動(dòng)模套的工藝研究與加工實(shí)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(dòng)模套的工藝研究與加工實(shí)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(dòng)模套的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品動(dòng)模套模具的加工。

動(dòng)模套；加工工藝；加工方法

1 動(dòng)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(dòng)模套零件圖。該動(dòng)模套設(shè)計(jì)后由于加工技術(shù)問題長(zhǎng)時(shí)間未能生產(chǎn)。受企業(yè)委托，筆者為其試加工動(dòng)模套，對(duì)動(dòng)模套的加工工藝進(jìn)行研究探索，從而實(shí)現(xiàn)了模具的加工。

圖1 動(dòng)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(duì)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(duì)軸線H的全跳動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)模套半圓周上相隔124°分布4個(gè)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(tái)、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(dòng)模套的兩夾長(zhǎng)平面分布8個(gè)寬11 mm深6 mm槽，槽內(nèi)分別有8個(gè)φ10.5的通孔，此通孔用于安裝連接桿；平面分布12個(gè)M6螺孔，這12個(gè)螺孔控制了動(dòng)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(dòng)模套是一個(gè)半圓形狀，單件加工十分困難，因此，采用鍛件管狀毛坯，一個(gè)毛坯制造兩件的辦法。

2）動(dòng)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(shí)φ150-0.30-0.35內(nèi)孔對(duì)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(gè)動(dòng)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(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra3.2，加工難度在于動(dòng)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(jì)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(jiǎn)單。但由于動(dòng)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(shí)采取一夾一頂裝夾方法，加工φ150-0.30-0.35內(nèi)孔時(shí)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(duì)基準(zhǔn)軸線H有全跳動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，采用鋸削的方法將其切割成單件，鋸削時(shí)需對(duì)工件進(jìn)行周向定位。

7）加工動(dòng)模套平面上的M6螺孔、φ10.5通孔、寬11 mm深6 mm槽時(shí)，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(zhǎng)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(tái)，平另一端面，取總長(zhǎng)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(zhǎng)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(tái)，平另一端面，取總長(zhǎng)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(tái)。（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(zhǎng)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(gè)M6螺紋底孔至φ5.3深10。（6）鉆8個(gè)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(cè)量?jī)x按圖樣項(xiàng)目檢查。

4 加工關(guān)鍵難題

動(dòng)模套加工過程中有幾個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，分別是動(dòng)模套外圓車削加工、動(dòng)模套內(nèi)孔鏜削加工、動(dòng)模套外圓磨削加工以及動(dòng)模套多軸加工環(huán)節(jié)。這幾個(gè)環(huán)節(jié)的加工對(duì)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(dòng)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(shí)，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(duì)工件進(jìn)行預(yù)緊，同時(shí)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(shí)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(shí)選用75°外圓車刀，半精車時(shí)選用90°外圓車刀，刀具材料均為硬質(zhì)合金。粗車時(shí)切削速度取80 m/min，進(jìn)給量為0.25 mm/r，半精車時(shí)切削速度取120 m/min，進(jìn)給量為0.15 mm/r。加工時(shí)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(shí)，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(diǎn)。粗鏜時(shí)選用一把雙刃硬質(zhì)合金鏜刀，半精鏜時(shí)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(duì)三爪卡盤卡爪進(jìn)行加工，提高卡爪裝夾精度。在加工動(dòng)模套的磨床上對(duì)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(duì)加工精度有一定影響；并且磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，甚至?xí)构ぜw出而發(fā)生事故。

4.4 多軸加工

動(dòng)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(dòng)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(dòng)模套兩端面的孔相對(duì)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(shí)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(dòng)模套多軸加工中周向定位十分重要。以動(dòng)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(tái)平面的中心高，設(shè)計(jì)一支承架安裝φ6銷釘，φ6銷釘插入φ6定位孔用于動(dòng)模套周向定位，同時(shí)周向定位好后此角度就是A軸的編程原點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)動(dòng)模套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求進(jìn)行了分析，對(duì)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(shí)現(xiàn)了動(dòng)模套零件的加工。經(jīng)三坐標(biāo)儀測(cè)量分析，動(dòng)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(duì)單件小批量生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。但此工藝方案也有不足之處，即生產(chǎn)效率較低，對(duì)工人技術(shù)素質(zhì)要求高，若進(jìn)行批量生產(chǎn)，還需對(duì)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(dòng)化，2010（3）：39-40，59.

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

（編輯：?jiǎn)?迪）

TH 162

A

1002－2333（2014）04－0056－03

詹欣榮（1983—），男，高級(jí)技師，從事數(shù)控技術(shù)方面的實(shí)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(diǎn)資助項(xiàng)目（KJ-3）