微孔瓷管壓型模具的設計與制造

■中國電科第五十五研究所 （江蘇南京 210016） 王存磊 朱開宏 王繼順 許 海

微孔瓷管壓型模具的設計與制造

■中國電科第五十五研究所 （江蘇南京 210016） 王存磊 朱開宏 王繼順 許 海

摘要：介紹一種微孔瓷管壓型模具的結構設計、工作過程及關鍵零部件的加工工藝。

隨著微電子技術的發展，微波器件對管殼的要求越來越高，而瓷管是微波管殼的關鍵零件之一。瓷管制作方法之一是通過壓型模具由瓷漿壓型而成，該方法可手工操作，簡單易行，可成形復雜形狀、高精度的瓷管，但是這也給壓型模具的設計、加工提出了很高的要求。

1. 瓷管結構特點

瓷管結構如圖1所示，其最大的特點是尺寸小、精度高，并且在φ1.6mm的圓孔底有0.2mm深的臺階和2個φ0.3mm的小孔，這給模具的設計、加工帶來了很大的難度。并且加工該瓷管的壓型模是一種手動模具，要求模具具有結構緊湊、質量輕、體積小和操作簡單的特點，這也需要在模具的設計、制造中加以考慮。

2. 模具結構設計及工作過程

整個模具結構如圖2所示。模具工作時瓷漿料在壓鑄機柱塞作用下壓入型腔，并充滿整個型腔，型腔表面用刮刀刮平，零件很快冷卻凝固，通過外力推動頂板6，頂板6推動頂桿8，進而推動頂件器2把瓷管頂出，最后通過彈簧來復位型腔。

圖1

圖2

設計該模具時，重點關注了以下幾個關鍵點：

（1）凹模設計為鑲塊鑲嵌式。鑲塊式凹模的優點是淬火時可僅對鑲塊淬火，因為鑲塊淬火變形較小，而且磨損后方便更換。而整體式凹模淬火變形大，磨損后整個模具只能報廢，不可維修。

（2）凸模的設計及加工是整副模具的關鍵。凸模整體設計成分段臺階式，這樣可有效增加凸模的強度，因為瓷管的內腔尺寸

只有φ1.6mm，凸模端部也只能是這個尺寸，強度很小。該瓷管腔底有半圓臺階和2個φ0.3mm的微孔，凸模的設計如圖3所示，凸模端部安裝兩個小凸模芯φ0.3mm，考慮到該瓷管內孔尺寸太小，只能采用壓配凸模芯的方式。

圖3

（3）該瓷管零件尺寸小、精度高，也對模具的各個配合尺寸提出了很高的要求。經多次試驗，頂件器與凹模、凸模之間必須配合0.01～0.02mm的間隙，間隙太小會使腔內空氣無法排除，瓷料填充不滿形成氣泡；間隙太大容易使瓷料進入間隙，造成瓷管有毛邊而報廢。必須保證凸模與凹模的同心度在0.02mm以內，以及凸模及凸模芯與凹模頂面的垂直度在0.02mm以內，否則瓷管尺寸極易超差，瓷管壁厚不均勻，造成瓷管焊接漏氣而報廢。

3. 關鍵零部件的加工要點及裝配

該壓型模的關鍵零件有4個：凹模及凹模鑲塊、凸模及凸模芯、頂件器及底板。由于該瓷管件尺寸太小，關鍵零部件的加工難度大，因此采用特殊加工工藝來保證零件的尺寸要求。

（1）凹模的加工。凹模的加工工藝過程為：下料→車凹模外形（兩端留0.1mm余量供磨，中心打穿絲孔）→磨出兩端面（平行度≤0.01mm）→線切割割配合孔（與底板裝配好后同底板一同割出）→擴孔、鉸孔→車凹模鑲塊→鑲塊熱處理→鑲塊磨內孔→鑲塊拋光、壓配→磨端面。

關鍵加工工藝為線切割割配合孔。因為凸模和凹模孔同底板垂直度必須在0.02mm以內才能保證瓷管的垂直度，為了凸模安裝孔與凹模孔同心且垂直于底板，必須待打好穿絲孔的底板與凹模裝配合固后一同割內孔，這樣可以保證凸模的安裝孔和凹模鑲塊的安裝孔同心且垂直于底板。

（2）凸模及凸模芯的加工。凸模的加工是這副模具制作的難點。凸模的設計采用了分段臺階、凸模芯壓配的方式（見圖3），但是凸模端部及凸模芯尺寸太小，加工難度大。工藝過程為：車凸模初坯外形（見圖4）→數控銑床銑臺階、做2個φ0.25mm孔→精車外形→車凸模芯→壓配凸模芯。

圖4　凸模初坯

關鍵工藝為：①凸模的加工。在φ1.65mm的直徑上加工2個φ0.25mm安裝孔，試過很多辦法都不理想，最后確定使用新引進的高速數控雕銑機，采用高速銑削技術加工。先車好初坯圖（見圖4），這時留有余量。然后用高速數控雕銑機以中心定位（見圖5），銑φ2.5mm外形到φ2mm，打2個深2mmφ0.25mm孔。這樣做的優點是可以使2個φ0.25mm孔與中心對稱。②凸模芯的加工（見圖6）。車床車凸模芯成形，關鍵點在車φ0.25mm時與孔配做，需過盈0.003～0.008mm，間隙過大凸模芯會隨瓷管滑出，間隙過小壓配時難以進入而使凸模芯彎曲變形。③精車凸模、壓配凸模芯。以凸模粗端定位，對銑過的外形φ2mm打表找中心，然后精車到φ1.65mm保證公差，解決了2個φ0.25mm的中心與φ1.65mm的中心同心的問題。

圖5　凸模臺階和孔的成形

圖6　凸模芯

由于凸模芯尺寸太小，壓配十分困難。我們設計了壓配夾具（見圖7），夾具兩端有φ0.25mm孔，深度分別為1.2mm和0.6mm，兩端圓柱體加工成近半圓形，是為了壓配一個凸模芯時避開另一個。壓配時先把凸模芯放在深1.2mm的φ0.25mm孔中，壓入凸模，

然后用夾具另一端淺孔把凸模芯壓緊。壓配凸模芯時要注意垂直壓入，用力適中，不能使凸模芯彎曲。凸模芯臺階位置要壓平，保證凸模芯根部無縫隙，否則瓷料會滲入造成瓷管飛邊。

圖7　壓配夾具

（3）頂件器的加工。加工頂件器的工藝過程為：車外形→淬火→磨兩端面配型腔高度→拋光。該零件加工的關鍵點在于頂件器的內、外形尺寸要與凸模、凹模的配合間隙在雙邊0.01～0.02mm，間隙過小會不透氣而使瓷管有氣孔，過大會使瓷管有飛邊。

（4）底板的加工。底板的加工工藝過程為：車外形→磨兩端面→做穿絲孔→線切割割內孔（與凹模裝配后與凹模孔一同割出）→鉸孔→凸模壓配→做其余安裝孔。

底板加工的關鍵點在于：①磨兩面的平行度≤0.01mm。②割內孔時與凹模一同割出，保證與凹模孔的同心度≤0.01mm。③凸模孔與底板的垂直度≤0.01mm。

4. 結語

模具解決了瓷管內腔、微孔成型的問題，制作的瓷管尺寸公差符合要求；整個模具結構緊湊、操作簡單；采用鑲嵌式結構，凹模及凸模在磨損后維修方便。

參考文獻：

[1] 王孝培. 沖壓設計資料[M]. 2版.北京：機械工業出版社，2005.

[2] 馮炳堯，韓泰榮，殷振海，等.模具設計簡明手冊[M]. 上海：上海科技出版社，1984.

[3] 周澤清，黃建方，顧柏峰. 一模四出瓷管壓鑄模設計及加工[J].模具工程，2005（6）：17-18.

收稿日期：（20150228）