動模套的工藝研究與加工實現(xiàn)

詹欣榮， 鐘飛龍， 林新貴

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東番禺511483）

動模套的工藝研究與加工實現(xiàn)

詹欣榮， 鐘飛龍， 林新貴

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東番禺511483）

根據(jù)產(chǎn)品模具動模套的設(shè)計要求，分析了其加工的技術(shù)要求，編制了機(jī)械加工工藝，解決了加工過程的關(guān)鍵難題，實現(xiàn)了產(chǎn)品動模套模具的加工。

動模套；加工工藝；加工方法

1 動模套零件的技術(shù)要求和圖樣分析

如圖1所示為某瓶型產(chǎn)品鋼制模具中的動模套零件圖。該動模套設(shè)計后由于加工技術(shù)問題長時間未能生產(chǎn)。受企業(yè)委托，筆者為其試加工動模套，對動模套的加工工藝進(jìn)行研究探索，從而實現(xiàn)了模具的加工。

圖1 動模套零件圖

零件的技術(shù)要求和圖樣分析如下：

1）孔φ150-0.30-0.35的軸線對φ195-0.400-0.429外圓中心線 H的同軸度公差為0.03 mm，其端面對軸線H的全跳動公差為0.03 mm。

2）φ195-0.400-0.429外圓圓柱度公差為 0.02 mm，φ150-0.30-0.35孔的圓柱度公差為 0.02 mm，φ195-0.400-0.429外圓是用于加工φ150-0.30-0.35內(nèi)孔及端面的定位基面，是加工的關(guān)鍵尺寸。

3）A向端面分布4-M10深25mm螺紋孔，4-φ8通孔，一個φ6 mm深8 mm銷孔，一條8 mm×8 mm的密封槽。這些尺寸控制了動模套與底部固定連接螺釘裝配關(guān)系；8 mm×8 mm的密封槽精度影響其密封性。

4）另一端面分布3-M8螺紋孔以及2條8 mm×8 mm的密封槽，這些尺寸控制了動模套與蓋板固定連接螺釘裝配關(guān)系；8 mm×8 mm的密封槽精度影響其密封性。

5）動模套半圓周上相隔124°分布4個M10螺紋孔，孔軸線垂直于圓周表面；此外半圓周上還分布有4-φ5通孔、4-φ10沉孔、4-φ14平臺、寬10+0.10mm深5.6+0.10mm密封槽，此槽用于安裝密封圈，其尺寸精度將影響密封性。

6）動模套的兩夾長平面分布8個寬11 mm深6 mm槽，槽內(nèi)分別有8個φ10.5的通孔，此通孔用于安裝連接桿；平面分布12個M6螺孔，這12個螺孔控制了動模套與壓板固定連接螺釘裝配關(guān)系。

7）材料為不銹鋼2Cr13，要求進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，硬度為40～45HRC；內(nèi)外圓、端面及其他有配合關(guān)系的表面粗糙度為Ra3.2，其余表面為Ra6.3。

2 工藝研究

1）動模套是一個半圓形狀，單件加工十分困難，因此，采用鍛件管狀毛坯，一個毛坯制造兩件的辦法。

2）動模套結(jié)構(gòu)由內(nèi)外圓、槽、孔等組成，屬薄壁套類零件，其剛性較差；φ150-0.30-0.35內(nèi)孔和 φ195-0.400-0.429外圓有較高的圓柱度公差，同時φ150-0.30-0.35內(nèi)孔對φ195-0.400-0.429外圓有較高的同軸度公差，內(nèi)外圓加工精度的控制是整個動模套的關(guān)鍵所在。φ195-0.400-0.429外圓尺寸公差為0.029 mm，公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra3.2，加工難度在于動模套尺寸較大、精度高、表面光潔度高，因此φ195-0.400-0.429外圓加工采取粗車、半精車、磨削的加工方法；φ150-0.30-0.35內(nèi)孔采取粗鏜、半精鏜、精鏜的加工方法。

3）φ195-0.400-0.429外圓和φ150-0.30-0.35內(nèi)孔的加工至關(guān)重要，是后續(xù)工序的加工基準(zhǔn)，φ195-0.400-0.429外圓加工難度在于定位及裝夾。有兩種裝夾方案：一是采取兩頂尖裝夾方法，即設(shè)計一心軸以內(nèi)孔為基準(zhǔn)裝夾定位，該方法定位精度高，心軸制作簡單。但由于動模套內(nèi)孔尺寸較大，需要制作的心軸尺寸也較大，重量過大不便于安裝；二是采取一夾一頂裝夾方法，即一端用三爪卡盤反撐內(nèi)孔，另一端用錐形頂尖支頂，該方法定位精度較高，裝夾方便可靠，能承受較大的切削力。因此加工φ195-0.400-0.429外圓時采取一夾一頂裝夾方法，加工φ150-0.30-0.35內(nèi)孔時以φ195-0.400-0.429外圓為定位基面，用V形塊裝夾。

4）兩端端面對基準(zhǔn)軸線H有全跳動公差，端面孔及槽的加工，安排在φ150-0.30-0.35內(nèi)孔精鏜后不拆卸工件進(jìn)行。端面φ8通孔總長345 mm，屬深孔加工，直徑小，深度大，冷卻困難，刀具剛性差給加工帶來一定難度，防止鉆偏是關(guān)鍵，宜采取小進(jìn)給、勤排屑的措施。

5）動模套圓周表面的孔、螺紋孔、密封槽，這些結(jié)構(gòu)要素之間有著密切的尺寸鏈關(guān)系且分布于圓周曲面上，控制好形位公差及尺寸精度是關(guān)鍵。此部分采取四軸數(shù)控機(jī)床一次裝夾完成加工。

6）動模套內(nèi)外圓、端面、圓周的所有表面加工好后，需要將工件切割成單件，由于工件外圓尺寸較大，長度較長，采用鋸削的方法將其切割成單件，鋸削時需對工件進(jìn)行周向定位。

7）加工動模套平面上的M6螺孔、φ10.5通孔、寬11 mm深6 mm槽時，以φ195-0.400-0.429外圓為定位基準(zhǔn)，先加工好平面后再加工槽及孔。

3 加工工藝過程

根據(jù)以上零件圖分析和工藝分析，按單件小批量生產(chǎn)制定機(jī)械加工工藝過程如下：

1）下料。鍛造毛坯。

2）熱處理。調(diào)質(zhì)熱處理硬度40～45HRC。

3）車：（1）粗車φ195外圓，留2mm余量。半精車φ195外圓，留0.5mm余量。工藝裝備及裝夾方式：CKA6150、三爪卡盤，頂尖；一夾一頂，以φ150內(nèi)孔為粗基準(zhǔn)。

4）鏜：（1）平端面，取總長349 mm。（2）粗鏜φ150內(nèi)孔，留2 mm余量。（3）半精鏜φ150內(nèi)孔，留0.5 mm余量。（4）旋轉(zhuǎn)工作臺，平另一端面，取總長346 mm。工藝裝備及裝夾方式：TK6350、虎鉗、V形塊；V形塊定位，以φ195外圓為基準(zhǔn)。

5）磨。磨φ195外圓至圖樣尺寸。工藝裝備及裝夾方式：M300、三爪卡盤、頂尖；一夾一頂，打表找正，以φ150內(nèi)孔為基準(zhǔn)。

6）鏜鉆：（1）平端面，取總長345.5 mm。（2）精鏜φ150內(nèi)孔至圖樣尺寸。（3）打中心孔。（4）鉆φ5.8孔。（5）鉸φ6孔。（6）鉆2-φ8孔深8mm。（7）鉆4-φ8通孔。（8）銑寬8mm深8 mm槽。（9）旋轉(zhuǎn)工作臺，平另一端面，取總長345 mm。（10）打中心孔。（11）鉆M8螺紋底孔至φ6.8 mm深20 mm。（12）鉆4-φ8孔深8 mm。（13）銑寬8 mm深8 mm槽。工藝裝備及裝夾方式：TK6350、虎鉗、V形塊；V形塊定位，以φ195外圓為基準(zhǔn)。

7）四軸加工：（1）粗銑寬10 mm深5.6 mm密封槽，留0.1 mm余量。（2）精銑寬10 mm深5.6 mm密封槽至圖樣尺寸。（3）銑φ14平臺。（4）打中心孔。（5）鉆φ5孔至圖樣尺寸。（6）鉆φ10沉孔深6。（7）鉆M10螺紋底孔至φ6.8。（8）銑75°邊，長54。工藝裝備及裝夾方式：VDF850、尾座、三爪卡盤、頂尖；一夾一頂，打表找正，以φ150內(nèi)孔為基準(zhǔn)。

8）用線切割機(jī)床切割成單件。

9）銑鉆：（1）粗銑平面。（2）精銑平面。（3）銑11 mm槽。（4）打中心孔。（5）鉆4個M6螺紋底孔至φ5.3深10。（6）鉆8個M6螺紋底孔至φ5.3深15。（7）鉆φ10.5通孔。工藝裝備及裝夾方式：XH713A、V形塊；以φ195外圓為基準(zhǔn)V形塊定位裝夾。

10）鉗：（1）攻M6螺紋。（2）攻M8螺紋。（3）攻M10螺紋。（4）去毛刺。

11）采用量具及三坐標(biāo)測量儀按圖樣項目檢查。

4 加工關(guān)鍵難題

動模套加工過程中有幾個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，分別是動模套外圓車削加工、動模套內(nèi)孔鏜削加工、動模套外圓磨削加工以及動模套多軸加工環(huán)節(jié)。這幾個環(huán)節(jié)的加工對形位公差、尺寸精度、表面質(zhì)量有較高的要求，為后續(xù)工序提供定位基準(zhǔn)，是動模套加工成功與否的關(guān)鍵。

4.1 粗精車外圓

粗車半精車外圓是在一次裝夾中完成，裝夾示意圖如圖3所示。粗車φ195外圓時，以φ150內(nèi)孔為粗基準(zhǔn)，用三爪卡盤反撐φ150內(nèi)孔，另一端用錐形頂尖頂住，在夾緊之前先對工件進(jìn)行預(yù)緊，同時用百分表打表找正工件，當(dāng)打表指示公差范圍在±0.5 mm時即可。由于工件材料為不銹鋼2Cr13，調(diào)質(zhì)熱處理后硬度為40～45HRC，工件硬度較高、塑性好，屬較難加工材料。粗車時選用75°外圓車刀，半精車時選用90°外圓車刀，刀具材料均為硬質(zhì)合金。粗車時切削速度取80 m/min，進(jìn)給量為0.25 mm/r，半精車時切削速度取120 m/min，進(jìn)給量為0.15 mm/r。加工時要注意工件的冷卻。

4.2 粗精鏜內(nèi)孔

粗鏜半精鏜φ150內(nèi)孔時，以φ195外圓為定位基準(zhǔn)，在一次裝夾中完成粗鏜半精鏜內(nèi)孔，裝夾示意圖如圖4所示。V形塊經(jīng)磨床磨削加工后安裝在虎鉗上并用千分表打表找正，打表精度要小于或等于工件形位公差的1/3。以φ195外圓為基準(zhǔn)，打表找正外圓圓心，以找正的外圓圓心作為數(shù)控編程的原點。粗鏜時選用一把雙刃硬質(zhì)合金鏜刀，半精鏜時選用一把單刃硬質(zhì)合金鏜刀，粗鏜切削用量V=75 m/min，f=0.20 mm/r；半精鏜切削用量V=110 m/min，f=0.15 mm/r。

4.3 磨外圓

磨削φ195外圓裝夾方法與粗精車φ195外圓方法一樣，也是采取一夾一頂裝夾方式。三爪卡盤采用軟爪，安裝工件前先對三爪卡盤卡爪進(jìn)行加工，提高卡爪裝夾精度。在加工動模套的磨床上對錐形頂尖進(jìn)行磨削加工，研修錐形頂尖兩端中心孔。工件安裝后打表找正，確保錐形頂尖的中心線在磨床主軸軸線上。頂尖與中心孔配合的松緊度必須合適，如果后頂尖頂?shù)锰o，工件可能產(chǎn)生彎曲變形。如果后頂尖頂?shù)锰?，工件則不能準(zhǔn)確地定心，對加工精度有一定影響；并且磨削時易產(chǎn)生振動，甚至?xí)构ぜw出而發(fā)生事故。

4.4 多軸加工

動模套多軸加工裝夾方法與粗精車外圓裝夾方法類似，即采取一夾一頂裝夾方式。除此之外，動模套多軸加工還存在周向定位問題。經(jīng)過前面加工工序后，動模套兩端面的孔相對軸線中心形成了固定的位置關(guān)系，加工圓周上的孔及溝槽時也要保證被加工要素與已加工要素之間位置關(guān)系，因此動模套多軸加工中周向定位十分重要。以動模套端面φ6孔作為周向定位基準(zhǔn)，根據(jù)多軸機(jī)床A軸軸線中心至工作臺平面的中心高，設(shè)計一支承架安裝φ6銷釘，φ6銷釘插入φ6定位孔用于動模套周向定位，同時周向定位好后此角度就是A軸的編程原點。

5 結(jié)語

本文針對動模套的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求進(jìn)行了分析，對其機(jī)械加工工藝進(jìn)行了深入的研究，提出了整體的加工思路和工藝措施，并利用該工藝實現(xiàn)了動模套零件的加工。經(jīng)三坐標(biāo)儀測量分析，動模套的形位公差、尺寸精度、表面質(zhì)量均滿足圖紙要求，此工藝方案對單件小批量生產(chǎn)有一定的參考價值。但此工藝方案也有不足之處，即生產(chǎn)效率較低，對工人技術(shù)素質(zhì)要求高，若進(jìn)行批量生產(chǎn)，還需對工藝進(jìn)行改進(jìn)。

［1］ 林新貴，詹欣榮，易根苗.基于UG的分流芯桿四軸數(shù)控加工方法［J］.制造業(yè)自動化，2010（3）：39-40，59.

［2］ 宋放之.數(shù)控機(jī)床多軸加工技術(shù)實用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

（編輯：啟 迪）

TH 162

A

1002－2333（2014）04－0056－03

詹欣榮（1983—），男，高級技師，從事數(shù)控技術(shù)方面的實訓(xùn)教學(xué)和加工。

2014-02-16

廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技類重點資助項目（KJ-3）