模具制作与装配4模块四 模具成形表面的无屑加工
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D—塑料制件尺寸，mm; αt1—凸模的线(膨)胀系数，0C-1； αt2—ZnAl22的线(膨)胀系数，0C-1； t1—挤压温度，0C； t2—塑料注射温度,0C。 αt2可在0.003～0.006的范围内选取，αt1、αt3 可按照工艺凸模及塑料类别从有关手册查得。
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17
3.护套
应用： 精度高、深度大、 体积小的型腔。
5
4．冷挤压的工艺准备
（1）冷挤压设备的选择 小型专用油压机 压力： F =рA
式中 F—挤压力，N A—形腔投影面积，mm2； P——单位为MPa，
（2）工艺凸模和模套设计 1）工艺凸模
足够的强度、硬度和耐磨性 T10、T12A 、CrWMn、 Cr12MoV 等
6
①工作部分 L1段应与型腔设计尺寸一致，
其精度比型腔精度高一级， Ra0.4-0.08。长度取型腔深度的 1.1-1.3倍。端部圆角半径r不应 小于0.2mm。脱模斜度1∶50 。来自②导向部分 一般取D=1.5d；
③过渡部分 采用较大半径的圆弧平滑过
渡，一般R≥5mm。
7
2）模套
8
（3）模坯准备
防护套的内部尺寸由型腔的 外部形状尺寸决定，可比坯料尺 寸大0.1～0.2mm，内壁粗糙度 Ra=0.63µm，并加工成1：50的锥 度，以保证易于脱模，防护套可 采用普通结构钢制造，壁厚不小 于25mm。护套高度应略高于模坯 高度。护套的热处理硬度为 42HRC以上。
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18
4.挤压设备及挤压力的计算 超塑性加工可以在液压机上进行。挤压力与挤 压速度、型腔复杂程度等因素有关。 5.润滑 减小摩擦阻力，降低单位挤压力，同时可以防 止金属粘附，易于脱模，以获得理想的型腔尺寸 和表面粗糙度。
1．聚酯树脂 机械强度高，成形方法容易，化学性能稳定。
2．酚醛树脂 较脆，必须加入填料方能获得所要求的性能，价格
低廉。 3．环氧树脂
收缩率最小，机械性能高，耐酸、碱、盐和有机溶 剂等化学药品的侵蚀。 4．塑料钢
可作拉深模，其缺点是价格昂贵。
29
二.环氧树脂模具的制作工艺 模具的型腔用环氧树脂制作，其余部分仍采用金属 材料制成。由于环氧树脂承受不了注射过程中的合模和 注射压力，因此可用金属框架来增强凹模。 环氧树脂混合料的配方种类很多，表4-8是常用的一 种。 将浇铸好的模具放入900C的烘箱保温3h，升温至 1200C保温3h，再升温至1800C保温20h，然后缓慢冷却， 就可开模取出模型。在需要的情况下还可以对环氧树脂 型腔进行机械加工。
模坯材料应具有低的硬度和高的塑性，型腔成形 后其热处理变形应尽可能小。
如：铝及铝合金、铜及铜合金、10、20、20Cr、 T10A、3Cr2W8V, 挤压前进行退火处理。 模坯的形状尺寸应考虑模具的设计尺寸要求和工艺要 求，防止开裂、翘曲。
9
5．冷挤压时的润滑
为了提高型腔的表面质量和便于脱模，以及减 小工艺凸模和模坯之间的摩擦力，从而减少工艺 凸模破坏的可能性，应当在凸模与坯料之间施以 必要的润滑。
超塑性制模技术，是以超塑性金属为型腔材料，在 超塑性状态下将工艺凸模压入坯料内部，以实现成形加 工模具型腔的工艺方法。材料不会因大的塑性变形而断 裂和硬化，是制造复杂形状模具型腔的有效方法。
所谓超塑性是指某些金属材料，在一定条件下具有 特别好的塑性，其伸长率可达100%～2000%，这种现象 称之为超塑性。凡伸长率能超过100%的材料，称为超塑 性材料。
1）熔化合金：融化温度 在450-500℃。
2）预热：150-200℃。 3）浇注：420-450℃。
浇注锌合金凹模的模框： 可调式模框、厚模框
22
下图是鼓风机叶片冲模，采用金属型铸造
23
二、铍铜合金模具
1．特点 （1）导热性好 （2）可缩短模具制造时间 （3）热处理后强度均匀 （4）耐腐蚀 （5）铸造性好，可铸成复杂形状的模具 （6）模型精度要求高 （7）材料价格高 （8）需要用压力铸造技术
15
一般ZnAl22合金在出厂时均已经过超塑性处理。因 此只需选择适当类型的原材料，切削加工成型腔坯料后 即可进行挤压。
2.工艺凸模 工艺凸模可以采用中碳钢、低碳钢、工具钢、 HPb59-1等材料制造，工艺凸模一般可不进行热处理。在 确定工艺凸模的尺寸时，要考虑模具材料及塑料制件的 收缩率。
16
工艺凸模的尺寸其计算公式如下 d=D〔1-αt1•t1+αt2•（t1-t2）+αt3•t2〕 式中 d—工艺凸模的尺寸，mm;
14
二、超塑性成形工艺
用ZnAl22制造塑料模型腔的工艺过程如下： 1.坯料准备 由于以ZnAl22为型腔材料的凹模大都作成组合结构。 型腔的坯料尺寸可按体积不变原理(即模坯成形前后的体 积不变)，根据型腔的结构尺寸进行计算。在计算时应考 虑适当的切削加工余量(压制成形后的多余材料用切削加 工方法去除)。坯料与工艺凸模接触的表面，其粗糙度Ra ＜0.63µm。
适于加工以有色金属、低碳钢、中碳钢、部分有一定 塑性的工具钢为材料的塑料模型腔、压铸模型腔、锻模型 腔和粉末冶金压模的型腔。
2
2、特点
1）可以加工形状复杂的型腔，尤其适合于加工某些 难于进行切削加工的形状复杂的型腔。
2)挤压过程简单迅速，生产率高;一个工艺凸模可以 多次使用。对于多型腔凹模采用这种方法，生产效 率的提高更明显。
19
下图是用ZnAl22注射模制作的尼龙齿轮
20
第三讲 铸造制模技术
一、锌合金模具
用锌合金材料制造工作零件的模具称为锌合金模具。 1．模具用锌合金的性能
必须具有一定的强度、硬度和耐磨性，同时还必须 满足制造工艺方面的要求(如流动性、偏析、高温状 态下形成裂纹的倾向等)。
21
2．锌合金模具制造工艺 （1）砂型铸造法 （2）金属铸造法 （3）石膏型铸造法
26
2．工艺过程及特点 （1）工艺过程
1）母模制作 用来制造陶瓷
型的模型称为母 模。
27
2）砂套造型 3）浇注和喷烧 浇注 喷烧
合箱
（2）陶瓷型铸造的特点 1）铸件尺寸精度高，表面粗糙度小。 2）投资少、生产准备周期短。 3）可铸造大型精密铸件 。
28
第四讲 合成树脂模具的制造
一、制造模具的树脂
寸放出锻件本身及型腔的收缩量，一般取1.5%2.0%，并作出拔模斜度。
11
2．热挤压工艺
挤压吊钩锻模
以锻件成品作工艺凸模— 砂轮打磨表面涂润滑剂—加工 出锻模上下模坯—加热保温— 去氧化皮—将工艺凸模置于上 下模坯之间——加压锻出型腔。
3．后续加工
退火——机械加工——淬 火——磨光
12
第二讲 超塑性成形
1）将经过去油清洗的工艺凸模与坯料，在硫 酸铜饱和溶液中浸渍3～4s，并涂以凡士林或机油 稀释的二硫化铝润滑剂。
2）镀铜或镀锌处理
10
二、热挤压成形
将毛坯加热到锻造温度，用预先准备好的工艺 凸模压入毛坯而挤压出型腔的制模方法称为热挤压 法或热反印法。
1．工艺凸模 采用T7、T8或5CrMnMo等。其尺寸应按锻件尺
重要知识点
掌握冷挤压成形，了解热挤压成 形、了解锌合金模具，知道超塑成 形原理和应用，了解铍铜合金模具 的工艺过程，了解铸造成形的工艺 过程，了解合成树脂模具的制造。
1
第一讲 型腔的挤压加工
一、冷挤压成形
1、原理 在常温条件下，将淬硬的工艺凸模压入模坯，使坯料
产生塑性变形，以获得与工艺凸模工作表面形状相同的内 成形表面。
30
表4-8 环氧树脂混合料的配方
材料名称
规格
重量比 材料名称
规格
重量比
环氧 树脂 6207
环氧 树脂 634
顺丁 烯耳酸
酐
工业 用 工业 用 化学 纯
83
金属
100
220
17
铝粉
～200
5
48
甘油
目
工业
用
31
具有超塑性的材料，用于制造模具的主要有T8A、 Tl2A、Crl2MoV、9SiCr、ZnAl22等。
13
一、超塑性合金ZnAl22的性能
如在单相固溶体时快速冷却，可 获得5µm 以下的超细晶粒，当变形 温度处于25000C时，其延伸率δ可 达1000%以上，即进入超塑性状态。
（1）超塑性处理工艺 （2）强化处理工艺
3)加工精度高，表面粗糙度小。(IT7或更高，Ra0.16 µm左右)。 4)冷挤压的型腔，材料纤维末被切断，金属组织更 为紧密，型腔强度高。
3
3．冷挤压方式
（1）敞开式冷挤压 在挤压形腔毛坯
外面不加模套。 应用： 精度要求不高的
情况。
4
（2）封闭式冷挤压 是将坯料放在冷挤
压模套内进行挤压工， 挤压力大。
24
2．金属模型浇铸铍铜合金的示意图。 工艺过程如下：
25
三、陶瓷型铸造
1．陶瓷层材料 （1）耐火材料：刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂等。 （2）粘接剂： 硅酸乙酯水解液。 （3）催化剂：氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧
化等。 （4）脱模剂：上光蜡、变压器油、机油、有机硅油
及凡士林。 （5）透气剂：双氧水
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3.护套
应用： 精度高、深度大、 体积小的型腔。
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4．冷挤压的工艺准备
（1）冷挤压设备的选择 小型专用油压机 压力： F =рA
式中 F—挤压力，N A—形腔投影面积，mm2； P——单位为MPa，
（2）工艺凸模和模套设计 1）工艺凸模
足够的强度、硬度和耐磨性 T10、T12A 、CrWMn、 Cr12MoV 等
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①工作部分 L1段应与型腔设计尺寸一致，
其精度比型腔精度高一级， Ra0.4-0.08。长度取型腔深度的 1.1-1.3倍。端部圆角半径r不应 小于0.2mm。脱模斜度1∶50 。来自②导向部分 一般取D=1.5d；
③过渡部分 采用较大半径的圆弧平滑过
渡，一般R≥5mm。
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2）模套
8
（3）模坯准备
防护套的内部尺寸由型腔的 外部形状尺寸决定，可比坯料尺 寸大0.1～0.2mm，内壁粗糙度 Ra=0.63µm，并加工成1：50的锥 度，以保证易于脱模，防护套可 采用普通结构钢制造，壁厚不小 于25mm。护套高度应略高于模坯 高度。护套的热处理硬度为 42HRC以上。
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4.挤压设备及挤压力的计算 超塑性加工可以在液压机上进行。挤压力与挤 压速度、型腔复杂程度等因素有关。 5.润滑 减小摩擦阻力，降低单位挤压力，同时可以防 止金属粘附，易于脱模，以获得理想的型腔尺寸 和表面粗糙度。
1．聚酯树脂 机械强度高，成形方法容易，化学性能稳定。
2．酚醛树脂 较脆，必须加入填料方能获得所要求的性能，价格
低廉。 3．环氧树脂
收缩率最小，机械性能高，耐酸、碱、盐和有机溶 剂等化学药品的侵蚀。 4．塑料钢
可作拉深模，其缺点是价格昂贵。
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二.环氧树脂模具的制作工艺 模具的型腔用环氧树脂制作，其余部分仍采用金属 材料制成。由于环氧树脂承受不了注射过程中的合模和 注射压力，因此可用金属框架来增强凹模。 环氧树脂混合料的配方种类很多，表4-8是常用的一 种。 将浇铸好的模具放入900C的烘箱保温3h，升温至 1200C保温3h，再升温至1800C保温20h，然后缓慢冷却， 就可开模取出模型。在需要的情况下还可以对环氧树脂 型腔进行机械加工。
模坯材料应具有低的硬度和高的塑性，型腔成形 后其热处理变形应尽可能小。
如：铝及铝合金、铜及铜合金、10、20、20Cr、 T10A、3Cr2W8V, 挤压前进行退火处理。 模坯的形状尺寸应考虑模具的设计尺寸要求和工艺要 求，防止开裂、翘曲。
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5．冷挤压时的润滑
为了提高型腔的表面质量和便于脱模，以及减 小工艺凸模和模坯之间的摩擦力，从而减少工艺 凸模破坏的可能性，应当在凸模与坯料之间施以 必要的润滑。
超塑性制模技术，是以超塑性金属为型腔材料，在 超塑性状态下将工艺凸模压入坯料内部，以实现成形加 工模具型腔的工艺方法。材料不会因大的塑性变形而断 裂和硬化，是制造复杂形状模具型腔的有效方法。
所谓超塑性是指某些金属材料，在一定条件下具有 特别好的塑性，其伸长率可达100%～2000%，这种现象 称之为超塑性。凡伸长率能超过100%的材料，称为超塑 性材料。
1）熔化合金：融化温度 在450-500℃。
2）预热：150-200℃。 3）浇注：420-450℃。
浇注锌合金凹模的模框： 可调式模框、厚模框
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下图是鼓风机叶片冲模，采用金属型铸造
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二、铍铜合金模具
1．特点 （1）导热性好 （2）可缩短模具制造时间 （3）热处理后强度均匀 （4）耐腐蚀 （5）铸造性好，可铸成复杂形状的模具 （6）模型精度要求高 （7）材料价格高 （8）需要用压力铸造技术
15
一般ZnAl22合金在出厂时均已经过超塑性处理。因 此只需选择适当类型的原材料，切削加工成型腔坯料后 即可进行挤压。
2.工艺凸模 工艺凸模可以采用中碳钢、低碳钢、工具钢、 HPb59-1等材料制造，工艺凸模一般可不进行热处理。在 确定工艺凸模的尺寸时，要考虑模具材料及塑料制件的 收缩率。
16
工艺凸模的尺寸其计算公式如下 d=D〔1-αt1•t1+αt2•（t1-t2）+αt3•t2〕 式中 d—工艺凸模的尺寸，mm;
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二、超塑性成形工艺
用ZnAl22制造塑料模型腔的工艺过程如下： 1.坯料准备 由于以ZnAl22为型腔材料的凹模大都作成组合结构。 型腔的坯料尺寸可按体积不变原理(即模坯成形前后的体 积不变)，根据型腔的结构尺寸进行计算。在计算时应考 虑适当的切削加工余量(压制成形后的多余材料用切削加 工方法去除)。坯料与工艺凸模接触的表面，其粗糙度Ra ＜0.63µm。
适于加工以有色金属、低碳钢、中碳钢、部分有一定 塑性的工具钢为材料的塑料模型腔、压铸模型腔、锻模型 腔和粉末冶金压模的型腔。
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2、特点
1）可以加工形状复杂的型腔，尤其适合于加工某些 难于进行切削加工的形状复杂的型腔。
2)挤压过程简单迅速，生产率高;一个工艺凸模可以 多次使用。对于多型腔凹模采用这种方法，生产效 率的提高更明显。
19
下图是用ZnAl22注射模制作的尼龙齿轮
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第三讲 铸造制模技术
一、锌合金模具
用锌合金材料制造工作零件的模具称为锌合金模具。 1．模具用锌合金的性能
必须具有一定的强度、硬度和耐磨性，同时还必须 满足制造工艺方面的要求(如流动性、偏析、高温状 态下形成裂纹的倾向等)。
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2．锌合金模具制造工艺 （1）砂型铸造法 （2）金属铸造法 （3）石膏型铸造法
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2．工艺过程及特点 （1）工艺过程
1）母模制作 用来制造陶瓷
型的模型称为母 模。
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2）砂套造型 3）浇注和喷烧 浇注 喷烧
合箱
（2）陶瓷型铸造的特点 1）铸件尺寸精度高，表面粗糙度小。 2）投资少、生产准备周期短。 3）可铸造大型精密铸件 。
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第四讲 合成树脂模具的制造
一、制造模具的树脂
寸放出锻件本身及型腔的收缩量，一般取1.5%2.0%，并作出拔模斜度。
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2．热挤压工艺
挤压吊钩锻模
以锻件成品作工艺凸模— 砂轮打磨表面涂润滑剂—加工 出锻模上下模坯—加热保温— 去氧化皮—将工艺凸模置于上 下模坯之间——加压锻出型腔。
3．后续加工
退火——机械加工——淬 火——磨光
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第二讲 超塑性成形
1）将经过去油清洗的工艺凸模与坯料，在硫 酸铜饱和溶液中浸渍3～4s，并涂以凡士林或机油 稀释的二硫化铝润滑剂。
2）镀铜或镀锌处理
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二、热挤压成形
将毛坯加热到锻造温度，用预先准备好的工艺 凸模压入毛坯而挤压出型腔的制模方法称为热挤压 法或热反印法。
1．工艺凸模 采用T7、T8或5CrMnMo等。其尺寸应按锻件尺
重要知识点
掌握冷挤压成形，了解热挤压成 形、了解锌合金模具，知道超塑成 形原理和应用，了解铍铜合金模具 的工艺过程，了解铸造成形的工艺 过程，了解合成树脂模具的制造。
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第一讲 型腔的挤压加工
一、冷挤压成形
1、原理 在常温条件下，将淬硬的工艺凸模压入模坯，使坯料
产生塑性变形，以获得与工艺凸模工作表面形状相同的内 成形表面。
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表4-8 环氧树脂混合料的配方
材料名称
规格
重量比 材料名称
规格
重量比
环氧 树脂 6207
环氧 树脂 634
顺丁 烯耳酸
酐
工业 用 工业 用 化学 纯
83
金属
100
220
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铝粉
～200
5
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甘油
目
工业
用
31
具有超塑性的材料，用于制造模具的主要有T8A、 Tl2A、Crl2MoV、9SiCr、ZnAl22等。
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一、超塑性合金ZnAl22的性能
如在单相固溶体时快速冷却，可 获得5µm 以下的超细晶粒，当变形 温度处于25000C时，其延伸率δ可 达1000%以上，即进入超塑性状态。
（1）超塑性处理工艺 （2）强化处理工艺
3)加工精度高，表面粗糙度小。(IT7或更高，Ra0.16 µm左右)。 4)冷挤压的型腔，材料纤维末被切断，金属组织更 为紧密，型腔强度高。
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3．冷挤压方式
（1）敞开式冷挤压 在挤压形腔毛坯
外面不加模套。 应用： 精度要求不高的
情况。
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（2）封闭式冷挤压 是将坯料放在冷挤
压模套内进行挤压工， 挤压力大。
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2．金属模型浇铸铍铜合金的示意图。 工艺过程如下：
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三、陶瓷型铸造
1．陶瓷层材料 （1）耐火材料：刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂等。 （2）粘接剂： 硅酸乙酯水解液。 （3）催化剂：氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧
化等。 （4）脱模剂：上光蜡、变压器油、机油、有机硅油
及凡士林。 （5）透气剂：双氧水