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模具零件的加工工艺二

6.1.2  钻加工

    钻加工用于加工模具上的各种孔。在注塑模中需要加工的孔非常多,而且差异很大。主要类型有导柱孔,顶杆孔,固定螺孔,定位销孔和冷却水孔。这些孔的作用各不相同,要求也就不一样。只有做到合理地选择机床和加工方法、加工工具才能达到要求。注塑模中对孔的技术要求有位置精度和孔径误差、表面粗糙度等两类。前一类即位置误差取决于设备,而孔径误差和表面粗糙度则主要取决于加工工具和加工方法。能够加工孔的设备有立钻、摇臂钻、加工中心和深孔钻。其中立钻和摇臂钻是手动控制,加工的位置精度差。而加工中心和深孔钻是数控的,加工的位置精度好,效率高。

    1.主导柱孔加工。主导柱孔的位置精度和孔径误差要求都很高,需要用加工中心加工。先用钻头钻孔做粗加工,留1—2mm余量,然后用镗刀镗孔到尺寸要求,钻孔粗加工可以先在摇臂钻上做。根据模具大小不同,主导柱孔的位置误差允许在0.03-0.08mm。一般的数控机床都能够达到这个要求。在加工导柱孔时一定要认准各模板的基准,从基准开始计算尺寸,这样才能保证动模和定模顺利合模。

图6-8表示在带有旋转工作台的卧式机床上进行斜导柱孔加工的示意图。

    用钻削方法加工孔,就要求刀具中心轴与孔的轴线保持平行,因此,加工斜孔最合适的机床是带有旋转工作台的数控铣床或加工中心。先要把零件装在工作台上校正,使被加工零件的坐标系的一个轴(通常是Z轴)与机床Z轴平行,然后按所需要的角度旋转工作台,就可以进行加工。其角度和位置精度都容易得到保证。零件转过角度后,要重新计算孔中心与刀边缘的距离,并根据新的尺寸对基准。如果使用主轴箱可旋转的数控机床,则对机床有特殊的要求,即主轴的套筒能够沿刀具轴线独立运动,才可以完成孔的加工。用这种机床加工斜导柱孔还要考虑如何保证位置精度,原因是主轴角度改变后,无法按常规的方法对基准。常用的方法是先在空位中心做一个十字记号,用目测的方法对准中心,加工一个比标准直径小3-4mm的孔(见图6-9),测量小孔的直径d和小孔边缘到零件边缘的尺寸I,计算出小孔中心到零件边缘的尺寸L’,与标准尺寸上比较后,调整到准确的位置再做精加工。图中的 D是实际需要的孔径,d是预先加工的略小的孔的直径,L’=I+d/2·COSα。α是斜孔角度。

小零件的斜孔加工还可以用正弦台,平口钳,带斜度的工艺板等改变装夹方法进行加工。

    2.顶杆(管)孔加工。顶杆(管)孔加工如图6-10所示。

    注塑模的顶杆孔有如下特点:直径较细,最细的直径仅0.8mm,长度却较长,可达数百毫米。其对直线度、直径的精度及位置精度都有一定的要求,大多数情况下精度误差不超过0.5mm就可以满足要求,但是有时由于产品的要求,也有要求位置精度误差保持在0.1mm以下的。

    由于顶杆(管)要穿越顶板、顶杆固定板、型芯固定板和型芯镶件等多个零件,因此对多个零件的、数量很多的顶杆孔的位置精度和垂直度都有相应的要求。对孔径如果其超差,将会使塑料制品出现飞边。

    针对顶杆孔的特点,为了降低制造的难度,在模具设计中已经做了处理,常见的做法是在从型芯表面开始大约4倍直径的长度内,保持较高的孔径加工精度和较低的表面粗糙度值,其余部分孔径加工成比顶杆大1.5-2mm,表面粗糙度不必要求较低。

    在加工中,必须考虑如何保证孔径、位置、垂直度以及效率(因为孔很多)。首先,每一个零件的基准面和二平面的平行度一定要按图样要求加工合格,在这个基础上,每一个零件才可以同时在各台加工中心上分别加工。由于图样上的基准是统一的,所以,虽然每一个零件单独加工,但是都按基准加工,这样就使得各孔的位置精度得到保证。而且,各零件并行生产使得生产周期缩短。

    在型芯上加工时,要分别从顶面和底面加工。从顶面开始加工的那个孔,对孔径加工精度的要求比较高,表面粗糙度值要求比较低,在钻孔是要留些余量,再用绞刀精加工。要尽量把顶杆孔加工安排在型芯成型面加工以前,否则,成型面加工后可能会出现装夹困难,在曲面上打孔不容易保证质量等问题,但要注意型芯成型加工后的位置,以免在型芯成型加工后,推杆孔尚未到位。

    在有些企业中,如果加工中心数量较少,为了更充分地发挥其效用,可以先在加工中心上用中心钻加工定位孔,然后再到普通钻床上加工。

    3.螺孔加工。注塑模的螺孔的作用是连接各个零件,对其的精度要求一般。在各种具有钻孔功能的机床都可以胜任。用加工中心加工效率比用普通机床高许多。

    4.冷却水管加工。冷却水管是注塑模所特有的。水管要横向贯穿模具,大型注塑模的水管长度可达1500mm。选择加工冷却水管的机床主要依据就是长度。长度小于600mlTl的水管孔可以考虑用卧式加工机床,超过300mm时分别从两面加工比较合适。摇臂钻也是加工范围较大的设备。使用大型的摇臂钻一般可以加工长度不超过800mm的深孔,但其加工效率很低。

加工水管的最佳设备是数控深孔钻。深孔钻需要专用的深孔钻头配合使用,深孔钻和钻头针对加工深孔的要求做了专门设计,用一定的压力使得钻孔时需要的冷却液能够注入很深的孔内部,钻头的形状使得铁屑顺利排出,有支架托住钻头,不让其发生晃动,使得孔径误差较小。

    深孔钻钻孔有个特殊的要求,零件钻孔处周围必须是个平面,深孔钻的最前端有一个防泄漏用的圆环,在钻孔时这个圆环的端平面一定要和零件上的平面贴合,这样才能确保高压冷却液不在中途流掉,输送到钻头端部切削处。为了达到这个目的,通常,尽可能把深孔加工安排在六面加工后,其他加工工序之前进行,如果无法避免,可以先焊上个中间块(焊几个点,固定住即可),制造出一个平台(见图6-11),待加工完再把中间块去掉。

 

    5.在零件的非平面上钻孔。在设计模具零件的制造工艺时,要尽量把钻孔的工序放在成型加工以前,这样做一般不会对后续工序增加麻烦,反过来却往往会出现问题。如果一定要在曲面上钻孔,如图6—12a所示,则要先用平底铣刀(直径比孔径要小)垂直加工下去,做一个小平台,如图6-12b所示,然后再钻孔。如果对孔的尺寸要求较高,还可以先在小平台上用中心钻钻个引导孔,如图6-12e所示。

6.1.3  电火花线切割加工

    电火花线切割加工是利用电极丝放电加工的工艺方法。它有两个特点:一是电极是线状的,而且电极丝比较细,通常使用直径0.07-0.2mm的钼丝或黄铜丝。相对铣刀而言,电极丝的直径是非常之小。根据这个特点,在注塑模制造中,电火花线切割加工方法可以完成采用铣加工工艺无法加工的零件。二是由于采用放电加工,可以加工具有高硬度的材料。

加工注塑模的零件的小孔:带尖角的异形孔;外形需要加工,但是装夹困难的零件;小槽;硬度高的零件;电火花线切割加工工艺是首选工艺。

    图6-13是一个方顶杆,要求硬度为48-52HRC。制造这种方顶杆通常使用标准顶杆改制,之所以要用标准件改制,是可以缩短加工周期和降低成本。用电火花线切割工艺改制是最方便的。其加工程序首先实现割对8mm的两个平面,然后零件旋转900,再割对12mm两个平面和端部齿形就完成了加工。

    注塑模中,在型芯侧采用斜推块结构是常见的。如果是大型模具,其型芯加工会由于斜推块结构增加不少麻烦。因此,在模具设计中一定要考虑是否可以采用组合式型芯,合理分割成若干个镶块,以便采用电火花线切割工艺。

   

图6-14是一个外形尺寸为850mm*600mm*300mm的型芯,其中有许多斜推块和方形镶件,如果采用整体型芯,由于零件太大,受到电火花线切割机床加工范围的限制,无法使用电火花线切割工艺。现在,这个型芯被设计成9个镶块,其外形(包括斜面)、方孔、斜的小槽等都可以用电火花线切割工艺加工。采用这样的工艺,还可以使各镶块同时在多台机床上加工,缩短整个制造周期。

图6-15这个镶件的外形是个三角形,若这个斜面采用铣加21232艺的话,装夹非常困难,因此,这种情况也适宜采用电火花线切割工艺。

    使用电火花线切割工艺,还有两个注意点。其一是零件的装夹是与材料尺寸有关的,在准备毛坯时要留有余地。例如,加工如图6-16a所示36mm*36mm,45‘的三角外形,在准备材料时,毛坯的外形尺寸为36mm*50mm较合适,其中50mm方向留下lOmm供装夹用,如图6-16b所示。

    但是,对于这个特定的零件而言,还有另一个选择,如图6-16a所示,这样可以节约材料。而节约材料也是在设计加工工艺时必须重视的。

    电火花线切割机床所能加工的形状都是上下贯通的,所形成的都是直纹面(图6-17),这是由其线状电极所决定的。在根据零件形状考虑是否采用电火花线切割工艺时,这是主要的因素。另外,其斜度还受到机床加工范围的制约,所以,在考虑用电火花线切割工艺加工有斜度的零件时,还要先确认机床的加工范围

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