8模具制造技术综述

8.模具制造技术综述

在一定的制造装备和制造工艺条件下，直接对模具零件材料（一般为金属材料）进行加工，以改变其形状、尺寸、相对位置和性质，使之成为符合要求的零件，再将这些零件经相互配合、定位与安装、连接与固定成为模具的过程，称为模具制造。

8.1模具制造过程和特点

8.1.1模具制造过程模具的生产过程和其它工业产品的生产过程一样，都是指由原材料开始经过加工转变为成品的全部过程。

模具的生产过程是指通过一定的加工工艺和工艺管理对模具零件进行加工、装配的过程。

模具生产过程包括以下六个阶段：模具方案策划，模具结构技术设计，生产准备，模具成形件加工，装配调试和验收与试用。

1.模具方案策划分析产品零件结构、尺寸精度、表面质量要求，以及成形工艺。

2.模具结构技术设计进行成形件造型、结构设计；系统结构，包括定位、导向、卸料以及相关参数设定等设计，即总成设计。

3.生产准备成形件材料、模块等坯料加工；标准零、部件配购；根据造型设计，编制NC、CNC 加工代码组成的加工程序；以及刀具、工装等。

4.模具成形件加工根据加工工艺规程，采用NC、CNC 加工程序进行成形加工、孔

系加工；或采用万能工具铣、成形磨削等传统工艺进行加工，

以及相应的热处理工艺。

5.装配与试模按模具设计要求，检查标准零、部件和成形零件的尺寸精度、

位置精度，以及表面粗糙度要求；将合格的模具零件及标准件按装配工艺规程进行装配、试模。

6.验收与试用根据各类模具的验收技术条件、相关标准和合同规定，对模具设计及制造质量作一合理性与正确性的评估，模具是否能达到预期的功能要求。

8.1.2模具工艺工作模具制造工艺规程编制的过程为：

1.模具工艺性分析

在充分理解模具结构、用途、工作原理和技术要求的基础上，分析模具零件材料、形状、尺寸和精度要求等工艺性是否合理，找出加工的技术难点，提出合理加工方案和技术保证措施。

2.确定毛坯形式

根据零件的材料类别、零件的作用和要求等确定哪些零件属于自制件、外购件和外协件，分别填写外购件清单和外协件清单。对于自制件确定毛坯形式，如原型材、锻造件、铸造件和半成品件等，并填写毛坯备料清单。

3.二类工具的设计和工艺编制专用二类工具的设计原则应该符合模具生产的特

点。

4.工艺规程内容的填写

模具工艺规程内容的填写，应该文字简洁、明确、符合企业用语，对于重要 关键

工序的技术要求和保证措施、 检验方法作出必要的说明， 根据需要画出工序 加工简图。

对于一般模具的装配只编制装配要点、 重要技术要求的保证措施以及在装配 过

程中需要机械加工和其他配合加工的要求， 而模具的具体装配程序多由模具装 配钳工自行掌握。只有对于大型复杂模具才编制较详细的装配工艺规程。

8.1.3模具的制造和工艺特点 模具作为一种高寿命的专用工艺装备，其生产制造

工艺具有以下几个特点：

1. 加工精度高，形状复杂 模具的工作部分一般都是二

维或三维的复杂曲

面，不仅零件具有较高的尺寸精度， 还有较高的形状和位置精度要求。 需应用各 种特种加工 （如线切割、电火花、电铸等 ）和数控加工、 CAD/CAM 、快速成形等 现代加工方法。随着模具技术的不断发展， 会有更多的新工艺应用到模具制造中。

2. 模具材料 材料优异，硬度高，不仅加工难度大，而且需合理安排加工工 艺。

模具的

主要零件多采用优质合金钢制造， 特别是高寿命模具， 常采用 Crl2、CrWMn

等材料制造。 这类钢材从毛坯锻造、 加工到热处理均有严格的要求， 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。

3. 单件、多品种生产 模具不是直接使用的产品，而是为生产产品而制造的 工艺

装备，

每副模具只能生产某一特定形状、 尺寸和精度的制件， 这就决定了模具生产 属

于单件、多品种生产。

4. 生产周期短 当前由于新产品更新换代的加快和市场的竞争， 客观上要求 模

具生产周

期越来越短。模具的生产管理、设计和工艺工作都应该适应客观要求。

5. 模具生产的成套性 当某个制件需要多副模具来加工时， 各副模具之间往 往

互相牵连

和影响。只有最终制件合格， 这一系列模具才算合格， 因此在生产和计划安 排

上必须充分考虑这一特点。

6. 试模和试修 由于模具生产的上述特点和模具设计的经验性， 模具在装配 后

必须通过

试冲或试压， 最后确定是否合格。 同时有些部位需要试修才能最后确定。 因

此在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。

7. 模具加工向机械化、 求越来越

高，高精度、高寿

命、 机床精度、加工工艺条件、 平面磨床、 精密数

控电火花线切割机床、 高精度连续轨迹坐标磨床以及三坐标测 量机的使用越来越普遍，使模具加工向高技术密集型发展。

由于我国模具加工的技术手段还普遍偏低， 同时又有上述生产特点， 当前我 国

模具制造上的工艺特点主要表现如下：

1. 模具加工上尽量采用万能通用机床、通用刀量具和仪器，尽可能地减少专 用

二类工具的数量。

2. 在模具设计和制造上较多的采用“修配法” 、“同镗法”等，使得模具零件

精密化和自动化发展 目前产品零件对模具精度的要

高效率的模具越来越多。而加工精度主要取决于加工 测量手段和方法。目前精密成形磨床、 CNC 高精度

的互换性降低，但这是保证加工精度，减小加工难度的有效措施。今后随着加工

技术手段的提高，互换性程度将会提高。

3.在制造工序安排上，工序相对集中，以保证模具加工质量和进度，简化管理和减少工序周转时间。

8.2模具的技术经济指标

8.2.1模具的精度和刚度

1.模具的精度为满足用户对精度、质量和使用性能的要求，在整个模具设计制造过程中必须建立“精度”概念，其理由有以下两个基本内容：

（1）模具是精度成形工具，必须满足制件（冲件、塑料件、压铸件、锻件

等）的尺寸精度、形状精度要求；保证制件大批量成形加工中的互换性；保证其在长期使用（允许寿命范围）内的可靠性要求。因此，模具精度等级通常需高于制件 2 级或以上。

（2）模具精度还受成形件（如凸、凹模）相互配合间隙及其均匀性的影响。这样，构成模具导向副、结构件和支撑件之间的配合精度、相连接零件之间的定位精度、位置精度等则要进一步提高。就是说，保证成形件之间的配合间隙及其均匀性，将涉及构成模具的每个零部件的精度与表面质量。

成形件之间的配合间隙及均匀性，是组成模具装配尺寸链的“封闭环”

。为了保证该封闭环的精度要求，必须提高零、部件的精度和质量。

2. 模具的刚度

对于高速冲压模、大型件冲压成形模、精密塑料模和大型塑料模，不仅要求精度高，还应有良好的刚度。这类模具工资负荷较大，当出现较大的弹性变形时，不仅要影响模具的动态精度，而且关系到模具能否继续正常工作。因此在模具设计中，在满足强度要求的同时，对于模具刚度也应得到保证，同时在制造时也要避免由于加工不当而造成的附加变形。

8.2.2模具的制造成本

模具的制造成本由以下五部分组成：

1.模具设计与制造费。

2.模具用材料与标志件购置费。

3.生产管理费。

4.技术附加费。

5.税金（含增值税和所得税）

模具设计与制造费用和工时费用成正比，而且模具企业的利润、工资、福利和税金均取决于模具设计与制造所创造的价值。因此，提高模具生产效率、缩短设计与制造期限，是控制其费用、降低生产成本、提高模具企业经济效益最关键的措施和途径。

8.2.3模具寿命

模具是比较昂贵的工艺装备，目前模具制造费用运站产品成本的10%?30％，使其使用寿命长短将直接影响产品的成本高低。因此，除了小批量生产和新产品试制等特殊情况外，一般都要求模具有较长的使用寿命，在大批量生产的情况下，模具的使用寿命更加重要。

模具寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下，所能加工的制件的总数量，它包括工作面的多次修磨和易损件更换后的寿命。

模具寿命=工作面的一次寿命X修磨次数X易损件的更换次数

一般在模具设计阶段就应明确该模具所适用的生产批量、 类型或者模具生产 制

件的总次数，即模具的设计寿命。不同类型的模具正常损坏的形式也不一样， 总的来说工作表面损坏形式有摩擦损坏、塑性变形、开裂、疲劳损坏、啃伤。

8.3 模具加工分析

8.3.1模具表面分类 机器零件的结构形状虽然多种多样，但它们都是由一些最基本的几何表面

（外圆、孔、平面等 ）组成的，机器零件的加工过程实际就是获得这些几何表面的 过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工， 但每种加工方法的加工质

量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的。 工程技术人员的任务， 就是要根 据具体加工条件 （生产类型、设备状况、工人的技术水平等 ）选用最适当的加工方 法，加工出合乎图样要求的机器零件。

具有一定技术要求的加工表面， 一般都不是只通过一次加工就能达到图样要 求

的，对于精密零件的主要表面， 往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要 求。

在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体 条

件，先选定该表面终加工工序加工方法， 然后再逐一选定该表面各有关前导工 序的加工方法。主要表面的加工方案和加工方法选定之后 ,再选定次要表面的加 工方案和加工方法。

当零件的加工质量要求较高时， 一般都要经过粗加工。 半精加工和精加工等 三

个阶段； 如果零件的加工精度要求特别高、 表面粗糙度要求特别小时， 还要经 过精整和光整加工阶段。

8.3.2各类表面加工分析

对于加工质量要求较高的零件， 工艺过程应分阶段进行， 这样才能保证零件 的

精度要求，充分利用人力、 物力资源。模具加工的工艺过程一般可分为以下几 个阶段：

1. 粗加工阶段 主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量， 形状和尺寸上尽量接近成品。因此，在此阶段中应采取措施尽可能提高生

产率。 2. 半精加工阶段 它的任务是使主要表面消除粗加工留下的误差， 的精度及留有精加工余量，为精加工做好准备，并完成一些次要表面 铣槽等 ）的加工。

3. 精加工阶段 精加工阶段主要是去除半精加工所留的加工余量， 主要表面达到图样要求的尺寸精度和表面粗糙度。

4. 光整加工阶段对于精度和表面粗糙度要求很高（如IT6级及IT7级以上的 精

度，表面粗糙度Ra 值小于或等于0.4卩m ）的零件可采用光整加工。但光整加 工一般不用于纠正几何形状和相互位置误差。

将零件的加工过程划分为几个加工阶段的主要目的是： （1）保证零件加工质

量，粗加工阶段要切除加工表面上的大部分余量，切削 力和切削热量都比较大， 装夹工件所需夹紧力亦较大， 被加工工件会产生较大的 受力变形和受热变形； 此外，粗加工阶段从工件上切除大部分余量后， 残存在工 件中的内应力要重新分布，也会使工件产生变形。

如果加工过程不划分阶段， 把各个表面的粗、精加工工序混在一起交错进行，

那么安排在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精度势必会被后续的粗加 工工序所破坏， 这是不合理的。 加工过程划分为几个阶段以后， 粗加工阶段产生 的加工误差， 可以通过半精加工和精加工阶段逐步予以修正， 这样安排， 零件的 加工质使毛坯在

达到一定

（如钻

孔、 使工件各

量容易得到保证。

（2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理，粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的制造费用。

（3）有利于合理利用机床设备，粗加工工序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加工工序则应选用高精度机床加工。在高精度机床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降,将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床上加工是不合理的。

应当指出，将工艺过程划分为几个阶段进行是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工，例如，工件的定位基准,在半精加工阶段（有时甚至在粗加工阶段）中就需要加工得很精确；而在精加工阶段中安排某些钻、攻螺纹孔之类的粗加工工序也是常见的。

当然，划分加工阶段并不是绝对的。在高刚度高精度机床设备上加工刚性好、加工精度要求不特别高或加工余量不太大的工件就可以不必划分加工阶段。有些精度要求不太高的重型零件，由于运送工件和装夹工件费时费工，一般也不划分加工阶段，而是在一个工序中完成全部粗加工和精加工工作。在上述加工中，为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提高工件加工精度有利.

8.4模具常用材料及毛坯

8.4.1模具常用材料

1.模具材料的类别根据模具设计中规定的模具材料类别，可以确定毛坯形式。例如精密冲裁模的上、下模座多为铸钢材料，大型覆盖件拉深模的凸模、凹模和压边圈零件为合金铸铁时，这类零件的毛坯形式必然为铸造件。又如非标准模架的上、下模座材料多为45 钢材料，毛坯形式应该是厚钢板的原型材。

2.模具零件的类别和作用对于模具结构中的工作零件，例如，精密冲裁模

和重载冲压模的工作零件，多为高碳高合金工具钢，毛坯形式应该为锻造件。对于高寿命冲裁模的工作零件材料多为硬质合金材料，毛坯形式为粉末冶金件。对于模具结构中的一般结构件，多选择原型材毛坯形式。

3.模具零件几何形状特征和尺寸关系当模具零件的不同外形表面尺寸相

差较大时，例如，凸缘式模柄零件，为了节省原材料和减少机械加工工作量，而应该选择锻件毛坯形式。

8.4.2模具零件毛坯选择模具零件的毛坯形式主要分为：原型材、锻造件、铸造件和半成品件四种。1.原型材是指利用冶金材料企业提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其它形状截面的型材，经过下料以后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。

2.经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的模具零件坯料，称为锻件毛坯。

由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件毛坯的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为T形、L形等。

合理地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式，对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系。圆棒料的下料长度（L）和圆棒料的直径（d）的关系应满足L=

(1.25~2.5)d 。在满足此关系的前提下，应尽量选用小规格的圆棒料。模具材料原 则上采用锯床切割下料方式。应避免锯一个切口后打断，这样易于生成裂纹。

锻件毛坯下料尺寸的确定方法如下：

① 计算锻件坯料的体积V 坯

V 坯=V 锻X K 式中 V 锻——锻件的体积；

K ——损耗系数，K = 1.05-1.10。

锻件在锻造过程中的总损耗量包括烧损量、切头损耗、芯料损耗三部分。 为了

计算方便，总损耗量可按锻件质量的 5%-10%选取。在加热1~2次锻成,

基本无鼓形和切头时，总损耗取 5%。在加热次数较多并有一定鼓形时，总损耗 取 10%。

② 计算锻件坯料的尺寸

理论圆棒料直径D 理为

(8-2)

圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取， 当D 理比较接近实际规格时，D

实~D 理。圆棒料的长度L 实应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选 棒料长度质量表确定。

计算完D 实和L 实后应验证锻造比，如果锻造比不符合要求，应重新选取 D 实。 3. 模具零件中常见的铸件有冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框

架等，材料为灰铸铁HT200和HT250;精密冲裁模的上模座和下模座，材料为 铸钢ZG270— 500；大、中型冲压成形模的工作零件，材料为球墨铸铁和合金铸 铁；吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金 ZLI02等。

4. 随着模具向专业化和专门化方向发展以及模具标准化程度的提高，以商 品形

式出现的冷冲模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件 (GB2857.1~2859.5— 81，GB / T2851.1~2853.2- 81)，以及塑料注射模标准模架 的应用日益广泛。当采购这些半成品件后，再进行成形表面和相关部位的加工， 对于降低模具成本和缩短模具制造周期都大有好处。这种毛坯形式应该成为模具 零件毛坯的主要形式。

本章小节

本课时简述了模具制造的过程特点、

成本控制因素。详细介绍了模具加工的步骤及使用

的毛坯材料及种类。 思考题

8.1简述模具的生产过程。

8.2模具的寿命指的是什么内容？

8.3模具毛坯种类有哪些？如何确定？

思考题参考答案

8.1简述模具的生产过程。

模具方案策划、模具结构技术设计、生产准备、模具成形件加工、装配调试和验收与试用。

8.2模具的寿命指的是什么内容？

模具寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下，

所能加工的制件的总数量， 它包括工作 面的多次修磨和易损件更换后的寿命。

模具寿命=工作面的一次寿命X 修磨次数X 易损件的更换次数

8.3 模具毛坯种类有哪些 ?

模具零件的毛坯形式主要分为：原型材、锻造件、铸造件和半成品件四种。

(8-1)

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