1.5 模具加工方法與工藝規(guī)程編制

1.5模具加工方法與工藝規(guī)程編制現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)模具要求越來越高,模具結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，制造難度日益增大。模具制造正由過去的勞動(dòng)密集和主要依靠工人的手工技巧及采用傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集，更多地依靠各種高效、高精度的數(shù)控切削機(jī)床、電加工機(jī)床，從過去的機(jī)械加工時(shí)代轉(zhuǎn)變成機(jī)、電結(jié)合加工以及其它特殊加工時(shí)代，模具鉗工量正呈逐漸減少之勢(shì)?，F(xiàn)代模具制造集中了制造技術(shù)的精華,體現(xiàn)了先進(jìn)制造技術(shù),已成為技術(shù)密集型的綜合加工技術(shù)。

沖模是專用的工藝裝備，沖模制造屬于單件生產(chǎn)。盡管采取了一些措施，如模架標(biāo)準(zhǔn)化、毛坯專用化、零件商品化等，適當(dāng)集中模具制造中的部分內(nèi)容，使其帶有批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，但對(duì)整個(gè)模具制造過程，尤其對(duì)工作零件的制造仍然屬于單件生產(chǎn)。其制造具有以下特點(diǎn)：

(1）形狀復(fù)雜，加工精度高，因此需應(yīng)用各種先進(jìn)的加工方法（如數(shù)控銑、數(shù)控電加工、坐標(biāo)鏜、成形磨、坐標(biāo)磨等）才能保證加工質(zhì)量；

(2）模具材料性能優(yōu)異，硬度高，加工難度大，需要先進(jìn)加工設(shè)備和合理安排加工工藝；

(3）模具生產(chǎn)批量小，大多具有單件生產(chǎn)的特點(diǎn)。應(yīng)多采用少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或少用專用工具加工；

(4）模具制造完成后均需調(diào)整和試模，只有試模成形出合格制件后，模具制造方算合格。

沖模的生產(chǎn)流程與設(shè)備狀況、人員配置及其業(yè)務(wù)水平等多種因素有關(guān)。一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模工廠沖模生產(chǎn)全過程的流程如圖1.5.1所示?，F(xiàn)代模具設(shè)計(jì)一般是基于模具標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，所以模具制造主要有三項(xiàng)工作：

（1）模具工作零件的制造

（2）配購?fù)ㄓ?、?biāo)準(zhǔn)件及進(jìn)行補(bǔ)充加工

（3）進(jìn)行模具裝配和試模

其中，模具工作零件的制造和模具裝配是重點(diǎn)。模具材料的選用，不僅關(guān)系到模具的使用壽命，而且也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負(fù)荷且連續(xù)工作,使凸、凹模受到強(qiáng)大壓力和劇烈磨擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料應(yīng)遵循如下原則：(1）根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；(2）根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料；(3）滿足加工要求，應(yīng)具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形小；

(4）滿足經(jīng)濟(jì)性要求。在模具制造中，通常按照零件結(jié)構(gòu)和加工工藝過程的相似性，可將各種模具零件大致分為工作型面零件、板類零件、軸類零件、套類零件等。其加工方法主要有機(jī)械加工、特種加工二大類，機(jī)械加工方法主要包括各類金屬切削機(jī)床的切削加工，采用普通及數(shù)控切削機(jī)床進(jìn)行車、銑、刨、鏜、鉆、磨加工可以完成大部分模具零件加工，再配以鉗工操作，可實(shí)現(xiàn)整套模具的制造。機(jī)械加工方法是模具零件的主要加工方法，即使是模具的工作零件采用特種加工方法加工，也需要用機(jī)械加工的方法進(jìn)行預(yù)加工。

隨著模具質(zhì)量要求的不斷提高，高強(qiáng)度、高硬度、高韌性等特殊性能的模具材料不斷出現(xiàn)和復(fù)雜型面、型孔的不斷增多，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法已難以滿足模具加工的要求。因而，直接利用電能、熱能、光能、化學(xué)能、電化學(xué)能、聲能等特種加工的工藝方法相繼得到了很快的發(fā)展，目前以電加工為主的特種加工方法在現(xiàn)代模具制造中已得到了廣泛應(yīng)用，它是對(duì)機(jī)械加工方法的重要補(bǔ)充。(一)模具零件的毛坯選擇

模具零件的毛坯主要有鍛件、鑄件和型材（如熱軋板、圓棒等）上的切割件等。毛坯類型的選擇主要根據(jù)模具零件質(zhì)量要求、結(jié)構(gòu)尺寸和生產(chǎn)批量等因素來決定，通常凸、凹模等工作零件的毛坯采用鍛件，模座、大型模具零件的毛坯采用鑄件，墊板、固定板等零件的毛坯則采用型材上的切割件。不同方法得到的毛坯，其加工余量不同，必須合理確定毛坯的加工余量，加工余量過大，浪費(fèi)材料和工時(shí)，而加工余量過小，則不能保證消除毛坯的表面缺陷，甚至造成廢品。關(guān)于毛坯的加工余量可查閱相關(guān)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)。（二）模具零件的機(jī)械加工

用機(jī)械加工方法加工模具零件，要充分考慮模具零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工藝路線。盡可能通過加工設(shè)備來保證模具零件的加工質(zhì)量，減少鉗工修配工作量，提高生產(chǎn)效率和降低成本。常用機(jī)械加工方法在模具零件加工中的應(yīng)用如表1.5.1所示。

常用機(jī)械加工方法可能達(dá)到的尺寸精度和表面粗糙度如表1.5.2～表1.5.3所示。(三）模具零件的電加工

1．電火花加工

電火花加工是在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電腐蝕作用，對(duì)工件進(jìn)行加工的一種工藝方法，它是不斷放電蝕除金屬的過程。其加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用如表1.5.7所示。

電火花加工質(zhì)量主要受電極制造精度、脈沖放電參數(shù)（電規(guī)準(zhǔn)）、放電間隙、電極損耗的影響，其中電極的設(shè)計(jì)與制造是關(guān)鍵。(1）電極材料

常用電極材料的種類和性能見表1.5.8所示。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象、工藝方法和加工設(shè)備條件等因素綜合考慮，對(duì)大中型腔可采用石墨材料電極；中小型腔、窄槽等可采用純銅電極。

(2）電極設(shè)計(jì)與制造

電極必須根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和精度要求，考慮電極損耗和放電間隙等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。電極結(jié)構(gòu)可分為整體式電極、組合式電極和鑲拼電極三種，應(yīng)根據(jù)電極大小與復(fù)雜程度、電極的結(jié)構(gòu)工藝性等因素進(jìn)行選擇。通常電極精度至少應(yīng)達(dá)到IT7、Ra1.6μm。電極加工主要采用切削加工，必要時(shí)可再采用電加工。

盡管電火花加工有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍有一定的局限性：①需要制作成形電極；②只能用于加工金屬等導(dǎo)電材料；③加工速度一般較慢，為了提高加工速度，一般要事先用機(jī)械加工方法對(duì)零件進(jìn)行預(yù)加工；④存在電極損耗，影響加工精度；⑤最小角部半徑有限制，一般電火花加工加工能得到的最小角部半徑等于放電間隙。

2．電火花線切割加工

電火花線切割加工和電火花成形加工的原理是一樣的，都是基于工具電極和工件之間脈沖放電時(shí)的腐蝕現(xiàn)象使金屬熔化或氣化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種形狀金屬零件的加工。不過在線切割加工時(shí)，是用連續(xù)移動(dòng)的電極絲作為工具電極代替電火花加工中的成形電極，其加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用如表1.5.11所示

電火花線切割加工的工藝過程如表1.5.12所示。

需要特別指出，電火花線切割加工時(shí)要注意工件內(nèi)部殘余應(yīng)力對(duì)加工的影響，防止變形。對(duì)熱處理后的毛坯進(jìn)行電火花線切割加工時(shí)，由于大面積去除金屬和切斷加工，會(huì)使材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對(duì)平衡受到破壞從而產(chǎn)生變形，破壞了加工精度。在線切割過程中，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，工件可能會(huì)突然開裂。為減少這些情況，應(yīng)選擇鍛造性能好，淬透性好，熱處理變形小的材料，如以線切割為主要加工工藝的冷沖模，應(yīng)盡量選用CrWMn、Cr12MoV、GCr15等合金鋼制造凸、凹模，并嚴(yán)格熱處理規(guī)范；另一方面，也要合理安排電火花線切割工藝，如選擇合理的線切割路線等。必要時(shí)切割孔類工件為減小變形，可采用二次切割法。(四）模具零件常用精加工方法比較

模具制造技術(shù)是技術(shù)密集的綜合加工技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)代模具制造一般要涉及多種先進(jìn)加工方法，模具零件常用精加工方法比較如表1.5.13所示。

工藝規(guī)程是模具制造過程中的重要技術(shù)文件。制定工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容，是一項(xiàng)技術(shù)性和實(shí)踐性