【教学课件】第11章冷冲模工作零件的加工方法.ppt

第11章冷冲模工作零件的加工方法11.1去除法 去除法即所需模具形体通过去除材料而得到。它主要包括机械加工(车、铣、刨、磨等)和电加工(电火花成形、线切割、电解等)。11.1.1机械加工1.切削2.在冲模制造中，铣削加工是加工成形零件的主要方法之一，常用的机床有工具铣床、仿型铣床和数控铣床等。加工的主要对象是各种冲模零件的平面及形孔，对于大型冲模则较多的利用仿型铣床加工。2.坐标镗床加工(1)孔中心定位 (2)钻定心孔 (3)钻孔 (4)镗孔 3.磨削 成形磨削工艺多用于冷冲模中的凸模、凹模拼块型面的成形加工，如图11.2所示冲模刃口示例图。(1)先确定、磨削水平与垂直方向的基准面，再磨削与基准面相平行的加工面。(2)对精度要求高的平面先磨削，精度要求低的平面后磨削，面积较大的平面先磨削，较小平面后磨削。(3)当平面与凹圆弧面相连接时，先磨削凹面，再磨削各平面；当平面与凸圆弧面连接时，需先磨削平面，再顺次磨削凸圆弧面。(4)两凸圆弧面相连接时，应当先磨削半径较大的凸圆弧面，后磨削半径较小的凸圆弧面；两凹圆弧面相连接时，应当先磨削半径较小的凹圆弧面，后磨削半径较大的凹圆弧面。(5)凸圆弧面与凹圆弧面相接时，应先磨削凹圆弧面，后磨削凸圆弧面。(6)应先磨削形状简单、操作方便的面。4.光整加工在冲模制造时：淬火后的平面一般要经过平面磨削；不淬火的工件平面可以用细刨或磨削，也可以用刮研；精度要求很高时用研磨；只要求表面粗糙度，不要求精度较高时，要进行抛光，如拉深、弯曲成形凹模；一般在保证尺寸精度情况下，淬火后要进行表面抛光，以提高表面质量。研磨是轴类零件最常用的光整加工方法：冲模的导柱、圆柱销等均可以采用这种方法进行光整加工。其研磨后的直径公差可达到0.001mm0.003mm，表面粗糙度为0.10.006m。在冲模制造中，往往采用研磨作为加工最精密和最光洁零件的最终加工方法。11.1.2电加工 能加工形状复杂、尺寸细小、精度要求较高的冲模零件，而且能有效地解决加工淬硬零件或加工中不能承受切削力的精密零件及硬质合金零件的问题。电加工制造精度高、质量好、有较高的加工效率、不受热处理淬火变形的影响。1.电火花加工 电火花加工是基于电火花腐蚀原理，在导电的工具电极和工件之间加上周期性快速变化电场，通过脉冲放电产生的局部高温使工件表面金属熔化、气化，从而蚀除多余金属形成所要求的型孔和盲孔，达到模具零件穿孔和加工型腔的目的。1)冲模的电火花加工工艺方法(a)(b)1电极 2工件电火花加工通常是工具电极夹持于主轴头上，工件固定于工作台上，浸没于工作液中，启动脉冲电源，由伺服机构把工具电极向工件进给，进行放电加工。或者把工具电极置于工作台上，工件固定于主轴上的，这类加工称之为“反拷贝”加工。还有一种加工法，即混合法，称为“钢打钢”直接配合法。它直接用钢凸模作为电极直接加工凹模，加工时将凹模刃口端朝下形成向上的“喇叭口”，加工后将工件翻过来使“喇叭口”向下作为凹模，电极也倒过来把损耗部分切除或用低熔点合金浇固作为凸模。3)冲模电火花强化图11.5 冲模的电火花强化部位电火花强化是利用脉冲放电产生的高温，将YG8电极材料熔渗到冲模的工作部分，形成一层高硬度高耐磨而又不剥离的、厚度不超过0.03mm的白色合金化强化层，从而增加冲模刃口硬度，改善冲模间隙，借以提高冲压件质量和延长冲模寿命。2.电火花线切割加工 电火花线切割加工(WEDM)是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割(有时简称线切割)。线切割加工可以很方便地加工出任何配合间隙的冲模，而且在有锥度切割功能的线切割机床上还可以切割出刃口斜度和落料角。近年来绝大多数凸、凹冲模都已采用线切割加工。1)线切割加工的原理 电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线(钼丝或铜丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。1工作液2工件3工作台4步进电机5喷嘴6电极丝7脉冲电源8控制系统9伺服控制系统10数控系统2)工件材料内部残余应力对加工的影响对热处理后的坯件进行电火花线切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力平衡状态受到破坏，从而产生很大的变形，破坏零件的加工精度，甚至会突然开裂。因此，应选择锻件性能好、淬透性好、热处理变形小的材料，如选用CrWMn、Cr12Mo、GCr15等合金工具钢，并要正确选择热加工方法和严格执行热处理规范。为了避免材料内应力对加工精度的影响，切割路线不能太靠近毛坯边缘，必须合理选择切割程序的走向和起始点。如图11.7(a)所示，加工程序的切入点为A，图形轮廓切割的起始点为a，切割路线应为AabcdefaA。图11.7切割起始点和路线选择3.电解加工 电解加工是利用金属在外电场作用下在电解液中所产生的阳极溶解，使工件加工成形的一种加工方法。1直流电源2工具阴极3工件阳极4电解液泵5电解液电解加工特点：(1)加工范围广不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工各种复杂型面。(2)电解加工生产率高电解加工的生产率为电火花加工的5倍10倍，在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。(3)加工精度高可以达到较好的表面粗糙度(1.25m0.2m)和0.1mm左右的平均加工精度。由于加工过程中不存在机械切削力，所以不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛刺。4.电解磨削 电解磨削是将金属阳极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种复合磨削工艺。其中电解加工起主要作用，占80%90%，机械磨削只占10%20%。它可以对淬硬工件及硬质合金冲模进行磨削。电解磨削原理如图11.9所示。1导电砂轮2电解液3工件 电解磨削时，工件接直流电源正极，导电砂轮接负极。导电砂轮凸出的磨料保持两极间的电解间隙，并在电解间隙中注入电解液。接通直流电源后，工件(阳极)的金属表面发现电化学溶解，金属原子失去电子变成离子析出溶解于电解液中，与电解液中氧化合，从而在工件表面生成一层极薄的氧化膜。较高电阻的氧化膜使阳极溶解过程减慢。这层氧化膜硬度远比工件金属硬度低，被高速回转的砂轮所刮除，露出新的金属表面，继续产生电解反应。由于金属阳极溶解作用和机械磨削共同交替作用的结果，使工件表面不断被蚀除并形成光滑的表面并达到一定的尺寸精度，从而实现加工。电解磨削特点如下：(1)加工范围广，可加工硬质合金、合金钢、模具钢等。这些材料硬度高、韧性好，但机械加工性能差，加工过程与工件材料硬度无关。(2)磨削效率高，特别是接触面积大、难加工材料，效率更明显。生产率比一般机械磨削高4倍8倍。(3)表面质量好，表面粗糙度一般均可达到Ra小于0.10m，磨削硬质合金Ra最小时可达0.008m。电解磨削可以做到表面无压力，无毛刺，表面缺陷小。(4)砂轮磨料在电解磨削加工过程中仅起保持电解间隙与刮除氧化膜的作用，导电砂轮的损耗量比机械磨削小。11.2其他加工方法铸造 铸造工艺可分为四种类型，即砂型铸造、陶瓷铸造、压力铸造及实型铸造。具体使用哪一种取决于模具的尺寸、尺寸精度，所需的复制性以及要达到的表面质量。1.砂型铸造 砂型铸件特点：铸件表面粗糙度和尺寸精度不高，机械加工余量较大，铸件质量不易控制，尺寸稳定性较差，毛坯在机械加工过程中尺寸协调工作量大。主要用于制造每片模具达到3吨以上的模具。是由石英砂锗硅或铬矿砂和以水玻璃、油或冷固化树脂为基料的粘接剂混合制造而成。这种混合物不能和铸钢反应，否则，铸钢中就会引起气泡、渗入非金属杂质等而降低模具质量。2.陶瓷制造 陶瓷型铸造是铸造新工艺。它是由一层特制的陶瓷耐火材料来形成铸型型腔表面。浇铸的铸件尺寸精度较高（0.100.50mm），表面粗糙度可达 1.66.3m，适用于浇铸厚壁的、较大型的、较精密的铸件。在冷冲模具制造中它被用来浇铸拉深模型腔。陶瓷型铸造的工艺流程如下：陶瓷型铸造具有如下特点：1）生产周期短，一般有了母模后二、三天内即可铸出铸件。2）节约材料，并可利用报废模具重熔浇铸。3）大量减少切削加工。4）便于模具的复制。5）设备简单，投资少。6）使用寿命一般不低于机械加工的模具。3.压力铸造压力铸造的特点是高速高压。压铸充型过程从理论上分为三个阶段：第一阶段，金属液高速进入型腔，冲击内浇口对面型壁，并沿型壁向其它方向迅速扩展形成壳体；第二阶段，随后进入的金属液继续充满型腔；第三阶段，型腔内金属液在压射增压的作用下迅速压实冷却。4.实型铸造 实型铸造(EPC)始于本世纪70 年代的美国，并随着化学工业的发展而得到迅猛发展。主要生产过程是，先制出与铸件相同的聚苯乙烯发泡塑料（采用密度为0.0150.025g/cm3）模样，粘上浇注系统后上涂料，再经干燥后放入砂箱，向砂箱内充填干砂并紧实后即可浇注；金属液将塑料模样气化烧掉并充满型腔，冷却后即得铸件。实型铸造具有以下几个优点：1）模型制造容易2）节省木材，降低成本3）可铸出复杂的形状近代在拉模模具设计上不仅能完成拉延金属薄板成形的功能，而且还能同时进行部分冲孔，斜楔横向修边、翻边等动作，因此除利用压床的运动完成外，可在模具上设置油缸等动力装置完成上述动作。为此在拉延模体上设计了更多的空腔以便安装油缸等装置。与传统的铸造模体相比，实型铸造模体将不加工的空腔表面完全铸出，如空刀槽等，甚至连压板槽都可直接铸出，不需加工，这样就减少了许多大型机械加工设备的工作量。挤压 1.热压法热压法 热压法是将模块加热到锻造温度后，用预先准备好的模芯压入模块而挤压出型槽的方法。这种方法可用于加工冷冲模的凹模孔，即将预加工的凹模加热后，用事先淬硬后的样冲在红热状态下使凹模孔挤压成形。它主要适用于制造形状相同的多孔冲模的凹模，如电机转子片及定子片槽孔凹模的加工。利用热压法制造的凹模必须是整体结构，其凹模孔的形状应没有窄孔及复杂形状的尖角。2.冷挤压法冷挤压法 冷挤压制模法是一种不需去除材料而进行模具或型腔加工的工艺。挤压模头具有要成形零件的外部形状，经过淬火、抛光，然后在连续增加的压力作用下，以0.110mm/min的速度强行挤入具有一定塑性的坯料上，获得与冲头形状相同、凹凸相反的型腔，是一种没有切屑的加工方法。型腔冷挤压的原理如图11-10所示。1挤压冲头2导向圈3套圈A4套圈B5垫板A6垫板B7压机上座8垫板C9垫板D10坯料11压机下座1）开启式冷挤压 如图11-11a所示，挤压时坯料外周不加约束。这种形式只有在型腔面积之比、型腔深度与坯料厚度之比相当小的情况下才采用。2）封闭式冷挤压 如图11-11b所示，封闭式冷挤压是将坯料约束在套圈内，挤压冲头挤入坯料使金属作为挤入相反的方向流动，可以得到坯料与挤压冲头紧密贴合的、精度较高的型腔，但所需挤压力较开启式的大。a)开启式冷挤压开启式冷挤压 b)封闭式冷挤压封闭式冷挤压金属喷涂金属喷涂法是将需喷涂的金属材料加热到熔融或半熔融状态，用高速气流将其雾化、加速，使其以高速喷射到模型表面，形成一定厚度的表面涂层。金属喷涂过程中雾化金属微粒在飞行过程中是球形，当它们碰到模型表面后，在飞行力的作用下，立刻变成一薄片接连不断的飞行微团，可叠成一个完整的产品。当涂层冷却下来后，将“母型”从模型上取下（有2斜度）镶嵌到模架上的衬垫材料中，衬垫材料可以是低熔点合金本身，或者是和铝粉混合在一起的环氧树脂。用这种方法处理的模具具有优良的表面质量以及高的尺寸精度。并且这种工艺省去了电腐蚀加工等工序、生产时间短、费用低（大概为常规钢模费用的10）、仿真性好，通过回收可单独或混合使用合金，模型可选择各种材料。快速原型