第12章模具零件特殊表面的機械加工

1、第第1212章章 模具零件特殊表面的機械加工模具零件特殊表面的機械加工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 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。麻花鉆的工作部分又由頂端切削部分和圓周導向部分組成。切

2、削部分由兩條切削刃組成，錐頂角120。導向部分有兩條對稱的棱邊和螺旋槽，棱邊起導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。 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

3、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 2. 擴孔擴孔 擴孔是對已經(jīng)加工出來的孔徑進一步擴大的加工方法。擴孔使用的刀具是擴孔鉆。由于擴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。擴孔使用的設(shè)備同鉆孔。擴孔往往是鉆孔的后續(xù)工序，是鏜孔、鉸孔的預加工。如果采用鉆擴復合工藝時，一般情況下，第一次鉆孔孔徑的尺寸應等于擴孔孔徑尺寸的0.50.7倍。 3. 鉸孔鉸孔 鉸孔是對中小孔徑進行半精加工、精加工的常見方法。鉸刀除前端有一引導錐度外

4、，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IT6T10級，甚至可達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行。 4. 鏜孔 鏜孔同擴孔一樣，是對已經(jīng)加工出來的孔進一步擴大的加工方法。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、鉸孔相比，具有較強的靈活性，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行，由于鏜刀桿截面大，剛性好，其加工精度較高，

5、可達IT7IT10級。精度要求不太嚴格的孔徑，也可在普通車床、銑床上進行。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。 12.1.2 孔的坐標鏜削加工孔的坐標鏜削加工 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格的精度要求，而且孔與孔之間又有嚴格的位置要求。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鏜削的方法進行加工。坐標鏜削使用的設(shè)備為坐標鏜床。圖12-3所示為立式雙柱坐標鏜床。機床的工作臺能在縱、橫移動方向上作精密調(diào)整，大

6、多數(shù)工作臺移動量的讀數(shù)值最小單位是0001 mm。機床定位精度一般可達(0.020.025)mm，工作臺移動值的讀取方法可采用光學或數(shù)字顯示式。 在坐標鏜床上按坐標法鏜孔，是將各孔間的尺寸轉(zhuǎn)化為直角坐標尺寸，如圖12-4所示。 在工件的安裝調(diào)整過程中，為了使工件上的基準a或b對準主軸的軸線，可以采用多種方法。圖12-5是用定位角鐵和光學中心測定器進行找正。光學中心測定器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的基準面

7、（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，工件的基準面已對準機床主軸的軸線。 加工分布在同一圓周上的孔，可以使用坐標鏜床的機床附件萬能回轉(zhuǎn)工作臺，如圖12-7所示。 圖12-3 立式雙柱坐標鏜床1床身；2一工作臺；3、6立軸；4主軸箱；5頂梁；7橫梁；8主軸圖12-4 孔系的直角坐標尺寸 圖2-5用定位角鐵和光學中心測定器找正 1定位角鐵；2光學中心測定器；3目鏡；4工件 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 12.1.3 孔系的配合加工孔系的配合加工 模具零件中有些

8、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、下模座的導柱孔和導套孔，動、定模模座的導柱孔和導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（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

9、應孔的中心會發(fā)生偏斜等。在這種情況下，可以采用配鏜加工法，即加工某一零件時，不按圖樣的尺寸和公差進行加工，而是按與之有對應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孔。通過這種方法可保證凹模和凸模固定板上各對應孔的同心度。 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鏜削（未淬硬件）和坐標磨削（淬硬件）來加工孔系，也可以采用數(shù)控機床、線切割來完成孔系的加工，加工精度可達0.0l mm。 對于需要重復生產(chǎn)的型腔、型芯，為了提高

10、加工效率，保證加工質(zhì)量，往往采用仿形加工。尤其是數(shù)控機床、加工中心未普及之前，采用仿形加工往往是復雜型腔、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，又使車刀按預定的軌跡橫向走刀，通過縱向、橫向走刀的復合運動，完成復雜回轉(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，分為機械仿形、液壓仿形和電氣仿形。 機械仿形按照靠模樣板的安裝位置不同分為靠板靠模仿形、刀架靠模仿形和尾座靠模仿形

11、。圖12-9（a）為機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圖12-9 機械式仿形車削 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 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. 在立式銑床上加工在立式銑床上加工 在立式銑床上進行平面輪廓仿形銑削，需要使用簡單的靠模裝置。圖1

12、2-10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 對于形狀復雜的模具型腔的加工可以在仿形銑床上進行。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，并通過機床的隨動系統(tǒng)（圖12-12）來控制機床的驅(qū)動裝置，使銑刀跟隨著靠模銷相應的軸向移動，從而使銑刀加工出和靠模表面一致的成形表面。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 圖12-

13、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隨動機構(gòu)；6始發(fā)運動機構(gòu)；7放大器；8隨動運動電動機；9銑刀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?qū)Ｓ玫某尚文ゴ采线M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

14、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。 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

15、剛石筆，按事先編好的數(shù)控程序?qū)ι拜嗊M行修整。圖12-13 成形磨削方法圖12-14 修整圓弧砂輪 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角度，需要在正弦圓柱或底座的定位面之間墊入量塊。應墊入的量塊值可按下式計算： H=Lsin （12-1）式中，H為應墊入的量塊值；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雜形面。 2.

16、 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。圖12-15 正弦精密平口鉗1底座 2精密平口鉗 3工件 4砂輪 5正弦圓柱 6量塊圖12-16 正弦磁力臺 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 12分度盤 13正弦圓柱 14蝸

17、桿 15量塊墊板 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墊入的量塊尺寸（圖2-18），可按下列公式計算 H1=P-sin-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。 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。 （

18、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。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；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；

19、13手輪 12.3.3 坐標磨削法坐標磨削法 坐標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。坐標磨削范圍較大，可以加工直徑1200mm的高精度孔，加工精度可達0.005 mm，表面粗糙度可達Ra=0.320.08m。坐標磨削對于位置、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）及砂輪沿機床主軸軸線方向的直線往復運動，如圖12-20所示。 在坐標磨床上進行坐標磨削加工的基本方法有

20、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床上的專門機構(gòu)，使砂輪在軸向進給的同時連續(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行綜合運用，可以對一些形狀復雜的型孔進行磨削加工，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行磨削加工。 圖12-21 坐標磨削加工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 12.3.4 曲線光學磨床的磨削曲線光學磨床的磨削 曲線光學磨床是按放大樣板或放大圖進行磨削加工的，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 0.01mm，表面粗糙度Ra=0.630.32m。 1. 曲線光學磨床的投影面放曲線光學磨床的投影面放大原理大原理 光學投影的放大原理如圖12-24所示。 圖12-24 光學曲線磨床的投影放大原