模具制造工艺

1、模具制造工艺Die & Mould Manufacturing Technology 第一章 概 论 第一节 模具技术的发展一、模具工业在国民经济中的重要地位 优质、高效、低成本的制造方式。最大的用户是汽车、摩托车、家电。电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯产品中，六到八成的零件都要依靠模具成型。 汽车生产中，零件约90%依靠模具成形。一个车型的生产需要4000套模具，2-3亿元。电冰箱生产需要350套模具，约400万元。模具投资1元，可带动相关产业100元。中国模具工业总产值仅次于日本、美国。我国模具的制造从总体上看，产品还只是以中低档为主，高档模具很多还要依赖进口；企业虽

2、然重视推广应用新技术，但这些新技术应用的水平还不够高。我国模具产品水平总体上与发达国家相差有1015年的差距。 外资高档模具企业进入中国，对中国模具工业没有任何益处。汽车整前门外板中国已能生产精度达到2微米的多工位级进模，寿命可达3亿冲次以上。个别企业生产的多工位级进模已可在2000次/分的高速冲床上使用，精度可达1微米。 中国已能生产43英寸大屏幕彩电和65英寸背投式电视的塑壳模具、10公斤大容量洗衣机全套塑料件模具以及汽车保险杠、整体仪表板等塑料模具等。 在精密塑料模具方面，中国已能生产照相机和手机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及精度达5微米的7800腔塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方

3、面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模、汽车后桥齿轮箱压铸模以及汽车发动机壳体的铸造模具等。 在汽车覆盖件模具方面，国内已能生产中档新型轿车的覆盖件模具。 子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出成形模、精铸或树脂快速成形拉延模等，也已达到相当高的水平，制造出来的模具可与进口模具媲美。二、我国模具技术的现状及发展趋势2007年模具产值870亿，比2006年增加21%。中低档模具出口14亿美元。中高档模具进口20亿美元，占40%。大型、精密、长寿命模具，进口占70%。2008模具产值900亿以上。生产1290万套模具。模具出口19亿美元，增加36%。模具进口20亿。塑料橡胶模具进口10亿，

4、出口13亿。冲压模具进口7.8亿，出口4.1亿。70%从日本、韩国、中国台湾进口。2008年模具水平提高的主要表现有：大型级进模长度已超过3米，精密级进模已可与2000次/分高速冲床匹配;热流道模具和气辅模具有的已达国际水平;在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAE/CAM一体化技术得到发展，并取得较好成果;模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多 2011 我国模具出口到了176个国家和地区，国际交往日趋扩大，我国模具在国际市场上的覆盖面和影响力也在不断增加。 2011年我国模具产值1800亿，模具进出口总额为52.40亿美元，比2

5、010年增加了23.06%。其中进口总额为22.35亿美元，比2010年增加8.37%；出口总额为30.05亿美元，比2010年增加36.87%。 当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国，但还不是模具强国。 第二节 模具制造的基本要求与特点一、模具制造的基本要求1、制造精度高：比制品精度高2-4级，对修配、装配要求较高。2、使用寿命长：需要采取好材料，进行表面处理。3、制造周期短：保证竞争力。4、制造成本低以上因素，需要综合考虑，达到最有组合。二、模具制造的特点和一般机械产品相比，有一些自己特点：制造质量要求高：加工精度高（形位公差要求高），

6、表面质量好。形状复杂：如航空发动机叶片精锻模。材料硬度高：附录A，工具钢、高速钢、硬质合金等材料，是一般机械加工中的刀具材料。单件生产，周期较长。钛合金精锻叶片、人工关节 第三节 模具制造的工艺路线模具费用、交货期、模具寿命、制品材料、模具所用设备等 第四节 模具的主要加工方法一、机械加工切削、磨削，高速加工（HSM）加工精度高，生产效率高。用硬的刀具材料（磨粒）加工软的工件材料，靠机械能量，以切削力、磨削力去除多余材料二、特种加工用电能、热能、化学能、声能、光能等去除材料。三、塑性成形主要是冷挤压制模，将淬火后的硬模压入未淬火的较软的毛坯内，获得所需现状。四、铸造铸铁、铸钢，用于制作底座等。

7、锌基合金制造简易模具。合成树脂成形。快速模具（Rapid Molding）五：焊接普通焊接，电子束焊接，激光焊接等。本课程的性质、任务和要求 掌握模具设计与制造所必须具备的工艺知识，提高合理设计模具的能力。 掌握各种现代模具加工方法的基本原理、特点及加工工艺，掌握各种制造方法对模具结构的要求，以提高学生分析模具结构工艺性的能力。 第二章 模具的机械加工 第一节 一般机械加工常见的有车、铣、刨（插）、磨削等，是不可或缺的加工手段。一、车削加工主要用于加工回转体零件。精车可达IT6IT8精度，Ra1.6-0.8m。或作为磨削前的工序。一般来说车削可加工的硬度为小于HRC32。车削加工工艺范围工件在

8、车床上的安装三爪自定心卡盘夹持工件，不需要找正，自动定心，使用方便，但定位精度较低。因此，被加工件应尽量在一次装夹中加工出来。工件在车床上的安装四爪单动卡盘每个爪可独立作径向移动，所以可以装夹复杂形状的工件。缺点是找正麻烦。工件在车床上的安装由顶尖,拨盘和鸡心夹头组成“两顶尖”安装常用来安装轴类零件，可以使各加工表面都处在同一轴线上，因而能保证在多次安装中各回转表面有较高的同轴度。工件在车床上的安装花盘不对称或具有复杂外形的工件，通常用花盘装夹加工。用花盘装夹不规则形状的工件时，常会产生重心偏移，所以需要加平衡铁予以平衡。工件在车床上的安装中心架和跟刀架车削细长轴时，为了防止工件切削时发生弯曲

9、，使用中心架和跟刀架。中心架三个爪，跟刀架两个爪，另一个爪，被车刀代替。中心架用于车削细长轴、阶梯轴。而跟刀架只能车削没有阶梯的长轴。车刀种类按材料分：高速钢车刀、硬质合金车刀、涂层硬质合金车刀、陶瓷车刀、超硬材料车刀。对拼式型腔，加工圆球面和圆锥面。接合面磨平，销子固定后车削。详见吴裕农等主编模具制造工艺。球面加工1.连杆 2.基准板 3.调节板车曲线1.靠模3.触头多型腔模具的加工 在四个型腔中心打样冲或中心孔。 调整零件在车床花盘上的位置，使中心孔与顶尖配合。 车削。1.柸料 2. 辅助顶尖 3. 车床尾座思考有没有更为简单的加工方法：提示可以采用花盘装夹二、铣削加工是在铣床上利用铣刀的

10、旋转作主运动，工件的移动作进给运动来切削工件的加工方法。立铣加工最常见，主要加工型腔和型面。精度可达IT10，表面粗糙度Ra3.21.6。端铣刀立铣刀片铣刀铣床加工的工艺范围复杂型腔或型面加工：一般应在加工中心上采用数控铣削。 在加工中，在加工中，铣刀的旋转方向铣刀的旋转方向一般是一般是不变不变的，但的，但进给方向是变化进给方向是变化的。就出现了铣削加工中常见的。就出现了铣削加工中常见的两种现象：顺铣与逆铣。的两种现象：顺铣与逆铣。结论：粗加工：逆铣较好。精加工：顺铣较好结论：粗加工：逆铣较好。精加工：顺铣较好1、顺铣特点：、顺铣特点：顺铣时，铣刀刀刃的切削厚度由最大到零，不存在滑行现象，刀具

11、磨损较小，工件冷硬程度较轻。垂直分力Fv向下，对工件有一个压紧作用，有利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相同，不利于消除工件台丝杆和螺母间的间隙，切削时振动大。但其表面光洁度较好，适合精加工。逆铣特点逆铣时，铣刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件已加工表面滑行一段距离。刀具磨损加剧，工件表面产生冷硬现象，垂直分力Fv对工件有一个上抬作用，不利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相反，有利于消除工件台丝杆和螺母间的间隙，切削平稳，振动小。表面粗糙度较差，适合粗加工。工件在铣床上的装夹平口虎钳，v形块，压板螺栓工件在铣床上的装夹万能分度头回转工作台：铣圆弧面三、刨削和插削

12、加工刨削加工，主要加工平面、斜面、沟槽。中小零件在牛头刨床上加工，大型工件在龙门刨床上加工。属于粗加工设备，精度IT10，表面粗糙度为Ra6.3。插削加工插床相当于直立的牛头刨床。也属于粗加工设备，精度IT10，表面粗糙度为Ra6.3。四、磨削加工属于精加工设备，适用IT6及以上精度的加工。精度可达IT56级，粗糙度Ra0.40.2，可以加工硬度值HRC60以上零件，所以常常在淬火工序之后使用。四、磨削加工1、平面磨削两平面之间的平行度小于0.01:100精密平口钳精密角铁精密V形铁导磁角铁2、内圆磨削砂轮直径小，转速极高，以获得足够的线速度。3、外圆加工 第二节 模具的仿形加工事先制备一靠模

13、。加工时，一个触头在靠模表面移动，通过仿形机构，带动刀具作相同或相似轨迹运动，将工件加工成形。钥匙修配就是一例。在模具加工这种精度要求高的单件小批生产领域，机床占据主导地位。仿形加工主要用于大批量生产场合，如活塞加工、火焰切割等。仿形加工的分类：根据触头传输的形式和机床进给传动控制方式不同，可分为：机械式、液压式、电控式、光电式。铣刀：1.圆柱立铣刀2.圆柱球头铣刀3.锥形球头铣刀4.双刃硬质合金铣刀仿形加工的基本方式：1.垂直二维仿形。2.水平二维仿形3.三维仿形雕刻机：用于在模具型腔或表面可出文字、数字、花纹，目前主要是数控雕刻机。客户利用CAD/CAM软件中对文字、数字、花纹或其他图案进

14、行造型，再生成数控加工程序，由雕刻机完成加工。 第三节 模具的精密加工采用精密机床进行加工。一、坐标镗床加工在坐标镗床上加工的孔有很高的尺寸精度和形状精度，而且孔距精度非常高。坐标镗床的制造、使用均应在恒温车间内进行。坐标镗床及其测量系统龙门式坐标镗床最常见，配备光栅进行位置测量。机床的刚度、热变形、力变形等很小。镗床使用粗定位标尺，定位移动距离为mm整数值，小数部分采用光学测量系统：光栅是机床上常用的高精度直线位移测量装置。海德汉（Heidenhain）是知名产品。在玻璃上刻线，透光狭缝a，不透光狭缝b，一般a=b。光栅栅距=a+b。 在镗床加工零件之前，要先进行零位调整，步骤如下: 使主轴

15、旋转中心线与被加工工件基准面（或者中心线）对准。 旋转游标读数调整手钮16，使游标零线对准光屏13下方的指标。 旋转手钮9，使精密刻线尺上两根刻线的像分别位于光屏13上方0与10两处的双线中间。 移动指针17，使其刻线对准粗定位标尺上的任意刻线，然后将指针固定。指针所指的读数最好对准有刻字的刻线，这样有利于移动距离的计算。主要附件附件可以扩大机床的工艺能力。1、万能转台2、光学中心测定器光学中心测定器和刀具有一样的锥柄，装在镗床主轴内。测定器玻璃上有十字或双十字刻线。通过目镜，对准工件上的基准线，即实现精确定位。或者用定位角铁与测定器配合使用，使工件侧面对准主轴中心。3、镗孔夹头（镗头）和镗刀

16、镗孔夹头用于精确调整镗刀位置。镗刀装在镗孔夹头上，重磨只需刃磨前刀面。用于划线和打中心眼。见书图2-314.弹簧中心冲三、加工工艺1.工件的定位a.以划线为定位基准b.以外圆或定位孔为定位基准c.以相互垂直的两个侧面为定位基准 用定位角铁和光学中心测定器找正，图2-28 用千分表和专用工具找正，图2-34 用芯轴定位棒找正，图2-35P362、坐标尺寸的换算图纸上的孔距应该转换为直角坐标或极坐标，该过程涉及尺寸链计算。工件定位后，主轴依次移动到各点位置，镗孔。3、孔的加工用精孔钻钻孔，适用小孔，且无合适尺寸的铰刀时。精孔钻由麻花钻修磨而成。镗刀镗孔，为保证加工精度，只在坐标镗床上精镗孔。铰刀铰

17、孔，孔的尺寸、形状精度较高，但以孔自身定位，孔距精度不能提高。淬火后的工件只能磨削。坐标镗床无法加工淬火后的工件。对精度要求较高的凹模，一般设计成镶拼结构。固定板在坐标镗床上加工出高精度孔系。凹模镶件则在淬火磨削后压入孔系中，镶件的内孔、外圆同轴度在磨削过程中得以保证。二、坐标磨床加工坐标磨床用砂轮代替镗刀，可以在淬火工件上加工孔系。坐标磨床简介加工孔时，坐标镗床需要镗刀的高速旋转和轴向进给。坐标磨床则需要砂轮旋转，砂轮的行星运动以及轴向进给。砂轮转速很高，以获得所需的线速度。砂轮行星运动：调整磨头在主轴上的偏心。上下往复运动可由液压驱动。基本磨削方法工件精确定位，同坐标镗床加工。内孔磨削、外

18、圆磨削、沉孔磨削、锥孔磨削、横向磨削、底部磨削、侧面磨削、垂直磨削。三、成形磨削概述用于精加工凸模、拼块凹模及电火花加工用电极等。主要加工除外圆、内孔、平面外的曲线。数控磨削可以加工任意复杂曲线。成形磨削一般在成形磨床上进行。砂轮、工件相对运动，磨削成形。具体的方法有：成形砂轮磨削法夹具磨削法2、砂轮的修整将标准砂轮修整出所需的形状。砂轮角度的修整采用专用夹具，是按照正弦原理设计的。砂轮圆弧的修整外凸、内凹圆弧修整。金刚石笔走圆弧轨迹。事先需确定金刚石笔与砂轮的相对位置。夹具磨削法：1.正弦精密平口钳夹具磨削法：2.正弦磁力台夹具磨削法：3.正弦分中夹具图2-544.万能夹具 第四节 数控机床

19、加工一、概述数控机床的应用和特点数控（NC：Numerical Control）技术，带来了制造业的革命，制造业信息化的基础。大批生产，可以建立专门的生产线提高生产效率，降低生产成本。单件小批生产（尤其对复杂零件），强调灵活性，适应性。仿形生产显然不能满足要求。1950年代初，美国PARSONS公司为研制直升机某零件的检验样板，和MIT合作研制成功第一台数控机床（三坐标数控铣床）。普通机床手工操作（或依靠样板、靠模）、停机检测。数控机床则按照编好的数控程序，由数控系统控制伺服电极（或液压、气动等方式）驱动刀具（或砂轮等）和工件相对移动，加工时进行检测，半闭环或闭环控制。目前，所有种类的机床都有

20、数控产品。数控机床的特点：1、适应复杂零件生产。2、适应产品更换频繁的生产（单件小批生产）.3、加工精度高（脉冲当量一般为1m，精度在35m之间），生产效率高，加工质量稳定。4、机床价格较高，操作、维护要求较高，需要编制数控加工程序。在模具领域，应采用数控加工，提高加工精度，提高生产效率。数控机床的工作原理1、根据零件图和加工工艺，手工或由CAD/CAM软件自动编写数控加工程序。2、程序手工或通讯输入数控机床。3、数控系统按程序指令，控制机床主轴运动、控制机床伺服运动，控制换刀，使刀具和工件按指定轨迹运动，加工成形，同时控制冷却液开关等辅助动作。数控机床的分类：1、按种类：数控车床、加工中心（

21、带刀库的数控铣床）、数控磨床、数控铣床、数控镗铣床、车铣中心等。2、按控制方式：开环（成本低，精度低）、半闭环、闭环（精度最高，成本最高，调试较难）。高速加工（HSM）高速切削：切削速度是常规切削加工速度的5-10倍。1930年代，德国Carl Salomom提出高速切削假设。经过多年发展，1990年代以后，高速切削逐步成熟。应用越来越广，尤其在模具、大型设备加工上。高速切削的优点：1、生产率大大提高，除加工时间短外，表面的人工抛光很多情况下可以省去。2、切削力大大减少，适合薄壁件加工。3、切削热被切削带走，工件热变形很小。4、机床加工激振频率远高于机床固有频率，加工振动小，加工精度高。5、适

22、合加工难加工材料，如模具钢、航空航天材料。高速加工中心：电主轴：主轴与电机一体，14000r/min，扭矩300Nm，功率80kW。直线电机或高速滚珠丝杠传动，进给速度40-100m/min，加速度2g。刀具材料：涂层硬质合金，陶瓷刀具，金刚石PCD。刀具直径：小直径刀具，小至0.3、0.5的球头铣刀。数控系统：海德汉、FANUC、SIEMENS等。 第五节 模具CAD/CAM一、CAD/CAM的组成及其应用CAD：用计算机进行产品的外形设计造型，进行力学计算分析等，在几乎所有领域得到广泛应用。CAM：将CAD文件转换为数控加工程序。二、模具CAD/CAM除了常规的模具外形设计、力学强度分析、

23、生成加工程序等工作，模具CAD/CAM还有其特殊内容：金属材料的变形、断裂、回弹，流体的流动、充模，注射件、铸件的收缩、变形等。一般在成熟的大型CAD/CAM软件的基础上，开发专门的冷冲模、注射成型模、级进模等CAD/CAM系统。三、CAD/CAM软件Pro/EUGCATIA：适用大型工件。航空工业应用，如波音、空客、成飞等。第三章 模具的特种加工 传统的机械加工：切削、磨削等，利用机械能量和切削力去除多余的材料。 刀具材料的硬度必须大于工件材料。 模具材料是典型的难加工材料，异形孔（四方、六方等）、小孔、窄缝、受切削力和切削热影响较大的零件加工等比较困难。 如何去除断在工件中的高速钢丝锥？

24、1943年，苏联.夫妇，研究开关触电遭受电火花腐蚀现象，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、气化而被蚀除，并由此发明电火花加工方法。用铜丝在淬火钢上加工出小孔。 电火花加工和其他非切削（磨削）方法（如电火花线切割加工、电解加工、激光加工、超声加工、电子束和离子束加工等），称为特种加工。 特种加工的特点： 依靠电、化学、光、声、热等形式的能量去除材料。 工具硬度可以低于被加工材料的硬度。 加工过程中无明显的切削力。 特种加工应用广泛，尤其适用难加工材料复杂型面（如模具型腔）、异形微小孔、精微表面（窄缝）等加工，并向微细加工发展。 我国特种加工技术起步早，主要集中在电加工领域。 20世纪60

25、年代末，上海电表厂张维良工程师在阳极机械切割的基础上发明出高速走丝线切割机场，上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。 第一节 电火花成形加工（EDM）Electrical discharge machining 一、电火花加工的原理和设备组成 （一）、基本原理 电火花加工是基于工具电极和工件电极（正、负电极）之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象，蚀除多余的金属，以满足零件的加工要求。 75-85%的电加工机床为模具工业服务。 电腐蚀的原因是：电火花放电时，在放电通道中瞬时产生大量热，足以使任何金属熔化、气化而被蚀除。 在工具电极和工件材料间有意制造可控的电腐蚀，可对材料进行加工，获得所需零件。但要

26、满足一定条件： 1、必须使工具电极和工件被加工表面间保持合适的放电间隙。 间隙过大，无火花放电。间隙过小，容易短路。 该间隙随加工条件而定，一般在几微米到几百微米之间。 所以要设置工具电极的自动进给和调节系统，保持放电间隙。 2、火花放电必须是瞬时的脉冲放电，使火花放电释放的热作用时间、作用区域有限，不会传导其它部分。应采用脉冲电源。 3、火花放电一般应在具有一定绝缘性能的液体介质（工作液）中进行。工作液绝缘强度应很高，以利用产生脉冲放电。 如果在电解液中，不会产生放电。 流动的工作液可以把蚀除的金属、碳黑等从放电间隙中排除出去，并对电极和工件进行冷却。 图示电火花加工系统，保持脉冲放电的稳定

27、进行，使工具4的形状复制在工件1中。 工件1、工具4接脉冲电源2。 自动调节装置3用于使工件1、工具4保持合适的放电间隙。 工件1、工具4浸没在工作液5中，工作液循环流动。 （三）、电火花加工的特点及其应用 主要优点： 电火花加工中材料的去除是靠放电时的热作用，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热特性，如熔点、沸点、比热容、热导率、电阻率等，与材料力学性能无关。所有导电材料均可被加工，包括超硬材料。而工具电极可用较软的材料，最常用的是紫铜、石墨。 由于无切削力，适应低刚度工件及精微表面加工。 工具的形状复制在工件中，可以用复杂工具制作复杂工件，或者用简单工具，依靠数控技术复制复杂工件，如

28、模具型腔、各种异形孔等。 电火花加工的局限性： 一般加工速度较慢。受到HSM的挑战。 一般需要制作成形电极。 存在电极损耗，工件受热被蚀除的同时，工具电极也有损耗，多集中于底面、尖角，影响成形精度。 目前电火花成形加工主要采用油类作为工作液。 粗加工时脉冲能量大、加工间隙大、爆炸排屑抛出能力强，往往选用介电性能较强、黏度较大的机油。其燃点较高，着火燃烧的可能性小。 中、精加工，放电间隙小，排屑困难，一般均选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油。 电火花加工专用油，但成本要高一些，用于加工要求较高的场合。 高性能的水基工作液是发展方向。 电火花成形加工的加工速度： 粗加工(加工表面粗糙度Ra102

29、0m)，可达(2001000)mm3/min。每安培电流为10mm3/min。 半精加工(Ra2.510m)，降低到(20100)mm3/min。 精加工(Ra0.322.5m)时，一般在 10mm3min以下。 随着表面粗糙度的减小，加工速度显著下降。（二）、影响加工精度的主要因素只讨论和电火花加工工艺相关的因素。影响加工精度的主要因素：放电间隙的大小及其一致性工具电极的损耗及其稳定性为了减少加工误差，应该采用较小的加工规准，缩小放电间隙，这样可能产生的间隙变化量也小。另外，还必须尽可能使加工过程稳定。精加工的放电间隙一般只有0.01mm(单面)，而在粗加工时则可达0.5mm以上。（四）、实

30、例注射模镶块，40Cr，38-40HRC，Ra0.8。采用单电极平动，平动量0.25mm。工件材料为紫铜。电极比型腔收缩一个放电间隙和平动量。电极制作：备料加工表面、螺纹孔线切割加工镶块毛坯：备料加工表面热处理磨削用M8螺钉将电极连接在电火花机床主轴上，以侧面和上表面为基准，使其垂直工作台表面。工件在工作台上安装、找正，使电极轴线和工件中心线完全重合。电极下降，开始加工。 第二节 电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理和特点（一）、基本原理线切割加工是利用移动的细金属丝作电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成形。应用广泛。线切割机床占电加工机床的60。（二）、线切割加工的特点：和电火花成形加工

31、的共性：线切割加工的电压、电流，极间放电状态和电火花基本相似。线切割的工艺规律和电火花基本相似。和电火花成形加工的不同：线切割采用细丝。快丝机多用乳化液，慢丝机多用去离子水。线切割加工，电极丝可直接购买，复杂轨迹靠数控技术完成，无需制作电极。电极丝极细，可加工精微表面。电极丝损耗小，尤其是慢丝机，加工过程不考虑电极损耗。线切割机床分两类：高速（快）走丝机床（快丝机）：钼电极丝高速往复运动（8-10m/s），使用乳化液。低速（慢）走丝机床（慢丝机）：黄铜丝低速单向运动，一次性使用，低于0.2m/s。采用多次切割，可达到很高的加工精度。使用去离子水。均为数控线切割机床。表面粗糙度快丝机Ra52.5

32、m，最高Ra1m。慢丝机可达Ra1.25m，最高Ra0.2m。三、线切割应用范围：模具加工，尤其是冲模。电火花加工用电极的加工。零件加工。（二）、电火花线切割设备线切割机床有机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等组成。1、机床部分床身坐标工作台走丝机构工作液及循环系统走丝机构锥度切割装置扩充了线切割的应用范围。快丝机：偏移式丝架锥度切割变锥度、上下异形面切割第三节 电化学加工 Electrochemical Machining, ECM 从电化学反应（在电子导体和离子导体界面上有电子得失的化学反应）中的阳极溶解、阴极沉积现象，发展为从工件上去除材料的电解加工、在工件上沉积金属

33、的电镀、涂覆加工两大类。 一、电化学加工的基本原理（一）、电化学加工过程阳极溶解：阳极Cu原子失去电子， Cu2进入溶液。阴极沉积： Cu2在阴极上得到电子，还原为Cu。铜片接直流电，插入CuCl2溶液中。电极和溶液的界面上，交换电子，产生电化学反应。阳极Cu失去电子，成为Cu+2。电解液中的Cu+2在阴极得到电子，成为Cu沉积在阴极。电化学加工的分类电化学阳极溶解：电解加工电化学阴极沉积：电镀、电铸电化学复合加工：电解磨削（二）、电解质溶液电解质溶于水，形成可导电的电解液。酸、碱、盐都是电解质。电解液的作用：作为导电介质传递电流在电场作用下进行电化学反应，使阳极溶解顺利有控制地进行。及时排出

34、加工间隙内的电解产物和热量。常用电解液：NaCl、NaNO3。电解液对电解加工的各项工艺指标有很大影响。二、电解加工（一）、电解加工的基本原理与特点电解加工利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形。电解加工的优点：加工范围广，特别适合加工高硬度、高强度金属，可加工叶片、锻模等 复杂型面。在航空发动机叶片加工中应用广泛。生成效率比电火花高510倍，且与加工精度、表面粗糙度无关。无残余应力，无变形。阴极工具理论上无损耗，可长期使用。电解加工的不足：影响电解加工的因素很多，不易控制，因此，电解加工精度不高（0.1mm）。阴极工具设计困难，不宜单件生产。设备投资大。电解产物需妥善处理，否则会

35、污染环境。电解加工一般用于难加工材料复杂型面的大批量加工，典型的是航空发动机叶片加工。（二）、电解加工设备1、机床对机床的要求机床刚性：电解液压强高，在加工面积很大时，工作台受力24吨。进给速度稳定性要求高。防电解液腐蚀。排出加工时产生的H2。2、直流电源3、电解液循环过滤系统（四）、提高电解加工精度的途径1、脉冲电流电解加工用脉冲电流取代连续直流电流。有方波、截断的正弦波、正弦半波等。在脉冲间隙，电解液流动，使加工间隙内的参数均匀化。使用脉动压力波，搅拌电解液使其均匀。2、小间隙电解加工脉冲电流更适合小间隙加工。小，可提高v，提高加工精度。侧面间隙也是如此。vv1vv 3、改进电解液采用钝化

36、电解液，复合电解液，降低电解液质量分数。4、混气电解加工将一定压力的压缩空气混合在电解液中，可提高电解加工的成形精度，简化阴极工具设计。七、电解加工工艺及其应用深孔扩孔加工型孔加工电解刻字电解抛光数控电解加工三、电解磨削（一）、电解磨削的基本原理和特点电解磨削将电解作用和机械磨削作用结合。 导电砂轮连接直流电源阴极，硬质合金车刀连接阳极。两者有一定压力，加工区域送入电解液。 电解电流从工件经电解液到砂轮，工件表面电解，生成极薄的氧化物或氢氧化物薄膜（阳极薄膜）。并迅速被砂轮磨去。工件的新表面继续电解，磨削。直至加工成形。电解磨削的特点：加工范围广，加工效率高。理论上可加工任何金属材料。磨削硬质

37、合金，效率比金刚石砂轮高35倍。可提高加工精度和表面质量，磨削力、热很小，不会有毛刺、裂纹、烧伤等现象。砂轮磨损小。可用于模具抛光。四、电铸成形（一）、电铸成形的基本原理与特点可导电的原模作阴极，电铸材料（如纯Cu）作阳极，用电铸材料的金属盐（CuSO4）溶液做电铸镀液。在直流电源作用下，阳极溶解， Cu2进入镀液，并在阴极上获得电子，还原沉积在阴极原模上。到达预定厚度时，将电铸层与原模分离，获得与原模互补的电铸件。电铸加工特点：能精确复制复杂型面和细微纹路。能获得尺寸精度高、表面粗糙度小的复制品，而且同一原模生成的电铸件一致性极好。用石膏、石蜡、环氧树脂等，可将复杂零件的内表面翻制为外表面，

38、外表面翻制为内表面。在电铸复制。加工时间很长。电铸加工主要应用：复制精细的表面纹路，如唱片模、工艺美术品模等。复制注塑模具、电火花电极。制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件，如波导管。五、化学加工精确控制酸、碱、盐对金属的化学反应，使金属腐蚀溶解，以改变工件尺寸、形状及表面性能的方法。（一）、化学蚀刻（化学铣切）将工件表面不需腐蚀部分保护，用腐蚀液腐蚀加工部分。（二）、光化学加工照相制版原理：将设计好的图形，转拍到照相底片上，将图形复制到涂有感光胶的铜板或锌板上，感光胶曝光、显影、坚膜、固化，在板上获得图形，随后进行腐蚀，在板上获得图形。工艺过程：1、 将图形刻在纸或玻璃上，通过照相，获得相应

39、的底片（涂感光胶的玻璃或软片）。2、在铜板或锌板上涂感光胶。3、底片覆盖在铜板或锌板上，曝光。底片透光部分下的感光胶，光照后发生光化学反应，其余感光胶，无光化学反应。经过显影，去除未发生光化学反应的感光胶。4、对剩余的感光胶固化处理。5、在腐蚀液中腐蚀铜板锌板，为被保护的部分被腐蚀，获得所需图形。 第四节、超声加工与激光加工 一、超声加工（一）、基本原理与特点超声波是机械波，频率20000Hz。可在固体、气体、液体中传播。超声波具有很强的能量。超声空化，超声在液体中传播时，负压区会产生气泡，并瞬间闭合，称为“空化”。二、超声加工的基本原理1.工具2.工件3.磨料悬浮液4、5变幅杆6.换能器7.

40、超声波发生器 加工时，使工具以很小的力F轻轻压在工件上，超声换能器6产生16000Hz以上的超声纵向振动，并借助变幅杆把振幅放大到0.050.1mm左右。驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中的悬浮磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面，把加工区的工件局部材料粉碎成很细的微粒，并从工件上撞击下来。三、超声加工特点适合加工不导电硬脆物质，如玻璃、陶瓷等。超声加工机床结构比较简单，只有Z轴进给。超声加工是靠极小磨粒撞击而去除工件材料，切削力、切削热很小。（四）、超声加工应用超声加工生产率低，但加工精度和表面粗糙度好，主要加工非导电的硬脆材料。一、型孔、型腔加工二、切割加工二、激光加工（一）

41、、激光加工原理与特点激光的产生原理原子的发光原子由原子核和电子组成。电子绕原子核外的轨道运行。电子处于不同的轨道，原子具有不同的能量，处于相应的“能级”。受外加能量激励，电子会激发到更外的轨道，原子处于高能级，称激发态或高能态。该现象称“受激吸收”。激发态寿命很短，原子会很快“跃迁”回原有能级。跃迁方式有两种：自发辐射：无外界作用，原子自发从高能级跃迁到低能级，以光子的形式，辐射多余的能量。显然，不同原子的辐射彼此无关（非相干）。受激辐射：若入射光的频率合适，处于激发态的原子，会跃迁回低能级，并发出与入射光相同的光。相当于入射光被放大。激光的产生一般条件下，处于低能级的原子（粒子）要多于处于高

42、能级的原子（粒子）。但如果连续向其输送能量，会使得处于高能级的原子（粒子）要多于处于低能级的原子（粒子），称为“粒子数反转”。若入射光的频率合适，处于高能级的原子，会跃迁回低能级，并发出与入射光相同的光。相当于入射光被放大。放大后的光又可作为外界激励源，最终导致雪崩式连锁反应，形成激光。激光加工的原理和特点激光加工的物理过程激光具有极高的能量密度：108-1010W/cm2，靠对材料的热作用加工材料（去除、焊接等）。激光加工过程大体分为：激光束照射材料，材料吸收光能；光能转变为热能使材料加热；通过气化和熔融溅出使材料去除或破坏等。激光加工特点激光聚焦后，能量密度极高，几乎任何材料均会被熔化、气

43、化。激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调。非接触加工，加工时间短，自动化程度高。设备较简单。影响激光加工效果的工艺因素很多。激光加工时的防护很重要。 第四章 典型模具制造工艺 第一节 模架制造模架是模具主要结构。一、导柱、导套加工滑动导柱、导套，配合H7/h6，精度要求高时为H6/h5。导套与上模座过盈配合H7/r6，导柱与下模座过盈配合H7/r6。一定长度的孔轴配合，对同轴度提出较高的要求。为提高耐磨性，需要表面有较高的硬度。低碳钢，需要渗碳后淬火，此时其冲击韧性较好。中碳钢表面淬火即可。工艺路线：1、棒料下料（锯床、铣端面打中心孔专用机床）2、车外圆（车床、双顶尖装夹）3、热处理（渗碳、淬

44、火）4、内外圆磨削（万能外圆磨床、砂轮）5、研磨（提高尺寸精度、降低表面粗糙度）。中间安排检验工序。具体的切削参数查阅相关手册。制定工艺卡、工序卡。导套加工时，为保证内外圆同轴度，可以在万能外圆磨床上，夹持非配合部分，一次装夹，加工外圆、内孔。或者以外圆定位，加工内孔。再以内孔为基准，加工外圆。具体的加工工艺，要考虑生产批量、工厂设备等因素。最后对导柱、导套进行研磨加工。其它轴类、套类零件加工大体如此。导柱导套互研滚动导柱：移动轻便，磨损小，寿命长。类似滚动轴承，在导柱、导套间布置钢球，钢球用保持架固定。二、模座的加工模座用于安装导柱、导套、凹模、凸模等。主要技术要求：1、上下表面平行2、孔与

45、表面垂直模座一般用铸铁，铸钢。表面加工，一般为下料，铣平面、钻孔、磨平面、镗孔（铰孔、磨孔）。为保证上下模座的精度，应将两个模座一起加工 。三、模架的技术要求及装配（一）、模架装配的技术要求1、特别重要的是导柱、导套间的配合间隙。2、模架三项技术指标： 上模座上表面、下模座下表面的平行度 导柱轴线对下模座下表面的垂直度 导套轴线对上模座上表面的垂直度3、装配后，上模座移动平稳，无阻滞。4、导柱导套与安装表面有12mm距离。（二）、模架的装配 第二节 冷冲模制造一、冲裁模制造的技术要求（一）、制造冲裁模的主要技术要求（二）、凸模、凹模的主要技术要求所有要求由图纸规定二、模具工作表面的加工（一）、

46、凸模圆形凸模：下料车削热处理磨削研磨非圆形凸模：粗加工，淬火后，线切割，成形磨削、数控磨削，钳工修磨。电极丝：0.1钼丝放电间隙：0.01凸模凹模的配合间隙工艺路线：下料（棒料锻造、退火）铣平面钻孔或电火花打孔线切割、研磨凸凹模：有内型孔的凸模下料：锯棒料、锻造、热处理铣平面淬火磨平面线切割内孔、凸模成型磨削钳工研磨毛坯铣平面磨上下面钳工划线、攻丝、钻孔，淬火磨平面线切割精修（二）、凹模型孔的加工1、圆孔下料，镗孔，磨孔下料，淬火，电火花打孔，线切割，磨削，研磨2、多孔冲裁模或级进模上有多个圆孔线切割3、非圆型孔淬火、线切割、磨削、钳工研磨三、制造凸模和凹模的工艺过程线切割是主要加工手段。制定

47、工艺卡、工序卡。首先保证精度、寿命、经济性。采用新工艺。四、冷冲模的结构工艺性是否便于制造、装配、维修等。设计时考虑：1、减少不必要的零件2、设置必要的补偿环节，如易损零件的调节、更换等3、尽可能采用标准零件模具材料硬度较高，为了对零件进行磨削加工，以前镶拼结构较多。采用电火花、线切割以后，可以采用整体结构，力学性能更好。材料也可以选用硬质合金。电火花加工的模具，其表面有凹坑，利于存油。热处理有变形，电火花加工应在淬火后进行。一般线切割没有锥度，可以加用电火花打出锥度。五、冷冲模的装配和调试（一）、冷冲模的装配严格按图纸要求1、主要组件的装配模柄装配：模柄与模座过盈配合，用压力机压入。再加工销

48、孔，磨去多余部分。凸模装配：压入固定板，磨平，将凸模端面磨平。2、总装配总装配时，要考虑上、下模的装配顺序。一般那个受限制大，就先装配。具体原则：无导柱模具，凹凸模装配次序无严格要求，可分别装配。凹模在下模座，一般先装下模。导柱复合模，一般先装上模，找正下模位置，按照冲孔凹模加工漏料孔。3、冲裁模试冲的缺陷和调整试冲，发现可能存在的问题，并进行调整，对零件进行加工，重新装配。（二）、环氧树脂等粘结剂的应用为简化加工，控制凹凸模的间隙，常用环氧树脂、低熔点合金和无机粘结剂固定凸模或导柱、导套等。环氧树脂是强力粘结剂。粘结表面粗糙，以利粘结。将凸模、型孔相对位置调整好，固定，注入环氧树脂和固化剂，

49、固化。环氧树脂应用的限制：对多工序的连续拉伸落料模，因为要经常刃磨凸模，不适合采用。小凸模易折断，应考虑采用压配合。冲件厚度大于2mm，不适合。 第三节 锻模制造工艺一、锻模制造的技术要求1、模块的技术要求齿轮类锻模，选择锻模毛坯时，应使锻模毛坯的金属纤维方向和键槽中心线一致，不允许和燕尾支承面垂直。类似劈竹子。2、型腔加工精度：按图纸3、锻模加工的表面粗糙度要求：按图纸4、锻模硬度要求二、锻模制造的程序和工艺过程（一）、锻模制造的程序了解锻模情况，制定工艺过程。进行工艺准备，如安排机床、刀具、夹具、量具等，准备毛坯。组织生产。一般加工过程：锻造模块、退火。预加工：钻起重孔，划线，铣刨基准面等

50、型槽加工：机械加工、特种加工热处理：毛坯加工前要进行退火，消除内应力；机械加工后、特种加工前淬火，提高硬度。热处理对模具质量影响很大。精加工：风动砂轮打磨、修磨、抛光等。（二）、连杆锤锻模机械加工工艺毛坯为锻件，退火处理。钳工划线。钻起重孔。刨分模面、燕尾、基准面：一般成对加工，先加工分模面，再加工上下面，完成纵向、横向基准面的加工。磨分模面。划线。机械加工型槽。钳工修整。铣钳口、键槽、毛边槽等。热处理、淬火、回火。精加工。修磨、抛光。锻模加工实例：汽车制造业使用的各种齿轮、连杆、半轴、曲轴等，都是锻模锻打成形。5CrNiMo适合制造大型锻模，5CrMnMo适合小型锻模。连杆锻模，材料5CrN

51、iMo：钳工划线，粗铣，淬火，两端面磨平。制造石墨电极，电极上打若干2排气孔。单一电极平动加工成形。半轴锻模，材料5CrNiMo：钳工划线，粗铣，淬火，两端面磨平。紫铜电极，电极上打若干2排气孔。多电极更换加工成形。 第四节 塑料模制造工艺一、塑料模制造技术要求零件图纸、装配图常用技术要求二、塑料模型腔的加工和抛光（一）、型腔加工1、机械加工、 、高速加工2、特种加工（电火花）3、型腔加工新工艺冷挤压开式挤压闭式挤压挤压的优点：挤压用的冲头加工比型腔加工容易。加工精度较好。挤压后金属组织致密，硬度、耐磨性较好。冷挤压一般用专用油压机，如压力5000吨。冷挤压最常用的材料是低碳钢、中碳钢，还有铝合金、铜合金、部分工具钢等。型腔挤压对毛坯要求较高。毛坯要经过退火，以提高塑性。毛坯尺寸要加以控制。为减少挤压力，可以制作减荷穴。型腔有图案时，可将毛坯表面制成球面，或者在底部加垫块。挤压力一般按检验公式计算。为提高型腔表面质量、便于脱模，可用硫酸铜浸泡冲头表面，并涂凡士林，或者涂机油稀释的二硫化钼。电加工电火花加工型腔：一般加工后要抛光。线切割加工通孔。电铸：从母模电铸成形，复制性极好。应用较广。唱片、光盘制造的方法。电机扇叶塑压模模具45钢，电极紫铜，铣削成形后，钳工修理