第二章模具的机械加工

§2.2模具的仿形加工
一、仿形加工控制方式及工作原理
（一）什么是仿形加工
以事先制成的靠模为依据，加工时触头对靠模表面 施加一定的压力，并沿其表面上移动，通过仿形机构， 使刀具做同步仿形动作，从而在模具零件上加工处与靠 模相同的型面。
仿型车，刨，铣，磨
（二）控制方式及工作原理
1．机械式
（1）原理：触头与刀具之间刚性相联，或通过其他机构如缩放仪及杠杆 等连接，实现同步仿形加工。
（二）对靠模、刻刀、仿形触头的要求 1、靠模： （1）比例的选择 （2）材料：耐压、耐磨。合成树脂或金属， 2、刻刀：刃口尖细，锋利，常用硬质合金或高速钢制造 3、仿形触头：端部尺寸与靠模尺寸成比例，
作业：
1、模具制造的有哪些主要特点？ 2、模具制造的主要方法有哪些？各有何特点？ 3、说出组成模具的一般组成零、部件？分别用什么方法加工？ 4、仿形加工有几种控制方式，各有何特点？ 5、仿形触头有何要求？有几种？ 6、仿形加工的基本形式有哪些？ 7、试述光学中心测定器的作用和使用方法？ 8、工件的定位有几种方法，各用到什么工具？
用砂轮的周面进行磨削，两平面的平行度小于0.01：100，精度IT5～IT6， Ra0.4～0.2 2．内圆磨削：精度IT6～IT7，Ra0.8～0.2 3．外圆磨削 （1）主要加工对象：圆形凸模，导柱，导套，顶杆等 （2）一般用纵磨法：精度IT5～IT6，Ra0.8～0.2
高光洁磨削工艺可达：Ra0.025 （3）工艺要点见表2-5
（2）特点及应用：
*靠模与仿形触头之间的压力较大（10-50N），工作面易磨损。
*中间装置传递力较大， 引起一定的弹性变形。
*精度较低（误差大于 0.1mm）
*不适于加工精度较高的 模具。
2．液压式
（1）原理：利用油压作为介 质传递信息和动力
（2）特点及应用：
*结构简单，体积小，输出功 率大，工作适应性强；
3．零位调整： （1）主轴轴线与被加工工件基准面（或孔的中心线）对准； （2）使游标零线对准光屏下方的指标； （3）使精密刻线尺上两根刻线的像分别位于光屏上方0与10两处的双线中间； （4）移动指针，使刻线对准粗定位尺上的任意刻线，固定指标，为初读数 4．举例：横向移动23.746mm
光栅坐标测量装置 （1）组成：光源，二块光栅， 光电元件 （2）光栅：50，100， 200/mm 长光栅（标尺光栅）：移动 短光栅（指示光栅）：固定 （3）莫尔条纹 节距：W=ω/θ 放大作用
（2）特点：
*只能控制图样与工件1：1进行加工，对图样绘制精度 要求高；
*只能用于平面轮廓仿形加工，如冲裁模，凸轮，样板， 靠模板等的加工
*以逐步由数控线切割加工所取代。
二、仿形加工工艺 仿形铣削加工的特点 1．加工形腔效率高，粗加工为电火花加工的40-50倍 2、精度较低，尺寸精度0.05mm，Ra3.2-6.3 3、不能加工出内清角及较深的窄槽等； 4、一般用于粗加工，留有一定加工余量供电火花做精加工。
2．尺寸精度：IT6～7；Ra0.8， 孔距精度：0.005～0.01mm
3．恒温环境：20±1℃，湿度 55±5%
（二）坐标镗床及其测量系统
1．坐标镗床的结构（立式）单柱， 双柱
工作台的纵向移动和主轴箱留 板的横向移动均设有光学测量装置。
工作台 纵向滑座
横向滑座
床身
立柱 主轴箱
2．测量系统
*无传动间隙，仿形精度高 0.02-0.1mm，压力：6-10N
3．电控式 （1）原理：以电信号传递信息，利用伺服电机带动铣刀作仿形运动 （2）特点：*结构紧凑，传递信号快； *易于实现远距离控制； *可用计算机与其连接构成多工序连续控制仿形加工系统； *精度：0.01-0.03mm，压力：1-6N
（四）仿形加工 1．基本加工形式： （1）垂直二维仿形（行切） （2）水平二维仿形 （3）三维（立体轮廓） 2．型腔或型面的仿形加工
三、雕刻加工 *雕刻加工的应用：模具表面的文字、数字和花纹图案等 *雕刻机床+缩放尺 *平面雕刻机，立体雕刻机
（一）缩放尺
1、四杆活络连杆组成的缩 放机构
2、组成： 3、工作原理：
1．平面、斜面加工
2．圆弧面加工 （1）圆转台，立式铣床， 工件安在圆转台上； （2）被加工圆弧中心与圆 转台回转中心重合。
（三）复杂型腔或型面的加工
1．坐标法加工：工作台沿X、Y移动，主轴头（Z）升降进行立铣
2．按极坐标方法设计：极坐标半径，夹角，铣刀直径→铣刀中心 各位置的纵横坐标尺寸，逐点铣削，最后经钳工修整获得平滑表面。
*步骤：打中心孔→钻中心孔→几次扩 孔→精镗（余量0.08～0.14mm）
*当d>20mm，先在其他机床上粗加 工，再在坐标镗床上精加工。
钻削直径在Ø2～Ø16mm的内孔时,可将钻头修磨成附 图所示的几何形状,使其具有较长的修光刃和较大的后角, 刃口十分锋利,类似铰刀的刃口和较大的容屑槽,可进行 钻孔和扩孔,使孔获得较高的加工精度和表面质量。 钻 孔或扩孔时,进给要均匀。对钻削碳钢时加工精度可达 IT6～IT8,表面粗糙度可达Ra3.2～1.6µm。采用的切削 用量：Vc =2～10m/min,f=0.08～0.2mm/r。冷却润滑液 为乳化液或植物油。
（1）粗定位尺（mm）： 固定在横梁上，指针17固定 在溜板上。
（2）精密刻线：刻线间隔 1mm，固定在溜板上
（3）光学系统：横梁上， 光屏上有0～10的双刻线， 间距40mm，每个代表 0.1mm
（4）游标刻线板：位于光 屏下方，圆形，有100个分 格，转一周，光屏移动一格， 所以，游标刻线板每一分格 表示0.001mm
（2）举例：
*用直径20mm芯轴 定位
3．孔的加工
（1）用精孔钻加工：用镗刀加工困 难的小孔
*用麻花钻修磨
*磨出顶角8～10度的修光刃，60 度 的切削刃
*切削速度低（2～8m/min）
*扩孔余量：0.1～0.3mm
*钻孔尺寸精度：IT6～7，Ra1.6～0.4
（2）镗孔加工（尺寸大于3mm的孔）
直壁外形加工 直壁内孔接角
直壁内孔加工 割孔
（二）插削加工 1．插床 2．应用：成型内孔的粗加工，大工件的外形加工 3．有冲击，用小的切削用量，IT10，Ra1.6 4．工艺：划线 → 纵横滑板，回转工作台 → 成型孔或外形
一般留有一定余量，供后续精加工
四、磨削加工 （一）磨床：平面，内圆，万能，成型磨床 （二）砂轮 （三）特点 （四）应用：模具精加工，如型腔，型面，导柱外圆，导套内孔等。 （五）磨削工艺 1．磨平面：如：加工分型面：用电磁吸盘，要求分型面与模具上下面平行，并与 有关各面之间的垂直度。
1．对拼式型腔的加工
（1）对拼式型腔：注射 模，吹塑模，压铸模，玻 璃模，胀形模。
（2）工艺过程：结合面 磨平→工艺销钉固定→车 削→取下工艺销
2．球面的加工 （1）球面的应用：拉伸凸模，弯曲模，浮动模柄，球垫圈等 （2）卧室车床+车球面工具。
1 连杆 2 基准板 3 调节板
3．多型腔模具的加工 （1）辅助顶尖校正型腔中心，逐个车出 （2）过程：加工外形→划线→打样冲眼→千分表找正工件
第二章：模具的机械加工
§2.1 一般机械加工 §2.2 模具的仿形加工 §2.3 模具的精密加工
§2.1一般机械加工
§2.1一般机械加工 一、车削加工 （一）车床的种类 （二）主要加工表面：内外回转表面、螺旋面、端面、钻孔、滚花等。 加工精度：IT6～IT8，Ra：0.8～1.6μm （三）特殊的车削加工
（2）球型触头：以球头为仿形基准， 用于三维型腔的表面 加工；
（3）锥形球头触头：以球头为仿型基准，用于曲率半径较 小的深型腔复杂型面的立体仿形；
3、触头材料：钢、铝、铜、塑料等，表面硬且抛光，结构 上尽量轻短。
（三）铣刀 1．圆柱立铣刀：适用于型腔粗加工，及要求型腔底部为清角的仿形加工 2．圆柱球头铣刀：适用于加工底面与侧壁间有圆弧过渡的型腔 3．锥形球头铣刀：与球头形触头配用，可对型腔侧面的出模斜度及底部过渡圆角 同时进行精加工，对具有一定深度和较小的凹圆弧进行加工。 4．小型锥指铣刀：用于加工细小花纹 5．双刃硬质合金铣刀：用于粗精加工铸铁 铣刀选用：尺寸形状←型腔形状，特别是圆角半径 粗加工：刚性直径大铣刀 精加工：切削刃圆角半径<工件内凹圆角半径的球头铣刀
（三）主要附件 1．万能转台 （1）加工圆周上分布的孔（0～360°）；（2）加工斜孔（0～90°）
2．光学中心测定器
（1）安装在机床主轴的锥孔中
（2）作用：使机床主轴对准基准边 或基准线的交线
（3）定位角铁：两内表面垂直，表 面上固定以直径7mm的镀铬钮上有 一刻线。
3．镗Байду номын сангаас夹头和镗刀
（四）坐标孔的加工
1．普通精度孔：立式铣床， 纵横移动工作台，精度不高 （丝杠螺母间有间隙）
2．高精度孔距：坐标铣床， 有光电式或数字式读数装置。
三、刨削和插削 （一）刨削加工 1．刨床：牛头刨，龙门刨，IT10，Ra1.6 2．加工表面：平面、斜面（工件的装夹）
表2 –2 用插床加工直壁外形及内孔的几种形式
（一）靠模 1．对靠模的要求：尺寸精度，使用中无变形、磨损。 2．分类 （1）平面靠模：指放大图，样板
材料：0.5-1mm后的钢板或塑料板作为靠模材料， 钳工划线加工而成，或电火花切割 （2）立体靠模：木材，树脂混合石膏，合成树脂等
*木材：坚硬不变形，应涂漆或硬化树脂 *树脂混合石膏：石膏+粉末树脂→耐压强度↑
（3）以互相垂直的两侧面为定为基准
*用定位角铁+光学中心测定器
*用千分表+专用工具找正：
*用芯轴定位找正：适用芯轴定位棒，精密量块：主轴中心和工件 基准面间距离 x D z
2
D——定位棒直径（20mm）； z——块规尺寸
2．坐标尺寸的换算
（1）为何进行换算？
工件是以直角 坐标系或极坐标系 定位加工的，而设 计时孔位尺寸是按 设计要求标注的。
4．电液式
（1）原理：以电传感器传递信息，利用液压作为动力进行 仿形加工
*电传感器得到电信号经电液转换机构（电液伺服阀）， 使液压执行机构（液压缸，液压马达）驱动工作台作相应的 伺服运动。
（2）特点：
*压力：1-6N
*启动、换向、停止等动作灵敏、准确；
*具有较高的功率放大倍数
5．光电式
（1）原理：利用光电传感器传递信息，加工时不用靠 模，只需图样，由光电跟踪接受图样反射信号，经光敏 元件转换成电信号，控制部分放大，控制x、y两方向。
（1）头部倾斜角小于靠模 工作面上的最小斜角。
（2）头部半径<靠模上的 最小半径
（3）触头形状与铣刀理论 上应尺寸相同
（4）触头偏移的修整：
触头直径： D d 2(a e)
d——铣刀直径 a——型腔加工后需留的钳工修整量 e——由于触头偏移的修正值 e=0.06-0.1mm
2．触头种类
（1）圆柱形触头：以圆柱面为仿形基面，用于平面轮廓和 型腔底部清根的仿形；
二、铣削加工 （一）铣床 1．立式铣床、万能工具铣床 2．加工精度：
一般IT10，Ra1.6μm；高速小用量铣削：IT8，Ra0.8μm 一般留0.05mm的修光余量，经钳工修光，得到所需型腔； 3．加工对象：型腔，型面 *精度要求高时：铣+成型磨削或电火花加工
变速箱
床身
底座
立铣头
控制箱 工作台 升降台
（1）镗孔夹头：按镗孔径的大小精确调节刀尖与主 轴轴线间的距离。
（2）镗刀：后面为阿基米德螺旋面，升角3度，只 需刃磨前面，适于镗φ3～20mm的孔。
4．弹簧中心冲：用于划线，打中心孔
（四）加工工艺
1．工件的定位 （1）以划线为定位基准（精度较低），弹簧中心冲+光学 中心测定器
（2）以外圆或孔为定位基准，使用千分表
*合成树脂：酚醛树脂、环氧树脂，聚酯树脂
密度小，强度高，收缩小，制造容易
常以玻璃纤维做增强材料，用层压浇 铸法制靠模
*黑色金属：钢、铸铁，适合于大批量生产，用切削 加工法制靠模
*有色金属：铜合金、铝合金、锌基合金等低熔点合 金，可用铸造法，对精度高的可用电镀、电铸法。
（二）仿形触头
1．对仿形触头的要求
§2.3模具的精密加工
精密加工应注意加强的问题 1．在考虑模具加工方法的基础上进行结构设计，使结构与 加工方法相适应； 2．高精度，高刚性的加工机床； 3．刀具材料； 4．温度控制为中心的良好环境； 5．操作人员的教育和培训 6．向设计部门及时反馈加工信息。
一、坐标镗床加工
（一）应用
1．加工零件上各面上有精密孔距 要求的孔，保证孔的尺寸精度，孔 距精度