多位资深模具老师傅的经验整理

优胜设计史勇老师

1.定义

模具加工(Mold Making)是指成型和制坯工具的加工，此外还包括剪切模和模切模具。通常情况下，模具有上模和下模两部分组成。将钢板放置在上下模之间，在压力机的作用下实现材料的成型，当压力机打开时，就会获得由模具形状所确定的工件或去除相应的废料。小至电子连接器，大至汽车仪表盘的工件都可以用模具成型。

级进模是指能自动的把加工工件从一个工位移动到另一个工位，并在最后一个工位得到成型零件的一套模具。模具加工工艺包括：裁模、冲坯模、复合模、挤压模、四滑轨模、级进模、冲压模、模切模具等。


2.模具种类

（1）金属冲压模具：连续模、单冲模、复合模、拉伸模

（2）塑胶成型模：注塑模、挤塑模、吸塑模

（3）压铸模具

（4）锻造模具

（5）粉末冶金模具

（6）橡胶模具

3.模具加工流程

开料：前模料、后模模料、镶件料、行位料、斜顶料；

开框：前模模框、后模模框；

开粗：前模模腔开粗、后模模腔开粗、分模线开粗；

铜公：前模铜公、后模铜公、分模线清角铜公；

线切割：镶件分模线、铜公、斜顶枕位；

电脑锣：精锣分模线、精锣后模模芯；

电火花：前模粗、铜公、公模线清角、后模骨位、 枕位；

钻孔、针孔、顶针；模具顶针孔水路孔加工行位、行位压极；

斜顶、复顶针、配顶针。


4.其他

（1）唧咀、码模坑、垃圾钉（限位钉）；

（2）飞模；

（3）水口、撑头、弹簧、运水；

（4）省模、抛光、前模、后模骨位；

（5）细水结构、拉杆螺丝拉钩、弹簧

（6）重要部件热处理、淬火、行位表面氮化；

5.模具软件

UGNX、Pro/NC、CATIA、MasterCAM、SurfCAM、TopSolid CAM、SPACE-E、CAMWORKS、WorkNC、TEBIS、HyperMILL、Powermill、GibbsCAM、FEATURECAM等等。

6.基本特点

（1）加工精度要求高一副模具一般是由凹模、凸模和模架组成，有些还可能是多件拼合模块。于是上、下模的组合，镶块与型腔的组合，模块之间的拼合均要求有很高的加工精度。精密模具的尺寸精度往往达μm级。

（2）形面复杂有些产品如汽车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器，其形状的表面是由多种曲面组合而成，因此，模具型腔面就很复杂。有些曲面必须用数学计算方法进行处理。

（3）批量小 模具的生产不是大批量成批生产，在很多情况下往往只生产一付。

（4）工序多 模具加工中总要用到铣、镗、钻、铰和攻螺纹等多种工序。

（5）重复性投产模具的使用是有寿命的。当一付模具的使用超过其寿命时，就要更换新的模具，所以模具的生产往往有重复性。

（6）仿形加工模具生产中有时既没有图样，也没有数据，而且要根据实物进行仿形加工。这就要求仿制精度高，不变形。

（7）模具材料优异，硬度高模具的主要材料多采用优质合金钢制造，特别是高寿命的模具，常采用Crl2，CrWMn等莱氏体钢制造。这类钢材从毛坯锻造、加工到热处理均有严格要求。因此加工工艺的编制就更加不容忽视，热处理变形也是加工中需认真对待的问题。

根据上述诸多特点，在选用机床上要尽可能满足加工要求。如数控系统的功能要强，机床精度要高，刚性要好，热稳定性要好，具有仿形功能等。


7.加工工艺流程安排

（1）底面加工，加工量保证；

（2）铸件毛坯基准找正，2D、3D型面余量检查；

（3）2D、3D型面粗加工，非安装非工作平面加工（包括安全平台面、缓冲器安装面、压板平面、侧基准面）；

（4）半精加工前，侧基准面的找正确保精度；

（5）半精加工2D、3D型面，精加工各类安装工作面（包括限位块安装面及接触面、镶块安装面及靠背面、冲头安装面、废料切刀安装面及靠背面、弹簧安装面及接触面、各类行程限制工作面、斜楔安装面及靠背面），半精加工各类导向面、导向孔，留余量精加工工艺基准孔及高度基准面，并记录数据；

（6）检验复查加工精度；

（7）钳工镶作工序；

（8）精加工前，工艺基准孔基准面找正，镶块余量检查；

（9）精加工型面2D、3D，侧冲型面及孔位，精加工工艺基准孔及高度基准，精加工导向面及导向孔；

（10）检验复查加工精度。

8.注意事项

（1）工艺编制简明、表达详细，加工内容尽量数值化表达；

（2）加工重点难点处，工艺要特别强调；

（3）需要组合加工处，工艺表达清楚；

（4）镶块需单独加工时，注意加工精度的工艺要求注明；

（5）组合加工后，需单独加工的镶块零件，组合加工时工艺安装单独加工的基准要求；

（6）模具加工中弹簧是最容易损坏的，所以要选择疲劳寿命长的模具弹簧。

大型模具加工问题
1.巨大的尺寸和重量

在加工大型模具时，如何应付其自身的巨大尺寸和重量是加工企业面临的一大挑战。大型模具的加工往往需要大量的劳动力、专用设备和多次调试装夹，而加工精度也受到多方面潜在因素的影响而不易保证。

2.购置成本问题

加工生产各类大型模具直接相关的最大费用就是机床的购置成本。能够生产大型模具的机床是相当昂贵的，尤其是在复杂工艺安排下，需要使用多台机床才能完成从模具粗加工到精加工的全部工序。这样的先期高投入成本也是很多企业进入这一市场的最大障碍。由此，我们可以看出，如果可以在一台合适的机床上实现大型模具的粗加工和精加工，甚至仅需一次调试装夹，那么很多问题将迎刃而解，加工精度也可以得到保证。

加工中心

1.铸铁床身结构，机床主轴具有散热功能

铸铁材料具有很高的刚性和散热特性，因而是制造机床结构件最稳定的材料。对于铣削大型零件用的任何机床，首先需要具有非常结实的铸铁结构，并装备有具有散热功能的主轴。

就机床的主轴而言，它必须采用内置冷却技术，从轴承外面来冷却主轴，保证在长时间加工过程中，主轴本身不会被烧坏或不会因热膨胀而造成精度损失。这些因素是非常重要的，因为大型模具的加工需要消耗很长的时间，同时在重切削条件下，这会增加模具的热量和应力。所以，机床的结构部件必须具有良好的刚性和散热特性，这是加工出大型优质模具的前提。因此，必须最大程度地限制加工过程中机床的振动，并快速扩散加工过程中产生的热量。选择合适的加工机床和刀具可以实现成本和周期的双赢。

2.热稳定技术

由于加工时间过长，环境温度的影响也是必须要考虑的。例如，在普通机床上加工大型模具，当环境温度变化10℃时，将会导致机床立柱发生6℃的温度变化，从而引起主轴角板平行度发生0.07mm的变化。因此，机床的设计必须考虑到环境温度的效应，避免环境温度影响到加工零件的精度。

3.速度

对于一台行程能够快速移动的大型模具加工中心来说，大型模具加工机床的主轴转速应至少达到20000r/min，金属的切削速度应满足762～20000mm/min。

4.精度

精度控制始终贯穿于模具加工的各个阶段，如果需要在一台加工中心上实现对大型模具的粗加工和精加工，那么必须严格控制机床的定位精度和重复定位精度。大型模具专用的加工中心，一般其定位精度可以达到±1.5μm，重复定位精度应达到±1μm。同时，其节距精度应保持在5μm之内。

5.反馈分辨率

对于高精度曲面加工，机床自身的反馈分辨率对于检测加工零件的精度是十分重要的。采用标准的1μm反馈分辨率，通常所获得的结果并不十分理想。如果分辨率能够达到0.05μm，那么其精加工结果几乎没有任何瑕疵。而且，通过对机床分辨率、标尺反馈和小节距滚珠丝杠的控制可进一步提升零件表面的加工质量。

6.主轴

大型模具加工中心上使用的主轴必须达到进行粗加工、半精加工和高质量精加工的要求，而且作为一个参考标准，其能够实现的表面加工质量应该控制在2μm的水平。通常，对于模具闭合面和分型线部分的精加工十分重要，但在传统工艺下，许多模具制造商不得不采用手工抛光的方式，以弥补刀具加工精度不足的问题。因为，大型加工机床的造价昂贵，如果为此项工序购置多功能机床，显然是不切合实际的。

此外，合理的主轴设计必须能够最大程度地延长刀具的使用寿命，使其能够在加工周期内以低振动、低温升的状态持续工作。例如，在大型模具加工中心上加工汽车仪表板模具时，如采用16mmCBN镶刀片精加工刀具，加工速度可以达到8m/min，使用寿命超过30h，可以将加工表面质量控制在0.336～3.2μm。由此可知，考虑到加工大型模具时的刀具成本增加，采用专门设计的大型模具加工机床，不仅可以延长刀具使用寿命，而且可以大量节约加工每付模具的刀具使用成本。

7.可移动的多轴加工头

由于模具尺寸和重量的限制，一般装夹工件需要花费很长的时间。因此，采用3轴联动加工中心不仅减少了工件的调试装夹次数，而且又不影响机床的加工精度，从而使车间加工大型模具的生产能力大大提高。

可移动的多轴加工头可以用于加工结构特别复杂的大型模具，按可变几何形状设计的加工头可允许3轴联动加工，仅需一次装夹工件，便可铣削加工型腔很深的模具和冷却孔，以及切削加工许多其他几何形状复杂的部位。例如，当主轴以最佳的角度倾斜时，可提高加工头对铣削加工点的接近程度，这样便可实现利用多轴加工头完成对斜孔的加工。

此外，由于多轴加工头加工工件表面时，采用的是刀具的半径刀刃而不是刀具的刀尖，因此可提高表面粗糙度。

8.切屑管理

金属切削加工时会产生大量的切屑，如果不能及时排除，必然会导致二次切削，以及造成机床结构部件或者工件表面的温升。大型模具加工中心的工作台下面通常具有18个排屑孔，不管工作台移动到什么位置，都能够可靠地排除切屑。机床上有4条内置铰链式切屑传送带，以很高的速度将切屑排送到机床前面。

9.高压冷却液

在大型模具加工时，高压冷却液有着非常重要的作用。例如，在采用2+3轴的加工方法钻削斜孔时，需要压力为1000psi（1psi=6890Pa）的冷却液才能有效地排除切屑，并达到更高精度的切削。而如果没有这种高压冷却液，则在加工斜孔时，需要增添额外的机床，需要二次装卡，降低加工精度，而且增加周期成本。根据以上分析可以看出，实现对大型模具的简单加工需要机床具有更多、更好的功能。牧野开发的新型MCC2516VG3轴卧式加工中心，主轴转速可达15000r/min，并采用了“轴芯冷却”方式和“轴承内压润滑”功能，保证主轴及其附属轴承可以得到及时、有效地冷却。

此外，主轴不仅可沿横向的X轴、垂直方向的Y轴和前后方向的Z轴方向运动，还可配合A轴和C轴转动。由于具备2种分度功能，因此不仅可减轻调整作业量，还可切削结构复杂的工件，例如保险杠、仪表盘和汽车头灯透镜等。

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