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模具加工涉及的全流程

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瀏覽:- 發(fā)布日期:2017-05-17 20:03:33【


1.定義


模具加工(Mold Making)是指成型和制坯工具的加工,此外還包括剪切模和模切模具。通常情況下,模具有上模和下模兩部分組成。將鋼板放置在上下模之間,在壓力機的作用下實(shí)現材料的成型,當壓力機打開(kāi)時(shí),就會(huì )獲得由模具形狀所確定的工件或去除相應的廢料。小至電子連接器,大至汽車(chē)儀表盤(pán)的工件都可以用模具成型。


級進(jìn)模是指能自動(dòng)的把加工工件從一個(gè)工位移動(dòng)到另一個(gè)工位,并在最后一個(gè)工位得到成型零件的一套模具。模具加工工藝包括:裁模、沖坯模、復合模、擠壓模、四滑軌模、級進(jìn)模、沖壓模、模切模具等。


2.模具種類(lèi)


(1)金屬沖壓模具:連續模、單沖模、復合模、拉伸模

(2)塑膠成型模:注塑模、擠塑模、吸塑模

(3)壓鑄模具

(4)鍛造模具

(5)粉末冶金模具

(6)橡膠模具


3.模具加工流程


開(kāi)料:前模料、后模模料、鑲件料、行位料、斜頂料;

開(kāi)框:前模???、后模???;

開(kāi)粗:前模模腔開(kāi)粗、后模模腔開(kāi)粗、分模線(xiàn)開(kāi)粗;

銅公:前模銅公、后模銅公、分模線(xiàn)清角銅公;

線(xiàn)切割:鑲件分模線(xiàn)、銅公、斜頂枕位;

電腦鑼?zhuān)壕尫帜>€(xiàn)、精鑼后模模芯;

電火花:前模粗、銅公、公模線(xiàn)清角、后模骨位、 枕位;

鉆孔、針孔、頂針;模具頂針孔水路孔加工行位、行位壓極;

斜頂、復頂針、配頂針。

4.其他

(1)唧咀、碼???、垃圾釘(限位釘);

(2)飛模;

(3)水口、撐頭、彈簧、運水;

(4)省模、拋光、前模、后模骨位;

(5)細水結構、拉桿螺絲拉鉤、彈簧

(6)重要部件熱處理、淬火、行位表面氮化;

5.模具軟件


UGNX、Pro/NC、CATIA、MasterCAM、SurfCAM、TopSolid CAM、SPACE-E、CAMWORKS、WorkNC、TEBIS、HyperMILL、Powermill、GibbsCAM、FEATURECAM等等。


6.特點(diǎn):

(1)加工精度要求高一副模具一般是由凹模、凸模和模架組成,有些還可能是多件拼合模塊。于是上、下模的組合,鑲塊與型腔的組合,模塊之間的拼合均要求有很高的加工精度。精密模具的尺寸精度往往達μm級。


(2)形面復雜有些產(chǎn)品如汽車(chē)覆蓋件、飛機零件、玩具、家用電器,其形狀的表面是由多種曲面組合而成,因此,模具型腔面就很復雜。有些曲面必須用數學(xué)計算方法進(jìn)行處理。


(3)批量小 模具的生產(chǎn)不是大批量成批生產(chǎn),在很多情況下往往只生產(chǎn)一付。


(4)工序多 模具加工中總要用到銑、鏜、鉆、鉸和攻螺紋等多種工序。


(5)重復性投產(chǎn)模具的使用是有壽命的。當一付模具的使用超過(guò)其壽命時(shí),就要更換新的模具,所以模具的生產(chǎn)往往有重復性。


(6)仿形加工模具生產(chǎn)中有時(shí)既沒(méi)有圖樣,也沒(méi)有數據,而且要根據實(shí)物進(jìn)行仿形加工。這就要求仿制精度高,不變形。


(7)模具材料優(yōu)異,硬度高模具的主要材料多采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造,特別是高壽命的模具,常采用Crl2,CrWMn等萊氏體鋼制造。這類(lèi)鋼材從毛坯鍛造、加工到熱處理均有嚴格要求。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真對待的問(wèn)題。


根據上述諸多特點(diǎn),在選用機床上要盡可能滿(mǎn)足加工要求。如數控系統的功能要強,機床精度要高,剛性要好,熱穩定性要好,具有仿形功能等。


7.加工工藝流程安排


(1)底面加工,加工量保證;

(2)鑄件毛坯基準找正,2D、3D型面余量檢查;

(3)2D、3D型面粗加工,非安裝非工作平面加工(包括安全平臺面、緩沖器安裝面、壓板平面、側基準面);

(4)半精加工前,側基準面的找正確保精度;

(5)半精加工2D、3D型面,精加工各類(lèi)安裝工作面(包括限位塊安裝面及接觸面、鑲塊安裝面及靠背面、沖頭安裝面、廢料切刀安裝面及靠背面、彈簧安裝面及接觸面、各類(lèi)行程限制工作面、斜楔安裝面及靠背面),半精加工各類(lèi)導向面、導向孔,留余量精加工工藝基準孔及高度基準面,并記錄數據;

(6)檢驗復查加工精度;

(7)鉗工鑲作工序;

(8)精加工前,工藝基準孔基準面找正,鑲塊余量檢查;

(9)精加工型面2D、3D,側沖型面及孔位,精加工工藝基準孔及高度基準,精加工導向面及導向孔;

(10)檢驗復查加工精度。


8.注意事項


(1)工藝編制簡(jiǎn)明、表達詳細,加工內容盡量數值化表達;

(2)加工重點(diǎn)難點(diǎn)處,工藝要特別強調;

(3)需要組合加工處,工藝表達清楚;

(4)鑲塊需單獨加工時(shí),注意加工精度的工藝要求注明;

(5)組合加工后,需單獨加工的鑲塊零件,組合加工時(shí)工藝安裝單獨加工的基準要求;

(6)模具加工中彈簧是最容易損壞的,所以要選擇疲勞壽命長(cháng)的模具彈簧。


大型模具


加工問(wèn)題

1.巨大的尺寸和重量

在加工大型模具時(shí),如何應付其自身的巨大尺寸和重量是加工企業(yè)面臨的一大挑戰。大型模具的加工往往需要大量的勞動(dòng)力、專(zhuān)用設備和多次調試裝夾,而加工精度也受到多方面潛在因素的影響而不易保證。


2.購置成本問(wèn)題

加工生產(chǎn)各類(lèi)大型模具直接相關(guān)的最大費用就是機床的購置成本。能夠生產(chǎn)大型模具的機床是相當昂貴的,尤其是在復雜工藝安排下,需要使用多臺機床才能完成從模具粗加工到精加工的全部工序。這樣的先期高投入成本也是很多企業(yè)進(jìn)入這一市場(chǎng)的最大障礙。由此,我們可以看出,如果可以在一臺合適的機床上實(shí)現大型模具的粗加工和精加工,甚至僅需一次調試裝夾,那么很多問(wèn)題將迎刃而解,加工精度也可以得到保證。


加工中心

1.鑄鐵床身結構,機床主軸具有散熱功能


鑄鐵材料具有很高的剛性和散熱特性,因而是制造機床結構件最穩定的材料。對于銑削大型零件用的任何機床,首先需要具有非常結實(shí)的鑄鐵結構,并裝備有具有散熱功能的主軸。


就機床的主軸而言,它必須采用內置冷卻技術(shù),從軸承外面來(lái)冷卻主軸,保證在長(cháng)時(shí)間加工過(guò)程中,主軸本身不會(huì )被燒壞或不會(huì )因熱膨脹而造成精度損失。這些因素是非常重要的,因為大型模具的加工需要消耗很長(cháng)的時(shí)間,同時(shí)在重切削條件下,這會(huì )增加模具的熱量和應力。所以,機床的結構部件必須具有良好的剛性和散熱特性,這是加工出大型優(yōu)質(zhì)模具的前提。因此,必須最大程度地限制加工過(guò)程中機床的振動(dòng),并快速擴散加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。選擇合適的加工機床和刀具可以實(shí)現成本和周期的雙贏(yíng)。


2.熱穩定技術(shù)

由于加工時(shí)間過(guò)長(cháng),環(huán)境溫度的影響也是必須要考慮的。例如,在普通機床上加工大型模具,當環(huán)境溫度變化10℃時(shí),將會(huì )導致機床立柱發(fā)生6℃的溫度變化,從而引起主軸角板平行度發(fā)生0.07mm的變化。因此,機床的設計必須考慮到環(huán)境溫度的效應,避免環(huán)境溫度影響到加工零件的精度。


3.速度

對于一臺行程能夠快速移動(dòng)的大型模具加工中心來(lái)說(shuō),大型模具加工機床的主軸轉速應至少達到20000r/min,金屬的切削速度應滿(mǎn)足762~20000mm/min。


4.精度

精度控制始終貫穿于模具加工的各個(gè)階段,如果需要在一臺加工中心上實(shí)現對大型模具的粗加工和精加工,那么必須嚴格控制機床的定位精度和重復定位精度。大型模具專(zhuān)用的加工中心,一般其定位精度可以達到±1.5μm,重復定位精度應達到±1μm。同時(shí),其節距精度應保持在5μm之內。


5.反饋分辨率

對于高精度曲面加工,機床自身的反饋分辨率對于檢測加工零件的精度是十分重要的。采用標準的1μm反饋分辨率,通常所獲得的結果并不十分理想。如果分辨率能夠達到0.05μm,那么其精加工結果幾乎沒(méi)有任何瑕疵。而且,通過(guò)對機床分辨率、標尺反饋和小節距滾珠絲杠的控制可進(jìn)一步提升零件表面的加工質(zhì)量。


6.主軸

大型模具加工中心上使用的主軸必須達到進(jìn)行粗加工、半精加工和高質(zhì)量精加工的要求,而且作為一個(gè)參考標準,其能夠實(shí)現的表面加工質(zhì)量應該控制在2μm的水平。通常,對于模具閉合面和分型線(xiàn)部分的精加工十分重要,但在傳統工藝下,許多模具制造商不得不采用手工拋光的方式,以彌補刀具加工精度不足的問(wèn)題。因為,大型加工機床的造價(jià)昂貴,如果為此項工序購置多功能機床,顯然是不切合實(shí)際的。


此外,合理的主軸設計必須能夠最大程度地延長(cháng)刀具的使用壽命,使其能夠在加工周期內以低振動(dòng)、低溫升的狀態(tài)持續工作。例如,在大型模具加工中心上加工汽車(chē)儀表板模具時(shí),如采用16mmCBN鑲刀片精加工刀具,加工速度可以達到8m/min,使用壽命超過(guò)30h,可以將加工表面質(zhì)量控制在0.336~3.2μm。由此可知,考慮到加工大型模具時(shí)的刀具成本增加,采用專(zhuān)門(mén)設計的大型模具加工機床,不僅可以延長(cháng)刀具使用壽命,而且可以大量節約加工每付模具的刀具使用成本。


7.可移動(dòng)的多軸加工頭

由于模具尺寸和重量的限制,一般裝夾工件需要花費很長(cháng)的時(shí)間。因此,采用3軸聯(lián)動(dòng)加工中心不僅減少了工件的調試裝夾次數,而且又不影響機床的加工精度,從而使車(chē)間加工大型模具的生產(chǎn)能力大大提高。


可移動(dòng)的多軸加工頭可以用于加工結構特別復雜的大型模具,按可變幾何形狀設計的加工頭可允許3軸聯(lián)動(dòng)加工,僅需一次裝夾工件,便可銑削加工型腔很深的模具和冷卻孔,以及切削加工許多其他幾何形狀復雜的部位。例如,當主軸以最佳的角度傾斜時(shí),可提高加工頭對銑削加工點(diǎn)的接近程度,這樣便可實(shí)現利用多軸加工頭完成對斜孔的加工。


此外,由于多軸加工頭加工工件表面時(shí),采用的是刀具的半徑刀刃而不是刀具的刀尖,因此可提高表面粗糙度。


8.切屑管理

金屬切削加工時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的切屑,如果不能及時(shí)排除,必然會(huì )導致二次切削,以及造成機床結構部件或者工件表面的溫升。大型模具加工中心的工作臺下面通常具有18個(gè)排屑孔,不管工作臺移動(dòng)到什么位置,都能夠可靠地排除切屑。機床上有4條內置鉸鏈式切屑傳送帶,以很高的速度將切屑排送到機床前面。


9.高壓冷卻液

在大型模具加工時(shí),高壓冷卻液有著(zhù)非常重要的作用。例如,在采用2+3軸的加工方法鉆削斜孔時(shí),需要壓力為1000psi(1psi=6890Pa)的冷卻液才能有效地排除切屑,并達到更高精度的切削。而如果沒(méi)有這種高壓冷卻液,則在加工斜孔時(shí),需要增添額外的機床,需要二次裝卡,降低加工精度,而且增加周期成本。根據以上分析可以看出,實(shí)現對大型模具的簡(jiǎn)單加工需要機床具有更多、更好的功能。


牧野開(kāi)發(fā)的新型MCC2516VG3軸臥式加工中心,主軸轉速可達15000r/min,并采用了“軸芯冷卻”方式和“軸承內壓潤滑”功能,保證主軸及其附屬軸承可以得到及時(shí)、有效地冷卻。


此外,主軸不僅可沿橫向的X軸、垂直方向的Y軸和前后方向的Z軸方向運動(dòng),還可配合A軸和C軸轉動(dòng)。由于具備2種分度功能,因此不僅可減輕調整作業(yè)量,還可切削結構復雜的工件,例如保險杠、儀表盤(pán)和汽車(chē)頭燈透鏡等。



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