淺談模具制造過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題及相關(guān)的處理措施

[摘 要]：一套好的模具應(yīng)該滿足制造精度高、使用壽命長、制造周期短與成本低的要求，可是往往由于在制造過程中一些技術(shù)上的問題，導(dǎo)致制作出來的模具無論是在精度上還是使用壽命上都大打折扣，這樣的模具不僅給生產(chǎn)造成困擾，還極大地浪費(fèi)了材料和經(jīng)濟(jì)成本。本文就模具制造過程中一些技術(shù)問題以及相應(yīng)的解決辦法談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

[關(guān)鍵詞]：模具制造 加工缺陷 技術(shù)改進(jìn)

一、模具制造過程中的一些技術(shù)問題

在模具制造過程中常常出現(xiàn)的技術(shù)問題主要有鍛造加工缺陷、切削加工缺陷、磨削缺陷以及電火花加工缺陷等，下面就這些常見的問題分別做簡單的說明。

1.鍛造加工缺陷

高碳、高合金鋼，例如Cr12MoV、W18Cr4V等材料常用于模具制造，但這類鋼材普遍具有不同程度上的鍛造加工缺陷。眾所周知，一切機(jī)械的制造的品質(zhì)的好壞，與其鍛造加工的工藝密切相關(guān)。對(duì)于模具的鍛造來說，如果由于鍛造開始的溫度過高或者鍛造后期溫度過高，以及模具在鍛造過程中變形程度不足，或者即使變形程度足夠，但是變形程度落在臨界變形區(qū)，這些都會(huì)引起大晶粒這一缺陷。大晶粒會(huì)使鍛件的塑性以及韌性大大降低，疲勞性能明顯下降。當(dāng)然，在鍛造過程中，坯料各處的變形不均勻?qū)е戮ЯＦ扑槌潭炔灰恢?，或局部區(qū)域的變形落入臨界變形區(qū)，或高溫合金局部加工石化，或者淬火加熱時(shí)局部晶粒粗大，也會(huì)造成晶粒不均勻，有些耐熱鋼以及高溫合金對(duì)于晶粒不均勻特別敏感，使得鍛件的持久性能、疲勞性能明顯下降，這種問題同樣會(huì)造成鍛造加工時(shí)的缺陷。還有一個(gè)常見的鍛造加工缺陷便是冷硬現(xiàn)象，所謂的冷硬現(xiàn)象就是指材料變形時(shí)由于溫度偏低或者變形速度過快，以及鍛造后冷卻過快，使得再結(jié)晶引起的軟化跟不上變形引起的強(qiáng)化速度，從而使熱鍛造后鍛件內(nèi)部仍然保留有冷變形組織，不可否認(rèn)的是，這種冷變形組織的存在的確能夠提高鍛件的強(qiáng)度和硬度，但是相應(yīng)的塑性和韌性會(huì)降低，嚴(yán)重的冷硬現(xiàn)象則可以引起鍛件的斷裂。其實(shí)對(duì)于鍛造加工上的缺陷，平常最容易憑借肉眼直觀地觀察出來的就是裂紋了，裂紋通常發(fā)生在坯料應(yīng)力最大、厚度最薄的部位，它往往是因?yàn)槟＞咴阱懺鞎r(shí)內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力、切應(yīng)力和附加拉應(yīng)力導(dǎo)致的，坯料表面和內(nèi)部的微裂紋、坯料內(nèi)的組織缺陷等等一系列原因，都會(huì)造成裂紋的出現(xiàn)。下圖的實(shí)例可以看出，此模具的表面存在著氣孔，這是鍛造過程中出現(xiàn)問題才會(huì)導(dǎo)致的。

2.切削以及磨削加工缺陷

模具最初制造出來，并不是像設(shè)計(jì)的那樣是一件比較完美的成品。模具在加工過程中，經(jīng)過鍛造等系列加工后，還需要切削加工。我們?cè)谏钪薪?jīng)?？吹揭恍┠＞叩陌氤善坊蛘邚U品，其網(wǎng)柱形工件表面留有波紋，這其實(shí)是該模具在切削加工的過程中產(chǎn)生了問題，當(dāng)模具在切削加工過程中強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)不均勻或者砂輪工作表面磨損不均勻的時(shí)候，切削的結(jié)果往往會(huì)產(chǎn)生上述的網(wǎng)柱形工件表面的波紋?？墒怯械臅r(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，工件表面不是那種波紋，而是在圓柱工件和平面工件表面出現(xiàn)的劃傷以及劃痕，其實(shí)這種問題的原因也很簡單。試想一下，如果在切削過程中切削液不清潔，那么修整后的砂輪表面有突起的磨粒，這些磨粒在切削的過程中自然會(huì)劃傷工件。另外，砂輪磨粒如果太粗以及砂輪軟硬程度不均勻等，都會(huì)造成工件表面的劃傷。還有一個(gè)值得注意的地方就是，如果砂輪修整過鈍或者過細(xì)，這就會(huì)造成磨削深度加大，那么導(dǎo)致進(jìn)給過快以及磨削液的冷卻效果差，從而導(dǎo)致了工件的燒傷。下圖中的模具很容易看出，原本應(yīng)該平滑的表面因?yàn)榍邢鲉栴}，而出現(xiàn)了缺陷。而且其表面存在著類似劃痕的紋路，這是由于磨削問題而造成的。

3.電火花加工缺陷

從1954年中國的第一臺(tái)電火花加工機(jī)床誕生之日起，一直到今天，電火花加工經(jīng)歷了高速的發(fā)展，然而其問題依然是存在的。首先經(jīng)常遇到模具零件加工完成后，加工部位實(shí)測(cè)尺寸不合格的情況，通常經(jīng)過電火花加工的零件部位可以達(dá)到0.005的精度，然而對(duì)于要求高精度加工的模具來說，有些部位的公差控制非常之嚴(yán)格，一旦0.005的精度無法滿足所需要的精度時(shí)，這個(gè)時(shí)候就會(huì)造成加工尺寸的不合格。造成這種尺寸不合格的因素有很多種，首先，電極尺寸縮放量就會(huì)影響加工尺寸，在使用電火花加工時(shí)兩極間會(huì)存在火花間隙，實(shí)際火花間隙與電極縮放量不匹配將直接影響加工尺寸的精度，具體點(diǎn)來說，那就是如果所產(chǎn)生的電火花間隙小于電極縮放量，那么加工出來的尺寸將小于實(shí)際尺寸；相反，如果所產(chǎn)生的電火花間隙大于電極縮放量，那么加工出來的尺寸將大于實(shí)際尺寸。所以說，不正確的或者說準(zhǔn)確度不夠的電極縮放量，將會(huì)大大影響利用電火花加工出來的尺寸準(zhǔn)確度。除此之外，利用電火花加工還會(huì)出現(xiàn)加工完成部位表面質(zhì)量不合格、加工位置偏差、加工效率低等一系列的問題。下圖的模具實(shí)例中，原本所有的圓孔都應(yīng)該是一樣大的，可是由于電火花加工存在很大的偏差，導(dǎo)致了此模具生產(chǎn)出來后，各圓孔的尺寸出現(xiàn)很大程度上的不同。

4.其他類型缺陷

當(dāng)然，在模具的制造過程中還存在其他的諸多缺陷，例如在淬火加工、電解加工等等，眾多的加工缺陷在實(shí)際生產(chǎn)中都可能出現(xiàn)，這里就不一一列舉了。

二、相關(guān)處理措施

其實(shí)處理這些常見的問題并不是很困難，對(duì)于模具加工過程中鍛造、切削、磨削以及電火花加工所產(chǎn)生的問題，只要從鍛造的工藝、應(yīng)力處理以及加工參數(shù)上做出合理的調(diào)整就足以解決問題了。

1.鍛造工藝合理化

從上述的模具鍛造缺陷中不難看出，無論是大晶粒問題、還是晶粒不均勻問題、或者是冷硬現(xiàn)象，都是跟溫度變化過快或者溫度過高、過低引起鍛件變形不均勻從而導(dǎo)致鍛造缺陷，因此，如果可以從鍛造工藝上加以解決，找出更加適合的鍛造工藝，那么鍛造過程中所出現(xiàn)的種種問題便能得到很好的解決。比如采用等溫鍛造，等溫鍛造與常規(guī)的鍛造工藝不同之處就在于它有效克服了毛坯與模具之間的溫度差影響，能夠使熱毛坯在被加熱到鍛造溫度的恒溫模具中，以比較低的應(yīng)變速率成形。這就可以有效的解決由于溫度原因引起的變形程度不足、晶粒不均勻等缺陷。

2.保證尺寸過渡處的圓角半徑

模具的復(fù)雜程度很大一部分原因在于其里面的部位組成較為復(fù)雜，過渡部分很多。因此，模具的精密性不僅僅取決于尺寸、形狀的精確把握上，而且很大程度上取決于眾多過渡部分的尺寸是否把握的恰到好處。過渡處的圓角做的好不好，就在于其圓角半徑是否是嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸來制作的，圓角半徑?jīng)]有把握好，過渡部分自然會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的問題。

3.磨削后應(yīng)力處理得當(dāng)

各種應(yīng)力保持平衡，才會(huì)使加工出來的鍛件不會(huì)出現(xiàn)如同表面褶皺、裂紋等等一些由于拉應(yīng)力、切應(yīng)力二而造成的磨削問題。應(yīng)力過大，會(huì)使鍛件發(fā)生扭曲變形；應(yīng)力過小，則會(huì)出現(xiàn)鍛件變形程度不夠的一系列問題，因此，正確處理好磨削后應(yīng)力可以很好的避免此類問題。

4.調(diào)整加工參數(shù)

在鍛造工藝無需改進(jìn)時(shí)，就需要對(duì)生產(chǎn)過程中設(shè)定的一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)、校正，并且根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際不斷地進(jìn)行調(diào)試，直到找出最合適的加工參數(shù)值，這樣才能保證加工鍛造產(chǎn)品的最高質(zhì)量。

只有充分了解了各種加工缺陷的現(xiàn)象以及其產(chǎn)生的原因，并且不斷的從加工原理中去學(xué)習(xí)研究其加工工藝，結(jié)合實(shí)際調(diào)整加工參數(shù)，才能使制造出更加完美的模具，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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