《模具制造技术》精品课程四川航天职业技术学院

模具制造项目课题：冲裁模具凹模的制造工艺

教学要点

【目的要求】 1 、熟悉模具凹模的制造工艺过程； 2 、典型冲裁模具凹模的制造工艺；【重点】 1 、模具凹模的制造工艺过程； 2 、冲裁模具凹模的制造工艺；【难点】 1 、冲裁模具凹模的制造工艺。

教学案例

典型凹模的加工

一、凹模的制造工艺过程 凹模加工与凸模加工相比有以下特点： 1) 在多孔冲裁模或级进模中，凹模上有一系列孔（这些孔称为孔系），凹模孔系位置精度通常要求在±（ 0.O1～ 0.02)mm以上，这给孔的加工带来困难。 2) 凹模在镗孔时，孔与外形有一定的位置精度要求，加工时，要求确定基准，并准确确定孔的中心位置，这给加工带来很大难度。 3 ）凹模内孔加工的尺寸往往直接取决于刃具的尺寸，因此刃具的尺寸精度、刚性及磨损将直接影响内孔的加工精度。 4 ）凹模孔加工时，切削区在工件内部，排屑、散热条件差，加工精度和表面质量不容易控制。

( 一 ) 单个圆形型孔的加工 凹模型孔为较大单个圆孔加工时，毛坯外形用车削加工。当凹模型孔直径小于 5mm时，先钻孔，然后铰孔，热处理后磨削顶面和底面，用纱布抛光型孔即可； 当型孔直径大于 5mm时，一般采用钻削和镗削方法对型孔进行粗加工，经淬火、回火热处理后，利用万能磨床或内圆磨床对型孔精加工，磨孔的精度可达 IT5～ IT6，孔表面粗糙度 Ra可达 0.8～ 0.2um。 （二）系列圆形型孔 1 、在普通钻床上加工——在缺乏坐标锉床的情况下，可在普通钻床上进行孔系的加工。凹模毛坯经刨或铣六面，然后磨平六个面，并要互相垂直，根据图样，在磨好的工件上划线，并将工件夹持在平口钳上，通过在钻床的纵向和横向附加块规和百分表测量装置，控制工件移动的距离，进行孔系的加工。

2 、在铣床上加工——在立式铣床上加工多个凹模型孔，直接利用工作上的纵、横向位移来确定孔的位置，其加工的孔间距精度较低，一般为 0.06～0.08mm。 3 、在精密坐标膛床或坐标磨床上加工——精密坐标锉床具有精密坐标定位装置，它是专门用于锉削尺寸、形状和位置精度要求高的孔系的精密机床。孔位精度一般可达 0.005～ 0.015 mm。由于凹模在热处理时易发生变形，导致热处理之前镗好的孔位精度降低。当凹模孔的精度和孔位精度要求很高时，经过坐标镗床加工的凹模在热处理之后，还应在坐标磨床上精加工，以保证型孔尺寸精度和孔系的位置精度。

4 、非圆型孔的加工 ①锉削加工 在锉削和压印之前，凹模的外形应先加工出来，钳工按照凹模刃口轮廓线划线，然后在立式铣床或带锯机床上将型孔内部的废料去除，留出 0.2～ 0. 8mm（单边）的加工余量。型孔的内部废料去处后，可用锉削方法进行精加工型孔。钳工先用粗锉锉出形状，最后用细锉精错成形，并随时用加工好的凸模检验。凹模刃口锉好后在锉出凹模孔的后角的大小。 ②压印锉修 用淬硬的加工好的凸模对未淬硬的并留有一定压印余量的凹模毛坯进行压印，压印方法与凸模的压印方法相同。凹模在压印锉修后，可用油石精细加工，并加工出后角。

5 、电火花线切割①准备毛坯：用圆钢锻成方形坯料，并退火。②刨六个面，将毛坯刨成六面体。③平磨上、下两平面及角尺面。④钳工划线，并加工销孔（钻孔、铰孔）和螺钉孔（钻孔、攻螺纹）。⑤去除型孔内部废料。沿型孔轮廓划出一系列孔，然后在钻床上顺序钻孔，钻完后凿通整个轮廓，敲出中间废料。⑥热处理：淬火与何火，检测表面硬度，要求达到 58一 62HRC。⑦平磨上、下两平面及角尺面。⑧电火花线切割型孔。线切割加工的步骤与凸模加工相似。

⑨ 将切割好的凹模进行稳定回火。 ⑩ 钳工研磨销孔及凹模刃口，使型孔达规定的技术要求。 二、电火花加工凹模型孔的方法 一般来讲，凹模型孔电火花加工的方法主要有 : 直接法，间接法，混合法，二次电极法。（一）直接加工法 是指将凸模直接作为电极加工凹模型孔的工艺方法。这种方法是将凸模适当加长，其非刃口端作为电极。凹模加工后，再将加长的电极部分去掉。通过在加工过程中控制脉冲放电间隙能保证凸、凹模的配合间隙，即放电间隙等于凸、凹模的配合间隙，用这种方法可以使配合间隙均匀。

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直接法

此方法不需要另做电极，工艺简单，但是，钢电极的电加工性能很差，电火花机床的脉冲电源应能适应钢电极的加工要求。此方法适用于形状复杂的凹模或多型孔的加工，如电机定子、转子硅钢片冲模等。 （二）间接加工法◆方法 是指凸模与加工凹模的电极分开制造。首先根据凹模尺寸设计和制造电极，然后用电极加工凹模，最后按冲裁模间隙配做凸模。◆优点 是电极材料不受凸模料的限制，可以选择电加工性能好的电极材料，而且配合间隙不受放电间隙的限制。

◆缺点 增加了制造电极和钳工修配的劳动量，而且配合间隙不易做得均匀，对形状复杂的尤甚。故此种方法适合于配合间隙要求既较大或比较小的冲模的加工。 （三）混合加工法◆方法 是指电极与凸模的材料不同，但可通过焊接或采用其他粘结剂将其与凸模连接在一起，并同时加工成形，再对凹模加工，待凹模电火花加工后，再将电极与凸模分开。◆特点 此方法电极材料可选择电加工性能好的材料，效率较高；凸模与电极一起加工，电极的形状、尺寸与凸模一致，电火花加工后，凸、凹模的配合间隙均匀。

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间接法

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混合法

（四）二次电极法◆方法 利用凸形的电极（称为一次电极）加工出模，再用该电极加工凹形的电极（二次电极），然后用二次凹形电极加工凸模，这种方法常用于凹模制造有困难的电加工。

表 1 凹模型孔电火花加工方法选用

配合间隙 直接法 间接法 混合法 二次电极法

>0.20 □ ☆ □

0.1～ 0.2 □ □ □ □

0.1～0.015

☆ □ ☆ ☆

<0.015 □ ☆

注：☆——最适合 □——尚可

三、加工实例

例 1 冲裁凹模零件 图 1 所示为电火花加工的凹模，凹模的材料为T10A，与凸模的配合间隙为单边0.05～ 0.10mm，加工余量为单边3 ～ 4mm，刃口粗糙度为 0.8um。

图 1 用电火花加工的凹模

图 2 电火花加工用的电极

其加工过程如下： 1 ）准备毛坯：用圆钢锻成方形毛坯，并退火。 2) 刨削六个面。 3) 平磨：磨上、下两平面和角尺面。 4 ）钳工划线。划出型孔轮廓线及螺孔、销孔位置。 5 ）切除中心废料。先在型孔适当位置钻孔，然后用带锯机去除中心废料。 6 ）螺孔和销孔加工。加工螺孔（钻孔、攻螺纹），加工销孔（钻孔、铰孔）。 7 ）热处理：淬火与回火，检查硬度，表面硬度要求达到 58～ 62HRC 。

8 ）平磨。磨上下两平面。 9 ）退磁处理。 10）电火花加工型孔。

例 2 冲裁凸凹模零件

（一）工艺性分析 如图 3 所示，冲裁凸凹模零件是完成制件外形和两个圆柱孔的工作零件，从零件图上可以看出，该成形表面的加工，采用“实配法”，外成形表面是非基准外形，它与落料凹模的实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.06ｍｍ；凸凹模的两个冲裁内孔也是非基准孔，与冲孔凸模的实际尺寸配间隙。

图 3 冲裁凸凹模

凸凹模零件材料为 Cr6WV高强度微变形冷冲压模具钢。热处理硬度 58～ 62HRC。 Cr6MV材料易于锻造，共晶碳化物数量少。有良好的切削加工性能，而且淬水后变形比较均匀，几乎不受锻件质量的影响。它的淬透性和Cr12系钢相近。它的耐磨性、淬火变形均匀性不如Cr12MoV钢。 零件毛坯形式应为锻件。 ( 二 ) 工艺方案 根据一般工厂的加工设备条件，可以采用两个方案： 方案一：备料 - 锻造 - 退火 - 铣六方 - 磨六面 - 钳工划线作孔 - 镗内孔及粗铣外形 - 热处理 - 研磨内孔 -成形磨削外形。 方案二：备料 - 锻造 - 退火 - 铣六方 - 磨六面 - 钳工作螺孔及穿丝孔 - 电火花线切割内外形。

( 三 ) 工艺过程的制定 采用第一工艺方案：

序号 工序名称 工序主要内容1 下料 锯床下料， φ56mm×117mm2 锻造 锻造 110mm×45mm×55mm3 热处理 退火，硬度 HB≤2414 立铣 铣六方 104.4mm×50.4mm×40.3mm5 平磨 磨六方，对 90°6 钳 划线，去毛刺，做螺纹孔7 镗 镗两圆孔，保证孔距尺寸，孔径留 0.1 ～ 0.15mm的余量8 钳 铰圆锥孔留研磨量，做漏料孔9 工具铣 按线铣外形，留双边余量 0.3 ～0.4mm10 热处理 淬火、回火、 58 ～ 62HRC11 平磨 光上下面12 钳 研磨两圆孔， ( 车工配制研磨棒 ) 与冲孔凸模实配，保证 双面间隙为 0.06mm。

图 4 是几种曲型的冲裁凹模的结构图。这些冲裁凹模的工作内表面，用于成形制件外形，都有锋利刃口将制件从条料中切离下来，此外还有用于安装的基准面，定位用的销孔和紧固用的螺钉孔，以及用于安装其它零部件用的孔、槽等。因此在工艺分析中如何保证刃口的质量和形状位置的精度是至关重要的。 对于圆凹模其典型工艺方案是：备料 - 锻造 - 退火 - 车削 - 平磨 - 划线 - 钳工 ( 螺孔及销孔 )-淬火 -回火 - 万能磨内孔及上端面 - 平磨下端面 - 钳工装配

a)简单圆凹模 b)整体复杂凹模 c)大型镶拼式凹模图 4 冲裁凹模结构图

对图 4b的整体复杂凹模其工艺方案与简单凹模有所不同，具体为：备料 - 锻造 - 退火 - 刨六面 - 平磨 -划线 - 铣空刀 - 钳工 ( 钻各孔及中心工艺孔 )-淬火 -回火 - 平磨 - 数控线切割 - 钳工研磨。 如果没有电火花线切割设备，其工艺可按传统的加工方法：即先用仿形刨或精密铣床等设备将凸模加工出来，用凸模在凹模坯上压，然后借助精铣和钳工研配的方法来加工凹模。其方案为：刨 - 平磨 - 划线 - 钳压印 - 精铣内形 - 钳修至成品尺寸 - 淬火回火 - 平磨 - 钳研抛光。 对图 4c组合凹模，常用于汽车等大型覆盖件的冲裁。对大型冲裁模的凸、凹模因其尺寸较大 ( 在800mm×800mm以上 )

在加工时如没有大型或重型加工设备 ( 锻压机、加热炉、机床等 ) ，可采用将模具分成若干小块，以便采用现有的中小设备来制造，分块加工完毕后再进行组装。

例 3 级进冲裁模凹模 （ 1 ）工艺性分析　如图5 所示 , 该零件是级进冲裁模的凹模，采用整体式结构，零件的外形表面尺寸是 120 ㎜×80 ㎜ ×18㎜，零件的成形表面尺寸是三组冲裁凹模型孔，第一组是冲定距孔和两个圆孔，第二组是冲两个长孔，第三组是一个落料型孔。这三组型孔之间有严格的孔距精度要求，它是实现正确级进和冲裁，保证产品零件各部分位置尺寸的关键。再就是各型孔的孔径尺寸精度，它是保证产品零件尺寸精度的关键。这部分尺寸和精度是该零件加工的关键。结构表面包括螺纹连接孔和销钉定位孔等。

图 5 级进冲裁凹模

该零件是这付模具装配和加工的基准件，模具的卸料板、固定板，模板上的各孔都和该零件有关，以该零件型孔的实际尺寸为基准来加工相关零件各孔。 零件材料为 M ｎ C ｒ WV，热处理硬度 60～64HRC。零件毛坯形式为锻件，金属材料的纤维方向应平行于大平面与零件长轴方向垂直。 零件各型孔的成形表面加工，在进行淬火之后，采用电火花线切割加工，最后由模具钳工进行研抛加工。 型孔和小孔的检查：型孔可在投影仪或工具显微镜上检查，小孔应制做二级工具光面量规进行检查。

（二）工艺过程的制定

序号　　　工序名称　　　　工序主要内容1 　　　　　下料　　　　　　锯床下料， Φ56 ㎜ ×105 ㎜2 　　　　　锻造　　　　　 锻六方 125 ㎜ ×85 ㎜ ×23 ㎜3 　　　　　热处理　　　　 退火， HBS≤2294 　　　　　立铣　　　　　 铣六方， 120 ㎜ ×80 ㎜×18.6 ㎜5 　　　　　平磨　　　　　 光上下面，磨两侧面，对 90°6 　　　　　钳　　　　　　 倒角去毛刺，划线，做螺纹孔及销钉孔7 　　　　　工具铣　　　　 钻各型孔线切割穿丝孔，并铣漏料孔8 　　　　　热处理　　　　 淬火、回火 60 ～ 64HRC9 　　　　　平磨　　　　　 磨上下面及基准面，对 90°10　　　　 线切割　　　　 找正，切割各型孔留研磨量0.01 ～ 0.02 ㎜11 钳 研磨各型孔

( 三 ) 漏料孔的加工

冲裁漏料孔是在保证型孔工作面长度基础上，减小落料件或废料与型孔的摩擦力。关于漏料孔的加工主要有三种方式。首先是在零件淬火之前，在工具铣床上将漏料孔铣削完毕。这在模板厚度≥ 50㎜以上的零件中，尤为重要，是漏料孔加工首先考虑的方案。其次是电火花加工法，在型孔加工完毕，利用电极从漏料孔的底部方向进行电火花加工。最后是浸蚀法，利用化学溶液，将漏料孔尺寸加大。一般漏料孔尺寸比型孔尺寸单边大0.5㎜即可。

（四）锻件毛坯下料尺寸与锻压设备的确定

图 3 所示的冲裁凹模外形表面尺寸为： 120㎜×80㎜ ×18㎜，凹模零件材料为 MnCrWV，设锻件毛坯的外形尺寸为 125㎜ ×85㎜ ×23㎜。 1 ．锻件体积和重量的计算锻件体积 锻件重量 当锻件毛坯的体积在 5㎏之内，一般需加热 1 ～2 次，锻件总损耗系数取 5%。锻件毛坯的体积 锻件毛坯重量

338.2442385125 cmV 锻

kgVrG 92.138.24485.7 锻锻

360.256V05.1 cmV 锻坯

kg02.2G05.1G 锻坯

2 ．确定锻件毛坯尺寸 理论圆棒直径 选取圆棒直径为 56㎜时， 查圆棒料长度重量可知当 验证锻造比 Y 符合 Y=1.25～ 2.5的要求。则锻件下料尺寸为 3 ．锻压设备吨位的确定。当锻件坯料重量为2.02㎏，材料为 MnCrWV时，应选取 300㎏的空气锤。

mmVD 7.546.256673.0673.0 33 坯

kg02.2G05.1G 锻坯 kg02.2G05.1G 锻坯 mmD 56坯 mmL 105坯

875.156/105D/ 坯坯LY