深圳大学：《塑料成型工艺与模具》课程教学资源（教材讲义）第四章模具制造.pdf_大学文库

第四章模具制造 4.1切削加工现代模具制造的加工设备其特征是多轴CNC控制和高精度定位系统,目的是要获得产品的高精度和降低不合格品率。目前,热处理后的工件可通过铣加工,最终强度可以达到 200MPa。各种工艺,如EDM加工型腔,尽量用铣加工代替,这可以缩短加工工艺链。此外, 还可避免由于腐蚀工艺而导致的外部热损伤。铣加工既可用常规的刀具材料,如硬金属,也可用三次硼氮化合物(CBN)。对于注塑模具,硬金属或镀硬金属是最适合的刀具材料,切削加工释放了残余应力,可能会导致模具立即变形或在后面的热处理中出现变形。因此,明智的做法是在粗加工后进行退火以去除应力。任何变形都可通过后续修整来补偿,且通常不会再产生任何应力。热处理后,模具镶件要经过修整、磨削和抛光以获得良好的表面质量,这是因为型腔表面的质量最终会影响注塑制品的表面质量及脱模由于注塑制品的材料与注塑工艺的差异,型腔表面的缺陷会不同程度地被复制出来。型腔表面的偏差,如波纹和粗糙不平,需增加脱模力。高速加工(HSC)和五轴铣之间展开了激烈竞争,高速加工的特点是高切削速度和高主轴转速。硬度达HRC62的钢材也能用当今标准的HSC铣床加工。有时,HSC可实现完整加工, 于是可省去电极制作及腐蚀加工。此外,高速加工常常还可以得到更好的表面质量,从而可以大大减少后期的手工修正。对于注射和压铸模具,可综合采用铣削和电火化加工方法来加工。由于铣削加工去除材料的能力更大,所以为了缩短加工时间,应使铣削量达到最大。然而,对于复杂的轮廓、薄细形体和深腔要用后续的电火花加工完成,可用HSC切削石墨或铜而得到电极。当用CNC机床加工零件时,首先要编写程序,然后用程序操作CNC机床 1)首先,根据零件图编写CNC机床用的程序。 2)程序被读进CNC系统中,然后,在机床上安装工件和刀具。并且根据程序运行刀具最后进行加工。表4-1零件加工计划表加工工序 3 加工方法进给切削侧面加工孔加工 1加工方法粗加工半精加工精加工 [2加工刀具 3加工条件进给速度切削深度 [4刀具路径在实际编程前,应制订如何加工零件的加工计划,其格式见表4-1和图4-1,包括:

第四章模具制造 4.1 切削加工现代模具制造的加工设备其特征是多轴 CNC 控制和高精度定位系统，目的是要获得产品的高精度和降低不合格品率。目前，热处理后的工件可通过铣加工，最终强度可以达到 2000MPa 。各种工艺，如 EDM 加工型腔，尽量用铣加工代替，这可以缩短加工工艺链。此外，还可避免由于腐蚀工艺而导致的外部热损伤。铣加工既可用常规的刀具材料，如硬金属，也可用三次硼氮化合物(CBN）。对于注塑模具，硬金属或镀硬金属是最适合的刀具材料，切削加工释放了残余应力，可能会导致模具立即变形或在后面的热处理中出现变形。因此，明智的做法是在粗加工后进行退火以去除应力。任何变形都可通过后续修整来补偿，且通常不会再产生任何应力。热处理后，模具镶件要经过修整、磨削和抛光以获得良好的表面质量，这是因为型腔表面的质量最终会影响注塑制品的表面质量及脱模。由于注塑制品的材料与注塑工艺的差异，型腔表面的缺陷会不同程度地被复制出来。型腔表面的偏差，如波纹和粗糙不平，需增加脱模力。高速加工（HSC）和五轴铣之间展开了激烈竞争，高速加工的特点是高切削速度和高主轴转速。硬度达 HRC 62 的钢材也能用当今标准的 HSC 铣床加工。有时，HSC 可实现完整加工，于是可省去电极制作及腐蚀加工。此外，高速加工常常还可以得到更好的表面质量，从而可以大大减少后期的手工修正。对于注射和压铸模具，可综合采用铣削和电火化加工方法来加工。由于铣削加工去除材料的能力更大，所以为了缩短加工时间，应使铣削量达到最大。然而，对于复杂的轮廓、薄细形体和深腔要用后续的电火花加工完成，可用 HSC 切削石墨或铜而得到电极。当用 CNC 机床加工零件时，首先要编写程序，然后用程序操作 CNC 机床。 1) 首先，根据零件图编写 CNC 机床用的程序。 2) 程序被读进 CNC 系统中，然后，在机床上安装工件和刀具。并且根据程序运行刀具。最后进行加工。表 4-1 零件加工计划表加工工序 1 2 3 加工方法进给切削侧面加工孔加工 1.加工方法：粗加工半精加工精加工 2.加工刀具 3.加工条件进给速度切削深度 4.刀具路径在实际编程前，应制订如何加工零件的加工计划，其格式见表 4-1 和图 4-1，包括：

置根据零件形状、加工数量可以使用简单的方法把两个坐标系设在同一位置 1)使用工件的基准面和基准点。使刀具中心与工件基准点重合,在这个位置上设定由CNC 指定的坐标系,如图44a)所示 2)把工件直接安装在夹具上。使刀具中心与参考点重合,在该位置上设定CNC指定的坐标系。夹具应安装在距参考点预先设定的位置上,如图4-4b)所示。 3)把工件装在托盘上,然后把工件和托盘一起装在夹具上。夹具和坐标系的规定与(2)相同,如图4-4c)所示。 X=40.0 什z-100 B(10.030.0200) 刀具从A点移动到B点所用的指令G91X400Y-300z-100 刀具从A点移动到点所用的指令G90X100Y300Z20Q 刀具沿每个轴移动的位移量和方向 a)绝对值指令 b)增量值指令图45移动刀具的指令如图4-5所示,移动刀具的指令可以用绝对值或增量值表示。绝对值指令是刀具移动到“距坐标系零点某一距离”的点,即刀具移动到坐标值的位置。增量值指令是刀具移动到下一个位置的位移量。切削工件时刀具相对于工件的速度称为切削速度。对于CNC,切削速度可用主轴速度(以 mm1为单位)指令。例设用直径100mm的刀具,以80m/min的切削速度加工工件时。由N=1000V/D计算得到主轴速度约为250mn。因此要求的指令为S250 ATc刀库图4-6刀具功能当进行钻孔、攻丝、镗孔、铣削等加工时,必须选择适当的刀具。给每把刀具赋给一个编号,在程序中指令不同的编号时,应选择相应的刀具。例如,当把01号赋给钻头时,当这把刀具放在ATC的01号位时,通过指令T01可以选择这把刀具。该功能称为刀具功能,如图46 所示当开始实际加工时,需要旋转主轴并供给冷却液。为此,需要控制主轴电机和冷却泵的启动停止操作。指令机床部件的启停操作的功能称为辅助功能。通常,该功能用M代码指令。例如,当指令M03时,主轴以指令的主轴速度按顺时针方向旋转。通常加工一个零件要用多把刀。刀具有不同的长度。根据使用的刀具去更换程序是相当麻

置。根据零件形状、加工数量可以使用简单的方法把两个坐标系设在同一位置。 1) 使用工件的基准面和基准点。使刀具中心与工件基准点重合，在这个位置上设定由 CNC 指定的坐标系，如图 4-4a)所示。 2) 把工件直接安装在夹具上。使刀具中心与参考点重合，在该位置上设定 CNC 指定的坐标系。夹具应安装在距参考点预先设定的位置上，如图 4-4b)所示。 3) 把工件装在托盘上，然后把工件和托盘一起装在夹具上。夹具和坐标系的规定与(2)相同，如图 4-4c)所示。 a) 绝对值指令 b) 增量值指令图 4-5 移动刀具的指令如图 4-5 所示，移动刀具的指令可以用绝对值或增量值表示。绝对值指令是刀具移动到“距坐标系零点某一距离”的点，即刀具移动到坐标值的位置。增量值指令是刀具移动到下一个位置的位移量。切削工件时刀具相对于工件的速度称为切削速度。对于 CNC，切削速度可用主轴速度(以 mm -1 为单位)指令。例设用直径 100mm 的刀具，以 80m/min 的切削速度加工工件时。由 N=1000v/πD 计算得到主轴速度约为 250min-1。因此要求的指令为 S250。图 4-6 刀具功能当进行钻孔、攻丝、镗孔、铣削等加工时，必须选择适当的刀具。给每把刀具赋给一个编号，在程序中指令不同的编号时，应选择相应的刀具。例如，当把 01 号赋给钻头时，当这把刀具放在 ATC 的 01 号位时，通过指令 T01 可以选择这把刀具。该功能称为刀具功能，如图 4-6 所示。当开始实际加工时，需要旋转主轴并供给冷却液。为此，需要控制主轴电机和冷却泵的启动停止操作。指令机床部件的启停操作的功能称为辅助功能。通常，该功能用 M 代码指令。例如，当指令 M03 时，主轴以指令的主轴速度按顺时针方向旋转。通常加工一个零件要用多把刀。刀具有不同的长度。根据使用的刀具去更换程序是相当麻

N016 G98Y-650.0; 定位，钻 8 孔，返回到 R 点位置 N017 G99X1050.0; 定位，钻 9 孔，返回到 R 点位置 N018 G98Y-450.0 定位，钻 10 孔，返回到 R 点位置 N019 G00X0Y0M5; 返回参考点，主轴停止 N020 G49Z250.0T31M6; 取消刀具长度偏置，换刀 N021 G43Z0H31; 初始位置，刀具长度偏置 N022 S10M3; 主轴起动 N023 G85G99X800.0Y-350.0 Z-153.0R47.0F50; 定位，钻 11 孔，返回到 R 点位置 N024 G91Y-200.0K2; 定位，钻 12，12 孔，返回到 R 点位置 N025 G28X0Y0M5; 返回参考点，主轴停止 N026 G49Z0; 取消刀具长度偏置 N027 M0; 程序停止另一方面，目前在注塑模具制造中广泛应用深孔钻削(枪钻)，这种方法需要一个特别的机床或用其他机床连接深孔钻削装置，如铣床。钻削在水平面内操作，与普通的钻床或铣床有四个重要的不同： ① 机床钻孔的深度能够相当大。 ② 钻头支撑可非常接近工件，如同钻削夹具。 ③ 钻头的切削刃直接受到压力润滑和冷却。 ④ 钻头钻通固体材料，不需预钻。有两种钻头，区别是内部去屑或外部去屑，外部去屑方法是最常用的，如图 4-12 所示。图 4-12 横截面上的深孔钻 1．枪钻材料钻头的工作端，由硬质合金制成。比高速钢更硬，寿命更长。头部是用铜焊将其焊接在一根长的钢管上，钢管另一端被固定在机床夹头上。工作端全新时约 40 mm 长，切削刃部可重磨，直到剩余的长度不足以在孔内起导向作用。工作端越短，偏离的危险就越大。 2．钻头的切削刃切削刃的角度取决于被切削的材料，短刃大约 30°、长刃大约 20°，如图 4-12 所示。这是麻花钻和深孔钻最明显的区别。没有凿尖刃，但是钻头非常尖锐，明确规定的 V 形切削刃，围绕着钻头中心和所谓的 W 形槽旋转，保持钻头在中心上，甚至当切削刃在工件内部离导向套冷却液通道硬质合金钻头切削液工件空心铜焊出屑槽

很远处时仍然可以工作。当钻头逐步进入工件时,头部和杆部3/4圆柱比麻花钻上非常窄的棱边能提供更好的导向,这就有助于防止钻头偏离。 3.钻头定位采用类似钻削夹具的方法来进行,钻套属于钻头且随钻头一起供货。钻套导向在出屑盒顶端被固定到机器上,出屑盒用来收集返回的冷却液和切屑,并且精确地定位钻头。导向面紧紧对着工件表面固定,以致于通过出屑槽返回的冷却液和切屑能进入出屑盒而无滲漏,如图4-13 驱动器防振导向出屑盒导向工件 Drive Whip guide Chip box Work piece Head 枪钻钻杆钻头图4-13枪钻在工件表面的定位 5切削刃的冷却钻头在整个长度上有一孔,让冷却液通过高压吸入,冷却液出口正好在切削刃后面,它冷却和润滑钻头,使孔内摩擦最小,冷却液还通过钻头的扇形开口,将切屑冲出。然后冷却液与切屑分离,经过过滤后重新吸入。 7钻头偏离的影响当从相反两边进行深孔钻削,就产生了一个相当长的孔,它们仅可能局部碰上。为避免流动阻力,应规定孔的深度,在接合处孔至少重叠10mm。如果深孔钻削太接近表面,附近就无足够的金属来充当均匀分布的散热体,且冷却液本身不能全部带走钻削产生的热量,接近表面的钻削面的材料就会退火,引起钻头向表面偏离。采用钻削装置可避免问题的发生,如果表面是平的,可提供附加的散热,例如,通过在表面上放一合适的钢块。深孔钻削可能偏离太多而发生穿孔,或者会削弱模塑面或支撑面下面的材料。经验已经表明使用更好等级钢的模板可提高安全性,例如宁可使用P20或不锈钢,而不用更便宜的AIS4140钢,以避免由硬质点和钻削偏离引起的灾难性钻削事故。 9深孔设计的建议应避免断续的切削。因为硬质合金做的头部非常脆,为避免切削刃的损坏,枪钻在固体材料中应一直切削。情况并不总是如此,因为模具中的通道经常交叉,然而设计和机器操作人员可以采取措施,尽量减小钻头损坏的危险。钻头越大,越容易钻。特别是气体管路,例如4mm 小孔径,其可能的接近孔应是8mm或10mm,而不要钻一个很长的4mm孔。要避免管路中心线的偏离,在孔相遇的地方,存在切削中断,切削刃离开原有孔的中心线的倾向更大,使钻头偏向最小阻力方向,这类似于钻头在材料上碰到了软点,如图4-14所示。对于直径差别很大的交叉通道,在钻大孔之前,必须首先钻小孔。要不然,当钻小孔的小钻头通过大孔时,会失去导向,如图4-15所示。最后,尽可能安排好深孔的进口,以便能使用标准钻套,如图4-16

很远处时仍然可以工作。当钻头逐步进入工件时，头部和杆部 3 / 4 圆柱比麻花钻上非常窄的棱边能提供更好的导向，这就有助于防止钻头偏离。 3．钻头定位采用类似钻削夹具的方法来进行，钻套属于钻头且随钻头一起供货。钻套导向在出屑盒顶端被固定到机器上，出屑盒用来收集返回的冷却液和切屑，并且精确地定位钻头。导向面紧紧对着工件表面固定，以致于通过出屑槽返回的冷却液和切屑能进入出屑盒而无渗漏，如图 4-13 所示。图 4-13 枪钻在工件表面的定位 5.切削刃的冷却钻头在整个长度上有一孔，让冷却液通过高压吸入，冷却液出口正好在切削刃后面，它冷却和润滑钻头，使孔内摩擦最小，冷却液还通过钻头的扇形开口，将切屑冲出。然后冷却液与切屑分离，经过过滤后重新吸入。 7.钻头偏离的影响当从相反两边进行深孔钻削，就产生了一个相当长的孔，它们仅可能局部碰上。为避免流动阻力，应规定孔的深度，在接合处孔至少重叠 10 mm。如果深孔钻削太接近表面，附近就无足够的金属来充当均匀分布的散热体，且冷却液本身不能全部带走钻削产生的热量，接近表面的钻削面的材料就会退火，引起钻头向表面偏离。采用钻削装置可避免问题的发生，如果表面是平的，可提供附加的散热，例如，通过在表面上放一合适的钢块。深孔钻削可能偏离太多而发生穿孔，或者会削弱模塑面或支撑面下面的材料。经验已经表明使用更好等级钢的模板可提高安全性，例如宁可使用 P20 或不锈钢，而不用更便宜的 AISI4140 钢，以避免由硬质点和钻削偏离引起的灾难性钻削事故。 9 深孔设计的建议应避免断续的切削。因为硬质合金做的头部非常脆，为避免切削刃的损坏，枪钻在固体材料中应一直切削。情况并不总是如此，因为模具中的通道经常交叉, 然而设计和机器操作人员可以采取措施，尽量减小钻头损坏的危险。钻头越大，越容易钻。特别是气体管路，例如 4 mm 小孔径，其可能的接近孔应是 8 mm 或 10 mm，而不要钻一个很长的 4 mm 孔。要避免管路中心线的偏离，在孔相遇的地方，存在切削中断，切削刃离开原有孔的中心线的倾向更大，使钻头偏向最小阻力方向，这类似于钻头在材料上碰到了软点，如图 4-14 所示。对于直径差别很大的交叉通道，在钻大孔之前，必须首先钻小孔。要不然，当钻小孔的小钻头通过大孔时，会失去导向，如图 4-15 所示。最后，尽可能安排好深孔的进口，以便能使用标准钻套，如图 4-16 所示。驱动器防振导向出屑盒导向工件枪钻钻杆钻头

深圳大学：《塑料成型工艺与模具》课程教学资源（教材讲义）第四章 模具制造

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