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模具精加工控制分析

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-06-17
核心提示:  1.引言  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)量又是由精加工來完成保證的,因此說
   1.引言
  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)量又是由精加工來完成保證的,因此說控制好精加工關(guān)系重大。
 
  在國內(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。
 
  2.1 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(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。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,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。加工過程中,頭架及頂尖相當(dāng)于母線,如果其存在跳動(dòng)問題,加工出來的工件同樣會(huì)產(chǎn)生此問題,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),寫出整體情況報(bào)告。對(duì)發(fā)現(xiàn)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(jié),解決問題。
 
 
  3結(jié)束語
 
  實(shí)踐證明,良好的精加工過程控制,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。
 

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