模具工程技术基础第三章课件.ppt
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- 模具 工程技术 基础 第三 课件
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1、模具工程技术基础第2版 主编 徐政坤54第三章模具的制造第一节概述根据模具的设计图样(包括装配图样和零件图样)中模具的构成、零件的结构要素和技术要求,制造完成一副完整模具的工艺过程一般可分为:毛坯外形的加工;工作型面的加工;模具标准55零部件的再加工;模具装配。其完整的制造工艺过程可参考图3-1。图3-1模具加工与装配工艺过程框图601.导柱和导套的加工模架中的导柱和导套是典型的轴类和套类零件。图3-2所示为冷冲模的一种标准导柱和第二节模具的机械加工一、模架的加工60图3-2导柱和导套a)导柱b)导套材料:20钢热处理:渗碳深度0.81.2mm硬度5862HRC61导套。它们在模具中起导向作用
2、,保证凸模和凹模在工作时具有正确的相对位置。为了保证良好的导向,导柱和导套装配后应保证模架的活动部分运动平稳,无滞阻现象。所以在加工中必须保证导柱和导套配合表面的尺寸精度和形状精度,同时还应保证导柱和导套各自配合面之间的同轴度要求。构成导柱和导套的基本表面都是回转体表面,按照图示的结构尺寸和技术要求,宜选用适当尺寸的圆钢作毛坯。导柱和导套主要是进行内、外圆柱面加工。内、外圆柱面的机械加工方法很多,常用的有车、磨、钻、扩、镗、铰、拉、研磨、珩磨。根据零件的尺寸精度与表面粗糙度要求,可将这些加工方法进行适当的组合62。例如对于图3-2所示的导柱和导套的配合表面,可采用下列加工方案。(1)导柱的加工
3、1)?32h6外圆柱面:粗车半精车粗磨细磨研磨(IT5IT6,Ra0.160.08m);2)?32r6外圆柱面:粗车半精车粗磨精磨(IT6,Ra0.630.32m)。(2)导套的加工 1)?45r6外圆柱面:粗车半精车粗磨精磨(IT6,Ra0.630.32m);632)?32H7的孔:钻孔镗孔粗磨精磨研磨(IT6IT7,Ra0.160.01m)。由于导柱和导套要进行渗碳、淬火热处理,硬度较高,所以要将磨削加工安排在热处理之后。在对导柱的外圆柱面进行车削和磨削之前应先加工中心孔,以便为后续工序提供可靠的定位基准,保证导柱的同轴度要求。为使中心孔与顶尖之间配合良好,导柱在热处理后还应采用磨、研磨等
4、方法修正中心孔。2.模座和模板的加工模座(包括上、下模座,动、定模座板等)和模板(包括各种固定板、套板64、支承板、垫板等)都属于板类零件,其结构、尺寸已标准化。冷冲模模座多用铸铁或钢板制造,而塑料模或压铸模的座板和各种模板多用中碳钢制造。在制造过程中,主要是进行平面加工和孔系加工。为保证模架的装配要求,加工后应保证模座上、下平面的平行度要求及装配时有关接合面的平面度要求。平面的加工方法有车、刨、铣、磨、研磨、刮研,可根据模座与模板的不同精度和表面粗糙度要求选用,并组成合理的加工工艺方案。加工模座、模板上的导柱和导套孔,除应保证孔本身的尺寸精度外,还要保证各孔之间的位置精度。可采用坐标镗床、数
5、控镗床或数控铣床进行加工。若无上述设备或设备精度不够时,也可在卧式镗床或铣床上,将65模座或模板组合一次装夹,同时镗出相应的导柱孔和导套孔,以保证其同轴度,如图3-3所示。图3-3模板的装夹a)单个模板镗孔b)动、定模同时镗孔1模板2镗杆3工作台4等高垫铁66模架完整的加工工艺过程如图3-4所示。图3-4模架工艺过程框图67二、凸模与型芯的加工凸模与型芯都是以外表面作为工作型面。这些零件的外表面按截面形状可分为圆形和非圆形两类。圆形外工作型面的凸模与型芯的加工比较容易,通常的机械加工工艺路线是:备料车削(卧式车床)热处理(根据需要选用)磨外圆(外圆磨床)抛光。非圆形外工作型面的凸模与型芯的加工
6、比较麻烦,难度较大。根据凸模与型芯的硬度要求不同,其机械加工的工艺路线68也有所不同。当凸模与型芯的硬度要求不高时,通常的机械加工工艺路线是:备料铣六面(铣床)平磨六面(平面磨床)划线(钳工或采用刻线机划线)粗铣外形(立式铣床)精铣外形(数控铣床)精研、抛光。当凸模与型芯的硬度要求较高时,通常的机械加工工艺路线是:备料铣六面(铣床)平磨六面(平面磨床)划线(钳工或采用刻线机划线)粗铣外形(立式铣床)精69铣外形(数控铣床)热处理平磨基准面(平面磨床)成形磨削(成形磨床或数控磨床)精研、抛光。下面简单介绍在凸模与型芯的型面加工当中常用的几种机械加工方法。1.铣削加工凸模与型芯的型面主要采用立式铣
7、床加工和数控铣床加工。这里只介绍立式铣床加工。加工时,先将工件在铣床工作台上定位并夹紧,操纵工作台的纵向与横向70移动手柄,使铣刀沿工件上的划线轮廓切削加工出凸模的工作型面。铣削时要留出适当的余量,以备精铣或钳工修整。如图3-5所示的凸模,其加工难点是?28和两处R5的圆弧形外工作型面,加工时,可首先将毛坯车削成阶梯形,平磨两端面后,再根据图样要求划线,然后将划好线的工件安装在立式铣床的回转工作台上,用圆柱立铣刀沿划线轨迹铣削,如图3-6所示。71 图3-5凸模72 图3-6凸模立铣加工1铣刀2毛坯3划线线条73由于非圆形外工作型面的凸模或型芯大多不规则,而用立式铣床加工主要是靠手工操纵,加工
8、表面的精度和粗糙度要求不够理想,表面常留着明显的刀痕,故最后还需精铣或由钳工修整成形。2.成形磨削加工成形磨削是一种精加工模具工作型面的方法。其特点是加工精度高、表面粗糙度值小,且可加工热处理后硬度较高的模具零件工作型面,所以在制造高精度、长寿命的模具工作零件时常采用这种方法。图3-7所示为形状较复杂的凸模刃口,这些形状用普通磨削难以加工。用成形磨削加工,就是将被磨削轮廓的复杂形状分解成若干个简单的直线74和圆弧,再按一定顺序逐段进行磨削,并将各段在衔接处平滑地连接起来,从而加工出符合设计图样要求的零件。成形磨削的具体方法有成形砂轮磨削法和夹具磨削法。图3-8所示为成形砂轮磨削的示意图。75
9、图3-7凸模刃口的形状76 图3-8成形砂轮磨削示意图成形磨削加工的专用设备有成形磨床、光学曲线磨床,还有近几年出现77的数控成形磨床。如果模具制造部门没有专用设备,可在普通平面磨床上,利用专用夹具和成形砂轮也可进行成形磨削。三、凹模的加工凹模是以内表面作为工作型面。内表面为通孔时称为型孔,内表面为不通孔时称为型腔。对于工作型面为圆形的凹模,一般采用的机械加工工艺路线是:78备料铣六面(铣床)平磨六面(平面磨床)划线车或铣工作型面(车床或铣床)热处理(根据需要选用)平磨基准面(平面磨床)磨工作型面(内圆磨床)精研、抛光。对于工作型面为非圆形的凹模,一般采用的机械加工工艺路线是:备料铣六面(铣床
10、)平磨六面(平面磨床)划工作型面轮廓线(钳工或采用刻线机划线)铣工作型面(立式79铣床或仿形铣床)热处理(根据需要选用)平磨基准面(平面磨床)磨工作型面(坐标磨床)精研、抛光。下面简单介绍在凹模的工作型面加工当中常用的几种机械加工方法。1.铣削加工凹模工作型面的粗加工主要采用立式铣床加工,立式铣床加工前面已经介绍,这里不再赘述。2.坐标磨床加工80坐标磨床可以按准确的坐标位置对工件进行磨削加工,是一种精密加工设备。对于形状较复杂、尺寸精度和硬度要求高的凹模,采用坐标磨床进行精加工是一种较理想的加工方法。用坐标磨床进行磨削加工时,工件固定不动,磨削机构能完成四种运动:砂轮的高速自转(切削运动)、
11、行星运动(砂轮回转轴线的圆周运动)、砂轮沿机床主轴轴线方向的直线往复运动和径向进给运动,如图3-9所示。恰当地运用磨削机构的这些运动,并配合工作台的纵向与横向进给运动和平转台等机床辅件,可以精确地磨削内圆柱面、外圆柱面、内圆锥面、台阶孔、内孔端面、直线槽和异形孔等。81四、模具的数控加工随着数控技术的发展,在模具制造中已广泛采用了数控加工。特别是在形状复杂和精度较高的成形零件型面加工中,数控加工在保证加工质量和提高生产率等方面发挥了重要作用。1.数控机床加工 数控机床的种类比较多,如数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床等。在模具加工中最常用的是数控立式铣床,其外形结构如图3-10所示82。数
12、控机床是通过数字和符号表示的指令来控制机床的各种运动,其加工过程如图3-11所示。首先对被加工零件的形状、尺寸和技术条件进行分析,确定零件的加工工艺方案,然后按规定格式和指令编写数控加工程序,再将加工程序输入机床的数控装置内,通过数控装置的一台专用计算机或小型通用计算机,对输入的各种信息进行处理和计算,将计算结果向伺服系统的各个坐标分配进给脉冲,并发出动作信号。伺服系统接收到进给脉冲和动作信号后进行转换与放大,驱动数控机床的工作台或刀架进行定位或按某种轨迹移动,并配以其他必要的机械动作,按照预先要求的形状和尺寸对模具成形表面进行加工。83 图3-9砂轮的四种运动a砂轮旋转运动 b往复运动c行星
13、运动 d径向进给运动84 图3-10数控立式铣床85图3-11数控机床的加工过程88图3-12所示为JCS018型立式加工中心外形图,这是具有自动换刀装置的计算机数控(CNC)镗铣床,采用了软件固定型计算机控制的数控系统,适用于多种复杂模具零件的加工。这台加工中心机床主要由数控装置7、伺服装置4、刀库9、机械手8、主轴箱1和工作台5组成。该机床的刀库可安装16把刀具,根据加工需要通过机械手换用,换刀时间仅为12s。2.数控加工中心加工87图3-12JCS018型立式加工中心1主轴箱2操作面版3主轴4伺服装置5工作台6床身7数控装置8机械手9刀库89五、CAD/CAM技术在模具制造中的应用95一
14、、电火花加工电火花加工(也称电蚀加工或放电加工)是直接利用电能、热能对金属进行加工的一种方法。图3-13所示为电火花机床组成示意图96图3-13电火花机床组成示意图97,其原理是在一定液体介质中(如煤油等),通过工具(一般用石墨或纯铜制成,成形部分的形状与待加工工件型面相似)与工件之间产生脉冲性火花放电来蚀除多余金属,以达到零件的尺寸、形状及表面质量要求。图3-13所示为电火花机床组成示意图,其主要组成部分为机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统和工作液循环过滤系统。电火花加工有其独特的优点,在模具成形零件的加工中得到了广泛的应用。其主要特点如下。981)能“以柔克刚”,所用的工具电极不需比工件
15、材料硬,所以它便于加工用机械加工方法难以加工或无法加工的特殊材料(如淬火钢、硬质合金、耐热合金等)。2)加工时工具电极与工件不接触,工具与工件之间的宏观作用力极小,所以,它便于加工带小孔、深孔或窄缝的零件,尤其适合于加工凹模中各种形状复杂的型孔和型腔。3)其他用途,如电火花刻字、打印铭牌和标记、表面强化等。4)由于直接利用电、热能进行加工,便于实现加工过程中的自动控制。5)电火花加工的余量不宜太大,因此电火花加工前需用机械加工等方法99去除大部分多余的金属。此外还需要根据所加工零件的形状尺寸制造工具电极,电极的制造也比较麻烦。图3-14电火花线切割加工示意图a)切割图形b)加工示意图1工作台2
16、夹具3工件4脉冲电源5电极6导轮7丝架8工作液箱9储丝筒100近年来,电火花加工特别是数控电火花加工得到了越来越广泛的应用。二、电火花线切割加工电火花线切割加工原理与电火花成形加工相同,只是加工方式不同,它是采用连续移动的金属丝(钼丝、铜丝等)作电极。图3-14所示为电火花线切割加工示意图,图3-15所示为数控电火花线切割加工机床的外形103具有控制精度高、重复精度高等特点,应用最为广泛。图3-15所示为数控电火花线切割加工机床的外形,它是由脉冲电源、机床主体、数控系统和工作液循环系统等四大部分组成。电火花线切割加工在模具制造中应用也非常广泛,这种加工工艺方法主要有如下特点:1)不需要制造电极
17、,电极丝(钼丝等)可直接购买使用,节约了电极设计与制造费用,缩短了生产周期。1042)线切割用的电极丝非常细(直径为0.040.20mm),能加工出精密细小、形状复杂的通孔或外形表面。但不能加工盲孔或不通的型腔。3)只要输入控制程序,即可按所需要的图形轨迹实现加工。4)线切割广泛适用于加工淬火钢、硬质合金等难以用机械加工方法加工的模具零件。105三、化学与电化学加工1.化学腐蚀加工2.电铸加工1083.电解加工电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将零件加工成形的一种方法。图3-16所示为电解加工装置示意图,图3-17所示为立柱式电解加工机床外形图,主要由立柱1、主轴箱2、工作箱3、操
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