項(xiàng)目三

鍛模零件機(jī)械加工工藝1.掌握鍛模模具制造技術(shù)要求與特點(diǎn)。2.能夠?qū)﹀懩３Ｓ昧悴考M(jìn)行技術(shù)和工藝分析。3.能夠合理安排鍛模零部件的機(jī)械加工工藝路線。4.具備編制鍛模零部件機(jī)械加工工藝規(guī)程的能力。1.能夠獨(dú)立分析鍛模常用零部件的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)。2.能夠?qū)﹀懩３Ｓ昧悴考M(jìn)行一般的工藝計(jì)算。3.能夠編制鍛模常用零部件機(jī)械加工工藝規(guī)程。圖3-1為齒輪毛還圖,圖3-2是這個(gè)齒輪毛還的壞料鍛模圖(包括上下模塊)。鍛模材料為5CrMnMo模具鋼。下面學(xué)習(xí)如何編制它的機(jī)械加工工藝文件。任務(wù)1鍛模零件機(jī)械加工的特點(diǎn)與要求鍛模是金屬在熱態(tài)下進(jìn)行體積成形時(shí)所用模具的統(tǒng)稱。一副能滿足鍛件生產(chǎn)任務(wù)需要模具的完成,不僅需要科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)技術(shù),而且還需要正確、恰當(dāng)?shù)闹圃旆椒āＲ弧㈠懩５姆诸?/p>

鍛模有多種分類方法,可以按模鍛設(shè)備進(jìn)行分類,也可以按工藝用途進(jìn)行分類,還可以按鍛模結(jié)構(gòu)和分模面的數(shù)量等進(jìn)行分類。

按模鍛設(shè)備不同,鍛?？煞譃殄N用鍛模、螺旋壓力機(jī)用鍛模、熱模鍛壓力機(jī)用鍛模、平鍛機(jī)用鍛模、水壓機(jī)用鍛模、高速錘用鍛模、輥鍛機(jī)用鍛模、熱模鍛壓力機(jī)用鍛模和楔橫軋機(jī)用鍛模等。這種分類方法主要考慮了各種鍛壓設(shè)備的工作特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝特點(diǎn)等,因此,決定了鍛模的結(jié)構(gòu)和使用條件也有所不同。

按工藝用途(所完成的變形工序種類)不同,鍛模可分為鍛造模具、擠壓模具、冷鍛模具、輥鍛模具、校正模具、壓印模具、精整模具、精鍛模具、切邊模具、沖孔模具等。這種分類方法主要考慮了不同變形工序的變形規(guī)律,因此,各類模具的模膛設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要求也不一樣。

其他分類方法還有按鍛模的結(jié)構(gòu)不同可以分為整體鍛模和組合鍛模、按終鍛模膛的結(jié)構(gòu)不同可以分為開式鍛模和閉式鍛模、按分模面的數(shù)量不同可以分為單分模面鍛模和多鍛向模鍛鍛模等。二、鍛模零件加工的特點(diǎn)

鍛模是鍛造生產(chǎn)的主要專用工具,是機(jī)械制造業(yè)中加工產(chǎn)品毛壞或零件不可缺少的專用工藝裝備之一。其本身具有一定形狀的型腔(又稱模膛)與所制造的制品零件相當(dāng)。在使用過程中是對(duì)高溫狀態(tài)下的金屬進(jìn)行加工,而且承受著很大的壓力及沖擊力,工作條件差,故要求鍛模有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性及耐熱、耐磨等性能。鍛造模具在制造加工中有一些獨(dú)特的地方,其主要表現(xiàn)在:(1)鍛模的各部件的坯料材料一定要符合設(shè)計(jì)要求,材料的化學(xué)成分要嚴(yán)格符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),還料必須經(jīng)過鍛打,并且鋼粗比不應(yīng)小于2,鍛造比不小于4,鍛棒或軋鋼鍛造比不小于3。(2)模塊的纖維方向要符合要求,即長(zhǎng)方形模塊應(yīng)與縱向(長(zhǎng)度方向)中心線平行;寬度較大的模塊應(yīng)與橫線中心線平行;圓形或近似圓形模塊的纖維方向應(yīng)為徑向,不允許順鑲塊高度方向分布,如圖3-3所示。(3)模膛的型腔尺寸、位置精度要滿足圖樣的公差要求,表面粗糙度一般要達(dá)到Ra0.4~0.8um;同時(shí)模膛表面還不應(yīng)有斑點(diǎn)裂紋縮孔等缺陷。(4)鍛模各模塊的熱處理要求較嚴(yán),熱處理后的硬度指標(biāo)一定要達(dá)到,不允許有熱處理裂紋和變形。(5)鍛模模塊的各棱邊應(yīng)進(jìn)行倒角,其角應(yīng)小于最大邊長(zhǎng)的3%,基準(zhǔn)面和校驗(yàn)面棱邊圓角應(yīng)小于R10。(6)鍛模模膛加工，一般先進(jìn)行粗加工,并留有精加工余量,待熱處理淬硬后再進(jìn)行精加工或鉗工修整。但在加工過程中,多采用事先做好的成形樣板邊檢測(cè),邊修磨,最后采用灌鉛液待冷凝后檢測(cè),再修整成形,直到認(rèn)為合適為止。三、鍛模零件加工的要求鍛模主要用于大批量鍛件生產(chǎn),模具質(zhì)量和壽命直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，其使用條件十分惡劣,在加工制作時(shí)應(yīng)符合下述技術(shù)要求:(1)鍛模的各部分形狀尺寸應(yīng)符合模具安裝對(duì)應(yīng)規(guī)格要求。如鍛模的緊固部分燕尾的形狀和尺寸,應(yīng)與所使用的鍛壓設(shè)備相應(yīng)的燕尾尺寸一致,燕尾的高度應(yīng)略大于相應(yīng)的燕尾深度,并且燕尾的支承面與分模面的平行度誤差應(yīng)小于模塊最大尺寸的0.05%;燕尾直線平行度合?；鶞?zhǔn)面平行度應(yīng)分別不超過規(guī)定的允許值。(2)在加工多模膛鍛模時(shí),模膛的位置尺寸及各部分尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。(3)模膛在加工時(shí)，其垂直剖面處應(yīng)嚴(yán)格按圖樣加工出圓角，并要求同一鍛模內(nèi)、外圓角半徑大小應(yīng)統(tǒng)一。同時(shí),還應(yīng)加工出一定的起模斜度，目的是便于鍛件鍛成后的起模,如圖3-4所示。起模斜度一般為30’1°30’2°3°5°7°15°其大小可在試模時(shí)修正,并且內(nèi)斜角β要比外斜角α大一些。(4)模膛在熱處理后,均應(yīng)由鉗工精修和磨光。其中,預(yù)鍛模

Ra應(yīng)為3.2~1.6μm;終鍛模Ra應(yīng)為0.8~0.4μm;分模面與一般制坯模膛經(jīng)精創(chuàng)后應(yīng)達(dá)到Ra12.5~6.3μm。(5)模膛淬火前后，均要用灌鉛法制出校樣檢測(cè)。任務(wù)2鍛模零件的機(jī)械加工工藝一、鍛模制造的程序(1)熟悉圖樣,分析加工特征,制訂加工工藝過程。(2)進(jìn)行一些工藝準(zhǔn)備工作,如用薄鋼板制作模膛不同截面的形狀的樣板,作仿形銑的靠?；螂娀鸹庸び玫碾姌O等。(3)根據(jù)實(shí)際情況安排生產(chǎn)。

鍛模的加工工藝過程大致包括模塊的預(yù)加工、模膛的加工、熱處理以及精整加工等。對(duì)一副模具的加工而言,可以將鉆起重孔、鉗工劃線、銑或創(chuàng)基準(zhǔn)面、加工燕尾槽、加工分模面等視為鍛模的預(yù)加工。模膛的加工是鍛模加工的主要任務(wù)。模膛形狀一般比較復(fù)雜,根據(jù)模膛形狀、尺寸及生產(chǎn)技術(shù)條件,可以安排普通機(jī)械加工、電加工或壓力加工等方法來完成。熱處理后進(jìn)行精整加工,如磨平面、模膛拋光等。

鍛模熱處理對(duì)模具質(zhì)量影響很大。模塊毛壞在機(jī)械加工前需經(jīng)熱處理退火,目的是降低硬度,消除殘余內(nèi)應(yīng)力,改善組織結(jié)構(gòu),改善切削性能并為以后的淬火處理在組織上做好準(zhǔn)備。至于淬火與回火處理,在工藝過程中的安排主要有以下兩種不同的方式:一種方式是機(jī)械加工基本完成,模膛也已加工出來,然后進(jìn)行淬火,這樣可以使模膛得到較高的硬度,但可能由于淬火引起變形,模膛需進(jìn)行修正和拋光,耗費(fèi)勞動(dòng)量比較大。因此,這種方法常用于中小型鍛?；虼慊鹱冃涡〉牟牧现圃斓哪＞?。另一種方式是將鍛模預(yù)加工完成后進(jìn)行淬火,模膛精加工在淬火后進(jìn)行,這樣可以避免熱處理變形的影響,但因淬火硬度高,切削加工困難，一般用特種加工解決。對(duì)于較深模膛,由于模塊淬硬深度的關(guān)系,如在熱處理后加工模膛,其表面硬度會(huì)受到一些影響,但對(duì)大型模具而言,硬度要求稍低,考慮到淬火變形過大難以修正,故對(duì)大型鍛?；虼慊鹱冃屋^大的材料制造的模具,常采用這種方式加工。二、鍛模模塊的外形加工

鍛模模塊外形加工一般采用常規(guī)的機(jī)械加工方法。其主要加工要素包括支承面和基準(zhǔn)面、分模面、鎖扣、燕尾、鍵槽等。加工過程為先粗加工并留精加工余量,經(jīng)熱處理淬硬以后再進(jìn)行精加工、打磨、拋光,最后達(dá)到圖樣規(guī)定的尺寸精度及表面結(jié)構(gòu)要求。大型模具的加工要用大型設(shè)備(如龍門銑床、龍門創(chuàng)床等)加工。圓形鎖扣一般粗車以后經(jīng)熱處理再精車,然后由鉗工用樣板檢查精修尺寸,用透光法檢測(cè)間隙值;角形鎖扣則采用銑床或創(chuàng)床進(jìn)行粗加工,熱處理后再用仿形銑精加工,最后由鉗工修磨到尺寸,并用樣板檢查。三、鍛模模膛的表面加工

鍛模模是鍛模的主要工作面。模膛的加工精度直接影響鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量。模膛表面粗糙度值小,硬度高,金屬流動(dòng)就容易,表面質(zhì)量高;模膛輪廓尺寸公差小,精度高鍛件的尺寸公差就精確;同時(shí)鍛模壽命也長(zhǎng)模膛加工技術(shù)是鍛模加工的關(guān)鍵技術(shù)。圖3-5所示為連桿鍛模。一般而言,加工順序是先粗加工,留精加工余量,再進(jìn)行精加工及鉗工修整成形。常用的模膛加工方法有立銑、仿形銑、電火花加工、線切割、數(shù)控加工中心以及電解、壓力加工和精密鑄造等。加工后的型腔必須通過樣板、驗(yàn)棒或三坐標(biāo)儀等進(jìn)行檢查,根據(jù)檢查結(jié)果由鉗工進(jìn)行修整后，還要用灌鉛法進(jìn)行校樣檢測(cè),直到合格為止。常用模膛的加工方法見表3-1。對(duì)于一些有特殊要求或形狀比較復(fù)雜的精密鍛模型腔,可以用精密鑄造的方法來獲得。常用的精密鍛模典型工藝見表3-2。用銑床加工型腔一般都是手動(dòng)操作,勞動(dòng)強(qiáng)度大,對(duì)工人的操作技能要求較高。為了提高銑削效率,對(duì)于銑削余量較大的型腔,在銑削前應(yīng)進(jìn)行粗加工去除大部分材料,僅留有均勻的精加工余量,再用指形銑刀進(jìn)行加工,最后由鉗工修磨、拋光制得合格的型腔?，F(xiàn)以圖3-6所示的起重吊環(huán)鍛模型腔為例說明型腔的銑削過程。(1)坯料的準(zhǔn)備根據(jù)模具型腔所用的材料和尺寸,將還料鍛造成為長(zhǎng)方體,留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?并進(jìn)行退火處理。(2)坯料的預(yù)加工為保證上、下兩型腔互相對(duì)準(zhǔn),并為銑削加工準(zhǔn)備可靠的定位基準(zhǔn),在銑削前要對(duì)坯料進(jìn)行以下預(yù)加工。將壞料創(chuàng)削、磨削加工成平行六面體一加工出上、下型腔板導(dǎo)柱孔一磨平分型面,裝配上、下型腔板導(dǎo)柱,導(dǎo)柱與下模板為過盈配合,與上模板為間隙配合一將上、下模板拼合后磨平4個(gè)側(cè)面及2個(gè)平面,保證垂直度要求和上、下模尺寸一致一在上、下模板分型面上按圖樣尺寸畫出吊環(huán)輪廓線,保證中心線和兩側(cè)面距離相等。(3)型腔工藝尺寸的計(jì)算根據(jù)圖樣和各尺寸之間的幾何關(guān)系計(jì)算得到兩個(gè)R14弧的中心距為61mm(即上下兩個(gè)R14弧的半徑之和再加上兩個(gè)R14弧之間的距離33mm,即14+14+33=61),吊環(huán)兩圓弧的中心距離為36mm。(4)工件的裝夾將圓轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在銑床工作臺(tái)上,使圓轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心重合。將模板安裝在圓轉(zhuǎn)臺(tái)上,按劃線找正并使一個(gè)R14的圓弧中心和圓轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合。用定位塊1和2靠在工件兩個(gè)互相垂直的基準(zhǔn)面上并在側(cè)面墊入尺寸為61mm的塊規(guī)(為找正并使一個(gè)R14的圓弧中心和圓轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合),分別將定位塊和工件夾緊固定,如圖3-7所示。(5)型腔的銑削用圓頭指形銑刀對(duì)型腔的各個(gè)圓弧槽和直圓弧槽分別進(jìn)行銑削。

其過程為:①移動(dòng)鐵床工作合使銑刀和型腔圓弧槽對(duì)正,轉(zhuǎn)動(dòng)圓轉(zhuǎn)合進(jìn)行銑削,加工出一個(gè)R14的圓弧槽。②取走尺寸為61mm的塊規(guī),使另一個(gè)R14圓弧槽中心與圓轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合,銑削出圓弧槽,如圖3-8所示。移動(dòng)銑床工作臺(tái),使銑刀中心對(duì)正型腔中心線,移動(dòng)銑床工作臺(tái)銑削兩凸圓弧槽中間銜接部分,要保證銜接平滑。③在定位塊12和基準(zhǔn)面之間分別墊入尺寸為30.5mm和60.78mm的規(guī)塊,使R40圓弧中心與圓轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合,移動(dòng)工作臺(tái)使銑刀和型腔圓弧槽對(duì)正,銑削達(dá)到要求,如圖3-9所示。④松開工件在定位塊2和基準(zhǔn)面之間再墊入尺寸為36mm的塊規(guī)使工件另一個(gè)R40圓弧槽中心與圓轉(zhuǎn)臺(tái)中心重合。壓緊工件,銑削圓弧槽達(dá)到要求的尺寸,如圖3-10所示。⑤銑削直線圓弧槽,移動(dòng)床工作臺(tái),削型腔直線槽部分,保證直線槽和圓弧槽的平滑銜接。⑥在車床上車削圓柱型腔部分(圖3-6中在R14圓弧槽的右邊在車床上車削圓柱型腔部分)。(6)仿形銑削加工型腔仿形銑削采用圓柱球頭銑刀,加工表面殘留的刀痕較明顯,表面粗糙。加工過程中刀刃為非連續(xù)切削,容易產(chǎn)生振動(dòng)?？磕５闹圃炀?、仿形銷的尺寸和形狀誤差、仿形儀的靈敏度和準(zhǔn)確度等均影響加工精度。它主要用于高精度型腔面的粗加工,或者精度要求不高、表面結(jié)構(gòu)要求較低的型面的加工。一般仿形銑削后仍需進(jìn)行鉗工修磨、拋光才能達(dá)到要求。四、樣板的設(shè)計(jì)與制造

樣板是與模具模膛某一截面或某一表面(或其投影)相吻合的板狀檢測(cè)工具，其主要作用是對(duì)模具幾何形狀和尺寸進(jìn)行檢測(cè)和控制。

1.樣板的分類樣板主要按工作性能進(jìn)行分類，見表3-3。

2.樣板的設(shè)計(jì)

樣板是在編制模具工藝規(guī)程時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的基本原則是:在盡可能多地測(cè)量模具型腔的尺寸和滿足制模過程各工序需要的前提下,樣板數(shù)盡可能少。鍛模樣板的基本技術(shù)要求:(1)制造公差:一般取模膛尺寸公差的2/5~1/5,且模型面取負(fù)值,凸模型面取正值。(2)表面粗糙度:精鍛模樣板Ra<0.63~0.2μm,制還模和自由鍛胎模模膛樣板Ra<2.5~1.6μm,普通鍛模樣板Ra<1.25~0.4μm。(3)材料要求:普通鋼板，一般不需要熱處理,中小樣板料厚為1~2mm,大型樣板料厚為2~5mm。樣板表面可適當(dāng)進(jìn)行防銹處理,如涂(噴)漆、發(fā)藍(lán)、鍍鋅等。(4)樣板的加工方法:樣板的加工方法見表3-4。五、典型鍛模機(jī)械加工工藝過程

下面以連桿鍛模為例,進(jìn)行鍛模零件加工工序流程分析。

圖3-11為連桿鍛模圖,圖3-12為連桿鍛零件。模具毛還采用鍛件，其機(jī)械加工工藝過程如下:(1)鍛造毛壞按照模塊設(shè)計(jì)尺寸鍛造模塊。以獲得相應(yīng)的形狀及尺寸并留有創(chuàng)加工余量。(2)熱處理退火消除內(nèi)應(yīng)力,改善機(jī)械加工性能。(3)加工基準(zhǔn)面刨磨模塊,使相鄰的各面相互垂直。(4)劃線劃鍛模起吊孔、分模面、燕尾槽、合?；鶞?zhǔn)和作為工藝基準(zhǔn)的檢驗(yàn)面。(5)鉆起吊孔鉗工鉆鍛模起吊孔。(6)機(jī)加工創(chuàng)或銑分模面、燕尾槽、合模基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。(7)劃線在分模面上劃出模膛的最大輪廓線并打上樣沖眼。(8)鉆孔鉗工預(yù)鉆孔,在模膛要被加工的部位鉆若干個(gè)不通孔，減少下一步機(jī)械加工余量。(9)模膛加工①在加工中心加工,留精修余量;

②在立式鐵床上按劃線加工留精修余量；

③采用仿形銑加電火花加工,留精修余量。(10)修磨鉗工修刮機(jī)械加工難以達(dá)到的部位(如小圓弧、邊角等),用樣板配合檢查,反復(fù)修磨。(11)機(jī)加工銑削模塊其他部位(如鍵槽、邊槽等)。(12)修刮鉗工仔細(xì)修刮毛邊槽,特別是毛邊槽橋部。(13)熱處理淬火一回火,使鍛模模膛達(dá)到規(guī)定的硬度要求(14)模膛精加工研磨和拋光表面,達(dá)到規(guī)定的表面粗糙度和硬度要求。(15)檢查試打校樣塊,檢查,填寫檢查記錄。圖3-2是一副齒輪毛還的還料鍛模圖(包括上、下模塊)為螺旋壓力機(jī)鍛模,材料為5CrMnMo模具鋼。

1.零件的工藝分析

這副模具是用于加工齒輪毛壞的,工件材料為45鋼,尺寸精度和表面粗糙度要求都不高。模具模膛形狀比較規(guī)則,而且較淺。加工的關(guān)鍵技術(shù)要求是要保證模膛形狀規(guī)則和上、下模零件模膛的中心線重合,保證上、下表面的平行度和表面粗糙度。2.毛壞的選擇

毛壞為鍛件。上模零件毛坯做成六面體,下模零件毛坯做成圓柱體。3.工藝路線的擬定

因?yàn)樯?、下模零件模膛表面都為回轉(zhuǎn)面,形狀相同,深度不大,精度要求不高,所以采用機(jī)械加工成形,然后熱處理，之后修整拋光的方法。

它們的加工工藝路線為:

上模:下料→鍛打→退火→銑毛坯外形→磨上下平面→劃線→鉆較銷孔→車模膛型面→熱處理淬火→修整→檢驗(yàn)。

下模:下料→鍛打→退火→車毛坯外形→磨上下平面→劃線→鉆攻銷孔→車模膛型面→熱處理淬火→修整→檢驗(yàn)。4.各工序內(nèi)容的設(shè)計(jì)(1)上模工序1:下料

下料。

工序2:鍛打

按模具外形尺寸加余量鍛打成六面體。

工序3:退火

熱處理退火。

工序4:銑毛壞外形

對(duì)各面進(jìn)行粗加工和半精加工,頂面安裝止口尺寸加工到位。機(jī)床為X52K普通立式銑床。工序5:磨上下平面

磨上下平面,保證平行度。然后磨相互垂直的兩側(cè)面,為劃線作準(zhǔn)備。機(jī)床為M7120平面磨床。

工序6:劃線

劃零件中心線、模膛輪廓線、孔線。

工序7:鉆孔

鉆較銷孔。

工序8:車模膛型面

粗、精車模膛型腔和飛邊槽等,用樣板檢查,尺寸精度和表面粗糙度達(dá)到圖樣要求注意Ф420mm內(nèi)圓柱面為基準(zhǔn)面，精加工應(yīng)一次裝夾加工成形。機(jī)床為C6140普通車床。工序9:熱處理淬火

淬火,回火,保證硬度58~62HRC。

工序10:修整修整,拋光。

工序11:檢驗(yàn)按圖樣檢驗(yàn)各尺寸。(2)下模工序1:下料

下料。

工序2:鍛打

按模具外形尺寸加余量鍛打成圓柱體。

工序3:退火

熱處理退火。工序4:車毛坯外形

對(duì)外形進(jìn)行粗加工和半精加工,外圓加工到位,機(jī)床為C6140普通車床。

工序5:磨上下平面

磨上下平面,保證平行度。機(jī)床為M7120平面磨床。工序6:劃線

劃零件中心線和模膛輪廓線、孔線。

工序7:鉆孔

鉆較銷孔。

工序8:車模膛型面粗、精車模膛型腔和飛邊槽等,用樣板檢查，尺寸精度和表面粗糙度達(dá)到圖樣要求,注意Ф420mm外圓柱面為基準(zhǔn)面，精加工應(yīng)一次裝夾加工成形。工序9:熱處理淬火

淬火,回火,保證硬度58~62HRC。

工序10:修整

修整,拋光。

工序11：檢驗(yàn)

按圖樣檢驗(yàn)各尺寸。任務(wù)四

鋁合金擠壓模零件機(jī)械加工工藝1.掌握鋁合金擠壓模制造技術(shù)要求與特點(diǎn)。2.能夠?qū)︿X合金擠壓模常用零部件進(jìn)行技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析。3.能夠合理選擇鋁合金擠壓模零件毛壞。4.能夠合理安排鋁合金擠壓模零部件的加工工藝路線5.具備編制鋁合金擠壓模機(jī)械加工工藝規(guī)程的能力。1.能夠獨(dú)立分析常用鋁合金擠壓模零件的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)。2.能夠?qū)︿X合金擠壓模常用零部件進(jìn)行一般的工藝計(jì)算。3.能夠編制鋁合金擠壓模機(jī)械加工工藝規(guī)程。圖4-1為一副鋁合金型材擠壓模,圖4-2是由這副模具制造出來的制品的截面。如何制造出合格的擠壓模?這是本任務(wù)所要研究的問題。單元1鋁合金擠壓模零件的制造要求擠壓成形是一種常見的金屬塑性壓力成形方法。擠壓成形有冷擠壓和熱擠壓兩大類。冷擠壓是在室溫條件下對(duì)金屬的壓力成形加工;熱擠壓是對(duì)盛載容器(擠壓筒)中的一定溫度的熔融狀金屬錠坯施加外力,使之從特定的?？字辛鞒?從而獲得所需斷面形狀和尺寸產(chǎn)品的一種塑性加工方法。擠壓成形中應(yīng)用較多的是鋁合金型材的擠壓,本任務(wù)將以鋁合金型材擠壓模為例來研究擠壓成形模具的制造技術(shù)。一、鋁合金型材擠壓模的分類鋁合金型材擠壓模具可分為平面模(或整體模)和組合模兩大類(組合模見圖4-3)。平面模包括棒材模、管材模和型材模。型材模按型材的壁厚可分為厚壁型材模(δ>3mm)和薄壁型材模(δ<3mm)，按模塊大小可分為小型模(Ф200mm×500mm以下)、中型模[Ф(260~460)mm×(50~80)mm]、大型模[Ф(500~1800)mm×(80~400)mm],按型材用途可分為軍工及其他工業(yè)用型材、民用建筑型材以及帶板與異型棒材模,按型材斷面變化可分為階段變斷面型材模和逐漸變斷面型材模等。組合?？煞譃槠矫娣至鹘M合模、舌形?；驑蚴侥！⑿切文；虿婕苣?。鋁合金型材擠壓模不僅種類繁多,而且需求量也相當(dāng)大。模具失效的主要原因是工作帶磨損引起的產(chǎn)品截面尺寸壁厚變大。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國目前鋁合金型材擠壓模的平均壽命為5~10t/模(模具平均壽命國際水平為15~20t/模),2007年全國鋁合金型材擠壓模消耗量達(dá)80萬套以上。二、鋁合金擠壓模的制造要求

鋁合金擠壓模是一類十分特殊的模具,在工作過程中需要承受高溫、高壓、高摩擦的作用,所以,對(duì)模具制造技術(shù)也有一些特殊的要求。(1)由于鋁合金擠壓模的工作條件十分惡劣,因此要采用高強(qiáng)度的耐熱合金鋼,而這些材料的熔煉、鑄造、鍛造、熱處理、機(jī)加工、電加工和表面處理等工藝過程都十分復(fù)雜,這給模具加工帶來了一系列的困難。(2)為了提高模具的使用壽命和保證產(chǎn)品的表面品質(zhì),要求模腔工作帶的表面粗糙度達(dá)到Ra0.4~0.2μm,流道表面粗糙度達(dá)到Ra1.6μm以下因此在制模時(shí)需要采取特殊的拋光工藝和拋光設(shè)備。(3)由于擠壓產(chǎn)品日益向高、精、尖方向發(fā)展,有的型材的壁厚達(dá)到0.5mm左右,制品公差要求達(dá)到+0.02mm,結(jié)構(gòu)也變得十分復(fù)雜,這種模具采用傳統(tǒng)的工藝已經(jīng)無法制造出來,因此要求更新的工藝和新型專用設(shè)備。(4)鋁合金型材結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,特別是超高精度的薄壁空心型材和多孔空心壁板型材要求采用特殊的模具結(jié)構(gòu),使模具截面的厚度變化急劇,圓弧拐角比較多,相關(guān)尺寸復(fù)雜,對(duì)模具的加工和熱處理提出了更高的要求。(5)擠壓產(chǎn)品的品種繁多,批量小,換模次數(shù)頻繁,要求模具的適應(yīng)性強(qiáng)因此要進(jìn)一步提高模具的生產(chǎn)率,盡量縮短制模周期,盡快變更制模程序,能準(zhǔn)確無誤地按設(shè)計(jì)圖樣加工出符合要求的模具,使修模的工作量減少到最低程度。(6)由于鋁合金產(chǎn)品的使用范圍日趨廣泛,規(guī)格范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,模具尺寸差別也懸殊有輕至數(shù)千克外形尺寸為中Ф100mmX25mm的小型模具,也有重達(dá)2000kg外形尺寸為Ф1800mmX450mm的大型模具;有輕至數(shù)千克外形尺寸為Ф65mmX800mm的小型擠壓軸,也有重達(dá)10t以上外形尺寸為Ф2500mmX2600mm的大型擠壓筒。相應(yīng)規(guī)格模具的制造工作量的巨大差距,要求采用完全不同的制造方法和程序,采用完全不同的加工設(shè)備。(7)擠壓模種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配精度要求很高,除了采取特殊的加工方法和特殊的加工設(shè)備以外,還需要采用特殊的工裝夾具以及特殊的裝配調(diào)整方法。(8)為了提高模具的質(zhì)量和使用壽命，除了選擇合理的材料和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以外,還需要采用合適的熱處理工藝和表面處理工藝,以獲得符合要求的模具硬度和高的表面品質(zhì),這對(duì)于形狀特別復(fù)雜的難擠壓制品和特殊結(jié)構(gòu)的模具來說,顯得尤為重要。(9)擠壓模復(fù)雜,對(duì)加工質(zhì)量的檢查也提出了很高的要求,不但要求對(duì)其幾何形狀、尺寸精度進(jìn)行檢測(cè),還要對(duì)其硬度、表面質(zhì)量進(jìn)行精確測(cè)量。這不但需要一系列專門的檢測(cè)設(shè)備,還要有對(duì)應(yīng)的檢測(cè)程序。

可見,鋁合金擠壓模的加工工藝不同于一般的機(jī)械零件制造工藝,是一門難度很大、涉及面很廣的特殊技術(shù)。為了制造出高質(zhì)量、高壽命的模具,除了要選擇和制備優(yōu)質(zhì)的模具材料以外,還應(yīng)該制訂科學(xué)合理的冷加工工藝、電加工工藝、熱處理工藝、表面處理工藝和裝配工藝。三、鋁合金擠壓工模具的材料及熱處理要求

1.對(duì)擠壓工模具材料的要求(1)高的強(qiáng)度和硬度值。擠壓工模具一般在高比壓下工作,要求模具材料在常溫下σb大于1500MPa。(2)高耐熱性。在高溫(一般鋁合金擠壓溫度為500℃左右)下有抵抗機(jī)械負(fù)荷的能力(保持形狀的屈服強(qiáng)度以及避免破斷的強(qiáng)度和韌性),而不過早地產(chǎn)生退火和回火的現(xiàn)象。在工作溫度下,擠壓工具材料的σb不應(yīng)低于850MPa;擠壓模具材料的不應(yīng)低于1200MPa。(3)在高溫高壓下具有高的沖擊韌性,以防止模具在應(yīng)力條件下或在沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。(4)高的穩(wěn)定性。在高溫下有抗氧化穩(wěn)定性,不易產(chǎn)生氧化皮。(5)高的耐磨性。在長(zhǎng)時(shí)間的高溫、高壓和潤(rùn)滑不良的情況下,表面有抵抗磨損的能力,有抵抗金屬“黏結(jié)”和磨損模具表面的能力。(6)具有良好的淬透性。確保工模具的整個(gè)斷面(特別是大型模具的橫斷面)有高且均勻的力學(xué)性能。(7)具有激冷、激熱的適應(yīng)能力?？垢邿釕?yīng)力和防止模具在連續(xù)、反復(fù)、長(zhǎng)時(shí)間使用中產(chǎn)生疲勞裂紋。(8)高導(dǎo)熱性。能迅速從工模具表面散發(fā)熱量,防止被擠壓工件和模具本身產(chǎn)生局部過燒或過多地?fù)p失其力學(xué)強(qiáng)度。(9)抗反復(fù)循環(huán)應(yīng)力性強(qiáng)。要求高的持久強(qiáng)度,防止過早疲勞損壞。(10)具有一定的耐蝕性和良好的可氮化特性。(11)具有小的膨脹系數(shù)和抗蠕變性能。(12)具有良好的工藝性能。材料容易熔煉、鍛造、熱處理和機(jī)械加工。(13)容易獲取,并且價(jià)格合適。

2.鋁合金擠壓工模具的材料選擇

鋁合金擠壓工模具的材料選用受到很多因素的影響,要綜合權(quán)衡利弊,合理選擇。目前,我國主要采用3Cr2w8V、4CrMoSiV14Cr5MoSiV等作為鋁合金擠壓模具的材料選擇3Cr2w8V、4CrMoSiV15CrMnMo等作為基本工具的材料。單元2鋁合金擠壓模零件的機(jī)械加工工藝一、鋁合金擠壓模的加工方法鋁合金擠壓模的基本加工方法主要有冷加工(機(jī)械加工)、熱加工(熱處理及表面處理)、電加工(電火花和線切割加工等)三大類。根據(jù)模具的種類、結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格大小、精度要求、批量大小、設(shè)備條件和技術(shù)水平等因素來綜合選擇不同的制造方法和不同的制模工藝流程。

比較典型的工藝路線是:

備料→壞料復(fù)檢(鍛造毛還的超聲波探傷)→粗車外形→銑印口→劃模具中心線、型孔線→鉆工藝孔→熱處理→磨兩端面→精車外形→劃模具、型孔中心線→線切割加工工作帶→電火花加工出口帶→修整孔型→與相關(guān)件配合(或組裝)→檢驗(yàn)。二、鋁合金擠壓模的加工要點(diǎn)

除了材料性能和熱處理工藝以外,影響模具性能的主要因素有流道表面機(jī)加工質(zhì)量和工作帶的表面機(jī)加工質(zhì)量?jī)牲c(diǎn)，這兩個(gè)部位的機(jī)械加工是模具加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.流道表面的加工

擠壓模的型腔流道是金屬材料有向流動(dòng)的必經(jīng)通道,在工作狀態(tài)下,流道表面要承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓、激冷激熱、反復(fù)循環(huán)應(yīng)力的作用;承受偏心載荷和沖擊載荷的作用;承受高溫、高壓下的劇烈摩擦等的惡劣因素的影響。在加工時(shí),表面形狀的準(zhǔn)確性和表面粗糙度對(duì)模具質(zhì)量有直接的影響,加工時(shí)必須認(rèn)真對(duì)待?，F(xiàn)在一般采取“精加工→熱處理、表面強(qiáng)化處理→修整、拋光→檢驗(yàn)”的加工流程來進(jìn)行加工。2.工作帶表面的加工模具工作帶是模具工作部分的核心部位,其加工質(zhì)量是影響產(chǎn)品質(zhì)量和模具壽命的決定性因素。工作帶的作用有兩點(diǎn):一是通過間隙形狀來決定制品的截面形狀和尺寸精度;二是通過確定各部位不同的軸向?qū)挾瘸叽鐏碚{(diào)整各部位出料的速度,使出料平直,達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。這里,前者要求必須嚴(yán)格控制工作帶型線的形狀和尺寸公差及表面粗糙度,后者要求必須嚴(yán)格控制工作帶的軸向?qū)挾瘸叽?。圖4-4所示為一個(gè)實(shí)心型材平面模的結(jié)構(gòu)示意圖從下方的工作帶局部圖可以看出,產(chǎn)品型線的各部位工作帶寬度值是不相同的(用數(shù)字表示),平直部分的尺寸較大,轉(zhuǎn)角和狹窄部位尺寸較小。尺寸較大的部位材料流量大,所以要求流動(dòng)阻力大一些,希望流速慢一些;反之,轉(zhuǎn)角和狹窄部位的材料流量小,所以要求流動(dòng)阻力小一些,希望流速快一些,最后達(dá)到各部位出料速度相對(duì)一致,材料平直。目前,工作帶型線的形狀和尺寸公差及表面粗糙度的最終加工還只能由鉗工手工加工完成,所以,要求模具鉗工有豐富的經(jīng)驗(yàn)和精湛的加工和檢測(cè)技術(shù);由于受多方面因素的影響和制約，工作帶的寬度也還沒有準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,只能由設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,大多時(shí)候要在試模時(shí)經(jīng)過多次修整才能最終達(dá)到要求。三、鋁合金擠壓模的加工工藝流程

不同的模具企業(yè)在加工不同型號(hào)的模具時(shí)會(huì)采用各不相同的工藝流程,鋁合金擠壓模加工工藝流程的影響因素不僅有制品型材的形狀、尺寸公差和幾何公差、表面精度、材質(zhì),還與擠壓設(shè)備、工作環(huán)境、工人技術(shù)水平相關(guān)。圖4-5所示為擠壓模的通用加工工藝流程,圖4-6所示為平面擠壓模模具組的加工工藝流程,圖4-7所示為分流組合模具的加工工藝流程。四、典型鋁合金擠壓模工藝過程

1.厚壁型材模具加工工藝過程分析

圖4-8為多孔實(shí)心型材平面模示意圖，其加工工藝過程如下:(1)備料3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1鍛坯;(2)粗車用普通車床加工外形,留精加工余量;(3)銑銑印記口;(4)劃線劃模具中心線,以模具中心線為基準(zhǔn),劃型孔出口帶線及銀絲孔的坐標(biāo)位置線,劃出銷孔位置線,打印記;(5)銑加工出口帶型孔寬度加工到名義尺寸,深度加工到工作帶最高處為止;(6)鉆孔鉗工鉆絲孔、定位銷孔,清除型孔內(nèi)殘?jiān)?(7)熱處理淬火與多次回火,硬度達(dá)到46~50HRC;(8)磨平磨模具的兩端面,使兩端面的平行度及軸線垂直度的允差為0.01mm,表面粗糙度為Ra1.6μm;(9)精車精車外圓,其公差為公稱尺寸的下極限偏差,外圓軸線與兩端面的線垂直度的允差為0.01mm;(10)劃線劃模具中心線;(11)線切割按模具中心線將模具裝夾在工作臺(tái)上，啟動(dòng)程序加工工作帶,按工作帶高度調(diào)節(jié)電流大小和行進(jìn)速度,以防燒損工作帶壁面和鉑絲，型孔尺寸公差一般要求為-0.08~-0.1mm(注意保證留工拋光加工余量),表面粗糙度為Ra3.2~1.6μm;(12)電火花加工用石墨作陽極加工出口帶,出口帶各區(qū)域應(yīng)圓滑過渡防止出現(xiàn)棱角(應(yīng)在此之前加工好電極,待用);(13)修整鉗工用什錦、粗細(xì)紗布、金相砂紙依次修整并拋光型孔,型孔尺寸精度為-0.05~-0.01mm,表面粗糙度為Ra1.6μm,最后加工出金屬流動(dòng)阻礙角;(14)珩磨在擠壓班磨機(jī)上磨型孔工作帶,表面粗糙度為Ra0.8~0.4μm;

(15)檢查按照?qǐng)D樣檢查模具外形、模具型孔尺寸,填寫檢查記錄;(16)試模與修模生產(chǎn)人員與修模人員配合,在擠壓機(jī)上試擠壓,按產(chǎn)品圖樣要求與技術(shù)條件檢查擠壓產(chǎn)品,當(dāng)產(chǎn)品不合格時(shí),應(yīng)進(jìn)行修模,直至合格為止;(17)拋光在液壓噴砂機(jī)上去除模具各處的殘?jiān)脱趸ぃ?18)氮化對(duì)型孔寬度δ>3mm的模具在輝光離子氮化爐內(nèi)氮化,對(duì)型孔寬度δ<3mm的模具在軟氮化爐內(nèi)氮化,氮化后的模具表面硬度為61~62HRC,氮化層深度為0.15~0.25mm;(19)交付使用。2.薄壁型材模具加工工序流程分析

圖4-9所示為方管型材平面模,圖4-10所示為其制品方管型材截面圖，模具的加工工藝流程如下:(1)備料3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1鍛坯;(2)粗車用普通車床加工外形,留精加工余量;(3)銑印記口(印記口應(yīng)在模具出口帶一邊);(4)劃線劃模具中心線,以模具中心線為基準(zhǔn),劃型孔出口帶線及絲孔的坐標(biāo)位置線,劃出銷孔位置線,打印記號(hào);(5)鉆孔鉗工鉆絲孔、定位銷孔,清除型孔殘?jiān)?(6)熱處理淬火與多次回火,硬度達(dá)到46~50HRC;(7)拋光在液壓噴砂機(jī)上清除絲孔內(nèi)氧化皮,以防止加工型孔時(shí)發(fā)生斷裂現(xiàn)象;(8)磨平磨模具的兩端面,使兩端面的平行度及軸線垂直度的允差為0.03mm,表面粗糙度為Ra1.6μm;(9)精車精車外圓,其公差為公稱尺寸的下極限偏差,外圓軸線與兩端面的線垂直度的允差為0.01mm;(10)劃線劃模具中心線；(11)線切割按模具中心線找正夾緊,穿絲切割型孔,型孔尺寸公差控制在-0.07~-0.08mm(注意保證留鉗工拋光加工余量),表面粗糙度為Ra3.2~1.6μm;(12)電火花加工用成形石墨陽極加工出口帶,當(dāng)出口帶加工到型孔工作帶最高處時(shí),將電極取下,按工作帶不同高度進(jìn)行修整以后重新找正夾緊繼續(xù)加工型孔工作帶,保證工作帶高度方向各過渡區(qū)圓滑過渡；(13)修整鉗工用什錦、粗細(xì)紗布、金相砂紙依次修整并拋光型孔，型孔尺寸精度為0~-0.05mm,表面粗糙度為Ra1.6μm,最后加工出金屬流動(dòng)阻礙角;(14)珩磨在擠壓磨機(jī)上磨型孔工作帶,表面粗糙度為Ra0.4μm以下;(15)檢查按照?qǐng)D樣檢查模具外形、模具型孔尺寸,填寫檢查記錄;(16)試模與修模生產(chǎn)人員與修模人員配合,在擠壓機(jī)上試擠壓,按產(chǎn)品圖樣要求與技術(shù)條件檢查擠壓產(chǎn)品,當(dāng)產(chǎn)品不合格時(shí),應(yīng)進(jìn)行修模,直至合格為止;(17)滲氮薄壁型材模具應(yīng)在軟氮化爐內(nèi)滲氮處理,型孔內(nèi)各區(qū)域的滲氮層深度應(yīng)均勻,表面硬度適中(61~62HRC),氮化層深度為0.15mm;(18)交付使用。

3.平面分流組合模加工工序流程分析圖4-11所示為平面分流組合模的示意圖,它的加工工藝流程如下：(1)上模加工流程

①備料3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1鍛坯；

②粗車用普通車床加工外形,留精加工余量1.52mm,同時(shí)車出芯頭的最大外接圓,表面粗糙度為Ra12.5μm;③劃線劃模具中心線，以模具中心線為基準(zhǔn)劃出芯頭外形、分流孔,打印記號(hào);

④銑或刨加工芯頭外形;

⑤鉆孔鉗工鉆分流孔、鉆螺釘孔;⑥銑分流孔、橋部,表面粗糙度為Ra12.5μm;

⑦鉗修正分流孔、橋部,表面粗糙度為Ra6.3μm;

⑧熱處理淬火與多次回火,硬度達(dá)到46~50HRC;

⑨平磨平磨模具的兩端面,使兩端面的平行度及軸線垂直度的允差為0.01mm,芯頭頂部拋光,表面粗糙度為Ra1.6μm;

⑩劃線以模具中心線為基準(zhǔn)劃出芯頭中心線(對(duì)偏移芯頭和多芯頭而言),劃芯頭上的型槽線；?刃磨磨芯頭外形,尺寸公差為+0.5mm,表面粗糙度為Ra1.6μm;

?

電火花加工用粗、精電極加工芯頭上的型槽出口帶及金屬入口;?拋光鉗工拋光芯頭、分流孔、橋部,芯頭及芯頭上的型槽表面粗糙度為Ra1.6μm,分流孔、橋部的表面粗糙度可為Ra3.2μm;?配合與下模試配。(2)下模加工流程

①備料3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1鍛坯;

②粗車粗車外形,留精加工余量15~2mm;

③劃線劃焊合腔輪廓、型孔出口帶、螺栓孔、定位孔,打印記號(hào)；

④

銑銑焊合腔輪廓、型孔出口帶；

⑤鉆孔鉗工鉆鉬絲孔、螺栓孔、定位銷孔;

⑥熱處理淬火與多次回火,硬度達(dá)到46~50HRC;