機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工

1、第第1212章章 模具零件特殊表面的機(jī)械加工模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.1 孔及其孔系的加工 12.2 模具零件成形表面的仿形加工 12.3 模具零件成形表面的磨削加工 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 孔的加工在模具制造中占有很大的比例。譬如沖裁凹模、 凸模固定板、卸料板，塑料模中型芯固定板、推桿固定板等零 件都需要孔的加工。模具零件中，有圓孔，有方孔及不規(guī)則的 異型孔，本節(jié)主要討論圓孔的加工。 12.1.1 一般孔的常見加工方法一般孔的常見加工方法 1. 鉆孔鉆孔 鉆孔主要用于孔的粗加工。鉆孔使用的刀具是麻花鉆，其 具體結(jié)構(gòu)如圖12-1所示。鉆頭一般由工作部分和夾持部分組成。 麻花鉆的

2、工作部分又由頂端切削部分和圓周導(dǎo)向部分組成。切 削部分由兩條切削刃組成，錐頂角120。導(dǎo)向部分有兩條對 稱的棱邊和螺旋槽，棱邊起導(dǎo)向和修光孔壁的作用，螺旋槽起 排屑和輸送切削液的作用。一般情況下，12mm的麻花鉆采 用直柄結(jié)構(gòu)，13mm的麻花鉆采用錐柄結(jié)構(gòu)。 12.1 孔及其孔系的加工孔及其孔系的加工 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-1 麻花鉆的結(jié)構(gòu) 鉆孔使用的設(shè)備主要是鉆床。鉆床又分為臺式鉆床、立式鉆 床、搖臂式鉆床幾種基本形式。搖臂鉆床鉆孔時工件無需移動， 加工范圍大，是大型零件鉆孔的常用設(shè)備。除鉆床外，普通車床、 立式銑床、鏜床上也都可以完成鉆孔工序。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械

3、加工 鉆孔時工件常 見的裝夾方式如圖 12-2所示。鉆孔工 件幾何尺寸較小時， 可采用平口鉗裝夾， 中型零件可采用壓 板、螺栓直接將工 件固定在工作臺上。 圓柱表面上鉆孔可 采用V型架。幾何 尺寸大、重量大的 工件，鉆孔孔徑偏 小時，無需裝夾。 圖12-2 鉆孔時工件的裝夾 a）用虎鉗裝夾；b）用壓板螺栓裝夾；c）用V型架裝夾；d）用鉆模裝夾 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 2. 擴(kuò)孔擴(kuò)孔 擴(kuò)孔是對已經(jīng)加工出來的孔徑進(jìn)一步擴(kuò)大的加工方法。擴(kuò)孔使用 的刀具是擴(kuò)孔鉆。由于擴(kuò)孔鉆鉆心截面面積較大，剛性較好，加工精 度和表面狀態(tài)均比鉆孔要好。擴(kuò)孔使用的設(shè)備同鉆孔。擴(kuò)孔往往是鉆 孔的后續(xù)工序，是鏜孔、鉸

4、孔的預(yù)加工。如果采用鉆擴(kuò)復(fù)合工藝時， 一般情況下，第一次鉆孔孔徑的尺寸應(yīng)等于擴(kuò)孔孔徑尺寸的0.50.7倍。 3. 鉸孔鉸孔 鉸孔是對中小孔徑進(jìn)行半精加工、精加工的常見方法。鉸刀除前 端有一引導(dǎo)錐度外，切削刃是垂直平行布置的。鉸削的加工余量小， 精鉸時雙面切削量僅為0.010.03mm。鉸孔的加工精度高，一般可達(dá) IT6T10級，甚至可達(dá)IT5級，表面粗糙粗Ra=1.60.4m，但鉸孔的 孔徑尺寸受鉸刀直徑的限制。 模具零件中的定位銷孔、小凸模、小型芯固定板中的一些精密孔， 多采用鉸孔作為精加工手段進(jìn)行。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 4. 鏜孔 鏜孔同擴(kuò)孔一樣，是對已經(jīng)加工出來的孔進(jìn)一步擴(kuò)大

5、的加工 方法。鏜刀雖然是單刃，鏜削加工效率偏低，但加工孔徑不受刀具 直徑的限制，與鉆、擴(kuò)、鉸孔相比，具有較強(qiáng)的靈活性，加工范圍 寬，是大、中孔徑的半精加工、精加工的常用方法。 鏜孔一般在專用的鏜床進(jìn)行，由于鏜刀桿截面大，剛性好， 其加工精度較高，可達(dá)IT7IT10級。精度要求不太嚴(yán)格的孔徑， 也可在普通車床、銑床上進(jìn)行。鏜削加工可獲得的表面粗糙度 Ra=1.60.4m，是60mm孔徑的常見加工方法。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.1.2 孔的坐標(biāo)鏜削加工孔的坐標(biāo)鏜削加工 模具零件中，譬如連續(xù)沖裁模中的凹模、多凸模的固定板， 都需要加工出許多孔，這些孔不僅孔徑有嚴(yán)格的精度要求，而且 孔與

6、孔之間又有嚴(yán)格的位置要求。模具制造中，將同一零件上， 尺寸精度和位置精度都有較嚴(yán)格要求的一系列孔稱為孔系。為保 證各孔的相對位置精度要求，對這類零件往往采用坐標(biāo)鏜削的方 法進(jìn)行加工。坐標(biāo)鏜削使用的設(shè)備為坐標(biāo)鏜床。圖12-3所示為立 式雙柱坐標(biāo)鏜床。機(jī)床的工作臺能在縱、橫移動方向上作精密調(diào) 整，大多數(shù)工作臺移動量的讀數(shù)值最小單位是0001 mm。機(jī)床 定位精度一般可達(dá)(0.020.025)mm，工作臺移動值的讀取方法 可采用光學(xué)或數(shù)字顯示式。 在坐標(biāo)鏜床上按坐標(biāo)法鏜孔，是將各孔間的尺寸轉(zhuǎn)化為直角 坐標(biāo)尺寸，如圖12-4所示。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 在工件的安裝調(diào)整過程中，為了使工件上的

7、基準(zhǔn)a或b對準(zhǔn)主 軸的軸線，可以采用多種方法。圖12-5是用定位角鐵和光學(xué)中心 測定器進(jìn)行找正。光學(xué)中心測定器2以其錐柄定位，安裝在鏜床 主軸的錐孔內(nèi)，在目鏡3的視場內(nèi)有兩對十字線。定位角鐵的兩 個工作表面互成90，在它的平面上固定著一個直徑約7 mm的 鍍鉻鈕，鈕上有一條與角鐵垂直工作面重合的刻線。使用時將角 鐵的垂直工作面緊靠工件4的基準(zhǔn)面（a面或b面），移動工作臺， 并從目鏡觀察，使鍍鉻鈕上的刻線恰好落在目鏡視場內(nèi)的兩對十 字線之間，如圖12-6所示。此時，工件的基準(zhǔn)面已對準(zhǔn)機(jī)床主軸 的軸線。 加工分布在同一圓周上的孔，可以使用坐標(biāo)鏜床的機(jī)床附 件萬能回轉(zhuǎn)工作臺，如圖12-7所示。 機(jī)器

8、模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-3 立式雙柱坐標(biāo)鏜床 1床身；2一工作臺；3、6立軸；4主軸箱；5頂梁；7橫梁；8主軸 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-4 孔系的直角坐標(biāo)尺寸 圖2-5用定位角鐵和光學(xué)中心測定器找正 1定位角鐵；2光學(xué)中心測定器；3目鏡；4工件 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-6 定位角鐵刻線在顯微鏡中的位置 圖12-7 萬能回轉(zhuǎn)工作臺 1轉(zhuǎn)盤；2、3手輪 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.1.3 孔系的配合加工孔系的配合加工 模具零件中有些零件本身的孔 距精度要求并不高，但相互之間的 孔位要求必須高度一致；有些相關(guān) 零件不僅孔距精度要求高，而且要 求孔

9、位一致。這些孔常用的加工方 法有： （1）同鏜(合鏜)加工法。對于 上、下模座的導(dǎo)柱孔和導(dǎo)套孔，動、 定模模座的導(dǎo)柱孔和導(dǎo)套孔以及模座與固定板的銷釘孔等，可以 采用同鏜加工法。同鏜加工法就是將孔位要求一致的2個或3個零 件用夾鉗裝夾固定在一起，對同一孔位的孔同時進(jìn)行加工，如圖 12-8所示。 圖12-8 模具零件的同鏜(合鏜)加工 1，2，3零件；4鉆頭；5夾鉗 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 （2）配鏜加工法。為了保證模具零件的使用性能，許多模具零件都 要進(jìn)行熱處理。熱處理后零件會發(fā)生變形，使熱處理前的孔位精度 受到破壞，如上模與下模中各對應(yīng)孔的中心會發(fā)生偏斜等。在這種 情況下，可以采用配鏜

10、加工法，即加工某一零件時，不按圖樣的尺 寸和公差進(jìn)行加工，而是按與之有對應(yīng)孔位要求的熱處理后的零件 實際孔位來配做。例如，將熱處理后的凹模放到坐標(biāo)鏜床上實測出 各孔的中心距，然后以此來加工未經(jīng)熱處理的凸模固定板上的各對 應(yīng)孔。通過這種方法可保證凹模和凸模固定板上各對應(yīng)孔的同心度。 配鏜不能消除熱處理對零件的影響，加工出的孔位絕對精度不 高。為了保證各相關(guān)件孔距的一致性和孔徑精度，可以采用高精度 坐標(biāo)鏜削（未淬硬件）和坐標(biāo)磨削（淬硬件）來加工孔系，也可以 采用數(shù)控機(jī)床、線切割來完成孔系的加工，加工精度可達(dá)0.0l mm。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 對于需要重復(fù)生產(chǎn)的型腔、型芯，為了提高加工

11、效率，保證加工 質(zhì)量，往往采用仿形加工。尤其是數(shù)控機(jī)床、加工中心未普及之前， 采用仿形加工往往是復(fù)雜型腔、型芯加工的常用方法之一。 12.2.1 回轉(zhuǎn)體表面的仿形車削回轉(zhuǎn)體表面的仿形車削 仿形車削主要用于復(fù)雜回轉(zhuǎn)體曲面的凸模、型芯、型腔的加工。 仿形車削可在帶有仿形裝置的通用車床上完成，也可以在專用的仿形 車床上完成。一般仿形裝置使車刀在縱向走刀的同時，又使車刀按預(yù) 定的軌跡橫向走刀，通過縱向、橫向走刀的復(fù)合運動，完成復(fù)雜回轉(zhuǎn) 曲面的內(nèi)、外形加工。 仿形車削按照仿形裝置的仿形控制方式不同，分為機(jī)械仿形、液 壓仿形和電氣仿形。 機(jī)械仿形按照靠模樣板的安裝位置不同分為靠板靠模仿形、刀架 靠模仿形和

12、尾座靠模仿形。圖12-9（a）為機(jī)械式靠板靠模仿形車削示 意圖。圖12-9（b）為尾座靠模仿形車削，使用于仿形車削端面。 12.2 模具零件成形表面的仿形加工模具零件成形表面的仿形加工 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-9 機(jī)械式仿形車削 a）靠板靠模仿形 b）尾座靠模仿形 1靠模；2滾柱；3連接板 1工件；2板架；3刀桿； 4刀架；5床鞍；4靠模；5靠模支架 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.2.2 型腔、型芯的仿形銑削型腔、型芯的仿形銑削 仿形銑削主要用于復(fù)雜的凸模、型芯、型腔的加工。仿形銑削 可在帶有仿形裝置的立式銑床上完成，也可以在專用的仿形銑床上 完成。 1. 在立式銑床上

13、加工在立式銑床上加工 在立式銑床上進(jìn)行平面輪廓仿形銑削，需要使用簡單的靠模裝 置。圖12-10所示為仿形銑削凹模型孔。 2. 在仿形銑床上加工在仿形銑床上加工 對于形狀復(fù)雜的模具型腔的加工可以在仿形銑床上進(jìn)行。圖12- 11所示的為一臺立體仿形銑床。 加工時，靠模銷始終和靠模表面接觸，由于靠模表面的形狀不 同，就會使靠模銷產(chǎn)生軸向運動，并通過機(jī)床的隨動系統(tǒng)（圖12-12） 來控制機(jī)床的驅(qū)動裝置，使銑刀跟隨著靠模銷相應(yīng)的軸向移動，從 而使銑刀加工出和靠模表面一致的成形表面。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-10 平面輪廓仿形銑削 1滾輪；2銑刀；3樣板；4墊板； 5凹模；6底板；7工作臺

14、 圖12-11 立式仿形銑床 1床身；2工作臺；3支架；4工件； 5銑刀；6靠模； 7靠模銷；8立柱； 9主軸箱 10橫梁 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-12 立體仿形銑床隨動系統(tǒng) 1支架；2工件；3靠模；4靠模銷；5隨動機(jī)構(gòu)； 6始發(fā)運動機(jī)構(gòu)；7放大器；8隨動運動電動機(jī)；9銑刀 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.3 模具零件成形表面的磨削加工模具零件成形表面的磨削加工 成形磨削是精加工成形表面的一種方法。成形磨削就是把復(fù)雜 的成形表面分解成若干個平面、圓弧等簡單的形狀，然后分段磨削， 并使其光滑、圓整，最后達(dá)到設(shè)計圖紙要求的磨削加工。 成形磨削加工精度高，可獲得較低的表面粗糙度

15、Ra值，是淬硬 凸模、凹模鑲塊常見的精加工手段。成形磨削可以在普通平面磨床或 專用的成形磨床上進(jìn)行。 常見的成形磨削方法有兩種：成形砂輪磨削和夾具磨削。成形 砂輪磨削是利用專用的修整砂輪工具，將砂輪修整成與工件型面完全 吻合的相反型面，然后用砂輪磨削工件（圖12-13（a）夾具磨削法 是將工件按一定條件裝夾在專用夾具上，加工時通過夾具調(diào)整工件的 位置，移動或轉(zhuǎn)動夾具進(jìn)行磨削，從而獲得所需的形狀（圖12-13 （b）。成形磨削常用的夾具有：正弦精密平口鉗、正弦磁力臺、 正弦分中夾具、萬能夾具等。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 模具制造中，一般以夾具磨削為主，以成形砂輪磨削法為輔。 為了保證零件

16、質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，往往需要兩種方法綜合使用。 12.3.1 成形砂輪磨削成形砂輪磨削 采用成形砂輪磨削時，首先要把砂輪修整成所需要的形狀，砂 輪的修整是成形砂輪磨削的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。成形砂輪的修整，過去是采 用專用的工具（圖12-14）。目前普通采用數(shù)控車床，用金剛石筆， 按事先編好的數(shù)控程序?qū)ι拜嗊M(jìn)行修整。 圖12-13 成形磨削方法圖12-14 修整圓弧砂輪 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.3.2 夾具磨削法夾具磨削法 常見的成形磨削夾具有如下4種： 1.正弦精密平口鉗正弦精密平口鉗 正弦精密平口鉗由帶有平口鉗的正弦尺和底座組成（圖12-15）。 工件裝夾在平口鉗中，為了使工件傾斜一定的

17、角度，需要在正弦圓柱 或底座的定位面之間墊入量塊。應(yīng)墊入的量塊值可按下式計算： H=Lsin （12-1） 式中，H為應(yīng)墊入的量塊值；L為正弦圓柱面的中心距；為工件所需 傾斜的角度。 正弦精密平口鉗用于磨削零件上的斜面，最大的傾斜角度為 45，若與成形砂輪配合使用，可磨削平面與圓弧面組成的復(fù)雜形面。 2. 正弦磁力臺正弦磁力臺 正弦磁力臺與正弦精密平口鉗一樣按正弦原理設(shè)計，區(qū)別僅在 于用電磁吸盤代替平口鉗裝夾工件，方便迅速。正弦磁力臺用于磨削 工件的斜面，其最大傾斜角度為45，適于磨削扁平工件。如圖12- 16所示。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-15 正弦精密平口鉗 1底座 2精密

18、平口鉗 3工件 4砂輪 5正弦圓柱 6量塊 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-16 正弦磁力臺 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 3. 正弦分中夾具正弦分中夾具 正弦分中夾具可用于磨削具有同一個回轉(zhuǎn)中心的圓弧面 和斜面。其結(jié)構(gòu)如圖12-17所示。 圖12-17 正弦分中夾具 1底座 2支架 3手輪 4后頂尖 5工件 6雞心夾頭 7前頂尖 8前頂座 9主軸 10渦輪 11零位指標(biāo) 12分度盤 13正弦圓柱 14蝸桿 15量塊墊板 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 利用分度盤上的正弦圓柱來控制工件的轉(zhuǎn)動角度時，墊板和正 弦圓柱之間應(yīng)墊入的量塊尺寸（圖2-18），可按下列公式計算 H1=P-sin

19、-d2 =H0-sin （12-2） H 2=P+sin-d2 =H0+sin （12-3） 圖12-18 量塊的計算 式中 H1、H2為所需墊入的量 塊尺寸；H0為一對正弦圓柱處 于水平位置時，所墊的量塊尺 寸；P為夾具主軸中心至墊板間 的距離；d為正弦圓柱的直徑； D為正弦圓柱中心所在圓的直徑； 為工件所需轉(zhuǎn)動的角度。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 4. 萬能夾具萬能夾具 萬能夾具是從正弦分中夾具發(fā)展起來的更為完善的成形磨削 夾具，屬成形磨床的主要附件，也可以在平面或萬能工具磨床上 使用。 （1）結(jié)構(gòu)組成及各部分的作用 萬能夾具的結(jié)構(gòu)組成如圖 12-19所示。主要由分度部分、回轉(zhuǎn)部分、十

20、字拖板部分及工件 裝夾部分組成。 （2）工件裝夾方法 根據(jù)工件形狀的不同，其裝夾方法通常 有以下幾種： 用螺釘與墊柱裝夾在工件上預(yù)先制作工藝螺孔，用螺釘和 墊柱緊固在轉(zhuǎn)盤10上。該法裝夾工件，經(jīng)一次裝夾可將凸模、型 芯輪廓全部磨削出來。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 用精密平口 鉗或磁力臺裝 夾。將精密平 口鉗或磁力臺 緊固在夾具的 轉(zhuǎn)盤10上，用 平口鉗或磁力 臺夾持工件磨 削，但一次裝 夾只能磨出工 件的部分成型 表面。 圖1219 萬能夾具 1塊規(guī)墊板；2正弦圓柱；3分度盤；4游標(biāo)；5蝸輪；6主軸； 7拖板座； 8絲桿；9小拖板；10轉(zhuǎn)盤；11絲桿；12中拖板；13手輪 機(jī)器模具零件特

21、殊表面的機(jī)械加工 12.3.3 坐標(biāo)磨削法坐標(biāo)磨削法 坐標(biāo)磨削加工是一種高精度的加工工 藝方法，主要用于淬火或高硬度工件的加 工，對消除工件熱處理變形、提高加工精 度尤為重要。坐標(biāo)磨削范圍較大，可以加 工直徑1200mm的高精度孔，加工精度 可達(dá)0.005 mm，表面粗糙度可達(dá) Ra=0.320.08m。坐標(biāo)磨削對于位置、 圖12-20 砂輪的3種基本運動 尺寸精度和硬度要求高的多孔、多型孔的模板和凹模，是一種較理 想的加工方法。 坐標(biāo)磨床的磨削能完成3種基本運動，即砂輪的高速自轉(zhuǎn)運動、 行星運動（砂輪軸心線的圓周運動）及砂輪沿機(jī)床主軸軸線方向的 直線往復(fù)運動，如圖12-20所示。 機(jī)器模具零

22、件特殊表面的機(jī)械加工 在坐標(biāo)磨床上進(jìn)行坐標(biāo)磨削加工的基本方法有以下幾種： （1）內(nèi)孔磨削。 （2）外圓磨削 外圓磨削也是利用砂輪的高速自轉(zhuǎn)、行星運 動和軸向直線往復(fù)運動實現(xiàn)的，如圖12-21（a）所示。 （3）錐孔磨削 磨削錐孔是通過利用機(jī)床上的專門機(jī)構(gòu)， 使砂輪在軸向進(jìn)給的同時連續(xù)改變行星運動的半徑實現(xiàn)的（圖 12-21（b）。 （4）綜合磨削 將以上幾種基本的磨削方法進(jìn)行綜合運用， 可以對一些形狀復(fù)雜的型孔進(jìn)行磨削加工，如圖12-22和圖12- 23所示。圖12-22為磨削凹模型孔。圖12-23是利用磨槽附件對 清角型孔輪廓進(jìn)行磨削加工。 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 圖12-21 坐標(biāo)磨削加工 a) 外圓磨削； b) 錐孔磨削 圖12-22 凹模型孔磨削 圖12-23 清角型孔磨削 機(jī)器模具零件特殊表面的機(jī)械加工 12.3.4 曲線光學(xué)磨床的磨削曲線光學(xué)磨床的磨削 曲線光學(xué)磨床是按放大樣板 或放大圖進(jìn)行磨削加工的，主要用 于磨削尺寸較小的凹模拼塊、凸模 和型芯等。其加工尺寸精度可達(dá) 0.01mm，表面粗糙度Ra=0.63 0.32m。 1. 曲線光學(xué)磨床的投影面放曲線光學(xué)磨床的投影面放 大原理大原理 光學(xué)投影的放大原理如圖12- 24所示。 圖12-24 光學(xué)曲線磨床的投影放大原理 1光源；2