模块一　模具制造常用加工技术与设备的选择

任务引入　模具零件加工设备的选择

在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等的生产行业中得到了广泛应用。产品采用模具制造，能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证加工质量要求。

在一些工业发达国家，模具工业的发展是很迅速的。模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。随着生产和科学技术的迅速发展，产品更新、改型加快，模具的更新将越来越快。为了适应工业生产对模具的需求，在模具制造中采用了许多新工艺和先进的加工设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。

那么，模具制造的整个过程包含哪些环节？模具制造相比一般的机械制造有哪些特点？模具的制造过程一般是什么流程？如何根据模具零件的结构特点和精度要求进行加工设备的选择？这些问题是我们在学习模具制造技术这门课程时首先要解决的问题，通过本模块案例的学习，我们将对以下几点有一个基本的认识：

模具制造的一般过程；

模具零件的分类；

典型模具零件的加工过程认知；

零件结构的加工工艺性分析；

零件精度要求与加工方法及加工设备的关系；

 零件加工设备的合理选择。

本模块学习完成后，我们将通过以下几个任务的实施，掌握上述的知识和技能：

 型腔板加工设备的选择；

 落料模凹模板加工设备的选择；

 型腔镶块加工设备的选择。

任务零件如图1-1所示。

任务零件具体结构和尺寸参见本书配套资源¹中的数字模型。通过案例的学习和训练，大家需要独立完成任务零件的加工设备的选择。三个加工零件的数字模型分别为“模块一\task”文件夹中的“cavity_plate.prt”“cross_die.prt”“cavity_insert.prt”。

资讯1　本模块知识框图及学习思维导向

本模块是对模具制造的基本框架进行学习，以前期学过的《机械制造基础》课程为基础，了解模具制造的一般流程，通过对模具零件按照结构和精度要求进行分类，正确选择相应的加工技术与设备，为后续模具制造工艺的编排、各种具体加工技术的学习打基础。本模块知识框图及学习思维导向图如图1-2所示。

资讯2　模具制造的一般流程

模具制造的一般流程，是指通过对用户提供的产品信息进行用途分析、结构分析、成型工艺性分析等，设计成模具模型或图纸；在此基础上通过对零件坯料进行加工，再对各个模具零件进行装配，最终成为可用于生产的模具实物的整个过程。模具制造的一般流程如图1-3所示。

模具制造工艺过程是根据模具的设计图纸、数字模型，利用加工设备加工出各个模具零件，并装配成可用于生产的模具实体的加工装配过程，是模具设计过程的延续。因此，根据设计要求，正确、合理地确定模具零件的加工工艺内容、工艺性质和方法，尤其是正确地制订成型件型面加工的工艺组合，对优化模具制造工艺过程，提高工艺过程技术先进性和经济性，并能高精度、高效率地完成任务，达到模具设计的要求具有非常重要的作用。

具体地说，模具制造的流程分技术准备，加工前准备，模具零件加工，装配、修模、试模，模具验收5个阶段。它们的关系和内容如图1-3所示。

（1）技术准备阶段

技术准备是整个生产的基础，也是后续零件加工过程的依据，对于模具制造的质量、成本、进度和管理都有重大的影响。该阶段的工作内容包括：根据制件图档及要求分析产品零件结构、尺寸精度、表面质量要求及成型工艺并形成相关文档，根据制件要求及成型工艺进行模具的模型设计并生成相关图档，根据设计的模具零件结构和精度要求进行加工工艺技术文件的编制、材料定额和加工工时定额的制订、模具成本的估价，根据模具零件特点编制NC、CNC加工程序等。

（2）加工前准备阶段

加工前准备阶段的主要工作内容包括：根据已确定的模具零件毛坯的材料、种类、形式、大小及有关技术要求进行零件坯料的准备，根据加工工艺安排准备相关电极材料的准备，对于一些板类零件，一般提供坯料的厂家在下料后基本都已经完成了板类零件的粗加工。同时该阶段还要根据设计的模具图档完成标准零、部件的订购；根据加工工艺安排准备相应的加工刀具、工装等。

（3）模具零件加工阶段

模具零件加工阶段是整个模具制造流程中最重要的阶段，也是工作量最大的阶段。该阶段的主要工作内容包括：根据既定的加工工艺规程，利用各种加工设备及加工技术完成模具零件的加工。本阶段的工作内容也是本课程要重点讲解的内容。

（4）装配、修模、试模阶段

根据模具设计图档和要求，检查各零、部件和成型零件的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙度等要求，按装配工艺规程进行装配，对装配过程中由于加工误差引起的装配问题进行钳工修整，随着加工设备精度的不断提升，现代的模具加工误差已经很小了，钳工修整的工作量相比以前小了很多。最后通过试模完成对模具功能进行检验，如果试模后发现问题，还需要返修模具。

（5）模具验收阶段

对模具设计及制造质量作合理性与正确性的评估，根据各类模具的验收技术条件标准和合同规定，对模具试模制件（冲件、塑件等）、模具性能和工作参数等进行检查、试用，判断模具是否能达到预期的功能要求。最后通过客户的验收后，交付使用。

随着模具标准化的发展，模具的标准零、部件，通用标准零件（如螺钉、销钉），以及冷却、加热系统中的标准、通用元件，都可以通过购买完成或由专门的工厂订制。所以，由上述模具制造流程可以发现，模具厂只是依据模具设计要求，完成非标准件的加工，最后按装配顺序将标准件与本厂加工完成的零件等装配成模具。

模具的种类很多，按照GB/T 7635—2002规定，包括冲压模（简称冲模）、塑料模、锻造模、铸造模、粉末冶金模、橡胶模、无机材料成型模（玻璃成型模、陶瓷成型模）、拉丝模等。每种模具结构、要求和用途不同，都有特定的制造过程。但是同属模具类的制造过程具有共性的特点。

在模具制造过程中，直接改变坯料的形状、尺寸、相互位置及性能，将其转变为模具零件成品或半成品的过程就是模具的制造工艺过程。它是模具制造过程的主要部分，即模具零件的加工和模具的装配过程。

模具制造工艺过程主要包括机械加工工艺过程和装配工艺过程两部分。

机械加工工艺过程是用机械加工方法直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为模具零件的成品或半成品的过程。

装配工艺过程是按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为模具部件或模具成品的工艺过程。

资讯3　模具零件的加工分类

尽管模具的种类很多，不同种类的模具其功能各异，但组成模具的零件在不同的模具中往往具有相同或相似的结构特征，这种相同或相似的结构特征方便我们进行模具零件的加工分类。

我们以最常用的注塑模具和冲压模结构为例，从模具各个功能结构开始分析，进而找到模具零件的加工分类。

（1）注塑模的功能结构组成及所包含的零件

注塑模的结构根据使用功能分为成型部分、浇注系统、导向机构、顶出机构、侧向分型与抽芯机构、冷却加热系统和排气系统等。

①成型部分是由构成模具型腔的零件组成的，主要包括：凸模、凹模、型芯、成型杆、成型环及镶块等零件。

②浇注系统是指塑料模具中从注塑机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。普通浇注系统是由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成的，分别分布在不同的模具零件中。

③导向机构在模具中主要有定位、导向的作用，保证动、定模合模平稳准确。合模导向机构由导柱、导套或导向孔（直接开在模板上）、定位锥面（虎口）等组成。

④顶出机构主要起成型完成后将制件从模具中顶出的作用，由顶杆或顶管或推板、顶出板、顶杆固定板、复位杆及拉料杆等组成。

⑤侧向分型与抽芯机构的作用是使侧向型芯抽出成型制件的机构，通常包括斜导柱、弯销、斜导槽、斜顶杆、楔紧块、斜滑块、斜槽、齿轮齿条等零件。

⑥冷却加热系统的作用是调节模具成型工艺温度，由冷却系统（冷却水孔、冷却水槽、铜管）或加热系统组成。

⑦排气系统的作用是在注射过程中将型腔内的气体排除，主要由排气槽、配合间隙等组成。

（2）冲模的功能结构组成及所包含的零件

冲模的基本结构可分为工艺类零件和辅助类零件。工艺类零件包括工作零件、定位零件、卸料和顶出零件等。辅助零件包括导向零件、支撑和夹持零件、紧固零件及其他零件。

①工作零件主要由凸模、凹模、凸凹模和刃口镶块组成。

②定位零件由定位销、挡料销、导正销、导料板和定距侧刃等组成。

③卸料和顶出零件由压料板、卸料板、顶出器、浮料钉和推板等组成。

④导向零件主要由导柱、导套、导板组成。

⑤支撑和夹持零件由上下模板、模柄、固定板、垫板和限位器等组成。

⑥紧固零件及其他零件由螺钉、销钉、弹簧、起重柄和托架等组成。

（3）模具零件的加工分类

组成模具结构的零件虽然很多，功能、形状及使用要求也不相同，但从结构的加工工艺特征分析，可以大致分成以下4大类。

①轴套类零件包括模具中的导柱、导套、浇口套、模柄、定位圈等。

②杆类零件包括顶杆、复位杆、推杆、拉料杆等。

③板类零件包括模板、垫板、卸料板、推板、垫块等。

④成型零件包括凸模、凹模、型芯、型腔等。

以一套香皂盒注射模具为例，其各个组成零件的分类如图1-4所示，该模具的加工是在购买标准模架的基础上进行的。

组成模具的零件形状虽然各异，但分析每个零件的基本表面形状构成都可以概括为以下3种形式。

①回转面零件的外圆面、内圆面、圆锥面等。

②平面板的表面和轴的端面等。

③曲面成型零件的二维曲面和三维曲面等。

模具零件加工的实质就是解决这3种基本表面的加工问题。对于回转面和平面通常采用传统的机械切削加工就可以成型，尺寸精度要求高的可采用数控机加工的方法完成，曲面的加工则以数控铣加工为主，对于机加工比较难实现的曲面可采用特种加工方法实现。另外，根据零件的材质，为了满足零件表面不同的精度要求，需要根据具体要求进行合理编排加工工艺方案。

其中，传统机械切削加工采用通用机床加工模具零件，主要依靠工人的熟练技术，利用铣床、车床等进行粗加工、半精加工，然后由钳工修正、研磨、抛光。这种工艺方案，生产效率低、周期长、质量也不易保证；但设备投资较少，机床通用性强，作为精密加工、电加工之前的粗加工和半精加工又不可少，因此仍被广泛采用。

数控机床加工是指采用数控铣、加工中心等机床对模具零件进行粗加工、半精加工、精加工以及采用高精度的成型磨床、坐标磨床等进行热处理后的精加工，并采用三坐标测量仪进行检测。这种工艺降低了对熟练工人的依赖程度，生产效率高，特别是对一些复杂成型零件，采用通用机床加工很困难，不易加工出合格的产品；采用数控机床加工显然是很理想的，但是一次性投资大。

特种加工，主要是指电火花加工、电解加工、挤压、精密铸造、电铸等成形方法。