冷冲模模架零件加工优化方法

1.冷冲模模架的种类及其技术要求

（1）模架的种类 根据模架的结构形式和导柱在模座上的固定位置不同，冷冲模模架分为对角导柱模架、后侧导柱模架、中间导柱模架和四导柱模架，如图8-1所示。

（2）模架的技术要求 模架的技术要求很多，而且要求也很高（一般在零件图样上予以表述）。下面是模架加工的形位精度和表面质量要求：

1）模架上、下模座间的平行度误差不大于0.05/300。

2）导柱、导套对上、下模座间的垂直度误差不大于0.01/100。

3）模座上、下平面的表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm。

4）导柱与导套配合面的表面粗糙度为Ra0.4～0.1μm。

2.模架零件的加工工艺

（1）导柱和导套的加工

1）原始条件。所加工的导柱和导套如图8-2所示。

2）工艺分析

①由图8-2所示的结构尺寸和技术要求可以看出，构成导柱、导套的基本表面均为回转体表面且直径在热轧圆钢标准规格以内。因此，可直接选用适当尺寸的热轧圆钢作毛坯。为了切除其表面氧化皮和脱碳层，加工预留量可查表获得，即为2.5～3.5mm，长度预留5mm（两端加工余量）。

②为获得所要求的各项精度和表面粗糙度，可通过车削和磨削以及研磨等加工方法实现，且工艺基准应以两端中心孔定位，使其与设计基准重合，车削与磨削加工基准统一。

图8-1 冷冲模模架

a）对角导柱模架 b）中间导柱模架 c）后侧导柱模架 d）四导柱模架 1—上模座 2—导套 3—导柱 4—下模座

③由于渗碳、淬火后硬度较高且产生一定的变形（＜0.17mm），因此磨削工序应放在其后，且粗加工预留磨量不得小于0.35mm，最终的研磨预留量一般为0.01～0.02mm即可。

④图样中要求的渗碳层深度为0.8～1.2mm。如果预留磨削余量为0.4mm，则总渗碳层深度应为1.2～1.6mm。

3）工艺路线。综合上述分析所拟出的导柱、导套的加工工艺路线见表8-1和表8-2。

图8-2 导柱和导套

a）导柱 b）导套 材料：20钢 热处理：渗碳深度0.8～1.2mm；硬度58～62HRC

表8-1 导柱的加工工艺路线

4）热处理渗碳操作要点。参见第6章的6.7.1节及其表6-35渗碳和碳氮共渗常用的方法及其特点。

5）机械加工的操作要点。从图样和上述工艺分析中可以看出，由于导柱的外圆柱和导套的内孔都有圆度要求，因此定位基准的形状精度和同轴度对加工精度有直接影响，这是导柱和导套的机械加工要点。

表8-2 导套的加工工艺路线

①如果中心孔的同轴度有较大误差时，将使中心孔与顶尖不能良好接触，会影响加工精度；特别是中心孔出现圆度误差时，也使零件产生圆度误差，如图8-3所示。导柱在热处理后修正中心孔，旨在消除热处理过程可能产生的变形和其他缺陷，使磨削外圆时获得准确定位，确保外圆柱面的形状精度要求。

图8-3 中心孔圆度误差使零件产生圆度误差

图8-4 磨中心孔示意图

1—三爪自定心卡盘 2—砂轮 3—工件 4—尾顶尖

图8-5 多棱顶尖示意图

修正中心孔，可在车床、钻床或专用机床上进行磨削、研磨或挤压等，图8-4所示为在车床上用研磨法修正中心孔。操作时，加入少量煤油或机油，手持零件，利用机床尾座顶尖支撑，靠机床转动进行研磨。

用研磨法修正中心孔时，是用锥形铸铁研磨头代替锥形砂轮，在被研磨的中心孔表面加研磨剂进行研磨。如果铸铁顶尖与磨床顶尖一同磨出90°锥角后研磨出中心孔，可确保中心孔与磨床顶尖良好配合，则能磨出圆度和同轴度误差不大于0.002mm的外圆柱面。

图8-5是挤压中心孔的硬质合金多棱顶尖。使用时将其装在车床主轴的锥孔内，利用机床尾座顶尖将零件压向多棱顶尖，通过硬质合金多棱顶尖的挤压作用，来修正中心孔的误差。这种方法效率极高，但质量稍差，一般在质量要求不高的大批量生产情况下适用。

②表8-2所列导套工艺路线是在万能外圆磨床上，利用三爪自定心卡盘夹持φ48mm的外圆柱面，一次装夹后磨出φ32H7和φ45r6的内、外圆柱面，可避免经多次装夹所带来的误差，容易保证内、外圆柱面的同轴度要求。但这种方法每磨一件都要重新调整机床，所以只适于在单件生产情况下采用。如果加工数量较多的同一尺寸的导套，可以先磨好内孔，再把导套装在专门设计的锥度心轴上，如图8-6所示。以心轴两端中心孔定位（使定位基准与设计基准重合），靠心轴和导套间的摩擦力带动零件旋转磨削外圆柱面，也能满足较高的同轴度要求，并简化了操作过程。这种心轴的制作应确保高精度，其锥度在1/1000～1/5000的范围内选取，硬度在60HRC以上。

③导柱和导套的最后研磨加工，旨在进一步提高被加工表面的质量，以达到设计要求。批量较大时，可选择在专用的研磨机床上进行研磨；当单件小批生产时，可采用简单的研磨工具（图8-7和图8-8），在普通车床上进行研磨。

图8-6 用小锥度心轴安装导套

1—导套 2—心轴(www.xing528.com)

图8-7 导柱研磨工具

1—研磨架 2—研磨套 3—限动螺钉 4—调整螺钉

图8-8 导套研磨工具

1、4—调整螺母 2—研磨套 3—锥度心轴

④导套内孔磨削时，有时在两端出现喇叭口。研究分析认为，主要原因是研磨过程中，零件往复运动使磨料在端口处堆积以及孔口处切削作用增强所致（磨杆到达端口时，由于孔壁对磨杆的径向推力减小，磨杆发生一定的回弹）。所以磨削内孔时，应及时清除堆积在孔口处的研磨剂，以防产生这种缺陷。

（2）保持圈的加工 图8-9所示为滚动导向模架，在其导柱和导套之间装有过盈压配的钢球，在上、下模作相对运动时，两者间实现滚动摩擦。这种模架的特点是导向精度高、运动刚性好和使用寿命长。主要用于高精度、高寿命的硬质合金模具、高速精密级进模具等。

制作这种模架时，除了加工导柱、导套外，还要加工保持圈。保持圈一般用黄铜或铝合金制作，其结构形状如图8-10所示。

图8-9 滚动导向模架

1—下模座 2—弹簧 3—导套 4—保持圈 5—导柱 6—螺钉 7—压板 8—上模座

图8-10 保持圈结构形状

加工时，先在车床上按尺寸要求将保持圈加工成圆筒形，再将其用分度头装夹，在铣床上钻出安装钢球的各孔。其孔径比钢球直径大0.2～0.3mm，并应严格控制钻孔深度。

钢球是外购件，为确保钢球与导柱、导套均能良好接触，应对钢球进行仔细挑选，其直径差不超过0.002mm，圆度误差小于0.0015mm。将挑选的钢球装入保持圈的孔中，用收口工具（图8-11）将孔口缩小，使钢球既不至于掉出，又可灵活转动。

图8-11 保持圈钢球孔收口工具

a）收口工具 b）收口支座 c）钢球孔收口状态 1—保持圈 2—钢球

（3）上、下模座的加工 模架及其模座已标准化，下面以后侧导柱的标准模座为例，讨论其加工过程及操作要点。

1）原始条件

①上、下模座的图样如图8-12所示。

②技术要求。按相关国家标准规定，对安装滑动导柱、导套的模座，其孔的轴心线与基准面保持垂直，公差不得超过0.01/100；模座上、下平面的平行度公差见表8-3。

③根据相关标准规定，冷冲模模架的上、下模座材料可采用灰铸铁（HT200），也可采用45钢或Q235A钢制造。这里所列举的模座材料为铸铁。

2）工艺分析

图8-12 上、下模座的图样

a）上模座 b）下模座

表8-3 模座上、下平面的平行度公差

注：1.基本尺寸是指被测表面的最大长度尺寸或最大宽度尺寸。

2.公差等级按GB/T1184—1996《形状和位置公差未注公差值》。

3.公差等级4级，适用于0Ⅰ、Ⅰ级模架。

4.公差等级5级，适用于0Ⅱ、Ⅱ级模架。

①从模座图样和技术要求中看出，该模座加工的主要关键是模座上、下平面的平行度和孔的轴心线与基准面的垂直度，以及上、下模座安装孔的孔距必须保持一致等。如此，查表可知，通过铣（刨）削后，进行平面磨削即可达到上、下表面的平面度及平行度要求；利用镗削加工即可实现导套安装孔轴心线与平面垂直度的要求。

②模座所用材料为灰铸铁。为了消除铸造应力和改善切削加工性能，应进行完全退火；为防止长期使用发生时效变形，精加工前应进行人工时效处理。如果选用45钢或Q235-A钢制造，可根据模座厚度在相应的钢板上直接下料。

3）工艺路线。加工上、下模座的工艺路线分别见表8-4和表8-5。

表8-4 上模座加工工艺路线

表8-5 下模座加工工艺路线

4）操作要点。上、下模座的镗削加工，可根据质量要求和生产条件，利用坐标镗床或立式双轴镗床均可，也可以在铣床或摇臂钻床上采用坐标法进行镗削加工。

为了确保导柱和导套的孔间距离一致，在镗孔时常将上、下模座重叠在一起，一次装夹同时镗出导柱和导套的安装孔。