模具零件的几种机械加工方法

　　摘要：机械加工方法广泛运用于模具制造。对凸模、凹模等模具的工作零件，即使采用其它工艺方法(如特殊加工)加工，也仍然有部分工序要由机械加工方法来完成。本文介绍和分析了几种机械加工方法。
　　关键词：机械加工；车削加工；铣削加工；刨削加工
　　
　　一、零件常用的传统机械加工方法
　　根据模具设计的结构要求不同和工厂的设备条件，模具的机械加工大致有以下几种情况：
　　(一)用车、铣、刨、钻、磨等通用机床加工模具零件，然后进行必要的钳工修配，装配成各种模具。这种加工方式，工件上被加工表面的形状、尺寸多由钳工划线来保证，对工人的技术水平要求较高，劳动强度大、生产效率低、模具制造周期长、成本高。一般在设备条件较差、模具精度要求低的情况下采用。
　　(二)精度要求高的模具零件
　　只用普通机床加工难以保证高的加工精度，因而需要采用精密机床进行加工。用于模具加工的精密机床有坐标镗床、坐标磨床等，这些设备多用于加工固定板上的凸模固定孔，模座上的导柱和导套孔，某些凸模和凹模的刃口轮廓。形状复杂的空间曲面则采用仿形铣床进行加工，它们是提高模具精度不可缺少的普通加工手段。
　　(三)为了使模具零件特别是形状复杂的凸模、凹模型孔和型腔的加工更趋自动化，减少钳工修配的工作量，需采用数控机床(如三坐标数控铣床、加工中心、数控磨床等设备)加工模具零件。由于数控加工对工人的操作技能要求低，成品率高、加工精度高、生产率高、节省工装、工程管理容易、对设计更改的适应性强、可以实现多机床管理等一系列优点。
　　二、用机械加工方法制造模具
　　在工艺上要充分考虑模具零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工艺路线，尽可能通过加工设备来保证模具的加工质量，提高生产效率和降低成本。要特别注意，在设计和制造模具时，不能盲目追求模具的加工精度和使用寿命，应根据模具所加工制件的质量要求和产量，确定合理的模具精度和寿命，否则就会使制造费用增加，经济效益下降。
　　（一）车削加工
　　1、车削加工的特点及应用
　　车削加工是在车床上利用车刀对工件的旋转表面进行切削加工的方法。车削加工时，工件的回转运动为主运动，车刀相对工件的移动为进给运动。它主要用来加工各种轴类、套筒类及盘类零件上的旋转表面和螺旋面，其中包括，内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、成型回转面、端面、沟槽以及滚花等。此外，还可以钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等。车削加工精度一般为IT8~IT7，表面粗糙度为Ra6.3~1.6μm；精车时，加工精度可达IT6~IT5，粗糙度可达Ra0.4~0.1μm。
　　车削加工的特点是，加工范围广、适应性强，不但可以加工钢、铸铁及其合金，还可以加工铜、铝等有色金属和某些非金属材料，不但可以加工单一轴线的零件，采用四爪卡盘或花盘等装置改变工件的安装位置，也可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线的零件；生产率高，刀具简单，其制造、刃磨和安装都比较方便。
　　由于上述特点，车削加工无论在单件、小批，还是大批大量生产以及在机械的维护修理方面，都占有重要的地位。
　　2、车床
　　车床(Lathe)的种类很多，按结构和用途可分为卧式车床、立式车床、仿形及多刀车床、自动和半自动车床、仪表车床和数控车床等。其中卧式车床应用最广，是其他各类车床的基础。常用的卧式车床有C6132A，C6136，C6140等几种。
　　（二）铣削加工
　　1、铣削加工的范围及其特点
　　（1）铣削加工的范围
　　铣削主要用来对各种平面、各类沟槽等进行粗加工和半精加工，用成型铣刀也可以加工出固定的曲面。其加工精度一般可达IT9~IT7，表面粗糙度为Ra6.3~1.6μm。
　　由于铣削方式、铣刀类型和形状的多样性再配以“分度头”、“圆形工作台”等附件，扩大了铣削的加工范围，使应用更加广泛。概括而言，可以铣削平面、台阶面、成型曲面、螺旋面、键槽、T形槽、燕尾槽、螺纹、齿形等。
　　2、铣削加工的特点
　　(1)生产率较高
　　铣刀为多齿刀具，在铣削时，由于同时参加切削的切削刃数量较多，切削刃作用的总长度长，因而铣削的生产率较高，有利于切削速度的提高。
　　(2)铣削过程不平稳
　　由于铣刀刀齿的切入和切出，使同时参加工作的切削刃数量发生变化，致使切削面积变化较大，切削力产生较大的波动，容易使切削过程产生冲击和振动。因而限制了表面质量的提高。
　　(3)刀齿散热较好
　　由于每个刀齿是间歇工作，刀齿在从工件切出至切入的时间间隔内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。但是，刀齿在切入和切出工件时，产生的冲击和振动会加速刀具的磨损，使刀具耐用度降低，甚至可能引起硬质合金刀片的碎裂。因此，铣削时，若采用切削液对刀具进行冷却，则必须连续浇注，以免产生较大的热应力。
　　3、铣床
　　（1）卧式铣床
　　卧式铣床的主轴是水平的，与工作台台面平行，为了适应铣螺旋槽等工作，有的
　　卧式铣床的工作台还可在水平面内旋转一定的角度，这就是万能卧式铣床。卧铣时，工件的平面是由铣刀外圆柱面上的刀刃形成的(称为周铣法)。
　　（2）立式铣床
　　立式铣床的主轴与工作台台面垂直。为了扩大加工范围，有的立式铣床的主轴还能在垂直面内旋转一定的角度。立铣时，工件的平面是由铣刀的端面刀刃形成的(称为端铣法)。立式铣床的其他部分与卧式铣床的相似。
　　（三）刨削加工
　　1、刨削加工的范围及其特点
　　刨削是使用刨刀在刨床上进行切削加工的方法，主要用来加工各种平面、沟槽和齿条、直齿轮、花键等母线是直线的成型面。刨削比铣削平稳，但加工精度较低，其加工精度一般为IT10~IT8，表面粗糙度为Ra6.3~1.6μm。
　　刨削加工的特点是因加工时，主运动是刀具(或工件)的往复直线运，换向时要克服较大的惯性力，从而限制了主运动速度的提高；回程不进行切削，而且刨刀是单刃刀具，一个表面往往要经过多次行程才能加工出来，所以生产率较低；刨削为间断切削，刀具在切入和切出工件时受到冲击和振动，容易损坏。因此，在大批量生产中应用较少，常被生产率较高的铣削、拉削加工代替。
　　2、刨床
　　（1）牛头刨床
　　牛头刨床因其滑枕刀架形似“牛头”而得名。一般由床身、滑枕、底座、横梁、工作台和刀架等部件组成。刨床的主运动是滑枕的往复运动，进给运动是工作台在横梁导轨上的间歇直线移动。此外，横梁可连同工作台沿床身竖直导轨作升降调整运动，刀架可作一定量的上下移动，并可以偏转一定的角度，以适应背吃刀量的调整和角度的刨削。
　　（2）龙门刨床
　　龙门刨床主要用于加工大型工件或重型零件上的各种平面、沟槽以及各种导轨面，也可在工作台上一次装夹多个零件同时进行加工。其主运动是零件随工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带动刨刀作横向或垂直的间歇运动。
　　（四）钻削和镗削加工
　　1、钻削和镗削都是加工孔的方法。钻削包括钻孔、扩孔、铰孔和锪孔。其中，钻孔、扩孔和铰孔分别属于孔的粗加工、半精加工和精加工，俗称“钻—扩—铰”。钻孔精度较低，为了提高精度和表面质量，钻孔后还要继续进行扩孔和铰孔。钻削加工是在钻床上进行的。镗削是利用镗刀在镗床上对工件上的预制孔进行后续加工的一种切削加工方法。
　　2、钻削加工
　　（1）钻孔
　　钻孔(Driling)是用钻头在实体工件上钻出孔的方法，常用的钻头是麻花钻。钻孔时，首先根据孔径大小选择钻头。一般，当孔径小于30mm时，可一次钻出；大于30mm时，应先钻出一小孔，然后再用扩孔钻将其扩大。钻削是一种半封闭式切削，排屑困难，又难于冷却润滑，而且钻削力较大。所以，钻削时温度易升高，刀具易磨损。用麻花钻(TeistDrill)加工的孔精度较低，表面较粗糙，其加工精度一般为IT13~IT12，表面粗糙度为Ra12.5~6.3μm，生产效率较高。因此，钻孔主要用于加工精度要求不高以及精度较高的孔的预加工。
　　（2)扩孔 
　　对已有孔进行扩大的加工方法称为扩孔(CoreDriuing)，仅为了扩大孔的直径的扩孔可用麻花钻，在扩大孔的直径的同时提高孔形位精度的扩孔采用专门的扩孔钻。扩孔钻的切削刃比一般钻头多，有3、4个，无横刃，其顶端是平的，螺旋槽较浅，所以刚性好不易变形，导向性能好，切削较平稳，因而扩出的孔的精度和表面质量较好。其加工精度一般为IT10~IT8，表面粗糙度为Ra6.3~3.2μm。扩孔可作为要求不高孔的最终加工，也可作为精加工(如铰孔)前的预加工。
　　（3)铰孔
　　铰孔(Reaming)是用铰刀在扩孔或半精镗后的孔壁上切除微量金属层，以提高孔的尺寸精度和减小表面粗糙度值的一种精加工方法。铰刀(Reamev)是多刃切削刀具，有6~12个切削刃，铰孔时导向性好。铰刀刀齿的齿槽很浅，铰刀的横截面大、刚性好、加工精度可达
　　IT7~IT6，表面粗糙度为Ra0.8~0.4μm。铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种，手用铰刀工作部分较长，机用铰刀工作部分较短。

《模具零件的几种机械加工方法》

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