1.5 模具加工方法與工藝規(guī)程編制

1.5模具加工方法與工藝規(guī)程編制現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)對模具要求越來越高,模具結(jié)構(gòu)日趨復雜，制造難度日益增大。模具制造正由過去的勞動密集和主要依靠工人的手工技巧及采用傳統(tǒng)機械設備轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集，更多地依靠各種高效、高精度的數(shù)控切削機床、電加工機床，從過去的機械加工時代轉(zhuǎn)變成機、電結(jié)合加工以及其它特殊加工時代，模具鉗工量正呈逐漸減少之勢?，F(xiàn)代模具制造集中了制造技術(shù)的精華,體現(xiàn)了先進制造技術(shù),已成為技術(shù)密集型的綜合加工技術(shù)。

沖模是專用的工藝裝備，沖模制造屬于單件生產(chǎn)。盡管采取了一些措施，如模架標準化、毛坯專用化、零件商品化等，適當集中模具制造中的部分內(nèi)容，使其帶有批量生產(chǎn)的特點，但對整個模具制造過程，尤其對工作零件的制造仍然屬于單件生產(chǎn)。其制造具有以下特點：

(1）形狀復雜，加工精度高，因此需應用各種先進的加工方法（如數(shù)控銑、數(shù)控電加工、坐標鏜、成形磨、坐標磨等）才能保證加工質(zhì)量；

(2）模具材料性能優(yōu)異，硬度高，加工難度大，需要先進加工設備和合理安排加工工藝；

(3）模具生產(chǎn)批量小，大多具有單件生產(chǎn)的特點。應多采用少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或少用專用工具加工；

(4）模具制造完成后均需調(diào)整和試模，只有試模成形出合格制件后，模具制造方算合格。

沖模的生產(chǎn)流程與設備狀況、人員配置及其業(yè)務水平等多種因素有關(guān)。一般標準規(guī)模工廠沖模生產(chǎn)全過程的流程如圖1.5.1所示?，F(xiàn)代模具設計一般是基于模具標準化和通用化的基礎之上進行的，所以模具制造主要有三項工作：

（1）模具工作零件的制造

（2）配購通用、標準件及進行補充加工

（3）進行模具裝配和試模

其中，模具工作零件的制造和模具裝配是重點。模具材料的選用，不僅關(guān)系到模具的使用壽命，而且也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設計中的一項重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負荷且連續(xù)工作,使凸、凹模受到強大壓力和劇烈磨擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料應遵循如下原則：(1）根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；(2）根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料；(3）滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形??；

(4）滿足經(jīng)濟性要求。在模具制造中，通常按照零件結(jié)構(gòu)和加工工藝過程的相似性，可將各種模具零件大致分為工作型面零件、板類零件、軸類零件、套類零件等。其加工方法主要有機械加工、特種加工二大類，機械加工方法主要包括各類金屬切削機床的切削加工，采用普通及數(shù)控切削機床進行車、銑、刨、鏜、鉆、磨加工可以完成大部分模具零件加工，再配以鉗工操作，可實現(xiàn)整套模具的制造。機械加工方法是模具零件的主要加工方法，即使是模具的工作零件采用特種加工方法加工，也需要用機械加工的方法進行預加工。

隨著模具質(zhì)量要求的不斷提高，高強度、高硬度、高韌性等特殊性能的模具材料不斷出現(xiàn)和復雜型面、型孔的不斷增多，傳統(tǒng)的機械加工方法已難以滿足模具加工的要求。因而，直接利用電能、熱能、光能、化學能、電化學能、聲能等特種加工的工藝方法相繼得到了很快的發(fā)展，目前以電加工為主的特種加工方法在現(xiàn)代模具制造中已得到了廣泛應用，它是對機械加工方法的重要補充。(一)模具零件的毛坯選擇

模具零件的毛坯主要有鍛件、鑄件和型材（如熱軋板、圓棒等）上的切割件等。毛坯類型的選擇主要根據(jù)模具零件質(zhì)量要求、結(jié)構(gòu)尺寸和生產(chǎn)批量等因素來決定，通常凸、凹模等工作零件的毛坯采用鍛件，模座、大型模具零件的毛坯采用鑄件，墊板、固定板等零件的毛坯則采用型材上的切割件。不同方法得到的毛坯，其加工余量不同，必須合理確定毛坯的加工余量，加工余量過大，浪費材料和工時，而加工余量過小，則不能保證消除毛坯的表面缺陷，甚至造成廢品。關(guān)于毛坯的加工余量可查閱相關(guān)工藝設計手冊。（二）模具零件的機械加工

用機械加工方法加工模具零件，要充分考慮模具零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工藝路線。盡可能通過加工設備來保證模具零件的加工質(zhì)量，減少鉗工修配工作量，提高生產(chǎn)效率和降低成本。常用機械加工方法在模具零件加工中的應用如表1.5.1所示。

常用機械加工方法可能達到的尺寸精度和表面粗糙度如表1.5.2～表1.5.3所示。(三）模具零件的電加工

1．電火花加工

電火花加工是在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電腐蝕作用，對工件進行加工的一種工藝方法，它是不斷放電蝕除金屬的過程。其加工原理、特點及應用如表1.5.7所示。

電火花加工質(zhì)量主要受電極制造精度、脈沖放電參數(shù)（電規(guī)準）、放電間隙、電極損耗的影響，其中電極的設計與制造是關(guān)鍵。(1）電極材料

常用電極材料的種類和性能見表1.5.8所示。選擇時應根據(jù)加工對象、工藝方法和加工設備條件等因素綜合考慮，對大中型腔可采用石墨材料電極；中小型腔、窄槽等可采用純銅電極。

(2）電極設計與制造

電極必須根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和精度要求，考慮電極損耗和放電間隙等因素進行設計。電極結(jié)構(gòu)可分為整體式電極、組合式電極和鑲拼電極三種，應根據(jù)電極大小與復雜程度、電極的結(jié)構(gòu)工藝性等因素進行選擇。通常電極精度至少應達到IT7、Ra1.6μm。電極加工主要采用切削加工，必要時可再采用電加工。

盡管電火花加工有許多優(yōu)點，但仍有一定的局限性：①需要制作成形電極；②只能用于加工金屬等導電材料；③加工速度一般較慢，為了提高加工速度，一般要事先用機械加工方法對零件進行預加工；④存在電極損耗，影響加工精度；⑤最小角部半徑有限制，一般電火花加工加工能得到的最小角部半徑等于放電間隙。

2．電火花線切割加工

電火花線切割加工和電火花成形加工的原理是一樣的，都是基于工具電極和工件之間脈沖放電時的腐蝕現(xiàn)象使金屬熔化或氣化，從而實現(xiàn)對各種形狀金屬零件的加工。不過在線切割加工時，是用連續(xù)移動的電極絲作為工具電極代替電火花加工中的成形電極，其加工原理、特點及應用如表1.5.11所示

電火花線切割加工的工藝過程如表1.5.12所示。

需要特別指出，電火花線切割加工時要注意工件內(nèi)部殘余應力對加工的影響，防止變形。對熱處理后的毛坯進行電火花線切割加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工，會使材料內(nèi)部殘余應力的相對平衡受到破壞從而產(chǎn)生變形，破壞了加工精度。在線切割過程中，由于內(nèi)應力的作用，工件可能會突然開裂。為減少這些情況，應選擇鍛造性能好，淬透性好，熱處理變形小的材料，如以線切割為主要加工工藝的冷沖模，應盡量選用CrWMn、Cr12MoV、GCr15等合金鋼制造凸、凹模，并嚴格熱處理規(guī)范；另一方面，也要合理安排電火花線切割工藝，如選擇合理的線切割路線等。必要時切割孔類工件為減小變形，可采用二次切割法。(四）模具零件常用精加工方法比較

模具制造技術(shù)是技術(shù)密集的綜合加工技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)代模具制造一般要涉及多種先進加工方法，模具零件常用精加工方法比較如表1.5.13所示。

工藝規(guī)程是模具制造過程中的重要技術(shù)文件。制定工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備工作的重要內(nèi)容，是一項技術(shù)性和實踐性