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模具制造与设计(三) - 模具加工

模具制造 - 生产特点

 模具作为一种高寿命的专用工艺装备,有以下生产特点:
(1) 属于单件、多品种生产。模具是高寿命专用工艺装备,每副模具只能生产某一特定形状、尺寸和精度的制件,这就决定了模具生产属于单件、多品种生产规程的性质。
(2) 客观要求模具生产周期短。当前由于新产品更新换代的加快和市场的竞争,客观上要求模具生产周期越来越短。模具的生产管理、设计和工艺工作都应该适应客观要求。
(3) 模具生产的成套性。当某个制件需要多副模具来加工时,各副模具之间往往互相牵连和影响,只有最终制件合格,这一系列模具才算合格。因此,在生产和计划安排上必须充分考虑这一特点。
(4) 试模和试修。由于模具生产的上述特点和模具设计的经验性,模具在装配后必须通过试冲或试压,最后确定是否合格;同时,有些部位需要试修才能最后确定。因此,在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。
(5) 模具加工向机械化、精密化和自动化方向发展。目前产品零件对模具精度的要求越来越高,高精度、高寿命、高效率的模具越来越多。而加工精度主要取决于加工机床精度、加工工艺条件、测量手段和方法。目前,精密成型磨床、CNC高精度平面磨床、精密数控电火花线切割机床、高精度连续轨迹坐标磨床以及三坐标测量机的使用越来越普遍,使模具加工向高技术密集型发展。

模具制造 - 工艺特点
(1) 模具加工时尽量采用万能通用机床、通用刀量具和仪器,尽可能减少专用二类工具的数量。
(2) 在模具设计和制造时较多采用“实配法”、“同镗法”等,使得模具零件的互换性降低,这是保证加工精度、减小加工难度的有效措施。今后,随着加工技术手段的提高,互换性程度将会提高。
(3) 在制造工序安排上,工序应相对集中,以保证模具加工质量和进度,简化管理和减少工序周转时间。

模具制造 - 模具加工
 
1.模具表面分类

1)外形表面

外形表面是指构成模具零件基本外形特征的表面。
一般,外形表面是模具零件的外沿表面,这些外沿表面多为由平面组成的矩形体或由圆柱面、圆锥面组成的旋转体,有时也包含二维曲面和三维曲面。

2)成形表面

成形表面是指在模具中直接决定产品零件形状、尺寸、精度的表面及与这些表面协调的相关表面。例如冲裁模中的凹模、凸模工作表面及与工作表面协调相关的卸料板、固定板等型孔表面。
一般,成形表面的形状比较复杂、尺寸精度较高和表面粗糙度数值较小,而且多有热处理要求,各相关零件的成形表面的一致性和协调性都有比较严格的要求。成形表面的加工是模具工艺工作的重点和难点之一。

3)结构表面

结构表面是指在模具中起定位、导向、定距、限位、联接、驱动等作用的表面。
结构表面在模具中,对于保证各个零件间的相关尺寸和位置精度,对于联接和相互运动的可靠性起着十分重要的作用。结构表面的形状是各种各样的,而且不同零件的材料及热处理要求也不相同。在工艺安排中,要根据各个零件结构表面的作用及与其它相关零件的关系区别对待。

2.各类表面的加工分析

1)外形表面的加工

各种模具零件的加工都从外形表面加工开始,并为成形表面和结构表面的后续加工奠定基础。在模具零件的毛坯设计和加工中,应使外形表面的加工余量适当,避免材料浪费和减少后续加工工作量。对于锻件和铸件毛坯,在毛坯加工阶段应进行必要的退火和时效热处理,以减小材料内应力和为后续加工做好金相组织准备。

在模具零件的外形表面中,有的表面是后续加工的划线面和划线、尺寸加工的基准面,有的是零件间相联的接合面、模具的分型面、模具和机床联接的安装面。对于将作为划线面、基准面、接合面、分型面、安装面的平面外形表面,表面粗糙度Ra≤0.8 μm,其余平面外形表面Ra =6.3 μm即可。平面外形表面的形位精度要求有平面的平面度和平面间的平行度和垂直度要求。这些形位精度要求,有的是在模具设计中已经规定和要求的,有的是由于零件加工工艺的需要,必须在加工中保证的。平面间的垂直度要求见表7-2。平面的平面度为0.02∶300。

平面外形表面的加工可以在牛头刨床、立铣床、龙门刨床上进行刨削和铣削加工,以去除毛坯上的大部分加工余量。从生产效率上考虑,大型平面多采用龙门刨床刨削加工;中型平面多采用牛头刨床刨削加工;中、小型平面多采用立铣床铣削加工。通过上述加工可得到平面外形表面的基本形状和尺寸,但是平面的表面比较粗糙,平行度和垂直度都比较低,再通过后续工序的平面磨削来达到规定的尺寸和表面粗糙度、平行度、垂直度要求。对于相邻表面的垂直度要求,一般在平面磨床上利用专用夹具定位夹紧后磨削,以保证垂直度要求,精度检查可以通过直角尺来测量。对于外形表面为矩形和方形的复杂形面的镶块和拼块,一般应进行六个平面的平面磨削,并达到平行度和垂直度要求,以保证后续划线、加工、测量的需要。

对于外圆柱体或圆锥体的外形表面,在车床上进行车削加工,一般通过一次装卡,在车削外旋转表面的同时车削端面,并可以在中心部位进行钻孔、铰孔、镗孔,以保证各相关表面的同轴度、垂直度等要求。对于尺寸和质量较大的零件,多采用在立式车床上加工,这样既便于找正和装卡,又易于保证加工精度;对于中、小型零件多采用普通车床进行加工;对于细长轴类零件,由于刚度较差,应该采取两端装卡和支承的办法来进行车削;对于母线为曲线的旋转体零件,多采用数控车床来加工,用型面样板进行检查。

2)成形表面的加工

成形表面的分类方法很多,从模具制造工艺的角度考虑有以下几种情况:

(1) 按成形表面的实体材料,分为外型面和内型面。

(2) 当内型面为通孔时,称为型孔;当内型面为盲孔时,称为型腔。

(3) 按型面的截面几何形状特征不同,又分成圆形截面和异形截面(曲面)。

(4) 按曲面的可变坐标点数量不同,又分成二维曲面(平面曲面)和三维曲面(立体曲面)。

对于成形表面的加工方法,按照加工的机理不同,可以分成三大类:

(1) 依靠机械力切削加工的金属切削加工方法是最古老、应用最广泛的加工方法,也是模具零件加工的基本方法。

(2) 利用电能、热能、光能、化学能做动力的特种加工方法,是一种新型的、有极大发展前途的加工方法,它在模具零件加工中所占地位越来越重要。
  
(3) 最后是采用精密铸造、挤压成形、超塑成形方法的专门加工,它在某种特定条件下显示了独特的优越性。

成形表面不仅尺寸精度要求高,而且表面粗糙度要求也很高。因此,成形表面的加工又分成两大步骤:

(1) 尺寸加工,通过各种不同的方法达到设计图样所要求的尺寸精度和位置精度。

(2) 通过研磨和抛光的光整加工,使成形表面达到设计图样所要求的表面粗糙度和形状精度,这对于成形表面尤为重要。

 3)结构表面的加工

模具零件的结构表面,由于它们的作用不同,因此形状也都各异,但是多数为简单的几何形状。从加工方法看,采用一般的金属切削加工方法都能实现。结构表面中除平面、斜面、圆柱面、圆锥面以外,还有不同截面形状的通槽、半通槽、不同形状的台阶孔,这些多在工具铣床上进行加工。

对于大、中型平板类零件,中间部位有较大通孔时,划线后在立铣床上用立铣刀铣削加工,四壁之间以圆弧相联,圆弧尺寸取决于立铣刀直径。当在插床上插削中间较大的通孔时,应事先做好预孔,插削后四壁之间呈直角联接。对于台阶形的方孔和异形孔以及方形和异形盲孔,必须在立铣床上或工具铣床上用立铣刀铣削加工,使型孔各垂直平面以圆弧面相。



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