模具制造工艺第5章

第5章

型腔模零件的制造工艺本章所指的型腔模主要指塑料模和压铸模，它是现阶段型腔模的主要类型，其结构相对复杂，要求也相对较高。尤其是塑料成型工业飞速发展，到目前为止塑料模具（特别是塑料注射模）的品种与产量已超过了冲压模具。压铸模虽然历史较长，但近几年随着模具材料的改进，其发展也很快。125.1

塑料模成型零件的加工工艺5.1.1

塑料模的结构和制造特点5.1.2

成型模具零件的加工方法5.1.3

凸模与型芯零件加工实例分析5.1.4

塑料模型腔零件的加工工艺分析5.1.5

型腔零件加工实例分析5.1.1

塑料模的结构和制造特点1．塑料模的结构常见塑料注射模的结构见图5-1。塑料注射模的组成零件按用途可以分为两大类：成型 零件与结构零件。（1）成型零件（2）结构零件345.1.1

塑料模的结构和制造特点1．塑料模的结构（续）成型零件成型零件指直接与塑料接触的、决定塑料制品形状和精度的零件，即构成型腔的零件。注射模的成型零件为型腔、型芯、螺纹型环及镶件等。如图5-1所示的型腔5、型芯4即为成型零件。结构零件结构零件指用于安装、定位、导向、支撑以及成型时完成各种动作的零件。注射模的结构零件为支承与固定零件、抽芯零件、导向零件、定位和限位零件、推出零件、冷却和加热零件、浇注系统零件或加料室零件及模架等。如图5-1所示的拉杆1、推杆2、带头导柱3、冷却通道6、定位圈7、主流道衬套8、定模座板9、定模板10、动模板11、支承板12、动模支架13、推杆固定板14、推板15等都是结构零件。55.1.1

塑料模的结构和制造特点2．塑料模的制造特点

①型腔（芯）呈立体型面。塑料件的外形和内部形状由模具的型腔、型芯直接成型，型腔、型芯的形状是塑料件的复映，这些复杂的立体形加工难度比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工。②精度要求高。塑料模具的型腔（芯）尺寸精度一般

为IT9~IT11级，精密塑件的型腔（芯）尺寸精度为

IT7~IT9级，配合部分精度为IT7~IT8级。为延长寿命， 还需进行淬火甚至氮化。在塑料模具零件的加工中，

数控铣削、成型磨削、电加工等精密加工占的比例比

较大。65.1.1

塑料模的结构和制造特点2．塑料模的制造特点（续）

③表面质量要求高。型腔、型芯的表面粗糙度一般为

Ra＝0.2~0.1μm，有镜面要求的表面粗糙度为Ra＝0.05μm以下。精加工后，必须经过严格的研磨、抛光。多数采用手工、电动研磨和抛光，其手工加工的比例约占整副模具加工量的40%。④工艺流程长。为了保证相互之间的形状和位置精度， 需要采取配制的方法进行加工。加工方法包括数控铣

削、成型磨削、电火花成型、孔加工、热处理与表面

强化、抛光与研磨等精密加工，工种多、工序多、工

艺流程长。75.1.2

成型模具零件的加工方法1、通用机床加工:主要依靠工人的熟练技术，利用立铣、工具铣、车床等进行粗加工、半精加工，然后由钳工修整、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，因此仍被用来加工相对简单、规则的型腔零件。2、数控机床加工：数控机床加工，指采用数控铣床、加工中心等对模具成型零件进行粗加工、半精加工、精加工以及采用高精度的成型磨床、坐标磨床等进行热处理后的精加工。85.1.2

成型模具零件的加工方法

3、特种工艺加工：特种工艺加工，指采用电火花加工、电解加工、挤压、精密铸造、电铸型腔等成型加工方法。在塑料模具制造中用得较多的是电火花型腔加工和电火花线切割加工。9表5-1

模具成型件结构工艺要素分类和内容♦105.1.3

凸模与型芯零件加工实例分析

细长杆零件在加工时，主要是防止或减少由于切削加工力引起的工件弯曲变形，导致影响加工精度的现象。例5-1

加工如图5-2所示塑料模偏头小型芯材料：40Cr热处理：调质31~35HRC表面氮化：深0.2mm图5-2偏头小型芯11表5-2偏头小型芯加工工艺卡12例5-2

加工如图5-3所示塑料模凸模♦13145.1.4

塑料模型腔零件的加工工艺分析15♦

塑料成型模型腔系指塑料模具中的型腔凹模、凸模定模（型腔）板、中间（型腔）板、动模（型腔）板、压制瓣合模，哈夫型腔块以及带加料室压模等。凹模零件加工中，最重要的是型腔的加工，不同形状的型腔，所选择的加工方法也不同。1．圆形型腔法在加铣当型腔为圆形时，经常采用的加工方 有以下几种。①当型腔形状不大时，可将型腔装夹 车床四爪单动卡盘或花盘上进行车削 工。②采用立式铣床配合回转式夹具进行 削加工。③采用数控铣削或加工中心进行铣削加 工。④如果条件允许，也可以在内圆磨床上 完成精加工。162．矩形型腔当型腔为比较规则的矩形时：圆角R能用铣刀直接加工出来，可采用 普通铣床将整个型腔直接铣出。如果圆角为直角或R无法用铣刀直接加 工出来时，可先采用铣削，将型腔大 部分加工出来，再使用电火花机床， 用电极将4个直角或小R

加工出来。当然，也可由钳工修配出来，但一般 较少采用这种方法。有时考虑到有明显的脱模斜度和底部 圆角，直接用数控机床加工成型。173．异形复杂形状型腔66当型腔为异形复杂形状时，如图5- 所示，此时一般的铣削无法加工出 复杂型面，必须采用数控铣床铣削 或加工中心铣削型腔。当采用数控 铣床铣削时，由于数控机床加工综 合了各种加工功能，所以工艺过程 中的某些工序，如钻孔、镗孔等都 可由数控机床加工在一次装夹中一 起完成。184．底部有孔的型腔圆再只切径当型腔底部有孔时，如图5-7所示，这 时要先加工出型腔。如果底部的孔是 形，可用机床直接加工，或先钻孔， 加坐标磨削；如果底部的孔是异形， 能先在粗加工阶段钻好预孔，再用线 割机床切割出来；如果是盲孔，且孔 较小，只能用电火花机床进行加工。195．有特殊结构的型腔当型腔中有薄的侧槽（如 图5-8所示）、窄筋、尖角 等数控铣削难以加工的型 腔结构时，一般在数控铣 削出型腔后再通过电火花 机床补充加工出型腔中的 特殊结构。20216．镶拼型腔镶拼型腔的加工，可通过铣削、线切割加工 或其他加工方式完成。227．型腔热处理

由于变形原因和装配修模的需要，塑料成型模的型腔经常用调质或氮化替代淬火。当型腔需要淬火时，由于会引起变形，型腔的精加工应放在热处理工序完成之后。又因为工件经过热处理后硬度会明显提高，此时应选择磨削、电火花、线切割等精加工手段。5.1.5

型腔零件加工实例分析例5-3

加工如图5-9所示注射模型腔。232425例5-4

小电瓶盖注射模型腔♦262728例5-5

压缩模对拼式型腔♦293031325.2

注射模结构零件的加工工艺浇口套的加工工艺基本模板的加工工艺侧向分型结构零件的加工工艺5.2.1

浇口套的加工工艺常见的浇口套有两种类型，如图5-13所示。333435365.2.1

浇口套的加工工艺（续）

锥形孔也可以采用电火花线切割加工。在进行线切割加工前，应该做出预孔以作为钼丝孔。在进行线切割加工后，也必须研磨抛光。

目前，浇口套大部分已经标准化，并且由专业厂家生产，一般在模具材料或配件市场都能买到。5.2.2

基本模板的加工工艺注射模具基本模板的典型组合如图5-15所示。注射模具基本模板主要包括动模（或下模）座

板、定模（或上模）座

板、型芯（或凸模）固

定板、凹模型腔固定板、支承板、垫块等，都属

板类零件。这类模板一

般用45钢制成，定、动模板需进行调质处理。3738表5-8型腔模各模板尺寸精度♦5.2.2

基本模板的加工工艺

对于固定板上的导钉孔，则用型腔定位后，通过凹模（型腔）上的导钉孔复钻而成，见图5-16，这样可以保证孔的位置及尺寸精度。39例5-6

加工如图5-17所示型腔固定板♦404142435.2.3

侧向分型结构零件的加工工艺当塑料件与开合模方向不同的内侧或外侧具有孔、凹穴或凸台时，模具上成型于该处的零件必须制作成可侧向移动的，以便在塑料件脱模推出之前先将侧向成型零件抽出，然后再把塑料件从模内推出，否则就无法脱模。常用的注射模侧向分型机构有斜导柱、斜滑块、齿轮齿条等类型，其主要零件是斜导柱、滑块、滑槽等。图5-18所示组合式滑块为例分析其加工工艺过程，其加工工艺卡见表5-10。♦444546475.3

型腔的表面加工和表面硬化技术5.3.1

型腔的光整加工5.3.2

型腔表面砂面加工技术5.3.3

型腔的表面硬化技术485.3.1

型腔的光整加工型腔的光整加工是以降低零件表面粗糙度、提高表面形状精度和增加表面光泽为主要目的的研磨和抛光加工。光整加工主要用于模具的成型表面，它对于提高模具寿命和形状精度、改善制件表面质量，以及保证顺利成型起着重要的作用。1．研磨（1）研磨的机理与特点研磨机理是使用研具、游离磨料对被加工表面进行微量的精密加工。在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑剂，使被加工表面和研具之间产生相对运动并施以一定压力，磨料产生切削、挤压等作用，从而去除表面凸起处，使被加工表面精度提高、表面粗糙度数值降低。49501．研磨（1）研磨的机理与特点（续）研磨具有以下特点：①尺寸精度高②形状精度高③表面粗糙度数值低④表面耐磨性提高⑤耐疲劳强度提高⑥不能提高各表面之间的位置精度⑦多为手工作业，劳动强度大511．研磨（2）研磨方法①手工研磨方法（a）用油石研磨（b）用砂纸研磨（c）用磨粒研磨（d）用研磨膏研磨52（a）用油石研磨♦

油石主要用于成型表面的平坦部位及平直沟槽的研磨。研磨时选用的油石粒度为320#~800#。研磨时需要使用研磨液，研磨液在研磨过程中既起调和磨料、使磨料均匀的作用，同时又起到润滑、冷却作用，有时还起化学作用，可加速研磨过程。研磨液是10#机油，精研时可用10#机油1份、煤油3份、透平油或锭子油少量、轻质矿物油或变压器油适量混合而成。53（b）用砂纸研磨

研磨用的砂纸有氧化铝砂纸、碳化硅砂纸、金刚砂砂纸等。砂纸的粒度采用

60~600目。研磨时可用比研磨零件材料更软的竹片或硬木压在砂纸上进行。研磨液可使用煤油、轻油。研磨过程中必须经常清洗砂纸及成型零件的表面，砂粒粒度从粗到细逐步加以改变54（c）用磨粒研磨用磨粒研磨。用油石和砂纸不能研磨的成型表面的细小部位及文字、花纹等，可在研磨棒或研磨片上用油粘上磨粒进行研磨。对凸或凹的文字、花纹则可将磨粒沾在零件上用铜刷反复刷擦研磨。（d）用研磨膏研磨用竹片或木棒作为研磨工具粘上研磨膏进行研磨。研磨膏在使用时必须用煤油或汽油稀释。551．研磨（2）研磨方法（续）②机械研磨方法（a）手持往复式研抛工具（b）手持旋转式研抛工具（c）手持角式旋转研抛工具（a）手持往复式研抛工具56（b）手持旋转式研抛工具57（c）手持角式旋转研抛工具5859③配套研具安装在各种自动研抛工具上的配套研具主要有 以下几种。（a）带轴砂轮（b）往复运动锉刀（c）旋转刷（d）毛毡夹紧器（a）带轴砂轮带轴砂轮，其直径轴为

3

mm，砂轮有圆柱形、圆锥形、反圆锥形、球形等。砂轮采用陶瓷结合剂的烧结氧化铝制作，砂轮直径范围为

3~

16mm，可在手持旋转式研抛工具上使用。60（b）往复运动锉刀往复运动锉刀采用高速钢或金刚石材料制成。模具成型零件的硬度在40HRC以下时，用高速钢锉刀；硬度一旦超出40HRC，则用金刚石锉刀。往复运动锉刀可在手持往复式研抛工具上安装使用。61（c）旋转刷旋转刷主要用作沾磨料研磨，研磨时用刷毛沾上磨料，对成型表面的细小部位或各种凹型或凸型文字及图案进行反复刷擦研磨。旋转刷的直径范围为5~

8mm。62（d）毛毡夹紧器毛毡夹紧器主要用于夹持毛毡对模具成型零件的成型表面进行研抛加工。夹紧器的柄部直径有

3mm和

6mm两种，可夹持的毛毡直径为

6~

36mm，毛毡长度为6~30mm。6364（3）影响研磨表面质量的因素被研成型表面质量的高低取决于磨粒被压入工

件表面的深度，这与磨料粒度、研磨运动轨迹、 研磨压力及工件材质的硬度密不可分。①磨粒粒度②研磨的运动轨迹③研磨压力④工件材质的硬度652．抛光

抛光是指对零件表面进行最终的光饰加工，是一种比研磨更微磨削的精密加工。抛光的主要目的是去除前工序的加工痕迹，改善零件表面的粗糙度，或使零件表面光亮。经抛光后的工件表面粗糙度可达Ra

＝0.4μm以下。（1）抛光机理（2）抛光方法（3）抛光的质量分析（4）其他抛光方法（1）抛光机理抛光属于用微细粒进行的切削加工，并伴随摩擦引起高温挤擦工件表面层的塑性加工，同时抛光剂介质在温度和压力作用下与金属表层发生化学作用。抛光过程中也存在着微切削作用和化学作用。由于抛光所用研具较软，抛光过程中的摩擦会使抛光接触点温度上升，从而引起热塑性流动。抛光获得光滑表面，但不提高表面的形状精度和位置精度。6667（2）抛光方法①手工抛光针对不同的成型零件，常用的手工抛光方法有 以下几种。（a）用平面抛光器抛光（b）用球面抛光器抛光（c）对自然曲面的抛光（2）抛光方法①手工抛光（a）用平面抛光器抛光68（2）抛光方法①手工抛光（b）用球面抛光器抛光69（2）抛光方法①手工抛光（c）对自然曲面的抛光7071（2）抛光方法①手工抛光抛光应先从成型零件的角部、边缘或较难抛的部位开始，抛光方向应注意与塑料件的脱模方向或金属塑性成型过程中的流动方向一致。对于尖锐的边缘和角部，应采用较硬的抛光工

具。另外，需根据抛光工具的硬度和抛光膏的

粒度使用适当的压力，磨粒越细，作用于抛光

工具上的压力越小。（2）抛光方法②机械抛光

除了几类电动研抛工具外，机械抛光还常用圆盘式磨光机。用于去除一些大型模具仿形加工后的走刀痕迹及倒角，抛光精度不高，其抛光程度接近粗磨。7273（3）抛光的质量分析

抛光中的主要质量问题是“过抛光”。过抛光现象一般在机抛时出现，机抛时间超过规定要求越长，表面反而越粗糙。常见有“橘皮状”和“针孔状”缺陷。①橘皮状缺陷②针孔状缺陷74（3）抛光的质量分析①橘皮状缺陷

较软的材料容易出现橘皮状过抛光现象。其原因是抛光压力过大，导致金属材料表面产生微小塑性变形所致。解决方法为：通过氮化或其他热处理工序增加材料的表面硬度。对于较软的非铁金属加工表面，可采用更软质地的抛光工具。②针孔状缺陷如果零件材料中杂质较多，在抛光过程中，杂质从金属组织中脱离下来，形成针孔状小坑。解决方法为：成型零件改用优质合金钢材或在较小压力下做最短时间的抛光。（4）其他抛光方法①电解修磨抛光

电解修磨抛光是在抛光工件和抛光工具之间施以直流电压，利用通电后工件（阳极）与抛光工具（阴极）在电解液中发生的阳极溶解作用来进行抛光的一种工艺方法。75（4）其他抛光方法①电解修磨抛光（续）图5-33所示是电解修磨抛光的原理图。♦1—工具（阴极）；2—电解液管；3—磨粒；4—电解液；5—工件（阳极）；6—电源图5-33电解修磨抛光原理图7677（4）其他抛光方法①电解修磨抛光（续）电解修磨抛光有以下特点：（a）电解修磨抛光不会使工件产生热变形或应力。（b）工件硬度不影响加工速度。（c）对型腔中用一般方法难以修磨的部位及形状（如深槽 窄缝及不规则圆弧等），可采用相应形状的修磨工具进行 加工，操作方便、灵活。（d）修磨抛光后，模具表面粗糙度一般为Ra＝6.3~3.2

m 对粗糙度指标小于上述范围的表面再采用其他方法加工较 容易达到。（e）装置简单，工作电压低，电解液无毒，生产安全。（4）其他抛光方法②超声波抛光超声波抛光具有以下优点：抛光效率高，能减轻劳动强度。适用于各种型腔模具，对窄缝、深槽、不规则圆弧的抛光尤为适用。适用于不同材质的抛光。78793．型腔零件研抛的工艺过程（1）坯件的准备（2）研抛用的工具及材料（3）研抛的加工过程（4）研抛的注意事项80（1）坯件的准备

型腔零件在研抛前应满足下述两个条件：一是坯件应留有0.1~0.15mm的研抛余量，不能太大；二是坯件表面粗糙度

Ra＝6.3~1.6μm。81（2）研抛用的工具及材料

研抛用的工具主要有手砂轮、抛光机（砂轮机可代用）、布轮、毡布砂轮、镊子、海军呢碎片、细砂纸、丝绸布和

油石等。抛光剂可用金刚砂研磨膏（Cr2O3）。抛光液主要用煤油或煤油与机油的混合 物、乙醇等。82（3）研抛的加工过程①将坯件先粗加工表面，用细锉进行交叉锉削或用刮刀刮平。锉削后， 表面不应有明显的刀纹和加工划痕。②用砂布将表面磨光。③用金刚砂抛光并用毡布或呢子布沾取煤油或煤油与机油的混合物涂 抹在被抛光表面。④在用金刚砂研磨时，先用粒度比较大的粗金刚砂研磨，后用中号及 细号粒度的金刚砂研磨。⑤经研磨后的表面，用呢子布粘取细号金刚砂的干粉面再进行一次抛光 ，以获得美观光洁的表面。干抛光后的表面，再用细丝绸布擦干净。对拉深、弯曲、冷挤压及型腔模回转体凸模、型芯等，可直接在抛光机上用布轮进行抛光，然后再用呢子布打光即可。83（4）研抛的注意事项

研抛时，其运动方向应经常变换，否则会有纹络出现；前一道工序结束后，必须将杂物清除干净；复杂的凸、凹模及型腔型面的抛光，可用乙醇作抛光液。845.3.2

型腔表面砂面加工技术1．表面纹饰技术2．蚀刻技术851．表面纹饰技术♦♦

塑料制品表面纹饰的加工方法很多，总体上可分为成型后装饰和模腔内装饰两大类。成型后装饰的方法主要包括各种印制、镀层、热压、粘贴和镶嵌等。模腔内装饰主要有模具刻花、模内贴标签、镶嵌铭牌和二次注射成型等。模腔内成型的塑料制品表面纹饰，主要包括各种文字、图案、不同粒度的亚光砂面和各种纹理花纹（木纹、皮革纹、橘皮纹等）。86模腔内成型的塑料制品表面纹饰成型方法：（1）机加工（2）电火花加工（3）精密铸造和电铸加工（4）计算机数控加工872．蚀刻技术通过对模具型腔表面进行腐蚀处理得到所需的表面纹饰是模腔表面纹饰加工的主要方法。其加工原理是把所需要的图形按一定比例放大

绘制成原图，并用照相法精确地缩到照相底片

上。底片上的图案经过曝光、显影的光化学反

应，复制到涂有感光胶的模腔表面上。经过坚

膜固化等处理，使感光胶的相应部分具有较高

的抗蚀能力，再进行化学腐蚀，即可获得所需

的型腔表面图案。88照相腐蚀的工艺如下：①洗型腔表面②涂胶③贴附图案底片④曝光⑤显影、冲洗⑥坚模与修补⑦腐蚀⑧去胶、修整895.3.3

型腔的表面硬化技术

应用于模具加工与制造的表面工程技术非

常广泛，不仅包括传统的表面淬火技术（如感

应淬火、火焰淬火等），热扩渗技术（如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等），堆焊技术和电

镀硬铬技术，还有近20年来迅速发展起来的激

光表面强化技术、物理气相沉积技术（PVD）、化学气相沉积技术（CVD）、离子注入技术、热喷涂技术、电刷镀技术和化学镀技术等。90表面硬化工程技术应用于模具表面的目的①提高模具表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化 性能，大幅度提高模具的使用寿命。②提高模具表