成型磨削工藝在異形凸模加工中的應用

劉良瑞

（黃岡職業(yè)技術學院 機電學院，湖北 黃岡 438002）

凸模是用來成型制品內(nèi)表面的模具零件。由于制品的形狀、尺寸不同，所以凸模的種類很多，常根據(jù)凸模斷面形狀的不同將其分為圓形凸模和異形凸模兩類。圓形凸模一般采用車削、銑削、磨削等進行粗加工和半精加工，經(jīng)熱處理后在外圓磨床上進行精加工，再經(jīng)光整加工（研磨、拋光）后即可達到設計要求。異形凸模在制造上較圓形凸模要復雜得多，特別是工作型面的精加工常采用電火花加工或成型磨削加工，而成型磨削加工比電火花加工的加工時間要縮短60%左右，是一種很好的加工方法。成型磨削大多在光學曲線磨床、數(shù)控成型磨床上進行，但是部分中、小型模具企業(yè)普遍存在規(guī)模小、資金短缺等問題，對設備的投入和成本的控制很謹慎，磨床設備多數(shù)為普通平面磨床，沒有上述的高端磨床，為此，下面以某異形凸模為例，對其在普通平面磨床上實施成型磨削工藝的情況進行介紹。

1 成型磨削的工藝方法

異形凸模的工作型面是由一些平面、斜面和圓弧面等組成的，其輪廓線為若干直線段和圓弧。采用成型磨削加工，就是把被磨削的輪廓分成單一的直線和圓弧逐段進行磨削，使之達到圖樣上的技術要求，其方法如下：

1.1 成形砂輪磨削法

利用修整砂輪工具，將砂輪修整成與工件被磨削表面完全吻合的形狀，然后用此砂輪磨削工件。常用金剛石修整砂輪，在加工零件較多的情況下才用擠壓輪修整砂輪。擠壓輪修整砂輪適合于修整形狀復雜或帶小圓弧的成形砂輪，尤其是難以用金剛石進行修整的成形砂輪。

1.2 夾具磨削法

在磨削過程中，通過夾具的調(diào)節(jié)使工件固定或不斷改變位置，從而獲得所需的形狀。常用的磨削夾具有精密平口鉗、正弦磁力臺、正弦分度夾具、萬能夾具等。正弦精密平口鉗和正弦磁力臺主要用于磨削工件上的平面或斜面，正弦分中夾具主要磨削工件上共軸線的不同圓弧面、平面及等分槽；萬能夾具除具備前面幾種夾具的功能外，還可磨削不共軸線的多個圓弧面。

成型磨削的磨削精度可達IT5～IT6，表面粗糙度為Ra0.4～Ra0.1。

由于異形凸模零件圖上給出的尺寸是按設計基準標注的，成型磨削過程中所選定的工藝基準往往與設計基準不一致。因此，在進行磨削之前，需要根據(jù)設計尺寸換算出所需要的工藝尺寸，并繪制成磨削的工序圖，以便進行加工和測量。

成型磨削的工藝尺寸應按照加工中調(diào)整和測量的需要確定，且按零件的平均尺寸進行計算。為了保證加工精度，計算的精確度要提高，三角函數(shù)及一般數(shù)值運算應精確到小數(shù)點后6位，運算的最終結果精確到小數(shù)點后2位或3位。

為保證磨削質(zhì)量，應使工件在夾具內(nèi)正確定位，工件的定位基準面應預先磨平并保證垂直；磨削時，被磨削表面的尺寸是否符合設計要求，要用測量調(diào)整器、量塊和百分表進行比較測量。

2 異形凸模的成型磨削加工工藝過程

圖1所示為某企業(yè)的異形凸模，主視圖中的尺寸為換算后的工藝尺寸，按IT7 級制造，左視圖中的尺寸20按IT13級制造，材料：Cr12，硬度：58～62HRC，表面粗糙度全部為Ra0.8。

圖1 異形凸模

為了提高異形凸模的加工精度，更好地滿足產(chǎn)品功能的要求，結合企業(yè)的生產(chǎn)設備條件，將原先的精加工采用電火花線切割加工改為成型磨削加工，改進后的加工工藝路線為：

（1）備料: 鍛件55mm×45mm×25mm；（2）熱處理：退火HBS≤240；（3）立銑：銑六面55.6mm×45.6mm×25.6mm；（4）平磨：磨六面，留磨削余量0.3～0.4mm，對角尺；（5）鉗工：去毛刺，劃線；（6）立銑：銑C、D、E面，留磨削余量0.15～0.2mm；（7）熱處理：淬火、回火， 保證硬度58～62HRC；（8）平磨：磨基準面及其它平面（C、D、E面除外）至尺寸，對角尺；（9）成型磨削：磨削C、D、E面至尺寸。

該異形凸模的成型磨削采用MCL-MSP47S米其林正弦磁力臺（兩正弦圓柱之間的中心距為75mm）夾具在M7120D/H平面磨床上進行，加工工藝過程如下：

步驟1，校正夾具、裝夾工件：將正弦磁力臺夾具放在平面磨床的工作臺上，找正，使夾具上正弦圓柱的軸線與機床工作臺的縱向運動方向平行，然后以A面、B面為定位基準，裝夾工件。

步驟2，磨削C面：磨削前，先在夾具的正弦圓柱和底座間墊入尺寸為H1的調(diào)整量塊，使C面處于水平位置，調(diào)整夾具的調(diào)整量塊尺寸H1按正弦公式計算： H1=75sin8°=10.438mm，如圖2a所示。接著在夾具磁力平臺上按圖示位置放一根直徑為φ12的標準圓柱，調(diào)整測量調(diào)整器上量塊座的位置，用百分表進行測量，使量塊座平面與標準圓柱面的最高點等高后，將量塊座固定。再在上面放置尺寸為M1的檢測量塊，以此作為后續(xù)磨削C面是否加工到尺寸的檢驗依據(jù)，檢測量塊尺寸M1的計算，通過解圖2b所示的直角三角形得到：M1=[（40-6）×cos8°-6]=27.669mm。然后將百分表的測量頭放在檢測量塊上平面進行打表，并將主指針調(diào)到“0”位，記下百分表的讀數(shù)。

圖2 磨削異形凸模C面

于是，開始磨削C面到尺寸。C面是否達到磨削要求，通過百分表來測量C面的磨削尺寸M1。當百分表在C面上的讀數(shù)，與百分表在檢測量塊上平面的讀數(shù)相同時，表明工件已加工到所要求的尺寸，即達到磨削要求，否則，還需要繼續(xù)磨削。下述磨削D面、E面時，調(diào)整夾具的方法和檢測磨削尺寸是否達到磨削要求的測量方法，與磨削C面采用的方法一樣，不再贅述。

步驟3，磨削D面：調(diào)整夾具使D面處于水平位置，調(diào)整量塊尺寸H2： H2=75Sin30°=37.5mm；磨削D面到尺寸，為防止砂輪切入E面，當磨削到與E面交線附近時停止，留1～2mm余量，如圖3a所示。檢測量塊尺寸M2：M2=[(40-6)+(20-6)×tan30°]×Cos30°-6=30.445mm，如圖3b所示。

圖3 磨削異形凸模D面

步驟4，磨削E面：取走夾具正弦圓柱下的調(diào)整量塊，調(diào)整夾具磁力平臺成水平位置，磨削E面到尺寸，在E、D兩平面交線處留1～2mm的磨削余量，如圖4a所示。檢測量塊尺寸M3：M3=(40-12)-(35-20)×tan30°=19.340mm，如圖4b所示。

圖4 磨削異形凸模E面

步驟5，磨削D、E面的交線部位：用成形砂輪磨削法加工，先修整輪，調(diào)整夾具磁力平臺與水平面成30°，調(diào)整量塊尺寸為37.5mm（同上面的H2），用金剛石筆把砂輪圓周修整出部分錐角為60°的圓錐面，如圖5所示。再用修整后的砂輪磨削D、E面的交線部位，使砂輪的外圓柱面與處于水平位置的D面部分輕微接觸、出現(xiàn)極微小的火花，再使砂輪慢速橫向進給，直到砂輪的圓錐面與E面輕微接觸，加工完成，如圖6所示。

圖5 用金剛石筆修整砂輪

圖6 磨削異形凸模D、E面的交線部位

3 注意事項

（1）砂輪磨鈍后需及時修整，先用碳化硅砂條粗修，再使用金剛石筆修整，以保持形狀正確。

（2）砂輪在修整和磨削時，橫向位置不應改變，以保證磨削表面的輪廓精度。

（3）為便于磨削，設計凸模的結構時，要將其設計成直通式、不能設計成臺階式凸模；當凸模形狀復雜，某些表面因砂輪不能進入無法直接磨削時，應將凸模設計成鑲拼結構，各拼塊單獨加工后再組合拼裝成一個整體。

4 結語

通過工藝改進，在平面磨床上采用成型磨削工藝對該異形凸模進行精加工，提高了零件的加工精度，縮短了制造周期，節(jié)約了模具鋼材，降低了制造成本，取得了良好的經(jīng)濟效益?？梢?，只要零件的結構設計和磨削工藝制定合理、測量方法正確，中小模具企業(yè)利用平面磨床對零件進行成型磨削加工，同樣可以發(fā)揮其高精度、高效率的優(yōu)越性，從而提高模具制造水平。