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模具知識

模具制造精加工工序

2021-07-26448人次瀏覽

??一幅模具是由眾多的零件組配而成,零件的質量直接影響著模具的質量,而零件的最終質量又是由精加工來完成保證的,因此說控制好精加工關系重大。在國內大多數的模具制造企業,精加工階段采用的方法一般是磨削,電加工及鉗工處理。在這個階段要控制好零件變形,內應力,形狀公差及尺寸精度等許多技術參數,在具體的生產實踐中,操作困難較多,但仍有許多行之有效的經驗方法值得借鑒。
??模具零件的加工,根據零件的外觀形狀不同,大致可把零件分三類:板類、異形零件及軸類,其共同的工藝過程大致為:粗加工——熱處理(淬火、調質)——精磨——電加工——鉗工(表面處理)——組配加工。


?1零件熱處理
??零件的熱處理工序,在使零件獲得要求的硬度的同時,還需對內應力進行控制,保證零件加工時尺寸的穩定性,不同的材質分別有不同的處理方式。隨著近年來模具工業的發展,使用的材料種類增多了,除了Cr12、40Cr、Cr12MoV、硬質合金外,對一些工作強度大,受力苛刻的凸、凹模,可選用新材料粉末合金鋼,如V10、ASP23等,此類材質具有較高的熱穩定性和良好的組織狀態。
??針對以Cr12MoV為材質的零件,在粗加工后進行淬火處理,淬火后工件存在很大的存留應力,容易導致精加工或工作中開裂,零件淬火后應趁熱回火,消除淬火應力。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,可以獲得較高的強度及耐磨性,對于以磨損為主要失效形式的模具效果較好。生產中遇到一些拐角較多、形狀復雜的工件,回火還不足以消除淬火應力,精加工前還需進行去應力退火或多次時效處理,充分釋放應力。
??針對V10、APS23等粉末合金鋼零件,因其能承受高溫回火,淬火時可采用二次硬化工藝,1050-1080℃淬火,再用490-520℃高溫回火并進行多次,可以獲得較高的沖擊韌性及穩定性,對以崩刃為主要失效形式的模具很適用。粉末合金鋼的造價較高,但其性能好,正在形成一種廣泛運用趨勢。


???2零件的磨削加工
??磨削加工采用的機床有三種主要類型:平面磨床、內外圓磨床及工具磨具。精加工磨削時要嚴格控制磨削變形和磨削裂紋的產生,即使是十分微小的裂紋,在后續的加工使用中也會顯露出來。因此,精磨的進刀要小,不能大,冷卻液要充分,尺寸公差在0.01mm以內的零件要盡量恒溫磨削。由計算可知,300mm長的鋼件,溫差3℃時,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。
??精磨時選擇好恰當的磨削砂輪十分重要,針對模具鋼材的高釩高鉬狀況,選用GD單晶剛玉砂輪比較適用,當加工硬質合金、淬火硬度高的材質時,優先采用有機粘結劑的金剛石砂輪,有機粘結劑砂輪自磨利性好,磨出的工件粗糙可達Ra=0.2μm,近年來,隨著新材料的應用,CBN砂輪,也即立方氮化硼砂輪顯示出十分好的加工效果,在數控成型磨,坐標磨床,CNC內外圓磨床上精加工,效果優于其它種類砂輪。磨削加工中,要注意及時修整砂輪,保持砂輪的銳利,當砂輪鈍化后,會在工件表面滑擦、擠壓,造成工件表面燒傷,強度降低。
??板類零件的加工大部分采用平面磨床加工,在加工中常會遇到一種長而薄的薄板零件,此類零件的加工較難。因為加工時,在磁力的吸附作用下,工件產生形變,緊貼于工作臺表面,當拿下工件后,工件又會產生回復變形,厚度測量一致,但平行度達不到要求,解決的辦法可采用隔磁磨削法,磨削時以等高塊墊在工件下面,四面擋塊抵死,加工時小進刀,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,達到平行度要求。
??軸類零件具有回轉面,其加工廣泛采用內外圓磨床及工具磨床。加工過程中,頭架及頂尖相當于母線,如果其存在跳動問題,加工出來的工件同樣會產生此問題,影響零件的質量,因此在加工前要做好頭架及頂尖的檢測工作。進行內孔磨削時,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,夾緊力不可過大,否則容易在工件圓周上產生“內三角”變形。


???3電加工控制
??現代的模具工廠,不能缺少電加工,電加工可以對各類異形、高硬度零件進行加工,它分為線切割與電火花二種。
??慢走絲線切割加工精度可達±0.003mm,粗糙度Ra0.2μm。加工開始時,要先檢查機床的狀況,查看水的去離子度,水溫,絲的垂直度,張力等各個因素,確保良好的加工狀態。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力平衡,很容易引起應力集中,特別是在拐角處,因此當R<0.2(特別是尖角)時,應向設計部門提出改善建議。加工中處理應力集中的方法,可運用矢量平移原理,精加工前先留余量1mm左右,預加工出大致形狀,然后再進行熱處理,讓加工應力在精加工前先行釋放,保證熱穩定性。
??加工凸模時,絲的切入位置及路徑的選擇要仔細考慮。采用打孔穿絲加工,效果最佳。高精線切割加工,通常切割遍數為四次,可以保證零件質量。當加工帶有錐度的凹模時,本著快速高效的立場,第一遍粗加工直邊,第二遍錐度加工,接著再精加工直邊,這樣可不需進行X段垂直向精加工,只精加工刃口段直邊,既節約時間又節約成本。
??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數控機床加工完成。電極的材質選擇上,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雜件精加工。制作電極時,需要計算電極的間隙量及電極數量,當進行大面積或重電極加工時,工件和電極裝夾要牢固,保證具有足夠的強度,防止加工松動。進行深臺階加工時,對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。


???4表面處理及組配
??零件表面在加工時留下刀痕、磨痕是應力集中的地方,是裂紋擴展的源頭,因此在加工結束后,需要對零件進行表面強化,通過鉗工打磨,處理掉加工隱患。對工件的一些棱邊、銳角、孔口進行倒鈍,R化。一般地,電加工表面會產生6-10μm左右的變質硬化層,顏色呈灰白色,硬化層脆而且帶有殘留應力,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、電加工過程中,工件會有一定磁化,具有微弱磁力,十分容易吸著一些小東西,因此在組裝之前,要對工件作退磁處理,并用乙酸乙脂清洗表面。組裝過程中,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,列出各項應注意事項,然后著手裝配模具,裝配一般先裝導柱導套,然后裝模架和凸凹模,然后再對各處間隙,特別是凸凹模間隙進行組配調整,裝配完成后要實施模具檢測,寫出整體情況報告。對發現的問題,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,解決問題。
  實踐證明,良好的精加工過程控制,可以有效減少零件超差、報廢,有效提高模具的一次成功率及使用壽命。

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