模塊一　模具制造常用加工技術(shù)與設(shè)備的選擇

任務(wù)引入　模具零件加工設(shè)備的選擇

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。產(chǎn)品采用模具制造，能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約原材料、降低成本，并保證加工質(zhì)量要求。

在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，模具工業(yè)的發(fā)展是很迅速的。模具總產(chǎn)值已超過了機(jī)床工業(yè)的總產(chǎn)值，其發(fā)展速度超過了機(jī)床、汽車、電子等工業(yè)。模具技術(shù)，特別是制造精密、復(fù)雜、大型、長壽命模具的技術(shù)，已成為衡量一個(gè)國家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品更新、改型加快，模具的更新將越來越快。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)模具的需求，在模具制造中采用了許多新工藝和先進(jìn)的加工設(shè)備，不僅改善了模具的加工質(zhì)量，也提高了模具制造的機(jī)械化、自動(dòng)化程度。

那么，模具制造的整個(gè)過程包含哪些環(huán)節(jié)？模具制造相比一般的機(jī)械制造有哪些特點(diǎn)？模具的制造過程一般是什么流程？如何根據(jù)模具零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度要求進(jìn)行加工設(shè)備的選擇？這些問題是我們?cè)趯W(xué)習(xí)模具制造技術(shù)這門課程時(shí)首先要解決的問題，通過本模塊案例的學(xué)習(xí)，我們將對(duì)以下幾點(diǎn)有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)：

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(rèn)知；

零件結(jié)構(gòu)的加工工藝性分析；

零件精度要求與加工方法及加工設(shè)備的關(guān)系；

 零件加工設(shè)備的合理選擇。

本模塊學(xué)習(xí)完成后，我們將通過以下幾個(gè)任務(wù)的實(shí)施，掌握上述的知識(shí)和技能：

 型腔板加工設(shè)備的選擇；

 落料模凹模板加工設(shè)備的選擇；

 型腔鑲塊加工設(shè)備的選擇。

任務(wù)零件如圖1-1所示。

任務(wù)零件具體結(jié)構(gòu)和尺寸參見本書配套資源¹中的數(shù)字模型。通過案例的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，大家需要獨(dú)立完成任務(wù)零件的加工設(shè)備的選擇。三個(gè)加工零件的數(shù)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(shí)框圖及學(xué)習(xí)思維導(dǎo)向

本模塊是對(duì)模具制造的基本框架進(jìn)行學(xué)習(xí)，以前期學(xué)過的《機(jī)械制造基礎(chǔ)》課程為基礎(chǔ)，了解模具制造的一般流程，通過對(duì)模具零件按照結(jié)構(gòu)和精度要求進(jìn)行分類，正確選擇相應(yīng)的加工技術(shù)與設(shè)備，為后續(xù)模具制造工藝的編排、各種具體加工技術(shù)的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。本模塊知識(shí)框圖及學(xué)習(xí)思維導(dǎo)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(duì)用戶提供的產(chǎn)品信息進(jìn)行用途分析、結(jié)構(gòu)分析、成型工藝性分析等，設(shè)計(jì)成模具模型或圖紙；在此基礎(chǔ)上通過對(duì)零件坯料進(jìn)行加工，再對(duì)各個(gè)模具零件進(jìn)行裝配，最終成為可用于生產(chǎn)的模具實(shí)物的整個(gè)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(jù)模具的設(shè)計(jì)圖紙、數(shù)字模型，利用加工設(shè)備加工出各個(gè)模具零件，并裝配成可用于生產(chǎn)的模具實(shí)體的加工裝配過程，是模具設(shè)計(jì)過程的延續(xù)。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，正確、合理地確定模具零件的加工工藝內(nèi)容、工藝性質(zhì)和方法，尤其是正確地制訂成型件型面加工的工藝組合，對(duì)優(yōu)化模具制造工藝過程，提高工藝過程技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，并能高精度、高效率地完成任務(wù)，達(dá)到模具設(shè)計(jì)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(shù)準(zhǔn)備，加工前準(zhǔn)備，模具零件加工，裝配、修模、試模，模具驗(yàn)收5個(gè)階段。它們的關(guān)系和內(nèi)容如圖1-3所示。

（1）技術(shù)準(zhǔn)備階段

技術(shù)準(zhǔn)備是整個(gè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是后續(xù)零件加工過程的依據(jù)，對(duì)于模具制造的質(zhì)量、成本、進(jìn)度和管理都有重大的影響。該階段的工作內(nèi)容包括：根據(jù)制件圖檔及要求分析產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)、尺寸精度、表面質(zhì)量要求及成型工藝并形成相關(guān)文檔，根據(jù)制件要求及成型工藝進(jìn)行模具的模型設(shè)計(jì)并生成相關(guān)圖檔，根據(jù)設(shè)計(jì)的模具零件結(jié)構(gòu)和精度要求進(jìn)行加工工藝技術(shù)文件的編制、材料定額和加工工時(shí)定額的制訂、模具成本的估價(jià)，根據(jù)模具零件特點(diǎn)編制NC、CNC加工程序等。

（2）加工前準(zhǔn)備階段

加工前準(zhǔn)備階段的主要工作內(nèi)容包括：根據(jù)已確定的模具零件毛坯的材料、種類、形式、大小及有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行零件坯料的準(zhǔn)備，根據(jù)加工工藝安排準(zhǔn)備相關(guān)電極材料的準(zhǔn)備，對(duì)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(jīng)完成了板類零件的粗加工。同時(shí)該階段還要根據(jù)設(shè)計(jì)的模具圖檔完成標(biāo)準(zhǔn)零、部件的訂購；根據(jù)加工工藝安排準(zhǔn)備相應(yīng)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(gè)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(nèi)容包括：根據(jù)既定的加工工藝規(guī)程，利用各種加工設(shè)備及加工技術(shù)完成模具零件的加工。本階段的工作內(nèi)容也是本課程要重點(diǎn)講解的內(nèi)容。

（4）裝配、修模、試模階段

根據(jù)模具設(shè)計(jì)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(guī)程進(jìn)行裝配，對(duì)裝配過程中由于加工誤差引起的裝配問題進(jìn)行鉗工修整，隨著加工設(shè)備精度的不斷提升，現(xiàn)代的模具加工誤差已經(jīng)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(duì)模具功能進(jìn)行檢驗(yàn)，如果試模后發(fā)現(xiàn)問題，還需要返修模具。

（5）模具驗(yàn)收階段

對(duì)模具設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量作合理性與正確性的評(píng)估，根據(jù)各類模具的驗(yàn)收技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)和合同規(guī)定，對(duì)模具試模制件（沖件、塑件等）、模具性能和工作參數(shù)等進(jìn)行檢查、試用，判斷模具是否能達(dá)到預(yù)期的功能要求。最后通過客戶的驗(yàn)收后，交付使用。

隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，模具的標(biāo)準(zhǔn)零、部件，通用標(biāo)準(zhǔn)零件（如螺釘、銷釘），以及冷卻、加熱系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)、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(fā)現(xiàn)，模具廠只是依據(jù)模具設(shè)計(jì)要求，完成非標(biāo)準(zhǔn)件的加工，最后按裝配順序?qū)?biāo)準(zhǔn)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(guī)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(jī)材料成型模（玻璃成型模、陶瓷成型模）、拉絲模等。每種模具結(jié)構(gòu)、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(diǎn)。

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(zhuǎn)變?yōu)槟＞吡慵善坊虬氤善返倪^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(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程兩部分。

機(jī)械加工工藝過程是用機(jī)械加工方法直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)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(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進(jìn)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(jié)構(gòu)特征，這種相同或相似的結(jié)構(gòu)特征方便我們進(jìn)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(jié)構(gòu)為例，從模具各個(gè)功能結(jié)構(gòu)開始分析，進(jìn)而找到模具零件的加工分類。

（1）注塑模的功能結(jié)構(gòu)組成及所包含的零件

注塑模的結(jié)構(gòu)根據(jù)使用功能分為成型部分、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻加熱系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)等。

①成型部分是由構(gòu)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(huán)及鑲塊等零件。

②澆注系統(tǒng)是指塑料模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道。普通澆注系統(tǒng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具中主要有定位、導(dǎo)向的作用，保證動(dòng)、定模合模平穩(wěn)準(zhǔn)確。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱、導(dǎo)套或?qū)蚩祝ㄖ苯娱_在模板上）、定位錐面（虎口）等組成。

④頂出機(jī)構(gòu)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(fù)位桿及拉料桿等組成。

⑤側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的作用是使側(cè)向型芯抽出成型制件的機(jī)構(gòu)，通常包括斜導(dǎo)柱、彎銷、斜導(dǎo)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(tǒng)的作用是調(diào)節(jié)模具成型工藝溫度，由冷卻系統(tǒng)（冷卻水孔、冷卻水槽、銅管）或加熱系統(tǒng)組成。

⑦排氣系統(tǒng)的作用是在注射過程中將型腔內(nèi)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(jié)構(gòu)組成及所包含的零件

沖模的基本結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)正銷、導(dǎo)料板和定距側(cè)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(dǎo)向零件主要由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)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(jié)構(gòu)的零件雖然很多，功能、形狀及使用要求也不相同，但從結(jié)構(gòu)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(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口套、模柄、定位圈等。

②桿類零件包括頂桿、復(fù)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(gè)組成零件的分類如圖1-4所示，該模具的加工是在購買標(biāo)準(zhǔn)模架的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

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

①回轉(zhuǎn)面零件的外圓面、內(nèi)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(shí)質(zhì)就是解決這3種基本表面的加工問題。對(duì)于回轉(zhuǎn)面和平面通常采用傳統(tǒng)的機(jī)械切削加工就可以成型，尺寸精度要求高的可采用數(shù)控機(jī)加工的方法完成，曲面的加工則以數(shù)控銑加工為主，對(duì)于機(jī)加工比較難實(shí)現(xiàn)的曲面可采用特種加工方法實(shí)現(xiàn)。另外，根據(jù)零件的材質(zhì)，為了滿足零件表面不同的精度要求，需要根據(jù)具體要求進(jìn)行合理編排加工工藝方案。

其中，傳統(tǒng)機(jī)械切削加工采用通用機(jī)床加工模具零件，主要依靠工人的熟練技術(shù)，利用銑床、車床等進(jìn)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(chǎn)效率低、周期長、質(zhì)量也不易保證；但設(shè)備投資較少，機(jī)床通用性強(qiáng)，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(shù)控機(jī)床加工是指采用數(shù)控銑、加工中心等機(jī)床對(duì)模具零件進(jìn)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(biāo)磨床等進(jìn)行熱處理后的精加工，并采用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行檢測。這種工藝降低了對(duì)熟練工人的依賴程度，生產(chǎn)效率高，特別是對(duì)一些復(fù)雜成型零件，采用通用機(jī)床加工很困難，不易加工出合格的產(chǎn)品；采用數(shù)控機(jī)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。