模塊一　模具制造常用加工技術與設備的選擇

任務引入　模具零件加工設備的選擇

在現代工業生產中，模具是重要的工藝裝備之一，它在鑄造、鍛造、沖壓、塑料、橡膠、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等的生產行業中得到了廣泛應用。產品采用模具制造，能提高生產效率、節約原材料、降低成本，并保證加工質量要求。

在一些工業發達國家，模具工業的發展是很迅速的。模具總產值已超過了機床工業的總產值，其發展速度超過了機床、汽車、電子等工業。模具技術，特別是制造精密、復雜、大型、長壽命模具的技術，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。隨著生產和科學技術的迅速發展，產品更新、改型加快，模具的更新將越來越快。為了適應工業生產對模具的需求，在模具制造中采用了許多新工藝和先進的加工設備，不僅改善了模具的加工質量，也提高了模具制造的機械化、自動化程度。

那么，模具制造的整個過程包含哪些環節？模具制造相比一般的機械制造有哪些特點？模具的制造過程一般是什么流程？如何根據模具零件的結構特點和精度要求進行加工設備的選擇？這些問題是我們在學習模具制造技術這門課程時首先要解決的問題，通過本模塊案例的學習，我們將對以下幾點有一個基本的認識：

模具制造的一般過程；

模具零件的分類；

典型模具零件的加工過程認知；

零件結構的加工工藝性分析；

零件精度要求與加工方法及加工設備的關系；

 零件加工設備的合理選擇。

本模塊學習完成后，我們將通過以下幾個任務的實施，掌握上述的知識和技能：

 型腔板加工設備的選擇；

 落料模凹模板加工設備的選擇；

 型腔鑲塊加工設備的選擇。

任務零件如圖1-1所示。

任務零件具體結構和尺寸參見本書配套資源¹中的數字模型。通過案例的學習和訓練，大家需要獨立完成任務零件的加工設備的選擇。三個加工零件的數字模型分別為“模塊一\task”文件夾中的“cavity_plate.prt”“cross_die.prt”“cavity_insert.prt”。

資訊1　本模塊知識框圖及學習思維導向

本模塊是對模具制造的基本框架進行學習，以前期學過的《機械制造基礎》課程為基礎，了解模具制造的一般流程，通過對模具零件按照結構和精度要求進行分類，正確選擇相應的加工技術與設備，為后續模具制造工藝的編排、各種具體加工技術的學習打基礎。本模塊知識框圖及學習思維導向圖如圖1-2所示。

資訊2　模具制造的一般流程

模具制造的一般流程，是指通過對用戶提供的產品信息進行用途分析、結構分析、成型工藝性分析等，設計成模具模型或圖紙；在此基礎上通過對零件坯料進行加工，再對各個模具零件進行裝配，最終成為可用于生產的模具實物的整個過程。模具制造的一般流程如圖1-3所示。

模具制造工藝過程是根據模具的設計圖紙、數字模型，利用加工設備加工出各個模具零件，并裝配成可用于生產的模具實體的加工裝配過程，是模具設計過程的延續。因此，根據設計要求，正確、合理地確定模具零件的加工工藝內容、工藝性質和方法，尤其是正確地制訂成型件型面加工的工藝組合，對優化模具制造工藝過程，提高工藝過程技術先進性和經濟性，并能高精度、高效率地完成任務，達到模具設計的要求具有非常重要的作用。

具體地說，模具制造的流程分技術準備，加工前準備，模具零件加工，裝配、修模、試模，模具驗收5個階段。它們的關系和內容如圖1-3所示。

（1）技術準備階段

技術準備是整個生產的基礎，也是后續零件加工過程的依據，對于模具制造的質量、成本、進度和管理都有重大的影響。該階段的工作內容包括：根據制件圖檔及要求分析產品零件結構、尺寸精度、表面質量要求及成型工藝并形成相關文檔，根據制件要求及成型工藝進行模具的模型設計并生成相關圖檔，根據設計的模具零件結構和精度要求進行加工工藝技術文件的編制、材料定額和加工工時定額的制訂、模具成本的估價，根據模具零件特點編制NC、CNC加工程序等。

（2）加工前準備階段

加工前準備階段的主要工作內容包括：根據已確定的模具零件毛坯的材料、種類、形式、大小及有關技術要求進行零件坯料的準備，根據加工工藝安排準備相關電極材料的準備，對于一些板類零件，一般提供坯料的廠家在下料后基本都已經完成了板類零件的粗加工。同時該階段還要根據設計的模具圖檔完成標準零、部件的訂購；根據加工工藝安排準備相應的加工刀具、工裝等。

（3）模具零件加工階段

模具零件加工階段是整個模具制造流程中最重要的階段，也是工作量最大的階段。該階段的主要工作內容包括：根據既定的加工工藝規程，利用各種加工設備及加工技術完成模具零件的加工。本階段的工作內容也是本課程要重點講解的內容。

（4）裝配、修模、試模階段

根據模具設計圖檔和要求，檢查各零、部件和成型零件的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙度等要求，按裝配工藝規程進行裝配，對裝配過程中由于加工誤差引起的裝配問題進行鉗工修整，隨著加工設備精度的不斷提升，現代的模具加工誤差已經很小了，鉗工修整的工作量相比以前小了很多。最后通過試模完成對模具功能進行檢驗，如果試模后發現問題，還需要返修模具。

（5）模具驗收階段

對模具設計及制造質量作合理性與正確性的評估，根據各類模具的驗收技術條件標準和合同規定，對模具試模制件（沖件、塑件等）、模具性能和工作參數等進行檢查、試用，判斷模具是否能達到預期的功能要求。最后通過客戶的驗收后，交付使用。

隨著模具標準化的發展，模具的標準零、部件，通用標準零件（如螺釘、銷釘），以及冷卻、加熱系統中的標準、通用元件，都可以通過購買完成或由專門的工廠訂制。所以，由上述模具制造流程可以發現，模具廠只是依據模具設計要求，完成非標準件的加工，最后按裝配順序將標準件與本廠加工完成的零件等裝配成模具。

模具的種類很多，按照GB/T 7635—2002規定，包括沖壓模（簡稱沖模）、塑料模、鍛造模、鑄造模、粉末冶金模、橡膠模、無機材料成型模（玻璃成型模、陶瓷成型模）、拉絲模等。每種模具結構、要求和用途不同，都有特定的制造過程。但是同屬模具類的制造過程具有共性的特點。

在模具制造過程中，直接改變坯料的形狀、尺寸、相互位置及性能，將其轉變為模具零件成品或半成品的過程就是模具的制造工藝過程。它是模具制造過程的主要部分，即模具零件的加工和模具的裝配過程。

模具制造工藝過程主要包括機械加工工藝過程和裝配工藝過程兩部分。

機械加工工藝過程是用機械加工方法直接改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使之成為模具零件的成品或半成品的過程。

裝配工藝過程是按規定的技術要求，將零件或部件進行配合和連接，使之成為模具部件或模具成品的工藝過程。

資訊3　模具零件的加工分類

盡管模具的種類很多，不同種類的模具其功能各異，但組成模具的零件在不同的模具中往往具有相同或相似的結構特征，這種相同或相似的結構特征方便我們進行模具零件的加工分類。

我們以最常用的注塑模具和沖壓模結構為例，從模具各個功能結構開始分析，進而找到模具零件的加工分類。

（1）注塑模的功能結構組成及所包含的零件

注塑模的結構根據使用功能分為成型部分、澆注系統、導向機構、頂出機構、側向分型與抽芯機構、冷卻加熱系統和排氣系統等。

①成型部分是由構成模具型腔的零件組成的，主要包括：凸模、凹模、型芯、成型桿、成型環及鑲塊等零件。

②澆注系統是指塑料模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。普通澆注系統是由主流道、分流道、澆口、冷料穴等組成的，分別分布在不同的模具零件中。

③導向機構在模具中主要有定位、導向的作用，保證動、定模合模平穩準確。合模導向機構由導柱、導套或導向孔（直接開在模板上）、定位錐面（虎口）等組成。

④頂出機構主要起成型完成后將制件從模具中頂出的作用，由頂桿或頂管或推板、頂出板、頂桿固定板、復位桿及拉料桿等組成。

⑤側向分型與抽芯機構的作用是使側向型芯抽出成型制件的機構，通常包括斜導柱、彎銷、斜導槽、斜頂桿、楔緊塊、斜滑塊、斜槽、齒輪齒條等零件。

⑥冷卻加熱系統的作用是調節模具成型工藝溫度，由冷卻系統（冷卻水孔、冷卻水槽、銅管）或加熱系統組成。

⑦排氣系統的作用是在注射過程中將型腔內的氣體排除，主要由排氣槽、配合間隙等組成。

（2）沖模的功能結構組成及所包含的零件

沖模的基本結構可分為工藝類零件和輔助類零件。工藝類零件包括工作零件、定位零件、卸料和頂出零件等。輔助零件包括導向零件、支撐和夾持零件、緊固零件及其他零件。

①工作零件主要由凸模、凹模、凸凹模和刃口鑲塊組成。

②定位零件由定位銷、擋料銷、導正銷、導料板和定距側刃等組成。

③卸料和頂出零件由壓料板、卸料板、頂出器、浮料釘和推板等組成。

④導向零件主要由導柱、導套、導板組成。

⑤支撐和夾持零件由上下模板、模柄、固定板、墊板和限位器等組成。

⑥緊固零件及其他零件由螺釘、銷釘、彈簧、起重柄和托架等組成。

（3）模具零件的加工分類

組成模具結構的零件雖然很多，功能、形狀及使用要求也不相同，但從結構的加工工藝特征分析，可以大致分成以下4大類。

①軸套類零件包括模具中的導柱、導套、澆口套、模柄、定位圈等。

②桿類零件包括頂桿、復位桿、推桿、拉料桿等。

③板類零件包括模板、墊板、卸料板、推板、墊塊等。

④成型零件包括凸模、凹模、型芯、型腔等。

以一套香皂盒注射模具為例，其各個組成零件的分類如圖1-4所示，該模具的加工是在購買標準模架的基礎上進行的。

組成模具的零件形狀雖然各異，但分析每個零件的基本表面形狀構成都可以概括為以下3種形式。

①回轉面零件的外圓面、內圓面、圓錐面等。

②平面板的表面和軸的端面等。

③曲面成型零件的二維曲面和三維曲面等。

模具零件加工的實質就是解決這3種基本表面的加工問題。對于回轉面和平面通常采用傳統的機械切削加工就可以成型，尺寸精度要求高的可采用數控機加工的方法完成，曲面的加工則以數控銑加工為主，對于機加工比較難實現的曲面可采用特種加工方法實現。另外，根據零件的材質，為了滿足零件表面不同的精度要求，需要根據具體要求進行合理編排加工工藝方案。

其中，傳統機械切削加工采用通用機床加工模具零件，主要依靠工人的熟練技術，利用銑床、車床等進行粗加工、半精加工，然后由鉗工修正、研磨、拋光。這種工藝方案，生產效率低、周期長、質量也不易保證；但設備投資較少，機床通用性強，作為精密加工、電加工之前的粗加工和半精加工又不可少，因此仍被廣泛采用。

數控機床加工是指采用數控銑、加工中心等機床對模具零件進行粗加工、半精加工、精加工以及采用高精度的成型磨床、坐標磨床等進行熱處理后的精加工，并采用三坐標測量儀進行檢測。這種工藝降低了對熟練工人的依賴程度，生產效率高，特別是對一些復雜成型零件，采用通用機床加工很困難，不易加工出合格的產品；采用數控機床加工顯然是很理想的，但是一次性投資大。

特種加工，主要是指電火花加工、電解加工、擠壓、精密鑄造、電鑄等成形方法。