模具制造技術(shù)綜述

模具制造技術(shù)綜述 第 5章 模具制造技術(shù)綜述 模具設(shè)計完成后，其制造方法與制造技術(shù)的選擇、制造質(zhì)量的保證是關(guān)鍵所在。由于工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和金屬成形新技術(shù)的應(yīng)用，對模具制造技術(shù)的要求越來越高，使之趨于復(fù)雜化和多樣化。模具的制造方法已不再是過去的手工作業(yè)和傳統(tǒng)的一般機(jī)械加工，而是廣泛采用電火花成形、數(shù)控線切割、電化學(xué)加工、超聲波加工、激光加工以及成形磨削、數(shù)控仿形等現(xiàn)代加工技術(shù)。本章主要對模具的加工方法、制造工藝特點(diǎn)和制造過程進(jìn)行綜述，為后續(xù)章節(jié)知識打下基礎(chǔ)。 本章要點(diǎn)： 模具的主要加工方法簡介、模具制造的工藝特點(diǎn)簡介、模具制造過程簡介。 本章難點(diǎn)： 模具制造過程 第 5章 模具制造技術(shù)綜述 模具的生產(chǎn)過程和特點(diǎn) 模具的主要加工方法 模具的生產(chǎn)過程和特點(diǎn) 模具的生產(chǎn)過程 模具的生產(chǎn)和工藝特點(diǎn) 模具的生產(chǎn)過程和特點(diǎn) 現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程系統(tǒng)包括：生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過程、基本生產(chǎn)過程、輔助生產(chǎn)過程、生產(chǎn)服務(wù)過程。以上這些過程又具體體現(xiàn)在：技術(shù)準(zhǔn)備工作；生產(chǎn)準(zhǔn)備工作；原材料的采購、運(yùn)輸、保管；毛坯的再加工和改制；產(chǎn)品零、組件的加工和檢驗(yàn)；產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢驗(yàn)；產(chǎn)品的裝飾、包裝、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌?現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也是企業(yè)的人力、物力、財力、信息的轉(zhuǎn)化過程。任何一個產(chǎn)品的形成，都是許多企業(yè)共同勞動的成果。在今天，隨著生產(chǎn)組織的專業(yè)化和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高，各個企業(yè)間互相協(xié)作和共同依存的關(guān)系比以往都顯得突出和重要。同樣，在一個企業(yè)內(nèi)部也是如此，某一車間生產(chǎn)的“成品”往往是其他車間組織生產(chǎn)的“原材料”。 模具的生產(chǎn)過程和其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一樣，都是指由原材料開始經(jīng)過加工轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜窟^程。 模具的生產(chǎn)過程 在非模具專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中 (產(chǎn)品專業(yè)廠 )，模具作為工藝裝備的一部分，在基本產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中，模具屬于輔助生產(chǎn)過程，是保證基本產(chǎn)品生產(chǎn)不可缺少的組成部分。在模具專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，模具作為企業(yè)的基本產(chǎn)品，模具的生產(chǎn)過程始終貫穿于企業(yè)的全部生產(chǎn)過程中。 模具的種類很多，按照 87規(guī)定，包括沖壓模、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、陶瓷成型模等 )、拉絲模等等。每種模具的結(jié)構(gòu)、要求和用途不同，它們都有特定的生產(chǎn)過程。但是同屬模具類，它們的生產(chǎn)過程又都具有共性的特點(diǎn)。因此模具的生產(chǎn)過程又可以劃為 5個主要階段：即生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備；材料的準(zhǔn)備；模具零件、組件的加工；裝配調(diào)試和試用鑒定等。它們的關(guān)系和內(nèi)容如圖 1. 技術(shù)準(zhǔn)備 (1) 模具設(shè)計制圖 在進(jìn)行模具設(shè)計時，首先要盡量多收集信息，并認(rèn)真地加以研究，然后再進(jìn)行模具設(shè)計。 若不這樣做，即使是設(shè)計出的模具功能優(yōu)良，精度很高，也不能符合要求，所完成的設(shè)計并不是最佳設(shè)計。所要收集的信息有： 來自營業(yè)方面的信息最重要，包括，制品產(chǎn)量 (月產(chǎn)量和總產(chǎn)量等 )；制品單價；模具價格和交貨期；被加工材料的性質(zhì)及供應(yīng)方法；將來的市場變化等。 所要加工制品的質(zhì)量要求、用途以及設(shè)計修正、改變形狀和公差的可能性。 生產(chǎn)部門的信息，包括使用模具的設(shè)備性能、規(guī)格、操作方法以及技術(shù)條件。 模具制造部門的信息，包括加工設(shè)備及技術(shù)水平等。 標(biāo)準(zhǔn)件及其他外購件的供應(yīng)情況等。 模具制造過程所需的圖紙有： 裝配圖 如果模具設(shè)計方案及其結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，就可以繪制裝配圖。 零件圖 零件圖要根據(jù)裝配圖繪制，使其滿足各種配合關(guān)系，并注明尺寸公差及表面粗糙度，有的還要寫明技術(shù)條件。標(biāo)準(zhǔn)件不必畫零件圖。 (2) 分析估算工時費(fèi)用與模具價格 在接受模具制造的委托時，首先要根據(jù)制品零件圖樣或?qū)嵨铮治鲅芯繉⒉捎媚＞叩奶讛?shù)、模具結(jié)構(gòu)及主要加工方法，然后進(jìn)行模具估算，估算的內(nèi)容包括： 模具費(fèi)用 指材料費(fèi)、外購零件費(fèi)、設(shè)計費(fèi)、加工費(fèi)、裝配調(diào)整及試模費(fèi)等。必要時，還要估算各種加工方法所用的工具及其加工費(fèi)等，最后得出模具制造價格。 交貨期 估算完成每項(xiàng)工作的時間，并決定交貨期。 模具總壽命 估算模具的單次壽命以及經(jīng)多次簡單修復(fù)后的總壽命 (即在不發(fā)生事故的情況下，模具的自然壽命 )。 制品材料 制品規(guī)定使用的材料性能、尺寸大小、消耗量以及材料的利用率等。 所用的設(shè)備 了解應(yīng)用模具的設(shè)備性能、規(guī)格及其附屬設(shè)備。 在進(jìn)行模具估算時，只注意模具費(fèi)用及交貨期是不夠的。一個優(yōu)秀的模具技術(shù)人員，應(yīng)該對模具制造和試模過程中可能出現(xiàn)的問題以及制成后的使用情況有充分的了解和估計。 (3) 模具工藝工作 根據(jù)模具設(shè)計圖紙制定模具工藝路線 (具體在第 6章講述 )。 模具的生產(chǎn)過程 2. 備料、坯料準(zhǔn)備 選定模具生產(chǎn)過程所需的各種原材料、外協(xié)件、外購件與標(biāo)準(zhǔn)件。 坯料準(zhǔn)備是為各模具零件提供相應(yīng)的坯料。其加工內(nèi)容按原材料的類型不同而異。對于鍛件或切割鋼板 要進(jìn)行六面加工，除去表面黑皮，將外形尺寸加工到要求，磨削兩平面及基準(zhǔn)面，使坯料平行度和垂直度符合要求。直接應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模塊，則坯料準(zhǔn)備階段不需要再做任何加工，是縮短制模周期的最有效方法。模具設(shè)計人員應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)模塊。在不得已的情況下，對標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行部分改制加工。若基準(zhǔn)面發(fā) 生變動，則需重新加工出基準(zhǔn)面。 3. 零、組件加工 每個需要加工的零件，都必須按圖樣要求制訂其加工工藝 (填寫工藝卡 )，然后分別進(jìn)行粗加工、半精加工、熱處理及精修拋光。 模具零件的形狀加工任務(wù)是按要求對坯料進(jìn)行內(nèi)外形狀的加工。例如，按沖裁凸模所需形狀進(jìn)行外形加工，按沖裁凹模所需形狀加工型孔、緊固螺栓及銷釘孔。又如按照注塑模型芯的形狀進(jìn)行內(nèi)、外形狀加 工，或按型腔的形狀進(jìn)行內(nèi)形加工。 熱處理是使經(jīng)初步加工的模具零件半成品達(dá)到所需的硬度。 模具零件的精加工是對淬硬的模具零件半成品進(jìn)一步加工，以滿足尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量的要 求。針對精加工階段材料較硬的特點(diǎn)，大多數(shù)采用磨削加工和精密電加工方法。 模具的生產(chǎn)過程 4. 裝配 模具裝配的任務(wù)是將已加工好的模具零件及標(biāo)準(zhǔn)件按模具總裝配圖要求裝配成一副完整的模具。在裝配過程中，需對某些模具零件進(jìn)行拋光和修整。試模后還需對某些部位進(jìn)行調(diào)整和修正，使模具生產(chǎn)的制件符合圖樣要求。模具能正常地連續(xù)工作后，模具加工過程才結(jié)束。在整個模具加工過程中還需對每一 道加工工序的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和確認(rèn)，才能保證裝配好的模具達(dá)到設(shè)計要求。 5. 試用鑒定 裝配調(diào)整好的模具，還需要安裝在機(jī)器設(shè)備上 (如沖床、注射機(jī)等 )進(jìn)行試模。檢查模具在運(yùn)行過程中是否正常，所得到的制品形狀尺寸等是否符合要求。如有不符合要求的則必須拆下來加以修正，以便再次 試模，直到完全能正常運(yùn)行并能加工出合格的制品后檢驗(yàn)入庫。 在上述生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備階段是整個生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對于模具的質(zhì)量、成本、進(jìn)度和管理都有重 大的影響。 在模具加工過程中，毛坯、零件和組件的質(zhì)量保證和檢驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)，在模具生產(chǎn)中通過“三檢制”的實(shí)施保證合格制件在生產(chǎn)線上流轉(zhuǎn)。在模具加工過程中，相關(guān)工序和車間之間的轉(zhuǎn)接是生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行所必要的，在轉(zhuǎn)接中間和加工不均衡所造成的等待和停歇是模具生產(chǎn)中的突出問題，作為模具生產(chǎn) 組織者應(yīng)該將這部分時間降低到最小程度。同時在確定生產(chǎn)周期上要充分地考慮。 模具的生產(chǎn)過程 模具的生產(chǎn)和工藝特點(diǎn) 嚴(yán)格來說，模具制造也屬機(jī)械制造的研究范疇，但一個機(jī)械制造能力較強(qiáng)的企業(yè)，未必都能承擔(dān)模具制造任務(wù)，更難保證制造出高質(zhì)量的模具。因?yàn)槟＞呱a(chǎn)制造難度較大，與一般機(jī)械制造相比，有許多特點(diǎn)。 1. 模具的生產(chǎn)特點(diǎn) 模具作為一種特殊的工藝裝備，其生產(chǎn)制造工藝具有以下幾個特點(diǎn)： (1) 加工精度高，形狀復(fù)雜 模具的工作部分一般都是二維或三維的復(fù)雜曲面，而不是一般機(jī)械加工的簡單幾何體，需應(yīng)用各種先進(jìn)的加工方法才能保證加工質(zhì)量。復(fù)雜模具由數(shù)百上千個零件組成，價格最高的竟達(dá)每套幾百萬元。不僅零件具有較高的尺寸精度，還有較高的形狀和位置精度要求。這類復(fù)雜模具目前仍然主要依賴進(jìn)口，例如汽車工業(yè)的一些模具。 精密模具的尺寸精度往往達(dá) 此在可能的條件下往往采用選配的方法保證配合間隙。一般來說，模具工作部分的制造公差都應(yīng)控制在 的甚至要求在微米級范圍內(nèi)；模具加工后的表面不僅不允許有任何缺陷，而且工作部分的表面粗糙度 (2) 模具材料 材料優(yōu)異，硬度高，不僅加工難度大，而且需合理安排加工工藝。模具的主要零件多采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，特別是高壽命模具，常采用 類鋼材從毛坯鍛造、加工到熱處理均有嚴(yán)格的要求，因此加工工藝的編制就更加不容忽視。熱處理變形也是加工中需認(rèn)真對待的問題。 (3) 單件生產(chǎn) 模具不是直接使用的產(chǎn)品，而是為生產(chǎn)產(chǎn)品而制造的工藝裝備，這就使模具生產(chǎn)具有單件小批生產(chǎn)的特點(diǎn)。通常，生產(chǎn)某一個制品，一般都只需要一兩副模具，所以模具制造一般都是單件生產(chǎn)。每制造一副模具，都必須從設(shè)計開始，大約需要一個多月甚至幾個月的時間才能完成，設(shè)計、制造周期都比較長。 (4) 生產(chǎn)周期短 當(dāng)前由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和市場的競爭，客觀上要求模具生產(chǎn)周期越來越短。模具的生產(chǎn)管理、設(shè)計和工藝工作都應(yīng)該適應(yīng)客觀要求。 (5) 模具生產(chǎn)的成套性 當(dāng)某個制件需要多副模具來加工時，各副模具之間往往互相牽連和影響。只有最終制件合格，這一系列模具才算合格，因此在生產(chǎn)和計劃安排上必須充分考慮這一特點(diǎn)。 模具的生產(chǎn)和工藝特點(diǎn) (6) 試模和試修 由于模具生產(chǎn)的上述特點(diǎn)和模具設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)性，模具在裝配后必須通過試沖或試壓，最后確定是否合格。同時有些部位需要試修才能最后確定。因此在生產(chǎn)進(jìn)度安排上必須留有一定的試模 周期。 (7) 模具加工向機(jī)械化、精密化和自動化發(fā)展 目前產(chǎn)品零件對模具精度的要求越來越高，高精度、高壽命、高效率的模具越來越多。而加工精度主要取決于加工機(jī)床精度、加工工藝條件、測量手段和方 法。 目前精密成型磨床、 密數(shù)控電火花線切割機(jī)床、高精度連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床以及三坐標(biāo)測量機(jī)的使用越來越普遍，使模具加工向高技術(shù)密集型發(fā)展。 2. 模具的工藝特點(diǎn) 由于我國模具加工的技術(shù)手段還普遍偏低，同時又有上述生產(chǎn)特點(diǎn)，當(dāng)前我國模具制造上的工藝特點(diǎn)主 要表現(xiàn)如下： (1) 模具加工上盡量采用萬能通用機(jī)床、通用刀量具和儀器，盡可能地減少專用二類工具的數(shù)量。 (2) 在模具設(shè)計和制造上較多的采用“實(shí)配法”、“同鏜法”等，使得模具零件的互換性降低，但這是保證加工精度，減小加工難度的有效措施。今后隨著加工技術(shù)手段的提高，互換性程度將會提高。 (3) 在制造工序安排上，工序相對集中，以保證模具加工質(zhì)量和進(jìn)度，簡化管理和減少工序周轉(zhuǎn)時間。 模具的主要加工方法 將模具材料 (金屬或非金屬 )加工成模具的方法，主要有常規(guī)機(jī)械加工、特種加工以及塑性加工、鑄造和焊接加工方法等。由于本書針對的是非模具專業(yè)的學(xué)生，為此僅詳細(xì)介紹模具的常規(guī)機(jī)械加工、特種加工方法。 1. 常規(guī)機(jī)械加工 常規(guī)機(jī)械加工 (即傳統(tǒng)的切削與磨削加工 )是模具制造中不可缺少的一種重要的加工方法。即使是用其他加工方法制造模具，也需要采用切削或磨削加工來完成某些工作。例如模架加工、模坯加工、模具型面加工以及孔類加工等。 常規(guī)機(jī)械加工的明顯特點(diǎn)是加工精度高、生產(chǎn)效率高，而且用相同的機(jī)床和工具可以加工出各種形狀和尺寸的工件。但是，用常規(guī)機(jī)械加工方法加工復(fù)雜的形狀時，其加工速度很慢，硬的材料也難于加工；材料的利用率不高；而且還要求有熟練的操作工人。盡管如此，在模具制造過程中常規(guī)機(jī)械加工仍然是主要的加工手段。 2. 特種加工 特種加工是有別于常規(guī)機(jī)械加工方法的非傳統(tǒng)加工方法，也稱電加工。從廣義上來說，特種加工是指那些不需要用比工件更硬的工具，也不需要在加工過程中施加明顯的機(jī)械力，而是直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能等來除去工件上的多余部分，以達(dá)到一定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法，其中包括電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、電化學(xué)拋光、電解磨削、電鑄、化學(xué)蝕刻、超聲波加工、激光加工等。 特種加工相對于常規(guī)機(jī)械加工，有如下特點(diǎn)： (1) 加工情況與工件的硬度無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)以柔克剛。 (2) 工具與工件一般不接觸，加工過程不必施加明顯的機(jī)械力。 (3) 可加工各種復(fù)雜形狀的零件。 (4) 易于實(shí)現(xiàn)加工過程自動化。 正因?yàn)樘胤N加工有上述這些可貴的特點(diǎn)，所以特種加工在模具制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用，并成為模具加工中的一種重要方法。 模具的主要加工方法 3. 塑性加工 塑性加工主要是冷擠壓制模法，即將淬火過的成形模 (原陽模 )強(qiáng)有力地壓入未進(jìn)行硬化處理的模坯 (鋼或其他軟質(zhì)材料 )內(nèi)，使原陽模的形狀復(fù)印在被壓的模坯上，制成所需要的模具。 冷擠壓制模法所成形的模具完全不需要將型面進(jìn)行精加工，它制模速度快、省料，可以制成各種復(fù)雜型面的模具，且形狀精確，利于用一套原模制作多副相同模具。這種制模法一定要事先制作一個成形的原陽模，而且壓制后的模具在淬火時易引起變形。 4. 鑄造 對于一些精度和使用壽命要求不高的模具，人們往往會用簡單方便的鑄造法快速制成。 (1) 鑄鐵 像加工汽車外殼等大件且不規(guī)則形狀的模具，一般都用鑄造方法制成。 鑄鐵模在制造上的優(yōu)點(diǎn)是，可以很容易鑄出復(fù)雜的形狀，尺寸不受限制，便于進(jìn)行機(jī)械加工，而且價格低，潤滑性好，膠著少。它的缺點(diǎn)是耐磨性差，精度差。 (2) 鋅基合金 鋅基合金是一種用鑄造法制造簡易模具的典型材料，其熔點(diǎn)低，可鑄性好，所以鑄造精度相對較高，而且還具有軟鋼那樣的強(qiáng)度、耐磨性和潤滑性。用低熔點(diǎn)材料鋅基合金鑄造模具，也稱快速制模法，其制模速度快，容易制成形狀復(fù)雜的模具，但模具的材質(zhì)較軟，耐熱性差，所以模具壽命短，多用于試制和小批量生產(chǎn)的場合。 為了提高快速制模的質(zhì)量和使用壽命，也有用導(dǎo)熱性和耐久性較好的鈹銅合金代替鋅基合金的，主要用于生產(chǎn)批量較