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导柱、导套和滑块是模具中应用最多的导向零件。
所以,它的种类和结构形状也是多种多样。
如冲压模具的导柱、导套按配合形式可分为滑动式和滚动式。
按照装配形式又分为固定式和可拆卸式。
除以上导柱外还有卸料、顶出用的杆类导向零件及小型导柱等。
塑料注射模具中除了导柱、导套外,还有抽芯机构中应用的斜导柱、顶出板用的小型导柱、限位用的导柱等。
各种导柱的形状、大小、用途各异,但其功能都是起导向作用。
目前,对冲压模具、金属压铸模具和塑料模具的导柱、导套等导向零件都已标准化,可进行批量的制造、选用时则根据不同的要求进行选择应用。
斜滑块和导滑槽是在成形或抽芯机构中起导向作用,它们需根据模具的具体结构进行设计制造。
图2.1.1为标准的导柱、导套;
图2.1.2为模具常用的滑块和导滑形式。
图2.1.1标准的导柱、导套
图2.1.2模具常用的滑块和导滑形式
2.导向零件的基本要求
模具运动零件的导向,是借助导向零件之间精密的尺寸配合和相对的位置精度,来保证运动零件的相对位置和运动过程中平稳、无阻滞的运动。
所以,导向零件的配合表面都必须进行精密加工,而且要有较好的耐磨性。
一般导向零件配合表面的精度可达IT6,表面粗糙度Ra=0.63~0.32µ
m。
对精密的导向零件配合表面的精度可达IT5,表面粗糙度Ra=0.16~0.08µ
常用导向零件的材料,一般为20号钢、T8A、Tl0A等。
因其配合表面要求有较好的耐磨性,表面硬度高达56~60HRC。
所以,导向零件都要进行热处理。
当用20号钢制造的导向零件,需进行表面渗碳后再进行淬火处理才能达到硬度要求。
对T8A、Tl0A等工具钢材料,进行淬火处理即可达到表面的硬度要求。
导向零件的形状比较简单。
加工方法一般采用普通机床进行粗加工和半精加工后再进行热处理,最后用磨床进行精加工,消除热处理引起的变形,提高配合表面的尺寸精度和减小配合表面的粗糙度。
对于配合要求高、精度高的导向零件,还要对配合表面进行研磨,才能达到要求的精度和表面粗糙度。
虽然导向零件的形状比较简单,加工制造过程中不需要复杂的工艺、设备及特别复杂的制造技术,但其质量的好坏将直接影响模具的导向精度和成形制件的质量。
所以,对模具导向零件的制造应予以充分重视。
2.1.2导柱的制造
各种模具应用的导柱其结构种类很多,但主要构成的表面为不同直径的同轴圆柱表面。
因此,可根据它们的结构形状、尺寸和材料要求,直接选用适当尺寸的热轧圆钢为毛坯料。
在机械加工过程中,除保证导柱配合表面的尺寸和形状精度外,还要保证各配合表面之间的同轴度要求。
导柱的配合表面是容易磨损的表面。
因此,对其配合表面应有一定的硬度要求。
所以,在精加工之前要安排热处理工序,以达导柱要求的硬度。
1.导柱加工的工艺过程及其技术要求
图2.1.3所示为一塑料注射模的导柱,其加工工艺过程如表2.1.1所示:
图2.1.3塑料注射模导柱
表2.1.1塑料注射模导柱加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
设备
检验
1
下料
按图纸尺寸:
长度余量(2~3)㎜
锯床、砂轮切机
自检
2
粗车
外圆定位:
①车端面和所有外圆面;
②车锥面;
③倒出45°
角和圆角R。
车床
3
钻、锪中心孔
①钻端面中心孔(Φ3.6~Φ4.6m
②锪中心锥形孔。
4
半精车、精车
中心孔定位:
①半精车、精车各外圆面;
②精车锥面,倒锥面R角。
专职检验员
5
热处理
热处理:
①20号钢渗碳0.8~1.2㎜(或渗氮);
②淬火(50-55)HRC或(55-60)HRC。
热处理炉
(检验硬度、平直度)。
6
研磨中心孔
研磨中心定位孔。
7
磨外圆
粗磨、精磨各段外圆;
直导柱可采用无心磨床加工
磨床
8
研磨、抛光
1研磨导柱导向部分外圆(固定部分不磨);
2抛光R2、10°
角。
9
10
入库
清洗、喷涂防锈润滑油后,分类用塑料薄膜包封后入库
2.导柱加工过程中的定位
导柱的加工过程中,为了保证各外圆柱面之间的位置精度和均匀的磨削余量。
对外圆柱面的车削和磨削,一般采用设计基准和工艺基准重合的两端中心孔定位。
所以,在半精车、精车和磨削之前需先加工中心定位孔,为后继工序提供可靠的定位基准。
中心孔加工的形状精度,对导柱的加工质量有着直接的影响,特别是加工精度要求高的轴类零件。
保证中心定位孔与顶尖之间的良好配合是非常重要的。
导柱中心定位孔在热处理后的修正,目的是消除热处理过程中可能产生的变形和其它缺陷,使磨削外圈柱面时能获得精确定位,保证外圆柱面的形状和位置精度要求。
中心定位孔的钻削和修正,是在车床、钻床或专用机床上按图纸要求的中心定位孔的型式进行钻削加工的。
中心定位孔修正时,在车床上如图2.1.4所示。
加工时用车床三爪卡盘夹持锥形砂轮,在被修正的中心定位孔处加人少量煤油或机油,手持工件利用车床尾座顶尖支撑,开动机床利用车床主轴的转动进行磨削。
此法效率高、质量较好。
但砂轮易磨损,需经常修整。
图2.1.4锥形砂轮修正中心定位孔2.1.5硬质合金梅花棱顶尖
1-三爪卡盘;
2-锥形砂轮;
3-工件;
4-尾座顶尖
如图2.1.4中的锥形砂轮如果用锥形铸铁研磨头代替,在被研磨中心定位孔表面涂以研磨剂进行研磨,可达到更高的配合精度。
采用图2.1.5所示的硬质合金梅花棱顶尖修正中心定位孔,可得到高的效率。
但质量稍差,—般用于大批量生产,且要求不高的顶尖孔修正,它是将梅花棱顶尖装人车床或钻床的主轴锥孔内,利用机床尾座顶尖将工件压向梅花棱顶尖,通过硬质合金梅花棱顶尖的挤压作用,修正中心定位孔的几何误差。
3.导柱的研磨
导柱研磨加工的目的是为了进一步提高导柱的表面质量,即提高导柱表面的精度和降低表面粗糙度达到设计的要求。
为了保证导柱表面的精度和表面粗糙度Ra=0.63~0.l6µ
m,所以增加了研磨工序。
在生产数量大的情况下,研磨加工可以在专用研磨机床上进行。
在单件、小批量生产中,可采用研磨工具如图2.1.6所示,在普通车床上进行研磨。
研磨时将工件表面涂上研磨剂,把研磨具套装在导柱被研磨表面上,利用拖板的往复运动和主轴的旋转运动进行研磨。
研磨量的大小控制,可通过研磨具上调整螺钉的轴向调节,来调整研磨套直径的大小,达到精度要求。
研磨套是用铸铁制造,其内径比工件的外径大0.02~0.04㎜,研磨套的长度一般取工件研磨表面长度的25%~50%。
图2.1.6研磨套
1-研磨架;
2-研磨套;
3-限位螺钉;
4-调整螺栓
一般粗研磨时,工作压力取100~200kPa;
精研磨时,工作压力取10一100kPa。
粗研磨时,取研磨速度30~50m/min,精研磨时,取研磨速度6~l5m/min。
如果工件材质较软或精度要求高时研磨速度取小值。
导柱的研磨余量一般为0.05~0.012mm。
研磨剂是用氧化铝或氧化铬(磨料)与机油或煤油(磨液)混合而成。
而市售的研磨膏是由磨料、粘结剂(混合脂)、润滑剂和油酸等按一定比例调制面成。
使用时要加入煤油或汽油稀释。
研磨料的粒度一般粗研磨和半精研磨用W20~10,精研磨用W7以下。
研磨前,要将工件表面和研磨工具表面用汽油或煤油洗净,并将工件边缘的毛刺去除干净。
不同粒度的磨料研磨后所能达到的表面粗糙度如表2.1.2所示。
表2.1.2研磨后所能达到的表面粗糙度
2.1.3导套的加工
导套是一种典型的筒体形零件,和导柱一样导套是模具中应用最广泛的导向零件。
因其应用部位不同它的结构形状也不同,但构成导套的主要表面是内、外圆柱表面。
因此,可根据它们的结构形状、尺寸和材料的要求,直接选用适当尺寸的热轧圆钢为毛坯。
在机械加工过程中,除保证导套配合表面的尺寸和形状精度外,还要保证内外圆柱配合表面的同轴度要求。
导套的内表面和导柱的外圆柱面为配合表面,使用过程中运动频繁,必须有一定的耐磨性,因此,需要有一定的硬度要求。
在精加工之前必须安排热处理工序,提高其硬度。
在不同的生产条件下,导套的制造过程所采用的加工方法和设备不同,制造工艺也不同。
图2.1.7冲压模具滑动式导套
材料20号钢,热处理:
表面渗碳层深度0.8~1.2㎜,58~62HRC
图2.1.8小锥度心轴安装导套
1-导套;
2-心轴
图2.1.9导套研磨工具
1-锥度心轴;
3-调整螺母
1.导套的典型加工的工艺过程
表2.1.3为图2.1.7冲压模具滑动式导套的加工工艺过程。
表2.1.3冲压模具滑动式导套的加工工艺
2.导套加工工艺过程中的定位
导套在磨削时,正确选择定位基准,对保证内、外圆柱面的同轴度的要求是非常重要的。
在上述加工工艺过程中,工件热处理后,在万能内外圆磨床上利用三爪卡盘夹持Φ37.5mm外圆柱面。
一次装夹后,磨出Φ38mm的外圆和Φ25mm的内孔。
这祥可以避免多次装夹而造成的误差,能保证内外圆柱配合表面的同轴度要求。
它适应单件或小批量生产。
对于大批量生产同一尺寸的导套时,可以先磨好内孔,再将导套套装在专用小锥度磨削心轴上,如图2.1.8所示。
以心轴两端中心孔定位,使定位基准和设计基准重合。
借助心轴和导套内表面之间的摩擦力带动工件旋转。
磨削导套的外圆柱面,能获得较高的同轴度。
这种方法操作简便、生产率高。
但需制造专用的具有高精度的心轴,其硬度在60HRC以上。
3.导套的研磨
导套内孔的精度和表面粗糙度有较高的要求,对导套内孔配合表面进行研磨可进一步提高表面的精度和降低表面粗糙度,达到加工表面的质量和设计要求。
对于大批量生产的情况下,可以在专用研磨机床上进行研磨。
对于单件或小批量生产可采用研磨工具进行。
如图2.1.9所示为导套的研磨常用工具,它是由锥度心轴、铸铁研磨套和调整螺母组成。
使用时将锥度心轴两端的中心孔装夹在车床主轴顶尖和尾座顶尖之间,由车床主轴带动心轴旋转。
导套内孔涂上研磨剂,借助车床拖板的往复运动进行研磨,直至达到要求。
在研磨过程中,研磨进给量大小的控制,是通过锥度心轴两端的调整螺帽的轴向位移使研套2径向的扩大或缩小实现的。
一般研磨内孔的余量为0.01~0.02mm,研磨套的长度为导套研磨长度的2~4倍。
对研磨前的准备工作、研磨时的工作压力、研磨速度、研磨剂、研磨膏及研磨后达到的精度和表面粗糙度等可参见导柱的研磨。
4.滚珠导套保持圈的加工和组装
滚珠模架用保持圈如图2.1.10所示,保持圈的钻孔工具如图2.1.11所示,保持圈的铆口工具如图2.1.12所示。
图2.1.10滚珠模架用保持圈
圈2.1.11保持圈的钻孔工具图2.1.12铆口工具
2.1.4滑块和导滑槽
滑块和斜滑块广泛用于冲压模具、塑料模具、金属压铸模具等成形方向转换、侧向抽芯及分型导向的零件。
工作时,滑块或斜滑块在斜楔或斜导柱的带动下,于导滑槽内运动,进行侧向成形或在开模后,制件顶出之前完成侧向分型或抽芯工作,达到模具成形方向转换或使制件顺利顶出模具的目的。
由于模具的种类不同,使用滑块和斜滑块的作用也有较大的差别,其滑块和斜滑块结构、形状、大小也不同。
大多数情况下以制造成组合式为主,图2.1.13所示;
也可以和成形的型芯制造为整体式(主要用于塑料模具侧向分型或抽芯)。
滑块和斜滑块多为平面和圆柱面的组合,根据使用的模具不同,它存在在配合要求高的斜面、斜孔和成型表面,形状、位置精度和配合要求较高。
所以,在机械加工过程中,除保证尺寸、形状精度外,还要保证相互位置精度。
对于滑动表面和成型表面还要保证较低的表面粗糙度。
图2.1.13组合式滑块
滑块和斜滑块的导向表面及成型表面要求有较好的耐磨性和较高的硬度。
常选用的材料为工具钢或合金工具钢,经锻造制成毛坯。
在精加工前要安排热处理达到硬度要求。
目前在塑料模具中还广泛采用自润滑导板。
现以图2.1.13所示组合式滑块为例,介绍其加工过程。
2.1.5斜导柱孔的研磨
图2.1.13所示斜导柱孔的尺寸公差值较大,它和斜导柱在工作过程中配合很松,内孔的表面粗糙度低。
主要的目的是在开模之初使滑块的抽芯运动滞后于开模运动,使动、定模可以分开一个很小的距离之后,斜导柱才开始接触滑块的斜导柱孔内表面开始抽芯运动。
此时,内孔表面和斜导柱外圆表面为滑动接触。
设计时,内孔表面的粗糙度要低并且有一定硬度要求。
因此,对内孔研磨的目的是修正内孔热处理造成的变形及降低表面粗糙度。
斜导柱内孔的研磨方法基本同导套的研磨方法。
为了保证斜导柱内孔和模板导柱孔的同轴度,亦可用模板装配后进行配加工。
2.1.6导滑槽的加工
导滑槽和滑块是模具横向分型的抽芯导向装置。
抽芯运动中要求滑块在导滑槽内运动平稳、无上下窜动和卡紧现象。
导滑槽常用的结构型式如图2.1.14所示。
因模具的结构不同,导滑槽的结构型式也不同。
一般可分为整体式和组合式两种。
图2.1.14导滑槽常用的结构
导滑槽常用的制造材料一般为45、T8A、Tl0A等材料,并经热处理使其硬度达到52~56HRC。
由于导滑槽的结构比较简单,大多数的导滑槽都是由平面组成。
因此,机械加工比较容易,可采用刨削、铣削、磨削的方法进行机械加工。
对其加工方案的选择和加工工艺过程,可参阅本书模板类零件和滑块的有关内容。
导滑槽和滑块的配合,在上、下和左、右两个方向各有一对平面是间隙配合,它们的配合精度一般为H7/f6或H8/f7,表面粗糙度Ra=0.63~1.25µ
2.2模板类零件的加工
模板是组成各类模具的重要零件。
在任何一套模具中,模板类零件都有着大量的应用,在冲压、塑料制品成型、金属压铸等模具中,模板类零件所占的比例高达80%以上。
因此,模板类零件的制造如何满足模具结构、形状、成型等各种功能的要求,达到所需要的制造精度和性能,取得较高的经济效益,是模具制造的重要问题。
为此,本章将对模板类零件的制造技术、加工方法进行系统的介绍。
2.2.1模板类零件的概述
模板类零件是指模具中所应用的平板状的零件。
如图2.2.1所示塑料制品成型模具中的定模板、定模固定板、动模板、动模固定板、型腔板、推料板、推杆固定板、支撑板等。
图2.2.2所示金属冲压模具中的上、下模座,凸、凹模固定板、卸料板、垫板等都大量的应用了模板类零件。
所以,模板类零件是组成模具的重要零件。
正确的选择、掌握模板类零件的制造技术,加工工艺方法是高速优质制造模具的重要途径。
图2.2.1注塑模模板类零件的应用图2.2.2冲压模模板类零件的应用
模板类零件的形状、尺寸、精度等级等各有不同的要求,但它们的作用概括起来有以下几个方面:
(1)连接作用
冲压模具中的上、下模座,塑料成型模具中的动、定模板,它们具有将模具的其它零件连接起来保证模具工作时具有正确的相对位置,同时也起着与使用设备的连接作用。
(2)定位作用
冲压模具中的凸、凹模固定板,塑料成型模具中的动、定模固定板,它们将凸、凹模和动、定模的相对位置进行定位,保证模具工作过程中的相对位置的准确。
(3)导向作用
模板类零件和导柱、导套相配合,在模具工作过程中沿开合模方向进行往复直线运动。
它们对模具上所有零件的运动方向进行导向。
(4)卸料和顶出制品
模具中的卸料板、推板及推杆固定板在模具完成一次成型过程后,借助设备的动力及时地将成型的制品顶出或将毛坯料卸下,以便使模具顺利进行下一次的制品成型。
2.2.2对模板类零件的要求
模板类零件种类繁多,不同种类的模板有着不同形状、尺寸、精度及材质的要求。
根据模板类零件的主要作用,在不考虑形状和尺寸大小的情况下可概括为以下几个方面。
1.材料的质量
根据模板在模具中的不同应用、模具的精度和模具的使用要求,对模板的制造材料有不同种类和质量的要求。
一般精度的冲压模具的上下模座用铸铁、铸钢制造;
高精度、高速冲压模具模板可根据不同的要求使用中碳结构钢和低合金工具钢制造,塑料成型模具的模板大多为中碳结构钢制造。
2.制造精度
模板类零件不论其尺寸和形状各有不同,但每一块板都是由平面和孔系组成。
工作时,若干块模板处于闭合和开启的运动状态。
因此,对模板的精度要求主要为以下几方面:
(1)模板上下平面的平行度和垂直度
为了保证模具装配后各模板能够紧密配合,对于不同功能和不同尺寸的模板其平行度和垂直度均按GBll84一80执行。
其中,冲压与挤压模架的模座平行度公差,对于滚动导向模架采用公差等级为4级,其它模座和模板的平行度公差采用公差等级为5级,塑料成型模具组装后模架上下平面的平行度公差等级为6级,模板上下平面的平行度公差等级为5级,模板两侧基准面的垂直度公差等级为5级。
(2)模板平面的表面粗糙度和精度等级
对一般模板平面的表面精度要达到IT7~IT8,粗糙度Ra=0.63~2.5µ
对于平面为分型面的模板表面粗糙度要达到IT6~IT7,Ra=0.32~1.25µ
(3)模板上各孔的精度、垂直度和孔间距的要求
常用模板各孔径的配合精度一般为IT6~IT7,Ra=0.32~1.25µ
孔轴线与上下模板平面的垂直度对安装滑动导柱的模板为4级精度。
模板上各孔之间的孔间距应保持一致,一般要求在土0.02mm以下,以保证各模板装配后达到装配要求。
使各运动模板沿导柱移动平稳、无阻滞现象。
3.选用标准模架
模架是模具不可缺少的重要组成部分,冲压模、塑料模、压铸模、粉末冶金模等模具都要通过模架才能把其他模具的结构零件和成形零件组装起来,模具才能使用。
现在模具制造厂一般已不自已制造模架,除了一些特殊情况之外,均应采用标准模架与模具标准件。
这样做有以下好处:
(1)能简化模具设计,方便模具加工;
(2)缩短模具制造周期,降低成本,促进产品更新换代;
(3)能提高模具质量,便于模具维修。
目前,我国的模具工业已有了很大发展,在实现专业化、标准化方面已取得了很大成就,相继制定了一系列模架与模具标准件国家标准,引进了一些国际通用的标准,建立了许多专门生产标准模架与模具标准件的工厂,每年要生产几百万副至几千万副各种标准模架和大批量的模具标准件,供模具生产厂选用。
在选用标准模架时要了解该模架及其零件的技术条件。
《冲模模架技术条件》(GB/T2854—90),《冲模模架零件技术条件》(GB/T12446—90);
塑料模《中小型模架技术条件》(GB/T12556.2—90),《大型模架技术条件》(GB/T12555.2—90)等。
2.2.3模板上一般孔的加工
模板上的孔种类较多,由于孔的使用功能不同,孔的精度要求也不同,加工方法也选用不同。
孔常用的机械加工方法有钻、扩、铰、镗、磨等。
1.钻孔
模具零件上有许多孔,如螺纹孔、螺栓过孔、销钉孔、顶杆孔、电热管安装孔、冷却水孔都需要经过钻孔加工。
由于钻头钻孔时容易偏斜,孔径容易扩大,孔的表面质量差,则钻孔属粗加工,精度一般可达IT12~IT10,粗糙度为Ra(50~12.5)µ
模板上的孔大部分都在划线后加工。
如果多个模板孔距相同,为保证零件的孔距,可将多件用平行夹或螺钉组合成一体,以划线为准同时进行钻孔及铰孔。
2.铰孔
模具中常有一部分销钉孔、顶杆孔、型芯固定孔等需在划线或组装时加工,其加工精度一般为IT6~IT8级,粗糙度Ra值不大于3.2µ
加工直径小于10mm的孔时,由钳工钻铰加工(粗钻及粗铰);
10~20mm的孔采用钻、扩、铰等工序加工;
大于20mm的孔则在铣床、镗床上预钻孔后镗孔;
对淬火件的孔,铰孔时应留0.02~0.03mm的研磨量,热处理时还要加以保护,待组装时再研磨;
当不同材料的零件组合铰孔时,应从硬材料一方铰入;
铰不通孔时,铰孔深度应增大,留出铰刀切削部分的长度,以保证有效直径部分的孔径;
对于小直径的铰刀(Φ3mm以下)及锥孔铰刀(30′~2°
),一般都由钳工自制。
2.2.4模板上深孔和小孔的加工
1.深孔加工
塑料模具中的冷却水道、加热器孔及一部分顶杆孔等都需进行深孔加工。
一般冷却水孔的精度要求不高,但要防止倾斜。
加热器孔为保证热传导率,孔径和粗糙度有一定的要求,孔径一般比加热棒大0.1~0.3mm,粗糙度Ra值为12.5~6.3µ
m;
而顶杆孔侧要求较高,孔径一般为IT8级精度,并有垂直度及粗糙度要求。
常用的加工方法有:
(1)中小型模具的冷却水孔及加热孔,常用普通钻头或加长钻头在立钻、摇臂钻床上加工,加工时要及时排屑、冷却,进刀量要小,防止孔偏斜。
(2)中、大型模具的孔一般在摇臂钻床、镗床及深孔钻床上加工,较先进的方法是在加工中心机床上与其他孔一起加工。
(3)过长的低精度孔可采用划线后从两面对钻的方法。
(4)垂直度要求较高的孔应采取工艺措施予以导向,如采用钻模等。
2.小孔加工
在模具制造中常需加工Φ2mm以下的小孔,加工时易发生孔偏斜及折断钻头等弊病,因此模具设计时小孔都不宜过深,孔径应尽量选择标准尺寸。
(1)常用的加工方法
1)Φ0.5mm以上的孔常采用精钻及铰孔加工,加工淬火孔时应留0.01~0.02mm研磨量待热处理后研磨,也可留余量,待热处理后在坐
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