模具制造工艺.ppt.ppt
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1、模具制造工艺,材料成型及控制工程教研室刘好 电 话:13828680620,2923010(h),E-Mail:,模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,6080%的零部件,都要依靠模具成形。振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的
2、开发能力。,绪论 0.1 模具及其在在国民经济发展中的作用,0.1(续),鉴于振兴我国模具工业的重要性,在1989年3月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中,把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位 从1989年到现在国务院和国家有关部门出台了很多政策支持发展模具工业。从以下四个方面,可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一,模具工业是高新技术产业的一个组成部分。第二,模具工业又是高新技术产业化的重要领域。第三,模具工业是装备工业的一个组成部分。第四,模具工业地位之重要,还在于国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑,都要求模具工业的发展与之相
3、适应。,0.2 我国模具制造技术的历史及现状,建国初期,模具制造主要靠手工完成。1956年开始应用成形磨削。1959年开始使用电火花成形技术。1963年开始采用电火花线切割技术加工模具。近年来,模具制造技术快速发展,各种先进制造技术、制造工艺被应用于模具加工,譬如数控加工技术、数控磨削技术、CAD/CAM/CAE技术、快速原型制造技术、逆向工程技术、先进电加工技术等。近10年来,中国模具工业的一直以每年15%左右的增长速度快速发展。按2004年统计数据,中国约有模具生产厂点2万余家,从业人员有50多万人,全年模具产值达534亿元人民币。,0.2(续),近年来,模具行业结构调整步伐加快,技术进步
4、主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度;塑料模和压铸模比例增大;面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入,“三资”及民营企业的发展很快。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性,东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区,其模具产值约占全国产值的三分之二以上。部分模具仍然需要进口。机械、电子、汽车工业需要大量的模具,特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具,目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年,我国每年要进口近10亿美元的模具。20
5、04年模具进出口之比3.7:1,静进口13.2亿美元。,0.3 模具制造技术的发展趋势,技术进步努力方向:(1)建立在CAD/CAE平台上的先进模具设计技术。(2)建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术与先进制造技术相结合。(3)先进制造技术的应用。例如热流道技术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术在模具研究、开发、加工过程中的应用。(4)高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。(5)原材料在模具中成形的仿真技术。(6)模具及模具标准件、重要辅件的标准化技术。(7)模具及其制品的检测技术。(8)优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用(9)模具研磨
6、抛光的自动化、智能化。(10)模具生产企业的现代化管理技术。,0.3(续),发展重点:(1)汽车覆盖件模具(2)精密冲压模具(3)大型精密塑料模具(4)主要模具标准件(5)其他高技术含量的模具,0.4 本课程的性质任务和要求,一、性质材料成型专业的重要专业课。与学生未来的专业发展有重要关系。二、任务掌握模具设计与制造所必须具备的工艺知识,包括模具制造基本方法、选材、装配、工艺规程编制以及各种先进制造技术,提高合理设计模具的能力。三、要求掌握各种现代模具加工方法的基本原理、特点及加工工艺,掌握各种制造方法对模具结构的要求,以提高分析模具结构工艺性的能力。四、教学上的几点要求1.课堂:遵守课堂纪律
7、,认真听好课,学委考勤并报老师。2.作业:独立完成,按时缴交。3.实验:积极、认真做,按时交实验报告。4.期末考试:闭卷笔试,每章给复习题,及时复习,第十六周考查。5.最后成绩:卷面70%+平时30%,第1章模具制造概述 1.1模具制造过程及生产特点,一、模具制造的基本要求(1)制造精度高(2)使用寿命长(3)制造周期短(4)模具成本低二、模具制造的特点(1)制造质量要求高(2)形状复杂(3)材料硬度高(4)单件生产,1.2 模具制造的工艺路线,问题:你知道模具是怎样制作出来的吗?根据你前面的理论学习以及对生产实际的了解,说说模具制造的基本步骤和主要加工方法。,1.2 模具制造的工艺路线,一、
8、分析估算 模具制造的基本工艺路线如图1-1。分析估算模具设计零件加工装配调整试模成品。分析的内容:分析模具数量、模具结构、主要加工方法。估算的内容:(1)模具费用(2)交货期(3)模具总寿命(4)制品材料(5)所用的设备,1.2(续),二、模具设计模具结构需符合多方面的要求,因此要收集多方面的信息,包括:(1)营业方面的信息(2)制品技术要求信息(3)生产部门的信息(4)模具制造部门的信息(5)标准件及外购件的供应信息三、模具制图包括:装配图、零件图。四、零件加工五、装配调整对保证模具质量非常重要。六、试模,1.3 模具零件的毛坯选择,一、机械加工传统的切削加工方法。特点:精度高、通用,特殊材
9、料、特殊形状难以加工。二、特种加工主要指电加工。弥补普通机械加工的不足。三、塑性加工冷挤压制膜,实现无切削加工。四、铸造对要求不高的模具使用。五、焊接主要用于模具修复。,1.4 试模鉴定,一、机械加工传统的切削加工方法。特点:精度高、通用,特殊材料、特殊形状难以加工。二、特种加工主要指电加工。弥补普通机械加工的不足。三、塑性加工冷挤压制膜,实现无切削加工。四、铸造对要求不高的模具使用。五、焊接主要用于模具修复。,1.5 模具零件的结构工艺性,一、机械加工传统的切削加工方法。特点:精度高、通用,特殊材料、特殊形状难以加工。二、特种加工主要指电加工。弥补普通机械加工的不足。三、塑性加工冷挤压制膜,
10、实现无切削加工。四、铸造对要求不高的模具使用。五、焊接主要用于模具修复。,第2章 模具的机械加工技术 2.1车削加工,一、车削加工近年来,模具制造中新技术、新型设备不断出现,但传统的一般机械包括车、铣、刨、插、磨等,仍不可缺少,应用最广的是卧式车床(图)。适宜加工的零件:凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型心、模柄等。加工表面类型:内外旋转面、螺旋面、端面、钻孔、镗孔、铰孔及滚花等。加工工序:粗车、半精车、精车。达到的技术要求:尺寸精度IT68,表面粗糙度Ra1.60.8m。特殊应用:对拼式型腔的加工(图2-1)、球面加工(图2-2)、多型腔模具的加工(图2-3,图2-4,图2-5)。二、铣削加工
11、主要应用的铣床类型:立式铣床(图)、万能工具铣床。主要加工对象为模具的型腔和型面。加工精度:IT10IT8,Ra1.60.8 m加工表面应用:平面和斜面的加工(图2-6)、圆弧面加工(表2-1,圆转台)、复杂型腔和型面的加工(图2-7)、坐标孔的加工。,2.1(续),三、刨削和插削加工(一)刨削加工主要应用的刨床类型:牛头刨床、龙门刨床(图)。主要加工对象为模具零件的外形。加工精度:IT10,Ra1.6m加工表面应用:平面的加工(图2-8)、斜面的加工(图2-9,图2-10)。(二)插削加工插床是牛头刨床的一个变种,可看成是立式牛头刨床。主要加工对象为模具零件的成形内孔。加工精度:IT10,R
12、a1.6m加工表面应用:直壁内孔及外形加工(表2-2)、斜壁内孔的加工(图2-11)。,2.1(续),四、磨削加工主要应用的磨床类型:平面磨床、内圆磨床、外圆磨床(图)。主要加工对象为模具尺寸精度和表面粗糙度要求较高的型腔、型面,导柱的外圆,导套的内外圆表面及模具零件接触面。加工精度:磨削平面可达IT5IT6,Ra0.40.2 m,内圆可达IT6IT7,Ra0.80.2 m(高精度磨削可达更高精度0.005mm和更低的表面粗糙度Ra0.10.025 m),外圆可达IT5IT6,Ra0.80.2 m。磨削加工工艺要点:平面磨削(表2-3,续表)、内圆磨削(表2-4,续表)、外圆磨削(表2-5,续
13、表)。,2.2 模具的仿形加工,一、仿形加工的控制方式及工作原理仿形加工需先制作靠模,然后把靠模的形状按一定比例复制加工到零件上。常用方法有仿形车削、仿形刨削、仿形铣削和仿形磨削。仿形加工方式很多,分述如下:1.机械式仿形:触头与刀具刚性连接或通过其他机构零件连接。图2-12为机械式仿形铣床的原理图。特点:机械接触有较大作用力,容易变形和磨损,精度低。2.液压式仿形:利用油液作为介质来传递信息和动力。图2-13为液压仿形铣床的原理图。特点:简单、体积小而输出功率达大,接触力较小,精度比机械式仿形高。,2.2(续),3.电控式仿形:以电信号传递信息,利用伺服电动机带动铣刀作仿形运动。图2-14为
14、电气立体仿形铣床图。图2-15为立体仿形铣床跟踪系统工作原理图。(伺服就是一个提供闭环反馈信号来控制位置和转速。伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。)特点:铣刀与触头之间采用电伺服联动实现仿形加工,机构紧凑,传递信号快。易于远距离、集中控制,触头压力小,精度高。4.电液式仿形:以电传感器传递信息,利用液压作为动力进行仿形加工。5.光电式仿形:利用光电传感器传递信息。,2.2(续),二、仿形加工工艺仿形加工以仿形铣削用得最多,仿形铣削加工型腔效率高、精度也高。但特殊形状不能加工,这时可作为电火花加工的粗加工工序。主要工作
15、流程:制作靠模、选择适当的仿形触头和铣刀、仿形切削。(一)靠模:分平面靠模和立体靠模。1、靠模的技术要求2、制作靠模的材料3、靠模的加工方法(二)仿形触头1、仿形触头的形状要求(图2-16)2、仿形触头的尺寸要求:Dd+2(a+e)(图2-17)3、常用触头类型:圆柱形触头、球头形触头、锥形球头触头。,2.2(续),(三)铣刀1、圆柱立铣刀(2-18a)2、圆柱球头铣刀(2-18b)3、锥形球头铣刀(2-18c)4、小型锥指铣刀(2-18d)5、双刃硬质合金铣刀(2-18e)(四)仿形加工1、仿形加工的基本方式(1)垂直二维仿形(2-19a)(2)水平二维(平面轮廓)仿形(2-19b)(3)三
16、维(立体轮廓)仿形(2-19c)2、型腔或型面的仿形加工(表2-6),2.2(续),三、雕刻加工雕刻机的加工特点及应用实例(图2-20)(一)缩放尺缩放尺的结构原理及工作特点。(图2-21)(二)对靠模、刻刀和仿形触头的要求靠模:可按不同比邻制作,应耐磨、耐压。刻刀:锋利、尖细、耐用,常用高速钢或硬质合金制作。雕刻刀的形状见图2-22。仿形触头:形状与靠模表面相适应,端部尺寸与靠模尺寸成比例。,2.3 模具的精密加工,要提高制品精度、生产效率及模具寿命,模具精度是关键因素。要提高模具精度,需对模具进行精密加工,影响模具精密加工的因素很多如:模具的设计、加工机床、加工刀具、加工环境、操作技术水平
17、、创新意识等。下面介绍几种模具精密加工方法。一、坐标镗床加工高精度孔的加工方法很多,坐标镗床镗孔是常用的一种,尺寸精度达IT6IT7,表面粗糙度达Ra0.8 m,形位精度也很高。(一)坐标镗床及其测量系统图2-23为T4240B型双柱光学坐标镗床。1、结构特点2、主轴箱溜板光学测量系统(图2-24)3、使用特点,2.3(续),(二)主要附件1、万能转台(图2-26)2、光学中心测定器(图2-27)3、镗孔夹头和镗刀(图2-29,图2-30)4、弹簧中心冲(图2-31)(三)加工工艺1、工件的定位(图2-32,图2-33,图2-34,图2-35)2、坐标尺寸的换算(图2-36)3、孔的加工(图2
18、-37),2.3(续),二、坐标磨床加工特点:使用高速砂轮、加工精度高(达5m)、表面粗糙度低(Ra0.2 m以上)。(一)坐标磨床简介 切削运动:自传、公转、上下往复运动。砂轮转速:最高达250000r/min 坐标定位系统:有精确的坐标定位系统。,图2-39 坐标磨床3个运动,.坐标磨床的种类 手动磨削为手动点位 连续轨迹数控坐标磨床(亦称数控坐标磨床),单立柱坐标磨床1砂轮外进刻度盘;2主轴箱;3磨削轮廓刻度盘;4磨头;5工作台;6横向进给手轮;7床身;8纵、横工作台;9纵向进给手轮;10控制箱;11主轴定位手轮;12主轴箱定位手轮;13离合器拉杆,(二)基本磨削方法(表2-7-1,表2
19、-8-1)内孔磨削 外圆磨削 锥孔磨削 直线磨削(横向磨削)端面磨削 插磨(侧面磨削)异型孔磨削(三)加工实例(表2-9-1),表2-7图 内孔磨削,表2-7图 外圆磨削 表2-7 图 锥孔磨削,表2-7图 直线磨削 表2-7图 端面磨削,表2-7图 侧面磨削,点位控制轮廓磨削 连续轨迹轮廓磨削图,2.3(续),三、成形磨削(一)概述成形磨削原理:把零件的轮廓分成若干直线和圆弧,然后按一定顺序逐段磨削,使之达到图纸要求。图2-40,图1 复杂型面的分解磨削示意,2.3(续),模具型芯的常见形状成形磨床(图2-41)结构简介平面磨床成形磨削成形磨削方法:(1)成形砂轮磨削法(图2-42a)(2)
20、夹具磨削法(图2-42b),2.3(续),(二)成形砂轮磨削法 1.砂轮的选择砂轮参数:磨料粒度、硬度、组织、结合剂、形状、尺寸。(表2-10)2.砂轮的修整(1)砂轮角度的修整 砂轮角度修整工具(图2-43)块规的计算:当0。45。时,HlLsin d/2 当45。90。时,HlLsin(90-)d/2当90。100。时,HlLsin(-90)d/2,2.3(续),(2)圆弧砂轮的修整砂轮圆弧修整工具1(图2-45)砂轮圆弧的修整(图2-46)修砂轮圆弧时工具1的调整:修凸圆弧时 HP+R(图2-47a)修凹圆弧时 HP-R(图2-47b)砂轮圆弧修整工具2(图2-48)修整各类成形砂轮:(
21、图2-49)(3)非圆弧曲面砂轮的修整采用靠模工具(图2-50)修整砂轮。修整砂轮时金刚刀尖的正确位置(图2-51)。,2.3(续),(三)夹具磨削法1.正弦精密平口钳(图2-52),用于磨斜面。HLsin,图11 正弦精密平口钳1量块;2正弦圆柱;3砂轮;4工件;5精密平口钳;6底座,2.3(续),2.正弦磁力台(图2-53),与正弦精密平口钳原理一样,磨削实例见(表2-111)。,2.3(续),3.正弦分中夹具(图2-54)工作原理:量块的计算(图2-55)H1 H0 Lsin H2 H0+Lsin 工件安装方法:(1)心轴装夹法(图2-56)(2)双顶尖装夹(图2-57),2.3(续),
22、磨削表面尺寸的测量(图2-58)为测量调整器夹具中心高的测量(图2-59)磨削实例:(图2-60)凸模磨削(1)磨平面1(图2-61a)(2)磨平面2(图2-61b)(3)磨R40mm的凸圆弧面(图2-61c)(4)磨R16mm的凸圆弧面和两个30。斜面(图2-61d)4.万能夹具万能夹具结构如图2-62。工作原理:,2.3(续),工件装夹方法:(1)用螺钉固紧工件(图2-63)(2)用精密平口钳装夹(图2-64)(图2-65)(3)用磁力平台装夹(图2-66)(4)用磨回转体的夹具装夹(图2-67)(图2-68)磨削操作方法:磨削平面或斜面;磨削圆弧面(图2-69)(图2-70)。,万能夹具
23、装夹方法,图17 螺钉装夹法1工件;2砂轮;3垫柱;4螺钉;5转盘,图18 精密平口钳装夹法1精密平口钳;2工件;3砂轮;4转盘;5垫柱,图19 电磁吸盘装夹法1电磁吸盘;2工件;3砂轮;4转盘,2.3(续),5.成形磨削工艺尺寸的换算根据设计尺寸换算成工艺尺寸。利用万能夹具磨削时工艺尺寸的换算项目有:(1)各圆弧中心之间的坐标尺寸;(2)回转中心至斜面或平面的垂直距离;(3)各斜面对坐标轴的倾斜角度;(4)各圆弧的包角。实例:在万能夹具上磨削图2-71所示的凸模。,2.3(续),工艺尺寸换算(图2-72)磨削操作要点(表2-1212)(四)在光学曲线磨床上进行成形磨削光学曲线磨床的磨削范围:
24、平面、圆弧面、复杂曲面。磨具:薄片砂轮(图2-73)光学曲线磨床的结构(图2-74)光学曲线磨床的工作原理(图2-76),2.3(续),(五)在数控磨床上进行成形磨削数控成形磨床外形图(图2-78)数控成形磨床成形磨削方法:1.以成形砂轮磨削(图2-79)2.仿形磨削(图2-80)3.复合磨削(图2-81),2.4 数控机床加工,一、概述(一)数控机床的应用和特点为适应单件、小批量生产的精密复杂零件而发展起来。与普通机床相比,数控机床的主要优点有:1.自动化程度高,生产率高。2.加工精度高,产品质量稳定。3.适应性强。(二)数控机床的基本工作原理数控机床加工零件的步骤:1.根据加工零件的图样与
25、工艺方案,用规定的代码和程序格式编写程序单。2.根据程序单制作穿孔带。,2.4(续),3.通过阅读装置将穿孔带的代码逐段输入数控装置。4.数控装置将代码进行译码、寄存和运算之后向机床各个坐标的伺服机构发出信号以驱动机床的各运动部件进行操作,以加工出合格零件。数控机床的组成:穿孔带或磁盘等控制介质,数控装置,伺服系统和机床(图2-82)。数控装置是数控机床的运算和控制系统。有开环控制系统与闭环控制系统之分。(三)数控机床的分类1.按控制刀具相对工件移动的轨迹 分为点位移控制系统、直线控制系统和连续控制系统。2.按数控装置与机床的关系 分为内插补控制系统和外插补控制系统。3.按被调量有无检测及反馈
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