《模具制造工艺》2014年备课笔记(40本科)

1、第1章 模具制造工艺概述11 模具制造的特点与基本要求111 模具制造的基本要求 （1）制造精度高（2）使用寿命长（3）制造周期短（4）模具成本低112 模具制造的特点（1）制造质量要求高（2）形状复杂（3）材料硬度高（4）单件生产12 模具制造的工艺路线外购件成 品试 模装配调整零件加工模具设计分析估算热处理13 模具技术现状及发展趋势131 模具工业在国民经济中的重要地位1）模具工业是国民经济的基础工业2）模具工业是衡量一个国家工业水平的重要标志3）模具工业是技术转化成果的基础4）模具工业是制造业和国民经济发展的动力132 模具设计技术的发展方向1）技术支持模具设计资料库和知识库系统。2）

2、统一技术模具及零件的标准件化。3）在理论研究方面，要进一步探讨新型材料大弹塑性变形本构关系、表面摩擦特性等。4）冲压模金属成形过程的模拟、缺陷预测，起皱、破裂、及回弹分析等。133 模具加工技术的发展方向模具加工方法主要有：1）精密铸造2）金属切削加工3）电火花加工4）电化学加工5）激光及其他高能波束加工6）复合加工数控和计算机技术的不断发展使它们在模具加工方法中得到了越来越广泛的应用。 134 模具制造综合技术的发展方向1）传统的模具制造技术，主要是根据设计图纸，用仿型加工，成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。2）现代模具不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难

3、于制造，必须采用先进制造技术才能达到它的技术要求。 135 模具材料及先进表面处理技术1）模具工业要上水平，材料应用是关键2）因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45以上。3）对策：一是研究新型模具材料（冷作、热作），钢结硬质合金；二是采用表面工程技术对材料进行改性。136 国内模具技术的发展趋势为了适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，未来我国的模具将呈现几大发展趋势：1、模具日趋大型化1）方面是由于用模具生产的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求而发展多工位模具，多腔模具（现在有的注塑模已达几百腔）所致。2）新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的

4、六拐曲轴成形。2、模具的精度越来越高1）10年前，精密模具的精度一般为5m，现在已达23m，不久1m精度的模具都将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1m以内。2）超精密加工已进入纳米（0.1m100nm）级精度阶段，大致可分3个层次：n 一是用于汽车、飞机、精密机械的微米(m)级精密加工；n 二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米(0.1m)级精密加工；n 三是用于超精密电子器件的毫微米(0.001m)级精度加工。这就要求发展超精加工，并对模具的加工设备、检测技术、研磨抛光工艺等提出更高的要求。3、压铸模及塑料模的比例将不断提高1）随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，压铸

5、模具的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出更高的要求。2）随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例也将不断提高。4、挤压模及粉末成形模将增多1）由于汽车、车辆和电机等产品和轻量化发展，以铝代钢，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料的成形加工技术。2）新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能，而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态、半固态挤压模具及粉末锻模。3）金属粉末锻造成形，金属粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末喷射和喷涂成形大大扩充了现代精密塑性成形的应用范围。5、多功能复台模具将进一步发展1）级进组合冲压模已在美国汽车工业中普遍应用（加工转子、定子板或者插

6、接件），其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切。2）如集成电路引线框架的2030工位的级进模，工位数量最多已达160个。3）自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。4）这种多功能复合模具生产出来的不再是单个零年，而是成批的组件，可大大缩短产品的生产及装配周期。6、热流道技术的应用扩大1）采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料。2）在国外热流道技术的应用发展较快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具50以上采用了热流道技术，甚至达到80以上，效果十分明显。3）热流道模具在国内也已生产，有些企业使用率上升到203

7、0%。国产商品化热流道系统元件也已出现，但也有些模具企业，热流道模具已占其模具生产总旦的l3左右。4）制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道技术的关键。7、塑料气辅成形、高压注射成形工艺日趋成熟1）气辅成形是在传统的注射成型基础上发展起来的一种创新的注射成型工艺：在充填阶段，当型腔充填至70-95时向型腔内注入高压气体，并使气体进入型腔，进入保压阶段，继续注入高压气体以弥补因熔体冷却而引起的收缩。2）气辅成形成形特点与应用气体辅助注射成形能改善塑件内在和外观质量，它具有注射压力低、制品翘曲变形小、易于成形壁厚差异较大的制品等优点。高压注射成形可减小树脂收缩率，增加

8、塑件尺寸的稳定性；可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。该工艺在国外已比较成熟，国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术。 8、快速经济模具的前景十分广阔1）目前是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75以上。2）中、低熔点合金模具，喷涂成形模具、精铸模、层叠模、陶瓷吸塑模、环氧树脂模及光造型等快速经济模具将进一步发展。3）由于铝合金优良的综合性能，用它作模具材料可缩短制模周期和降低模具成本，且用于塑料模可有10万次以上寿命，因此用铝合金进行高速切削来制作快速经济模具已

9、在世界上得到较为广泛的使用，我国也已开始使用，预计今后会得到较快发展。9、特殊的成形工艺得到发展1）液压成形2）聚氨脂成形3）无模多点成形技术4）超塑性成形高能率成形等10、塑性精密成形技术1）近10年来，精密成形技术取得了突飞猛进的发展：精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。2）电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2m，寿命达到1亿次以上。3）700mm汽轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺楔横轧汽车、拖拉机精密轴类锻件11、半固态金属成形技术1）所谓半固态成形，是指对液态金属合金在凝固过程中经搅拌等特殊处理后得到的

10、具有非枝晶组织结构，固、液相共存的半固态坯料进行各种成形加工。2）它具有节省材料、降低能耗、提高模具寿命、改善制件性能等一系列优点，并可成形复合材料的产品，被誉为21世纪新兴金属塑性加工的关键技术。12、优化管理进步优化模具企业的组织管理结构、网络技术结构，实现优质、高效生产。14 练习思考题1）模具制造的特点与基本要求是什么？2）模具制造与一般机械产品制造的工艺相比所具有的主要特点是什么？第2章 模具的机械加工普通精度的模具零件采用普通通用机床加工，然后进行必要的钳工修配后装配；精度要求较高的模具零件采用精密机床加工；具有复杂形状的曲面零件采用数控机床加工。21 模具的一般机械加工普通机床加

11、工方法有车削、铣削、刨削、磨削和钻削等。这些加工方法具有对工人的技术水平较高、生产效率低、制造周期长等特点。211 模具的车削加工1）在车床中以卧式车床在模具加工中的应用最为广泛。2）车削主要用于加工凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型芯和模柄等圆盘类和轴套类零件。3）根据模具零件的精度要求，车削一般是内外旋转表面加工的中间工序，或作为最终工序。4）尺寸精度可达IT12IT7，表面粗糙度为。精车的尺寸精度可达IT8IT6，表面粗糙度为。212 模具的铣削加工1）在铣削加工中以立式铣床和万能工具铣床在模具加工中的应用最为广泛。2）铣削主要用于加工各种模板平面、沟槽、台阶、孔、型腔、型面等板类零件。3

12、）当模具零件的精度要求高时，铣削一般作为中间工序。4）铣削的尺寸精度可达IT10IT8，表面粗糙度为。213 模具的刨削和插削加工1）在刨削加工中以牛头刨床在模具加工中的应用最为广泛。2）刨削主要用于加工各种模板平面和斜面等板类零件。3）刨削一般作为中间工序使用。4）刨削的尺寸精度可达IT10IT8，表面粗糙度为。214 模具的磨削加工1）在磨削加工中以平面磨床、内圆磨床和外圆磨床在模具加工中的应用最为广泛。2）磨削主要用于加工各种模板平面、零件配合面、导柱、导套、圆形型腔、型芯等板类和轴套类零件。3）磨削一般作为最终工序使用。4）平面磨削的尺寸精度可达IT6IT5，表面粗糙度为，两平面平行度

13、小于0.01:100。5）内圆磨削的尺寸精度可达IT7IT6，表面粗糙度为。要求高时尺寸精度可控制在0.005mm之内，表面粗糙度为。6）外圆磨削的尺寸精度可达IT6IT5，表面粗糙度为。采用高光洁磨削工艺，表面粗糙度可达。215 模具的钻削加工1）在钻削加工中以台式钻床和摇臂钻床在模具加工中的应用最为广泛。2）钻削主要用于加工模板上各种螺钉孔、销钉孔、过孔、水孔等板类零件。3）钻削属于粗加工，一般用作中间工序，对于普通孔可作为最终工序使用。4）钻削的尺寸精度可达IT12IT11，表面粗糙度为。经过铰孔后，尺寸精度可达IT8IT6，表面粗糙度为。22 模具的精密加工为了实现模具的精密加工，必须

14、注意如下各点：1）在考虑模具零件加工方法的基础上进行模具设计，使模具结构与加工方法相适应，以获得预期的加工效果。2）使用高精度和高刚性的加工机床。3）选用具有高耐磨性，适合于高精度加工的刀具。4）要创造以温度控制为中心的良好环境。5）要把加工过程中的创造意识和关键及时向设计部门反映。6）加强对操作人员的教育和训练。231 坐标镗床加工1）坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，主要用于加工零件上有精确尺寸和孔距要求的孔，还可以用于精确的刻度、刻线和成品检验等。2）坐标镗床加工孔的尺寸精度可达IT6IT7，表面粗糙度一般可达，孔距精度可达0.0050.01mm。3）坐标镗床应安装在特别干燥和清洁的

15、厂房内，室温保持恒温201，空气湿度应在555%的范围。4）光学坐标镗床的依靠精密刻度尺、游标刻度尺和光学系统，定位可读精度达0.001mm。5）坐标镗床配有万能转台、中心测定器、镗孔夹头、弹簧中心冲等附件，提高了机床的使用性能，扩大了加工范围。6）坐标镗床加工时，要先进行工件定位、坐标尺寸换算等准备工作。7）坐标镗床进行孔加工时，其工艺方法与被加工孔的孔径大小、尺寸精度和孔距精度要求等有关，应选用与之适合的刀具进行加工。232 坐标磨床加工1）坐标磨床是利用准确的坐标定位系统，用高速旋转的砂轮对已淬火的工件进行精密加工的高精度设备，主要用于加工模具上各种精密的圆孔、锥孔、型孔、直线轮廓、沟槽

16、等。2）坐标磨床加工的尺寸精度可达0.005mm，表面粗糙度达以上，可磨削的孔径为0.8200mm。3）坐标磨床应安装在特别干燥和清洁的厂房内，室温保持恒温200.5，空气湿度应在553%的范围，此时机床的定位精度可达0.002mm。4）坐标磨床依靠砂轮的转动（自转）、主轴的行星回转（公转）和上下往复运动等三种运动互相配合而实现各种加工的。5）坐标磨床有手动和连续轨迹数控两种，数控加工效率比手工操作法高210倍，且轮廓曲线连接处精度高，加工模具时凸凹模配合间隙可达0.002mm左右而且间隙均匀。6）坐标磨床加工时，要先进行工件定位、坐标尺寸换算和程序编制等准备工作。7）坐标磨床进行加工时，其工

17、艺方法与被加工对象的形状和尺寸精度要求有关，应选用与之适合的砂轮进行加工。233 成形磨削加工1）成形磨削是成形表面精加工的一种工艺，具有高精度和高效率的特点，在模具加工中主要用于精加工各种复杂截面轮廓的凸模、凹模拼块、电火花加工用的电极等。2）成形磨削可在专用的成形磨床或平面磨床上进行，其原理就是把零件的轮廓分成若干直线与圆弧，按照一定的顺序逐段磨削，使之达到图样上的技术要求。3）利用成形砂轮和专用夹具，可以实现成形砂轮磨削法和夹具磨削法等两种成形磨削工艺，也可以将两种方法联合使用，扩大加工范围，提高工艺能力。4）成形砂轮磨削法中，选用合适的砂轮和利用各种辅助工具修整砂轮的形状和角度成为工艺

18、的关键。5）夹具磨削法中，可供选用的夹具有正弦精密平口钳、正弦磁力台、正弦分中夹具、万能夹具等，依据不同的零件轮廓形状选用合适的夹具成为工艺的关键。6）成形磨削加工时，要先进行工艺尺寸的换算。7）光学曲线磨床是一种特殊的成形磨削机床，主要用于磨削平面、圆弧面、和非圆弧形的复杂曲面，磨削精度为0.01mm。8）为了提高加工精度和效率，成形磨削已经朝着数控化的方向发展。23 练习思考题1）试用表格列出车、铣、磨、钻等普通机械加工的加工应用范围、尺寸精度、表面粗糙度和常见设备种类，并各举一例说明其在模具零件加工中的应用。2）精密机械加工中，谈一谈工件定位的方法及其对加工的影响？第3章 模具的特种加工

19、31 电火花成形加工311 电火花加工的基本原理及特点（一）电火花加工的基本原理1）电火花加工是基于工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来对工件进行加工的，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度要求。2）在脉冲放电点必须有足够的火花放电强度。局部集中的电流密度须高达105106A/cm2，使局部金属熔化和气化。3）放电是短时间的脉冲放电。放电的持续时间为10-710-3S，因放电时间短促，所产生的热量将来不及传散到电极材料内部，保证了良好的加工精度和表面质量。4）先后两次脉冲放电之间，要有足够的脉冲停歇时间使极间介电液恢复其介电性能，避免在同一点持续放电产生局部烧伤想象。5）工具和工件

20、之间始终维持稳定的微小放电间隙。6）极间须有一定的液体介质，并使脉冲放电产生的电蚀产物及时扩散、排出，保证重复性的脉冲放电顺利进行。（二）电火花加工的物理本质1）介质击穿和通道形成2）能量转换、分布与传递3）电极材料的抛出4）极间介质的消电离（三）电火花加工的特点1）由于脉冲放电的能量密度很高，因此可以加工任何硬、脆、韧及高熔点的导电材料，在一定条件下还可以加工半导体和非导电材料，从而扩大了模具材料的选用范围。2）加工时，工具电极与工件电极之间不存在明显的宏观作用力，而且工具材料也不必比工件硬。不仅有利于工具电极的制造，而且也有利于包括小孔、窄槽在内的各种复杂精密模具的加工，并能在淬火之后进行

21、。3）脉冲放电的持续时间短，放电时所产生的热量传散范围小，工件表面的热影响区也很小。4）脉冲参数能在一个较大的范围内调节，故可以在同一台机床上连续进行粗、中、精及精微加工。精加工时的精度能控制其误差小于0.01mm，表面粗糙度为；精微加工时的精度可达0.0020.004mm，表面粗糙度为。5）直接利用电能进行加工，便于实现自动化。312 电火花加工的基本规律电火花加工工艺效果如何，主要用加工速度、加工精度、加工表面质量以及工具电极相对损耗等四个工艺指标来评价的。（一）影响加工速度的主要因素1）电参数单脉冲能量、脉冲放电频率2）极性效应正极性加工、负极性加工3）工件材料的热学常数熔点、沸点、比热

22、容、熔化热、汽化热、导热系数等。4）工作液介电作用、压缩放电通道、电蚀产物的抛出和排除、冷却电极和传散热量5）排屑条件冲油、抬电极、增大脉冲停歇时间、降低加工平均电流、改善排屑条件、限制电蚀产物浓度（二）影响加工精度的主要因素1）尺寸精度放电间隙稳定性、放电间隙大小、棱角部位电场不均匀、电规准参数、工具电极损耗2）形状精度二次放电、加工斜度、尖角放电腐蚀（三）影响加工表面质量的主要因素1）表面粗糙度单脉冲能量、工件材料性质、工具电极表面质量、二次放电、加工速度2）加工表面层的组织变化熔融凝固层、淬火层、热影响层、脉冲放电能量3）表面微观裂纹熔融凝固层、脆硬材料（四）工具电极相对损耗1）正确选择

23、极性窄脉冲正极性加工、长脉冲负极性加工2）选用合适的材料作工具电极热学常数、损耗、可加工性3）建立炭黑保护层采用负极性加工、增大脉冲宽度、降低脉冲电流幅值、缩短脉冲停歇时间4）利用电喷镀现象长脉冲负极性加工、脉冲电流幅值小、脉冲电流变化缓慢、水质工作液、放电间隙增大5）利用电化学现象水质工作液、正极性加工313 电火花成形加工设备及附件电火花成形机床一般由脉冲电源、自动控制系统、机床本体以及工作液循环过滤系统等四部分组成。（一）脉冲电源脉冲电源的要求、晶体管脉冲电源、新型脉冲电源（二）自动控制系统加工间隙自动调节系统的要求、直流力矩电动机控制系统（三）机床本体基本组成、型号规格（四）工作液循环

24、过滤系统冲油式、抽油式、介质过滤（五）机床附件电极夹具、平动头314 模具电火花穿孔加工直接配合法、间接配合法、修配凸模法315 型腔模电火花加工（一）型腔模电火花加工的工艺特点与工艺方法工艺特点、工艺方法（二）工具电极设计与制造电极材料选择、电极设计、电极制造（三）型腔电火花加工工艺准备工序、电极的装夹与校正、工件的装夹与校正、电规准的选择与转换32 电火花线切割加工321 电火花线切割加工原理和特点（一）电火花线切割加工的基本原理1）电火花线切割加工是基于工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来对工件进行加工的，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度要求。2）电火花线切割加工是用不断

25、移动的电极丝作为工具，工件则按预定的轨迹进行运动而切割出所需的复杂零件。3）电火花线切割加工只能加工以直线为母线的曲面，而不能加工任意空间曲面。（二）电火花线切割加工的特点1）不需要制造复杂的成形电极。2）工件材料被蚀除的量很少，这不仅有助于提高加工速度，而且加工下来的材料能够利用。3）能够方便地加工各种复杂的精密零件，包括各种微槽和窄缝。4）电火花线切割加工时电极丝损耗较小，对一般中小模具加工影响不大，有助于加工精度控制在0.01mm以内。对于慢速走丝电火花线切割来说，因电极丝是一次性使用的，电极丝损耗对精度的影响极小。5）电火花线切割加工一般采用精规准一次加工成形，在加工过程中大都不需要转

26、换规准。322 电火花线切割加工设备（一）机床部分1）床身刚度、强度、外观造型2）坐标工作台坐标精度、运动精度、灵敏度、加工轨迹（X、Y）3）运丝机构绕丝机构、丝架、上导轮运动轨迹（U、V）4）工作液及循环系统皂化液、去离子水、循环装置（二）高频脉冲电源功率较小、频率较高（三）数字程序控制系统直线、圆弧、其它曲线323 数字程序控制原理（一）逐点比较法判别、进给、计算（二）偏差计算加工斜线、加工圆弧（三）加工长度控制计数长度J、计数方向G324 程序编制（一）程序格式3B指令格式（二）加工程序编制工件图样尺寸、电极丝直径、放电间隙（三）典型零件加工程序编制取坐标、计算补偿量、计算坐标点、确定切

27、割顺序、确定计数方向与长度、编制程序单325 间隙补偿和斜度切割的控制原理（一）间隙补偿的控制原理原坐标进给量、补偿量、间隙自动补偿控制器、补偿脉冲（二）切割带斜度工件的控制原理锥度插补运算器、斜度与补偿切割指令326 电火花线切割加工工艺及应用（一）工艺应用和工艺路线1）工艺应用2）工艺路线（二）影响电火花线切割加工工艺效果的主要因素1）脉冲参数2）电极丝及其移动速度3）工件材料及其厚度33 电化学加工331 电化学加工的基本原理（一）电化学加工过程原电池、电化学反应、电化学加工（二）电解质溶液电解液、动态平衡、离子导体（三）电极电位离子能级、双电层、电位差、平衡电极电位、标准电极电位（四）电极反应阳极反应、阴极反应、工件材料、电解液、加工条件（五）极化与钝化极化、钝化、活化332 电解加工（一）电解加工的基本原理与特点1）基本原理电化学阳极溶解2）工艺特点优点、缺点（二）电解加工设备1）机床2）直流电源3）电解液循环过滤系统（三）电解加工的基本规律1）生产率及其影响因素2）加工精度3）表面质量（四）提高电解加工精度的途径1）混气电解加工2）小间隙电解加工3）脉冲电流电解加工4）改善电解液（五）电解加工工艺及应用1）型腔加工2）拉丝模扩孔3）电化学抛光333 电解磨削（一）电解磨削的