〜8

0.08〜0.32

注：

经济加工余量是指本道工序的比较合理、经济的加工余量。

本道工序加工余量要视加工基本尺寸、工件材料、热处理状况、前道工序的加工结果等具体情况而定。

二、模具工作零件的制造过程

模具工作零件的制造过程与一般机械零件的加工过程相类似，可分为毛坯准备、毛坯加

工、零件加工、装配与修整等几个过程。

1.毛坯准备主要内容为工作零件毛坯的锻造、铸造、切割、退火或正火等。

2.毛坯加工主要内容为进行毛坯粗加工，切除加工表面上的大部分余量。

工种有锯、刨、铳、粗磨等。

3•零件加工主要内容为进行模具零件的半精加工和精加工，使零件各主要表面达到

图样要求的尺寸精度和表面粗糙度。

工种有划线、钻、车、铳、镗、仿刨、插、热处理、磨、

电火花加工等。

4.光整加工主要对精度和表面粗糙度要求很高的表面进行光整加工，工种有研磨、

抛光等。

5.装配与修正主要包括工作零件的钳工修配及镶拼零件的装配加工等。

在零件加工过程中，需要涉及到机加工的顺序安排和热处理工序安排。

安排机加工的顺

序应考虑到：

先粗后精、先主后次、基面先行、先面后孔的原则。

零件的热处理加工，包括预先热处理和最终热处理，预先热处理的目的是改善切削加工性能，其工序位置多在粗加工

前后，最终热处理的目的是提高零件材料的硬度和耐磨性，常安排在精加工前后。

在零件的加工中，工序的划分及采用的工艺方法和设备是要根据零件的形状、尺寸大小、结构工艺及工厂设备技术状况等条件决定的。

不同的生产条件采用的设备及工序划分也

不同。

所以零件具体的加工方法与工序应根据零件要求和所在单位的技术与设备来综合考虑制定。

第二节凸模和型芯零件加工

凸模、型芯类模具零件是用来成型制件内表面的。

由于成型制件的形状各异、尺寸差别较大，所以凸模和型芯类模具零件的品种也是多种多样的。

按凸模和型芯断面形状，大致

可以分为圆形和异形两类。

圆形凸模、型芯加工比较容易，一般可采用车削、铳削、磨削等进行粗加工和半精加工。

经热处理后在外圆磨床上精加工，再经研磨、抛光即可达到设计要求。

异型凸模和型芯

在制造上较圆形凸模和型芯要复杂得多。

本节主要讨论异型凸模和型芯模具零件的加工。

一、非圆形凸模加工工艺分析

例1某冲孔的凸模如图7-1所示。

（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“实配法”。

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，凹模是“基准件”。

因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22mmX32mmX45mm，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R6.92mmX29.84亠04

mmX13.84-°.02mmXR5X7.82-°.03mm组成的曲面，零件的固定部分是矩形，它和成型表面呈台阶状，该零件属于小型工作零件，成型表面在淬火前的加工方法采用仿形刨削或压印法；淬火后的精密加工可以采用坐标磨削和钳工修研的方法。

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，具有良好的综合性能，是锰铬钨系钢的代表钢种。

由于材料含有微量的钒，能抑制

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

具体条件来制订，此类复杂凸模的工艺方案为：

（1）备料：

弓形锯床

（2）锻造：

锻成一个长X宽X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（或铳）六面，单面留余量0.2~0.25mm;

（5）平磨（或万能工具磨）六面至尺寸上限，基准面对角尺，保证相互平行垂直；

（6）钳工划线（或采用刻线机划线、或仿形刨划线）；

（7）粗铳外形（立式铳床或万能工具铳床）留单面余量0.3~0.4mm;

（8）仿形刨或精铳成型表面，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）；

（11）热处理：

工作部分局部淬火及回火；

（12）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CrWMn,Cr12MoV等；采用高温盐浴炉加热、淬火后采用真空回火稳定处理，防止过烧和氧化等现象产生。

氏余比&3

金面R.Q.4/K.6.3

爭件豁籍：

冲扎損凸複持料1MnCrWV焙址理：

58—C2HRC

图7—1冲孔模凸模

二、冲裁凸凹模零件加工工艺分析

例2冲裁凸凹模零件如图7—2所示。

its!

—兰广flu

¥Ft方時,ftp■W*4CrCWV^H

*ixnvn

图7-2冲裁凸凹模

（一）工艺性分析

冲裁凸凹模零件是完成制件外形和两个圆柱孔的工作零件，从零件图上可以看出，该成

形表面的加工，采用“实配法”，外成形表面是非基准外形，它与落料凹模的实际尺寸配制，

保证双面间隙为0.06mm;凸凹模的两个冲裁内孔也是非基准孔，与冲孔凸模的实际尺寸配间隙。

该零件的外形表面尺寸是104mmX40mmX50mm。

成形表面是外形轮廓和两个圆

孔。

结构表面是用于固紧的两个M8mm的螺纹孔。

凸凹模的外成形表面是分别由R14*mm、

①40mm、R5mm的五个圆弧面和五个平面组成，形状比较复杂。

该零件是直通式的。

外成形表面的精加工可以采用电火花线切割、成形磨削和连续轨迹坐标磨削的方法。

该零件

的底面还有两个M8m啲螺纹孔，可供成形磨削夹紧固定用。

凸凹模零件的两个内成形表面为圆锥形，带有15'的斜度，在热处理前可以用非标准锥度铰刀铰削，在热处理后进行研磨，保证冲裁间隙。

因此，应该进行二级工具锥度铰刀的设计和制造。

如果具有切割斜度的

线切割机床，两内孔可以在线切割机床上加工。

凸凹模零件材料为Cr6WV高强度微变形冷冲压模具钢。

热处理硬度58〜62HRCCr6MV

材料易于锻造，共晶碳化物数量少。

有良好的切削加工性能，而且淬水后变形比较均匀，几

乎不受锻件质量的影响。

它的淬透性和Cr12系钢相近。

它的耐磨性、淬火变形均匀性不如

Cr12MoV钢。

零件毛坯形式应为锻件。

（二）工艺方案

根据一般工厂的加工设备条件，可以采用两个方案：

方案一：

备料-锻造-退火-铳六方-磨六面-钳工划线作孔-镗内孔及粗铳外形-热处理-研磨内孔-成形磨削外形。

方案二：

备料-锻造-退火-铳六方-磨六面-钳工作螺孔及穿丝孔-电火花线切割内外形。

（三

二）工艺过程的制定

采用第一工艺方案：

序-

号工序名称

工序主要内容

下料

锯床下料，056mnX117mm

锻造

锻造110mmK45mm<55mm

热处理

退火，硬度HBC241

立铳

铳六方104.4mmX50.4mmX40.3mm

平磨

磨六方，对90°

钳

划线，去毛刺，做螺纹孔

镗

镗两圆孔，保证孔距尺寸，孔径留0.1〜0.15mm的余量

钳

铰圆锥孔留研磨量，做漏料孔

工具铳

按线铳外形，留双边余量0.3〜0.4mm

热处理

淬火、回火、58〜62HRC

平磨

光上下面

钳

研磨两圆孔，（车工配制研磨棒）与冲孔凸模实配，保证双

面间隙为0.06mm

三、型芯零件加工工艺分析

例3塑料模型芯零件如图7-3所示。

1.工艺性分析

该零件是塑料模的型芯，从零件形状上分析，该零件的长度与直径的比例超过5:

1，属

于细长杆零件，但实际长度并不长，截面主要是圆形，在车削和磨削时应解决加工装卡问题，在粗加工车削时，毛坯应为多零件一件毛坯，既方便装夹，又节省材料。

在精加工磨削外圆

时，对于该类零件装卡方式有三种形式，如图7-4所示。

图7-4中的a是反顶尖结构，适用

于外圆直径较小，长度较大的细长杆凸模、型芯类零件，d

形顶尖，在零件加工完毕后，再切除反顶尖部分。

b是加辅助顶尖孔结构，两端顶尖孔按

GBI45-85要求加工，适用于外圆直径较大的情况，d>5mm时，工作端的顶尖孔，根据零

件使用情况决定是否加长，当零件不允许保留顶尖孔时，在加工完毕后，再切除附加长度和

顶尖孔。

c是加长段在大端的作法，介于a和b之间，细长比不太大的情况。

该零件是细长轴，材料是CrWMn热处理硬度45~5OHRC零件要求进行淬火处理。

从零件形状和尺寸精度看，加工方式主要是车削和外圆磨削，加工精度要求在外圆磨削的经济加

工范围之内。

零件要求有脱模斜度也在外圆磨削时一并加工成形。

另外，外圆几处磨扁处，在工具磨床上完成。

该零件做为细长轴类，在热处理时，不得有过大的弯曲变形，弯曲翘曲控制在0.1mm

之内。

塑料模型芯等零件的表面，要求耐磨耐腐蚀，成型表面的表面粗糙度能长期保持不变，在长期250C工作时表面不氧化，并且要保证塑件表面质量要求和便于脱模。

因此要求淬硬，

成型表面RaO.I卩m并进行镀铬抛光处理。

因此该零件成形表面在磨削时保持表面粗糙度为Ra0.4卩m基础上，进行抛光加工，在模具试压后进行镀铬抛光处理。

零件毛坯形式，采用圆棒型材料，经下料后直接进行机械加工。

该型芯零件一模需要20件，在加工上有一定的难度，根据精密磨削和装配的需要，为了保证模具生产进度，在开始生产时就应制作一部分备件，这也是模具生产的一个特色。

在

模具生产组织和工艺上都应充分考虑，总加工数量为24件，备件4件。

"向

零件名称：

型芯材料：

CrWMn热处理45〜50HRC数量：

20件RaO.1gm表面镀铬抛光80.015

图7-3塑料模型芯

1~0

-尸―

a）

■■■■

*—1

LJ.

图7-4细长轴装卡基准形式

2.工艺方案

一般中小型凸模加工的方案为：

备料一粗车（普通车床）一热处理（淬火、回火）一检

验（硬度、弯曲度）一研中心孔或反顶尖（车床、台钻）一磨外圆（外圆磨床、工具磨床）一检验一切顶台或顶尖（万能工具磨床、电火花线切割机床）一研端面（钳工）一检验。

3.工艺过程

材料:

CrWMn零件总数量24件，其中备件4件。

毛坯形式为圆棒料，8个零件为一件毛

坯。

序号工序名称工序主要内容

下料

圆棒料①12mmX550mm3件

车

按图车削，RaO.I卩m及以下表面留双边余量0.3〜0.4mm两端在零件长度之外做反顶尖。

热

八、、

淬火、回火:

40〜45HRC弯曲w0.1mm。

车

研磨反顶尖。

外磨

磨削Ra1.6m及以下表面，尺寸磨至中限氾围，Ra0.4卩m>

车

抛光RaO.Iim外圆，达图样要求。

线切割

切去两端反顶尖。

工具磨

—1—A

磨扁2.7-010mm4-010至中限尺寸以及尺寸8mm

钳

抛光Ra0.1im两扁处。

钳

模具装配（试压）。

电镀

试压后Ra0.Iim表面镀铬。

钳

抛光RaO.Iim表面。

第三节型孔、型腔零件加工

一、冲裁凹模加工工艺分析

图7-5是几种曲型的冲裁凹模的结构图。

这些冲裁凹模的工作内表面，用于成形制件外形，都有锋利刃口将制件从条料中切离下

来，此外还有用于安装的基准面，定位用的销孔和紧固用的螺钉孔，以及用于安装其它零部

件用的孔、槽等。

因此在工艺分析中如何保证刃口的质量和形状位置的精度是至关重要的。

对于圆凹模其典型工艺方案是：

备料-锻造-退火-车削-平磨-划线-钳工（螺孔及销孔）-

淬火-回火-万能磨内孔及上端面-平磨下端面-钳工装配

对图7-5b的整体复杂凹模其工艺方案与简单凹模有所不同，具体为：

备料-锻造-退火-

刨六面-平磨-划线-铳空刀-钳工（钻各孔及中心工艺孔）-淬火-回火-平磨-数控线切割-钳工研磨。

如果没有电火花线切割设备，其工艺可按传统的加工方法：

即先用仿形刨或精密铳床等

设备将凸模加工出来，用凸模在凹模坯上压印，然后借助精铳和钳工研配的方法来加工凹模。

其方案为：

刨-平磨-划线-钳压印-精铳内形-钳修至成品尺寸-淬火回火-平磨-钳研抛光。

对图7-5C组合凹模，常用于汽车等大型覆盖件的冲裁。

对大型冲裁模的凸、凹模因其尺寸较大（在800mm<800mm以上），在加工时如没有大型或重型加工设备（锻压机、加热炉、

机床等），可采用将模具分成若干小块，以便采用现有的中小设备来制造，分块加工完毕后再进行组装。

—/

L-山

—TH

a）b）叮

图7-5冲裁凹模结构图

a）简单圆凹模b）整体复杂凹模c）大型镶拼式凹模

例4级进冲裁模凹模如图7-6所示。

5W十

IwQ5I|料]

凤?

土Ot»Z71土加

J士開』±001:

父j匕j韵土叮

£i

IS.OTm

SI.0■+>1畫

22±DJ>2

菇±U.O]

凹凰捕料：

MnCrWVBO-64HRC

图7-6冲裁凹模

（一）工艺性分析该零件是级进冲裁模的凹模，采用整体式结构，零件的外形表面尺

寸是120mmx80mmX18mm,零件的成形表面尺寸是三组冲裁凹模型孔，第一组是冲定距孔和两个圆孔，第二组是冲两个长孔，第三组是一个落料型孔。

这三组型孔之间有严格的孔距精度要求，它是实现正确级进和冲裁，保证产品零件各部分位置尺寸的关键。

再就是各型孔

的孔径尺寸精度，它是保证产品零件尺寸精度的关键。

这部分尺寸和精度是该零件加工的关

键。

结构表面包括螺纹连接孔和销钉定位孔等。

该零件是这付模具装配和加工的基准件，模具的卸料板、固定板，模板上的各孔都和该

零件有关，以该零件型孔的实际尺寸为基准来加工相关零件各孔。

零件材料为MnCrWV热处理硬度60〜64HRC零件毛坯形式为锻件，金属材料的纤维方向应平行于大平面与零件长轴方向垂直。

零件各型孔的成形表面加工，在进行淬火之后，采用电火花线切割加工，最后由模具钳

工进行研抛加工。

型孔和小孔的检查：

型孔可在投影仪或工具显微镜上检查，小孔应制做二级工具光面量

规进行检查。

（二）工艺过程的制定

序-

号工序名称

工序主要内容

下料

锯床下料，①56mX105m

锻造

锻六方125mX85mX23m

热处理

退火，HBSC229

立铳

铳六方，120mX80mX18.6m

平磨

光上下面，磨两侧面，对90°

钳

倒角去毛刺，划线，做螺纹孔及销钉孔

工具铳

钻各型孔线切割穿丝孔，并铳漏料孔

热处理

淬火、回火60〜64HRC

平磨

磨上下面及基准面，对90°

线切割

找正，切割各型孔留研磨量0.01〜0.02m

钳

研磨各型孔

（三

1）漏料孔的加工

冲裁漏料孔是在保证型孔工作面长度基础上，减小落料件或废料与型孔的摩擦力。

关于

漏料孔的加工主要有三种方式。

首先是在零件淬火之前，在工具铳床上将漏料孔铳削完毕。

这在模板厚度》50mm以上的零件中，尤为重要，是漏料孔加工首先考虑的方案。

其次是电火花加工法，在型孔加工完毕，利用电极从漏料孔的底部方向进行电火花加工。

最后是浸蚀

法，利用化学溶液，将漏料孔尺寸加大。

一般漏料孔尺寸比型孔尺寸单边大0.5mm即可。

（四）锻件毛坯下料尺寸与锻压设备的确定

图7-6所示的冲裁凹模外形表面尺寸为：

120mx80mX18m,凹模零件材料为MnCrWy

_-444

设锻件毛坯的外形尺寸为125mX85mX23m。

1•锻件体积和重量的计算

锻件体积V锻=（125X85X23）=244.38cm

锻件重量G锻=「•V锻=（7.85X244.38）kg^1.92kg

当锻件毛坯的体积在5kg之内，一般需加热1〜2次，锻件总损耗系数取5%

锻件毛坯的体积V坯=1.05XV锻=256.60（cm）3

锻件毛坯重量G坯=1.05XG锻=2.02（kk）

2.确定锻件毛坯尺寸

理论圆棒直径

Ds=#0.637><256.60mm=#163.46mm=54.7mm

选取圆棒直径为56m时，查圆棒料长度重量可知

当G坯=2.02kk,D坯=56m时，L坯=105m。

验证锻造比YY=L坯/D坯=105/56=1.875

符合Y=1.25〜2.5的要求。

则锻件下料尺寸为①56mX1054m

3.锻压设备吨位的确定。

当锻件坯料重量为2.02kg,材料为MnCrWV寸，应选取300kk的空气锤。

二、塑料模型孔板、型腔板零件的加工工艺分析

塑料模型孔板、型腔板系指塑料模具中的型腔凹模

展开阅读全文