第二章--模具的机械加工.ppt

1、第二章 模具的机械加工,第一节 切削加工方法及其选择 第二节 一般机械加工 第三节 模具的仿形加工 第四节 模具的精密加工,第一节 切削加工方法及其选择 一、 模具零件的常用机械加工方法 （一）一般机械加工 （1）车削加工 （2）铣削加工 （3）刨削加工 （4）钻削加工 （5）磨削加工 （二） 仿形加工 （三） 精密加工 （1）坐标镗床加工 （2）坐标磨床加工 （3）成形磨削,二、 选择模具零件表面加工方法的原则 1、外圆柱面的加工,图2.1 车外圆车刀的选择 (a)普通外圆车刀 (b)45弯头刀 (c)90偏刀,图2.2 顶尖、拨盘及鸡心夹头 1螺钉；2前顶尖； 3拨盘；4鸡心夹头； 5后顶

2、尖,图2.3 四爪卡盘和花盘 (a)四爪卡盘 (b)花盘 1调整螺钉；2卡爪；3压板；4螺栓；5T形槽；6工件；7平衡铁,2、 平面的加工,图2.4 铣削的应用 (a)用圆柱铣刀铣削 (b)用端铣刀铣削,图2.5 工件直接安装 在工作台上,图2.6 矩形工件的装夹 (a)在平口钳上装夹 (b)用角铁装夹,3、 孔的加工 （1） 一般孔的加工方法 1）钻孔 2）扩孔 3）拉孔 4）铰孔 5）镗孔 6）内圆磨削 7）研磨、珩磨、抛光等光整加工,图2.7 钻孔时工件的装夹 (a)用虎钳装夹 (b)用压板螺栓装夹 (c)用V型架装夹 (d)用钻模装夹,图2.8 镗床上镗孔的示意图,图2.9 珩磨原理及

3、 磨粒运动轨迹,（2） 深孔加工（如水孔）,图2.10 枪钻结构,（3） 精密孔加工,图2.11 精孔钻结构,（4）孔系的加工 1） 单件孔系的加工 A：划线法加工 B：找正法加工,图2.12 用心轴和块规找正 (a)第一工位 (b)第二工位 1心轴；2镗床主轴；3块规；4塞尺；5镗床工作台,C：通用机床坐标加工法,图2.13 附加百分表在铣床上镗孔 1检验棒；2立铣床；3百分表；4量块组,D：坐标镗床加工 （2） 相关孔系的加工 A：同镗(合镗)加工法,图2.14 模具零件的同镗(合镗)加工 1，2，3零件；4钻头；5夹钳,B：配镗加工法 C：坐标磨削法,第二节 一般机械加工,一、车削加工

4、1、加工对象： （1）工件：凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型芯、模柄等 （2）加工表面：内外回转表面、螺旋面、端面、钻、镗孔、铰孔及滚花等,冷冲模,导柱、导套,圆凸模,凸模,注塑模中的回转体零件,浇口套,2、加工效果： 精加工的尺寸精度：IT68；表面粗糙度1.60.8微米 例如：加工模具中的导柱、推杆时车削的加工余量、加工精度和表面粗糙度,3、加工过程及方法： （1）一般（简单）表面的加工： （2）回转体型面（不规则表面）的加工：主要包括型腔内表面和型芯（凸模）外表面。 A:基本原理：一是改变刀具切削刃的形状，使之与型面的母线相吻合成形刀具；二是改变刀具（尖）的运动轨迹，使刀具的运动轨迹与型

5、面的母线一致。,B:具体加工方法： 手动控制法手动控制刀具（尖）的运动轨迹 样板刀成形车刀,靠模法利用靠模（仿形装置）控制刀具（尖）的运动轨迹 使用专用工具如球面车削工具 数字程序控制利用数控机床的数字控制系统控制刀具（尖）的运动轨迹,车削加工型腔实例； 对拼式塑压模型腔,1）将坯料加工为平行六面体，斜面暂不加工。 2）在拼块上加工出导钉孔和工艺螺孔，为车削时装夹用。 3）将分型面磨平，在两拼块上装导钉，一端与拼块A过盈配合，一端与拼块B间隙配合。 4）将两块拼块拼合后磨平四侧面及一端面，保证垂直度，要求两拼块厚度保持一致。 拼块上的工艺螺孔和导钉孔,）在分型面上以球心为圆心，以44.7mm为

6、直径划线，保证H1=H2，如图所示 ） 据所画线利用成型样板车刀加工两球面 ）分别加工出两矩形面和圆锥面，将两块拼块拼合后进行精加工,二、铣削加工 1、加工对象：利用立铣床对模具零件的型腔、型面或孔进行加工；在铣床上对平面或斜面进行加工。 2、加工效果：一般加工尺寸精度可达IT10，Ra1.6微米；高速精铣后可达IT8，Ra0.8微米。 3、主要应用： （1）平面或斜面的加工 斜面加工需在工件装夹时将斜面调整到水平或垂直的位置,然后进行加工。 铣削加工倾斜平面的方法： 工件斜置：如图所示。 刀具斜置：,（2）圆弧面的加工 加工时，工件置于圆转台上，并使被加工圆弧中心与圆转台的回转中心重合。,圆

7、工作台,（3）复杂型腔或型面的加工 复杂型腔或型面一般由圆弧段和直线段组成。 采用坐标法进行加工，即根据被加工点的位置，控制工作台的纵横（X，Y）向移动以及主轴头的升降（Z）进行加工。 加工后精度较低，须钳工修整或利用其它方法（电加工）来提高精度,为加工出某些特殊的形状部位，在无适合的标准铣刀可选用时，可采用图所示适合于不同用途的单刃指铣刀。,为提高铣削效率，对某些铣削余量较大的型腔，铣削前可在型腔轮廓线的内部连续钻孔，孔的深度和型腔的深度接近，如图所示。,（4）孔系的加工 孔系：指模板上数量较多且孔间距离要求高的多个孔。包括平面孔系和非平面孔系。 在立铣床上加工孔系的方法： a：划线加工法

8、由模具钳工进行 先在孔位上划线，然后逐个找正加工；精度较低，一般在0.25-0.5mm b：坐标法加工法根据模板上各孔的相对坐标来控制工作台的移动，逐个将各孔加工出来。不加测量装置孔位精度为0.06-0.08mm，加测量装置为0.02mm,c：同镗或配镗加工法处理两个零件且位置相同的孔的加工，如：上、下模座上的导柱、导套孔，可以保证两孔的同轴度。,上、下模座导柱、导套安装孔,三、刨削和插削加工 1、加工对象：主要用于模具的外形加工，中小型零件采用牛头刨床，大型零件用龙门刨床。 2、加工效果：加工后尺寸精度为IT10，表面粗糙度1.6微米；宽刃精刨时可获更高精度。 3、主要应用： （1）平面加工

9、 （2）斜面加工 （3）各类槽加工 （4）型面加工,例：平面构成的凸模型面加工 零件图：,工艺简图,a,b,c,d,e,四、磨削加工 1、加工对象：利用砂轮在平面磨床、内圆磨床或外圆磨床上对形状简单（平面、内圆和外圆）的零件进行加工；例如磨削主要对模具型腔、型面、导柱外圆、导套内外圆表面以及模具零件之间的接触面进行精加工。 2、加工效果： 加工平面：尺寸精度IT5IT6，表面粗糙度Ra0.40.2微米，两平面平行度小于0.1:100 加工外圆：尺寸精度IT5IT6，表面粗糙度Ra0.80.2微米，若采用高光洁磨削工艺，表面粗糙度可达Ra0.025微米； 加工内孔：尺寸精度IT6IT7，表面粗糙

10、度Ra0.80.2微米；若采用高精度磨削工艺，尺寸精度可控制在0.005mm之内，表面粗糙度Ra0.10.025微米。,挤出成型机头（精诚模具集团）,平面磨床,手工抛光,3、磨削工艺： （1）外圆磨削工艺要点 1）应用、工序及加工质量 外圆磨削是车削加工的后续工序，其应用范围、加工对象与车削加工基本相同。外圆磨削一般在热处理(淬火)之后进行，是机械加工工艺过程中的精密加工或最终加工工序。 外圆磨削一般分为：粗磨、精磨和细磨三道工序。可根据被被加工的工件的批量大小和应达到的精度要求，其工序组合可进行适当调整以保证加工质量和高效。,2)平面磨削工艺要点 3)内孔磨削工艺要点：见教材表格。 磨削过程

11、中关键要考虑：砂轮的选用，磨削用量的确定，工件的定位方案，正确的磨削顺序， 加工质量的检测等方面。,第三节 模具的仿形加工,一、仿形加工的概述： 概念：以事先制成的靠模为依据，加工时触头对靠模表面施加一定的压力，并且沿其表面上移动，通过仿形机构，使刀具作同步仿形动作，从而在模具零件上加工出与靠模相同的型面。,除数控加工外,仿形加工是各种模具型腔和型面进行机械加工的主要方法之一。 常用的仿形加工的 方法：仿形车削、仿形刨削、仿形铣削和仿形磨削等。 仿形铣床：,特点: 以靠模（样板）加工为依据加工模具的型面，跳过了复杂曲面的数学计算和建模问题，简化了复杂形状曲面的机械加工工艺。 靠模材料可用木材、

12、石膏、树脂等易成形材料制作降低了靠模的制造难度。 加工效率高，一般为电火花加工的4050倍，常作为电火花加工前的粗加工工序。 加工误差较难控制，如加工过程中刀具磨损的补偿问题 设备较复杂，价格昂贵,二、 仿形加工的控制方式及工作原理,三、仿形加工工艺（以仿形铣削为例） 1、靠模：包括材料的选用及其制造工艺的问题。 （1）靠模种类：平面靠模和立体靠模 平面靠模：用于平面轮廓仿形 立体靠模：用于三维复杂表面的仿形 （2）靠模材料： 非金属材料: 如木材、石膏、树脂 金属材料：钢、铸铁、铜合金、铝合金 （3）制造工艺： 选择适当的制造方法，保证其尺寸、形状精度 采用表面强化手段，确保使用过程不产生变

13、形和磨损,2、仿形触头（仿形指、靠模指、靠模销）： （1）结构设计要点（圆柱形仿形指、球头仿形指、圆锥球头仿形指）： A:结构要点：仿形触头的头部与靠模表面形状相适应，即触头倾斜角小于靠模工作面的最小斜角、触头头部半径小于靠模工作面的最小半径。,不正确 正确,B:仿形触头结构尺寸设计： 仿形触头的形状应与铣刀形状相适应。 仿形触头直径D与铣刀直径d的关系： D= d+2（a+e) 式中：d铣刀直径 e仿形触头偏移修正量（基准变位量，与仿形指构造、长度、进给速度、型腔表面形状等因素有关）;精仿时, e=0.050.1mm a加工后修正余量： a 0，留有半精加工或精加工余量； a =0，精加工成

14、型； a 0，改变型腔尺寸,3、仿形铣刀： 圆柱立铣刀：适合于型腔粗加工及要求型腔底部为清角的仿形加工，与圆柱形触头配用。 圆柱球头铣刀：适合于型腔底面与侧面有圆弧过渡的情形，常用于型腔的半精加工和精加工。 锥形球头铣刀：它可对型腔侧面的出模斜度及底部过渡圆角同时进行精加工，或对具有一定深度和较小的凹圆弧进行加工。 小型锥指铣刀：加工特别细小的花纹 双刃硬质合金铣刀：铸铁件的粗、精加工,4、仿形加工基本形式 （1）基本形式：按照仿形指动作所能控制的坐标轴数量及配制的不同 ）垂直二维仿形（行切）： X向(或Y向)作主进给运动，Y向(或X向)作周期进给运动，Z向受控作随动。如图a为水平分行；图b为

15、垂直分行。适用于浅而扁平工件的仿形,）水平二维仿形（平面轮廓）：铣削时靠模销沿着靠模外形运动，不作轴向运动，铣刀也只沿工件的轮廓铣削，不作轴向运动， X、 Y二轴同时受控作随动进给的仿形方式。即平面轮廓仿形。,）三维（立体）仿形 （空间曲面仿形）： X、 Y、Z三轴同时受控作随动进给的仿形方法。,选用哪种加工形式，应根据型腔的结构特点而定：主要考虑要将型面能全部仿形加工及取得较好的加工质量。 例如：在型腔铣削时， 周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向平行，如图所示：,周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向垂直，如图所示：,比较铣削后的残留面积：,周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向平行,在周期进给量相

16、同的情况下：hh,周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向垂直,5仿形加工主要工艺参数 （1） 切削速度：（考虑刀具的耐用度） 高速钢铣刀：v=1035m/min 硬质合金铣刀：v=50120m/min （2） 进给速度： 根据型腔精度、表面粗糙度、刀具和工件材料选取每齿进给量fz. 高速钢加工钢件时fz=0.050.15mm,6模具型腔的仿型铣削工艺过程 （1） 加工前的准备工作:靠模、仿形触头制作及选用铣刀等 （2）模具型腔的预加工：留23mm余量，对底面可不留余量 （3）划工件及靠模定位基准线：所划基准线要保证能够铣出整个型面 （4）工件、靠模的定位与装夹,（5）铣刀轴线和仿形指轴线相对位置定

17、位：主轴与仿形头分别装上找正顶尖，找准后锁紧仿形头支架 （6）铣刀、仿形指选择与调整,用仿形铣床加工图示锻模型腔：,在仿形铣削前将模坯加工成六面体，划出中心线。 工件、靠模装夹及调整： 校正工件水平位置、校正靠模水平位置、调整靠模销与铣刀的相对位置、安装靠模及铣刀并调整深度位置 型腔粗加工： 钻毛坯孔、梳状加工、粗铣整个型腔、粗加工凹槽及底部 型腔精加工： 精铣整个型腔、补铣底部圆角,第四节 模具的精密加工,一、坐标镗床加工 （一）概述： 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各面上有精确孔距要求的孔。所加工的孔不仅具有很高的尺寸精度（尺寸精度达IT6IT7，表面粗糙度Ra0

18、.8微米），而且具有极高的孔距精度（0.0050.01mm)。此外坐标镗床还可用于精确的刻度、划线及成品的检验等。,（二）坐标镗床简介 1、坐标镗分类（按布局形式不同） （1） 立式单柱坐标镗：中小型坐标镗（工作台宽度常小于630mm），如T4145,T4163 （2） 立式双柱坐标镗：大、中型坐标镗。如T4280,T4240B （3） 卧式坐标镗：工艺性能好,工件高度不受限制，安装方便，借助回转台可完成多个面上孔与平面的加工。如T4663,2、T4145型单柱坐标镗主要技术规格,3、T4145镗床光学系统成像原理,（1） 精密刻线尺： 纵向工作长度：600mm；横向工作长度：400mm 线距

19、1mm，线距精度0.0010.003mm/m （2） 物镜放大倍率：40倍,4、读数原理 （1） 分划屏板：共有11组双刻线，相邻双刻线间距为4mm，相当于刻线尺上的距离为：41/40=0.1mm （2） 刻度盘：刻有100格圆周等分线，刻度盘转一格，分划屏板移动0.04mm，相当于刻线尺上：0.041/40=0.001mm,（3） 读数方法： 工作台移动量=粗读数+微读数 1) 调零： 刻度盘调零 精密刻线尺上刻线调零：调整前组物镜9的位置，使刻线尺上刻线位于分划屏上0及10的双刻线的中间。 粗指针调零：使指针刻线对准外露的粗标尺的某一整数值,2）调整微读数 如：58.424，调整微读数0.

20、024 3）移动工作台对线 如：58.424，先根据粗标尺，移动58，然后使刻线对准第5对双刻线的中央,（4）坐标读数的基准： A：以原基准（零件图上的设计基准）为基准 B：以前加工孔（工序基准）为基准,（三）坐标镗主要附件 1、 万能转台 作用：扩大机床的用途， 用来加工和检验互相垂直的孔、 圆周分布的孔、 斜孔以及倾斜面上的孔。 万能转台结构及工作原理,2、 镗排（镗孔夹头）： 作用：具有精确径向调整镗刀的功能 如：万能镗排 作用：万能镗排具有不停车径向进给功能，可以用作一般镗孔、平面镗削和镗锥孔。,3、 镗刀 整体式镗刀：镗刀和刀杆制成一体，用于镗直径较小的孔,分体镗刀：活动刀头+镗刀杆

21、，用于镗直径较大的孔 微调镗刀：可以精确调整刀具直径，调整精度可达0.01mm。常用于精密镗床和数控机床,4、其它附件：光学中心测定器和弹簧中心冲（示意图见教材） （四）孔加工工艺过程 1、 加工前的准备工作 加工工艺基准：基准精度及粗糙度必须符合要求 工艺基准一般包括零件上的零件平面划线、两互相垂直侧面、已加工的外圆面和孔。加工时按基准找正后才能加工。 工序尺寸的转换：按坐标加工的要求将零件图原尺寸标注形式，转换成直角坐标标注形式，并注意坐标尺寸的精度。,2、工件的找正与装夹,3、 加工 （1）打样冲孔：找正基准后按坐标尺寸移动工作台，用弹簧样冲器打出样冲孔 （2）用中心钻打中心孔 （3）进

22、行钻、扩、铰、镗加工 一般的，直径小于20的孔，直接在坐标镗上加工；直径大于20的孔，在其它机床上钻预孔，再在坐标镗上进行精加工；为防止切削热影响孔距精度，应先钻孔距较近的大孔然后钻铰小孔。,（五）有关镗孔计算 1、 平面镗孔计算（孔坐标换算） 2、斜面镗孔计算 利用万能回转台镗斜孔 1）工件图,2）镗孔工艺过程 万能转台找正与装夹，打表法使主轴中心和转台中心重合； 安装工件于转台，打表找正工件，并求出基准面A到主轴中心线的距离x1；,转动转台辅助回转轴，使工件倾斜a度角 移动工作台，使主轴中心线与孔中心线重合。 3）移动距离计算 已知数据：垫块高度；H 万能转台辅助回转轴到转台平面间的距离：

23、L 基准面A到主轴中心线的距离：x1 a=(H+L+Y)Sina-(x-x1)Cosa,3、利用工艺孔镗斜孔 1）镗孔原理,2） 镗孔工艺过程： 镗直径为d的孔，同时利用万能转台镗出工艺孔，高度为h。 将工作台倾斜a角，并用千分表找正工艺孔销钉，使机床主轴中心对准工艺孔中心。 移动工作台到孔中心位置。,3） 移动距离计算： X=AB-AC=Lcosa/2-hSina,二、坐标磨削 概述： 坐标磨床是利用准确的坐标定位实现孔的精密加工，利用高速旋转的砂轮对工件孔进行加工的。 具有加工精度高，加工孔径范围大的优点。 对于精密模具的制造，坐标镗床只作为孔加工的预备工序，最后要用坐标磨床进行精加工。,

24、1、坐标磨床简介： 1）磨削运动组成： A：砂轮旋转 转速高:常用高频发动机、空气发动机、或 液压马达驱动 B：主轴行星回转 C：砂轮上下往复运动 2）坐标定位系统 3）坐标磨床的控制,2、基本磨削方法 1）内孔磨削 如图所示 2）外圆磨削 如图所示,3）锥孔磨削 如图所示 4）平面磨削 如图所示,6）基本磨削综合运用，可对复杂形状的型孔进行磨削加工，如图所示。 3、加工实例见教材,三、成形磨削 （一）概述 1、原理：把零件的轮廓分成若干直线和圆弧，然后按照一定的顺序逐段磨削，并使衔接处平整光滑，使之达到零件图上的技术要求。 2、设备：成形磨床 或平面磨床,常见异形截面凸模结构,模具凸模或型芯

25、的常见形状,3、磨削方法：（1）成形砂轮磨削法：将砂轮修整成与工件被磨削表面完全吻合的相反型面，对工件进行磨削，获得所需成形面的形状。,成形砂轮磨削,图3.4 各类成形圆弧砂轮,（2）夹具成形磨削法：利用专用夹具，使工件被磨削表面处于所需的空间位置或使工件获得所需的进给运动，磨削出成形面。,4、应用：由于成形磨削是成形表面精加工的一种方法，并有高精度、高效率的优点，其主要用于精加工凸模、拼块凹模及电火花加工用的电极等零件。 （二）成形砂轮磨削法 1、砂轮的选择：为保证加工精度，必须选用磨损量小、组织均匀的砂轮。具体见教材中。 2、砂轮的修整： （1）修整方法： 1）用挤压轮修整成形砂轮： 用一

26、个与砂轮要求的表面形状完全吻合的圆盘形挤轮与砂轮接触，并保持适当的压力。由挤轮带动砂轮转动，在挤压力的作用下，砂轮表面的磨粒和结合剂破裂和脱落，获得所要求的砂轮形状。,挤轮用合金工具钢或优质碳素工具钢制造，硬度为6064HRC；一套挤轮有两个或三个，一个为标准轮，其余为工作挤轮。 该方法适合于修整形状复杂或带小圆弧的成形砂轮，尤其适用于修整难以用金刚石进行修整的成形砂轮。但这种修整方法要设计和制造挤轮，只宜在加工零件较多的情况下采用。,2）用金刚石刀修整成形砂轮：将金刚石刀固定在专门设计的夹具上对砂轮进行修整。 砂轮修整的夹具：角度修整夹具和圆弧修整夹具，其原理及结构见教材。,修整砂轮角度夹具

27、 1平板；2正弦圆柱；3手轮；4螺母；5支架； 6正弦尺座；7金刚刀；8滑块；9齿条；10齿轮,量块的计算 （计算公式见教材）,砂轮圆弧的修整夹具,修整圆弧砂轮夹具 1金刚刀；2摆杆； 3滑座；4刻度盘；5角度标; 6主轴；7手轮；8挡块； 9支架；10螺杆,非圆弧曲面砂轮的修整：要用专门靠模工具来进行修整。注意靠模精度要高于工件,图3.8 靠模工具修整砂轮 1支架；2样板； 3靠模工具；4金刚刀,成形砂轮的磨削加工 (a)，(c)修整砂轮 (b)，(d)用成形砂轮磨削 1砂轮；2工件；3金刚刀,（三）夹具成形磨削法 1、常用的专用夹具： （1）正弦精密平口钳:用于磨削工件上的斜面，其最大倾斜

28、角度为45度。,（2）正弦磁力台：用于磨削工件上的斜面，其最大倾斜角度为45度。适合于扁平工件。 上述两种夹具配合成形砂轮使用，可磨削直线和圆弧组成的复杂几何形状。,如图正弦磁力台加工凸模的装夹磨削： 其零件图及磨削工艺尺寸图,磨削工序简图,例所示凸模，采用正弦磁力夹具在平面磨床上磨削斜面a、b及平面c。除a、b、c面外，其余各面均已加工到设计要求。,磨削工艺过程： 1）将夹具置于机床工作台上，找正。 2）以d及e面为定位基准磨削a面：调整夹具使a面处于水平位置，如图所示。 调整夹具的量块尺寸： 检测磨削尺寸的量块尺寸：,磨削b面：调整夹具使b面处于水平位置，如图所示。 调整夹具的量块尺寸：

29、检测磨削尺寸的量块尺寸：,磨削c面：调整夹具磁力台成水平位置，如图2-26c所示。 检测磨削尺寸的量块尺寸：,磨削b、c面的交线部位：用成形砂轮磨削，调整夹具磁力台与水平面成30，砂轮圆周修整出部分锥角为60的圆锥面，如左图所示。 砂轮的外圆柱面与处于水平位置的b 面部分微微接触，再使砂轮慢速横向进给，直到c面也出现微小的火花，加工结束。如右图所示。,（3）正弦分中夹具：用于磨削具有一个回转中心的凸圆柱面、斜面和等分槽等。工件装夹方法：心轴装夹和双顶尖装夹。,正弦分中夹具 1量块垫板；2蜗杆；3正弦圆柱；4分度盘； 5零位指标；6蜗轮；7主轴；8前顶座； 9前顶尖；10鸡心夹头；11工件；12后顶尖； 13手轮；14支架；15底座,当加工精度一般时，直接用分度头，当加工精度很高时，用填块规的方法解决，如图a,量块的计算,在采用这种夹具加工时，被磨削面尺寸的测量是采用比较测量法来测定的。工件的装夹使用两顶尖法和穿芯轴法。,图3.14 心轴装夹 1后顶尖；2芯轴；3工件；4螺母； 5鸡心夹头；6前顶尖；7夹具主轴,图3.15 双顶尖装夹 1主顶尖；2副顶尖； 3叉形滑板；