精密模具零件加工之工藝控制

注重模具零件的精加工工藝過程控制，是模具企業(yè)長(zhǎng)久有效的生存發(fā)展之道。通過工藝過程控制可以最大限度地減少零件超差、報(bào)廢，從而有效提高模具在生產(chǎn)使用中壽命，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。

每一套模具都是由許多零件構(gòu)成，其中一部分是工藝零件，另一部分是結(jié)構(gòu)零件。工藝零件直接對(duì)成型產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，工藝零件的最終品質(zhì)在當(dāng)下的模具加工企業(yè)里均用精加工手段來最后完成，如何控制精密加工過程關(guān)系到模具壽命和成型產(chǎn)品能否交付。 在模具制造企業(yè)中，精加工階段除采用慢走絲線切割、割一多修的工藝手段外，另采用的方法即是在半精加工后，熱處理基礎(chǔ)上磨削加工，在這個(gè)階段要控制好零件的變形、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，有許多行之有效的經(jīng)驗(yàn)方法值得借鑒。

1.模具零件熱處理

模具零件要獲得所要求的熱處理硬度，必要對(duì)零件熱處理內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行控制，使零件加工時(shí)和加工后尺寸公差、形位公差能夠穩(wěn)定，針對(duì)不同材質(zhì)的零件作用，有不同的熱處理方式。其工藝要考慮的是經(jīng)濟(jì)性、材料淬透性、淬硬性、過熱敏性以及脫碳敏感性。

隨著近年來模具工業(yè)的發(fā)展，使用的材料種類很多，除了CrWMn、Cr12、40Cr、GCr15、Cr12MoV、9Mn2V硬質(zhì)合金外，對(duì)一些工作強(qiáng)度大，受力苛刻的凹模、凸模，可選用新材料粉末合金鋼，如S2、S3、V10、APS23S1、G2、G3、G4、G8等等。此類材料具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的組織狀態(tài)。 淬火后一般工件都存留內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致后續(xù)精加工或工作中開裂，零件淬火后應(yīng)趁熱回火，消除淬火應(yīng)力。形狀復(fù)雜、內(nèi)外轉(zhuǎn)角較多的工件，回火有時(shí)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。根據(jù)不同的要求采取不同的方法。以Cr12為材質(zhì)的零件為例，在粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火時(shí)僅僅冷卻方式就有：空氣冷卻（將加熱后的工件置于空氣中冷卻，此法操作簡(jiǎn)便、工件變形小，但硬度偏低，表面易氧化。適合于尺寸小、精度高、厚薄不均的工件）、油冷卻（將工件加熱后置于油中，冷卻到300℃～200℃，取出在空氣中冷卻。此法操作簡(jiǎn)便，工件硬度較高，但變形較大，易產(chǎn)生工件變形，適用于尺寸較大，形狀簡(jiǎn)單的工件）、平板夾緊在空氣中冷卻（將加熱后的工件置于兩塊鐵板或銅板之間壓緊，在空氣中冷卻。此法操作較繁，但工件變形小，只適合于某種特殊形狀的工件）、分級(jí)淬火（將工件加熱后置高于Ms點(diǎn)溫度的硝鹽中，停留一定時(shí)間，待工件的內(nèi)外溫度基本一致后，取出在空氣中冷卻。此法既能保證工件的硬度，又能減少工件的變形，廣泛用于形狀復(fù)雜變形要求小的工件）。如對(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，1040℃～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。

2.模具零件磨削加工

磨削加工采用的機(jī)床有三種主要類型：平面磨床、內(nèi)外圓磨床及工具成型磨削機(jī)床。

精加工磨削時(shí)要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的出現(xiàn)，哪怕是工件表面的顯微裂紋，否則在后續(xù)的工作中也會(huì)漸漸顯露出來。因此，精密磨削時(shí)的進(jìn)刀量要小，磨削中冷卻要充分，盡量選擇冷卻液介質(zhì)，加工余量在0．01mm內(nèi)的零件要盡量恒溫磨削。磨削工件時(shí)一定要謹(jǐn)慎選擇磨削砂輪：針對(duì)模具鋼材的高鎢、高釩、高鉬、高合金狀況，工件硬度高的特點(diǎn)，可選用PA鉻鋼和GC綠碳化硅砂輪；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，磨出的工件精度在IT5以上，粗糙度可達(dá)Ra＝0．16μm的要求。

隨著新材料的應(yīng)用，近年CBN立方氮化硼砂輪的應(yīng)用，顯示出了良好的加工效果，在數(shù)控成型磨、坐標(biāo)磨床、CNC內(nèi)外圓磨床上精加工，效果甚至優(yōu)于其它種類砂輪。

磨削加工中要及時(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、刻劃、擠壓，造成工件表面燒傷、顯微裂痕或產(chǎn)生溝槽，對(duì)以后的使用顯著地降低效用。

3.模具零件電加工

現(xiàn)代的模具企業(yè)，幾乎已不缺電加工，因?yàn)殡娂庸た梢詫?duì)各類異型、各類型腔或高硬度零件進(jìn)行有效加工，因此已經(jīng)成為模具制造和金屬加工行業(yè)必不可少的加工手段。 慢走絲線切割加工技術(shù)，從企業(yè)反饋的信息得知：精度已可達(dá)±0．002mm，粗糙度Ra＝0．4μm。為追求加工精度，開始時(shí)要先檢查線切割機(jī)床的狀況，要查看離子水的去離子度、離子水溫度、線切絲垂直度、張緊力、切割用絲、被切工件材質(zhì)等各個(gè)因素，確保良好的加工速度與精度。對(duì)于線切割加工而言，是在一整塊坯料上切除或切下材料的一種加工，因此原來的應(yīng)力均衡在加工過程中有所破壞，引起拐角處應(yīng)力集中，當(dāng)內(nèi)拐角處半徑R＜0．2時(shí)，應(yīng)建議設(shè)計(jì)部門改善模具結(jié)構(gòu)。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0．8～0．9mm余量，預(yù)加工出型腔大致形狀，再進(jìn)行熱處理，使加工應(yīng)力盡可能在精加工前釋放，以保證熱穩(wěn)定性。加工凸模時(shí)，切割絲的切入位置及路徑要仔細(xì)考慮。選擇夾持坯料的位置應(yīng)在第一遍進(jìn)刀后，工件不成懸壁狀，始終使工件受力狀態(tài)良好，不影響后續(xù)幾遍加工；對(duì)于要求高的凸模，可在坯料上打孔穿絲，加工效果較外形割入好?，F(xiàn)在高精度的工件，為保證零件質(zhì)量普遍采用4遍切割數(shù)。當(dāng)凹模厚度方向要有部分錐度加工時(shí)，為追求高效加工，通常第一遍粗加工直邊，第二遍錐度加工，第三遍再精加工直邊，這樣的工藝特點(diǎn)是，不需要再對(duì)已有的錐度邊進(jìn)行垂直向精加工，只是精加工刃口段直邊，第四遍再精修直邊刃口。 電火花成型加工分別要制作粗、精電極。精加工電極要求形狀符合型腔性好，好的精電極已用CNC數(shù)控機(jī)床加工完成。電極材質(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，特別是加工過程中電極損耗量比紫銅電極明顯小，在良好的排屑條件下，對(duì)難加工材料和截面形狀復(fù)雜件精加工很合適；Ag－W合金電極比Cu－W合金電極性能更優(yōu)，因資源少價(jià)格高，一般現(xiàn)在還很少采用；另外還有石墨電極，現(xiàn)已廣泛使用，目前有國(guó)產(chǎn)石墨和進(jìn)口石墨之分，進(jìn)口石墨以損耗小、硬度大、電蝕速度快、表面粗糙度低，占據(jù)優(yōu)勢(shì)，已在許多復(fù)雜件精加工中得到應(yīng)用。設(shè)計(jì)電極時(shí)，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)，工件與電極裝夾均要穩(wěn)固，具有一定的強(qiáng)度，防止加工過程中松動(dòng)。但是電火花加工后的表面比普通機(jī)械加工或熱處理后的表面更難研磨，因此電火花加工結(jié)束前應(yīng)采用精規(guī)準(zhǔn)修整，去除表面形成的硬化薄層。

4.模具零件表面處理

成型表面處理的內(nèi)容，包含鋼材表面無氣孔、硬度均勻、各向特性差異小、夾雜物低和零件表面在加工時(shí)留下刀痕、磨痕等應(yīng)力集中的地方。因此在加工結(jié)束后，需要對(duì)零件進(jìn)行表面強(qiáng)化，通過機(jī)械拋光、鉗工打磨、拋光，處理掉加工隱患。對(duì)工件無用棱邊、銳角、孔口進(jìn)行倒鈍。一般地，電加工表面會(huì)有變質(zhì)硬化層6～10μm左右，呈灰白色顏色，該層脆而帶有殘留應(yīng)力，在使用之前要充分消除硬化層，方法為表面拋光，拋磨掉硬化層。想獲得高質(zhì)量的拋光效果，工件的材質(zhì)、形狀、硬度以及切削加工的表面質(zhì)量要有充分的考慮，必備有高質(zhì)量的拋光工具、優(yōu)質(zhì)的拋光材料、正確的拋光工序、嚴(yán)謹(jǐn)有致的人員素質(zhì)、良好的清潔環(huán)境。

5.模具零部件組裝

在磨削加工、電加工過程中，工件會(huì)有一定磁化，具有微弱磁力，容易吸附一些小雜物，因此在組裝之前，要對(duì)工件作充分的退磁處理，并用乙酸乙脂清洗表面。組裝過程中：（1）先看懂理解裝配圖，配齊各類零件；（2）列出各零部件相互之間的裝配次序；（3）檢查各零部件的尺寸精度，明確各項(xiàng)配合要求；（4）配齊所需工具，然后著手裝配模具；（5）先裝模架部分的導(dǎo)柱導(dǎo)套、型腔成型塊組件鑲拼組合；（6）組立模板與凸模、凹模結(jié)合，微量調(diào)整各板位置；（7）開合模具，檢查模具動(dòng)作是否可靠。