模具精加工控制分析

　　一幅模具是由眾多的零件組配而成，零件的質(zhì)量直接影響著模具的質(zhì)量，而零件的最終質(zhì)量又是由精加工來(lái)完成保證的，因此說(shuō)控制好精加工關(guān)系重大。

 

　　在國(guó)內(nèi)大多數(shù)的模具制造企業(yè)，精加工階段采用的方法一般是磨削，電加工及鉗工處理。在這個(gè)階段要控制好零件變形，內(nèi)應(yīng)力，形狀公差及尺寸精度等許多技術(shù)參數(shù)，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中，操作困難較多，但仍有許多行之有效的經(jīng)驗(yàn)方法值得借鑒。

 

 

　　2模具精加工的過(guò)程控制

 

　　模具零件的加工，一個(gè)總的指導(dǎo)思想是針對(duì)不同的材質(zhì)，不同的形狀，不同的技術(shù)要求進(jìn)行適應(yīng)性加工，它具有一定的可塑性，可通過(guò)對(duì)加工的控制，達(dá)到好的加工效果。

 

　　根據(jù)零件的外觀形狀不同，大致可把零件分三類：軸類、板類與異形零件，其共同的工藝過(guò)程大致為：粗加工——熱處理(淬火、調(diào)質(zhì))——精磨——電加工——鉗工(表面處理)——組配加工。

 

　　零件的熱處理工序，在使零件獲得要求的硬度的同時(shí)，還需對(duì)內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行控制，保證零件加工時(shí)尺寸的穩(wěn)定性，不同的材質(zhì)分別有不同的處理方式。隨著近年來(lái)模具工業(yè)的發(fā)展，使用的材料種類增多了，除了Cr12、40Cr、Cr12MoV、硬質(zhì)合金外，對(duì)一些工作強(qiáng)度大，受力苛刻的凸、凹模，可選用新材料粉末合金鋼，如V10、ASP23等，此類材質(zhì)具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的組織狀態(tài)。

 

　　針對(duì)以Cr12MoV為材質(zhì)的零件，在粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火后工件存在很大的存留應(yīng)力，容易導(dǎo)致精加工或工作中開(kāi)裂，零件淬火后應(yīng)趁熱回火，消除淬火應(yīng)力。淬火溫度控制在900-1020℃，然后冷卻至200-220℃出爐空冷，隨后迅速回爐220℃回火，這種方法稱為一次硬化工藝，可以獲得較高的強(qiáng)度及耐磨性，對(duì)于以磨損為主要失效形式的模具效果較好。生產(chǎn)中遇到一些拐角較多、形狀復(fù)雜的工件，回火還不足以消除淬火應(yīng)力，精加工前還需進(jìn)行去應(yīng)力退火或多次時(shí)效處理，充分釋放應(yīng)力。

 

　　針對(duì)V10、APS23等粉末合金鋼零件，因其能承受高溫回火，淬火時(shí)可采用二次硬化工藝，1050-1080℃淬火，再用490-520℃高溫回火并進(jìn)行多次，可以獲得較高的沖擊韌性及穩(wěn)定性，對(duì)以崩刃為主要失效形式的模具很適用。粉末合金鋼的造價(jià)較高，但其性能好，正在形成一種廣泛運(yùn)用趨勢(shì)。

 

　　2.2 零件的磨削加工

　　磨削加工采用的機(jī)床有三種主要類型：平面磨床、內(nèi)外圓磨床及工具磨具。精加工磨削時(shí)要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的產(chǎn)生，即使是十分微小的裂紋，在后續(xù)的加工使用中也會(huì)顯露出來(lái)。因此，精磨的進(jìn)刀要小，不能大，冷卻液要充分，尺寸公差在0.01mm以內(nèi)的零件要盡量恒溫磨削。由計(jì)算可知，300mm長(zhǎng)的鋼件，溫差3℃時(shí)，材料有10.8μm左右的變化，10.8=1.2×3×3(每100mm變形量1.2μm/℃)，各精加工工序都需充分考慮這一因素的影響。

 

　　精磨時(shí)選擇好恰當(dāng)?shù)哪ハ魃拜喪种匾?，針?duì)模具鋼材的高釩高鉬狀況，選用GD單晶剛玉砂輪比較適用，當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度高的材質(zhì)時(shí)，優(yōu)先采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪，有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨利性好，磨出的工件粗糙可達(dá)Ra=0.2μm，近年來(lái)，隨著新材料的應(yīng)用，CBN砂輪，也即立方氮化硼砂輪顯示出十分好的加工效果，在數(shù)控成型磨，坐標(biāo)磨床，CNC內(nèi)外圓磨床上精加工，效果優(yōu)于其它種類砂輪。磨削加工中， 要注意及時(shí)修整砂輪，保持砂輪的銳利，當(dāng)砂輪鈍化后，會(huì)在工件表面滑擦、擠壓，造成工件表面燒傷，強(qiáng)度降低。

 

　　板類零件的加工大部分采用平面磨床加工，在加工中常會(huì)遇到一種長(zhǎng)而薄的薄板零件，此類零件的加工較難。因?yàn)榧庸r(shí)，在磁力的吸附作用下，工件產(chǎn)生形變，緊貼于工作臺(tái)表面(見(jiàn)圖1)，當(dāng)拿下工件后，工件又會(huì)產(chǎn)生回復(fù)變形，厚度測(cè)量一致，但平行度達(dá)不到要求，解決的辦法可采用隔磁磨削法(見(jiàn)圖2)，磨削時(shí)以等高塊墊在工件下面，四面擋塊抵死，加工時(shí)小進(jìn)刀，多光刀，加工好一面后，可不用再墊等高塊，直接吸附加工，這樣可改善磨削效果，達(dá)到平行度要求。 

 

　　軸類零件具有回轉(zhuǎn)面，其加工廣泛采用內(nèi)外圓磨床及工具磨床。加工過(guò)程中，頭架及頂尖相當(dāng)于母線，如果其存在跳動(dòng)問(wèn)題，加工出來(lái)的工件同樣會(huì)產(chǎn)生此問(wèn)題，影響零件的質(zhì)量，因此在加工前要做好頭架及頂尖的檢測(cè)工作。進(jìn)行內(nèi)孔磨削時(shí)，冷卻液要充分澆到磨削接觸位置，以利于磨削的順利排出。加工薄壁軸類零件，最好采用夾持工藝臺(tái)，夾緊力不可過(guò)大，否則容易在工件圓周上產(chǎn)生“內(nèi)三角”變形。

 

 

　　2.3 電加工控制

　　現(xiàn)代的模具工廠，不能缺少電加工，電加工可以對(duì)各類異形、高硬度零件進(jìn)行加工，它分為線切割與電火花二種。

 

　　慢走絲線切割加工精度可達(dá)±0.003mm，粗糙度Ra=0.2μm。加工開(kāi)始時(shí)，要先檢查機(jī)床的狀況，查看水的去離子度，水溫，絲的垂直度，張力等各個(gè)因素，確保良好的加工狀態(tài)。線切割加工是在一整塊材料上去除加工，它破壞了工件原有的應(yīng)力平衡，很容易引起應(yīng)力集中，特別是在拐角處，因此當(dāng)R＜0.2(特別是尖角)時(shí)，應(yīng)向設(shè)計(jì)部門(mén)提出改善建議。加工中處理應(yīng)力集中的方法，可運(yùn)用矢量平移原理，精加工前先留余量1mm左右，預(yù)加工出大致形狀，然后再進(jìn)行熱處理，讓加工應(yīng)力在精加工前先行釋放，保證熱穩(wěn)定性。

 

　　加工凸模時(shí)，絲的切入位置及路徑的選擇要仔細(xì)考慮。如圖3所示，工件左端夾持，加工時(shí)選擇路線①比路線②要好，因?yàn)槁肪€①工件與材料的夾持部位聯(lián)接緊密，加工穩(wěn)定，若采用路線②，第一遍進(jìn)刀后，工件成懸壁狀，受力差，影響后續(xù)幾遍加工。路線③，采用打孔穿絲加工，效果最佳。高精線切割加工，通常切割遍數(shù)為四次，可以保證零件質(zhì)量。當(dāng)加工帶有錐度的凹模時(shí)，見(jiàn)圖4，本著快速高效的立場(chǎng)，第一遍粗加工直邊，第二邊錐度加工，接著再精加工直邊，這樣可不需進(jìn)行X段垂直向精加工，只精加工刃口段直邊，既節(jié)約時(shí)間又節(jié)約成本。 

 

　　電火花加工先要制作電極，電極有粗、精之分。精加工電極要求形狀符合性好，最好用CNC數(shù)控機(jī)床加工完成。電極的材質(zhì)選擇上，紫銅電極主要用于一般鋼件加工。Cu-W合金電極，綜合性能好，特別是加工過(guò)程中消耗量明顯比紫銅小，配合足量的沖刷液，很適合難加工材料加工及截面形狀復(fù)雜件精加工。Ag-W合金電極比Cu-W合金電極性能更優(yōu)，但其價(jià)格高，資源少，一般較少采用。制作電極時(shí)，需要計(jì)算電極的間隙量及電極數(shù)量，當(dāng)進(jìn)行大面積或重電極加工時(shí)，工件和電極裝夾要牢固，保證具有足夠的強(qiáng)度，防止加工松動(dòng)。進(jìn)行深臺(tái)階加工時(shí)，對(duì)電極各處的損耗及因排液不暢引起的電弧放電，要予以注意。

 

　　2.4 表面處理及組配

　　零件表面在加工時(shí)留下刀痕、磨痕是應(yīng)力集中的地方，是裂紋擴(kuò)展的源頭，因此在加工結(jié)束后，需要對(duì)零件進(jìn)行表面強(qiáng)化，通過(guò)鉗工打磨，處理掉加工隱患。對(duì)工件的一些棱邊、銳角、孔口進(jìn)行倒鈍，R化。一般地，電加工表面會(huì)產(chǎn)生6-10μm左右的變質(zhì)硬化層，顏色呈灰白色，硬化層脆而且?guī)в袣埩魬?yīng)力，在使用之前要充分消除硬化層，方法為表面拋光，打磨去掉硬化層。

 

　　在磨削加工、電加工過(guò)程中，工件會(huì)有一定磁化，具有微弱磁力，十分容易吸著一些小東西，因此在組裝之前，要對(duì)工件作退磁處理，并用乙酸乙脂清洗表面。組裝過(guò)程中，先參看裝配圖，找齊各零件，然后列出各零件相互之間的裝備順序，列出各項(xiàng)應(yīng)注意事項(xiàng)，然后著手裝配模具，裝配一般先裝導(dǎo)柱導(dǎo)套，然后裝模架和凸凹模，然后再對(duì)各處間隙，特別是凸凹模間隙進(jìn)行組配調(diào)整，裝配完成后要實(shí)施模具檢測(cè)，寫(xiě)出整體情況報(bào)告。對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，可采用逆向思維法，即從后工序向前工序，從精加工到粗加工，逐一檢查，直到找出癥結(jié)，解決問(wèn)題。

 

 

 

　　實(shí)踐證明，良好的精加工過(guò)程控制，可以有效減少零件超差、報(bào)廢，有效提高模具的一次成功率及使用壽命。