蜂窩陶瓷擠壓成形模具的加工工藝研究＊

熊 偉

（江西省機械科學研究所 南昌 330002）

前言

蜂窩狀陶瓷載體用途非常廣泛，汽車尾氣凈化器就是其中最主要用途之一，由于汽車尾氣排放污染物是破壞大氣質量的主要污染源之一，國家已頒布了有關法令，提出了機動車污染物排放標準，而這些環(huán)保政策法規(guī)的出臺使國內出現(xiàn)了汽車尾氣凈化器的巨大市場，而汽車尾氣三元催化轉換器中的核心部件是催化劑載體。它通常采用堇青石質多孔蜂窩陶瓷制成，多孔蜂窩陶瓷載體擠壓成形模具則是該核心件生產的關健設備，該模具是一種精密的、技術含量高的高新技術產品，長期以來世界上僅美、德、日等少數(shù)國家能制造。我們經過努力研究探索，成功地研制出該模具，填補了國內空白，應用領域也擴展了到環(huán)保行業(yè)的工業(yè)廢氣、廢水處理、工業(yè)爐中的熱交換蓄熱體、金屬鑄造過濾片、電熱元器件、紅外燃氣灶具輻射器等諸多領域。其產品的開孔密度從200～1075孔／吋2，成形槽寬為0.5～0.1mm。對于加工方形孔、三角孔多孔蜂窩狀陶瓷模具來說，其最后一道工序是由電火花線切割機床完成的，這道工序是關系到模具加工成功與否的最重要的環(huán)節(jié)。同時對加工機床的參數(shù)配置、定位精度提出了很高的要求?，F(xiàn)將我們加工中的一些經驗介紹一下。

1 模具加工過程

1.1 模具的水平、垂直度調節(jié)

模具裝上夾具后，我們采用千分表對模具的水平、垂直度進行調節(jié)，使其誤差范圍控制在0.01mm以內，因為誤差越小，成形槽與進料孔的垂直度越高，泥料擠出成形時就不容易彎曲。如果產生彎曲，而在生產中人為進行校正，看起來沒有彎曲，實際在坯體中殘存了內應力，燒結時就會引起變形、開裂，甚至成為廢品。既浪費時間又浪費材料，制作的模具不能使用。所以水平、垂直度一定要有保證。

1.2 模具位置精度的調節(jié)

模具裝上夾具后，如何才能保證成形槽對準進料孔的孔中心，而且上、下保持一致？以前我們簡單采用工藝孔的方法進行定位，比較容易使得成形槽對不到進料孔的中心，這樣，在擠制成形過程中泥料從進料孔向四邊成形槽流動的速度不一致就容易產生坯體向一邊彎曲，當時國內的擠出設備還是油缸式立式擠壓，經過對模具的調整，可以把彎曲的現(xiàn)象調整過來，不至于使模具報廢。而現(xiàn)在有的廠家引進了國外先進的臥式螺旋連續(xù)擠壓設備，使用這種設備時，一旦模具裝上就沒有調整的余地，如果產生彎曲現(xiàn)象，模具基本報廢，所以這對模具的制造提出了更高的要求。我們經過不斷地探索，終于找到了解決的方法，利用電火花線切割機床本身的自動定中功能，通過進料孔來定中心，這樣成形槽基本可以對準進料孔的中心，解決了困擾多年的問題，使模具的成功率得到大大的提高。

1.3 電火花線切割機床加工機械部分的檢查

模具加工前要對機床的機械部分進行檢查，以免由于機械故障而使模具報廢。最容易使模具報廢的就是產生抖絲，而產生抖絲的原因有：鉬絲松動、長期使用軸承精度降低、導輪磨損、貯絲筒換向時沖擊、貯絲筒跳動增大、鉬絲彎曲不直、紅寶石未接觸鉬絲。

解決方法為：收緊鉬絲、更換軸承及導輪、調整貯絲筒精度，更換鉬絲，調整紅寶石。為了保證機床精度、壽命和提高生產效率，對機床的維護是非常必要的，要定時注入規(guī)定的清潔潤滑液，導輪應經常檢查轉動是否靈活，不能發(fā)生跳動和產生尖叫聲，安裝鉬絲時應注意鉬絲是否裝在導輪槽內，鉬絲與導電棒應接觸良好，鉬絲應在噴嘴孔中心，導輪旁紅寶石應與鉬絲接觸滑動，工作臺拖板運動的滾動絲杠及滾動導軌應保持清潔。

對工作液的要求：工作液箱容積要保證充足的給水量，回流的臟液在工作液箱內經過兩次沉淀、兩次過濾后，再重復使用，根據(jù)加工情況，要定期清潔工作液過濾器，更換工作液，我們一般要求加工完一個模具后就更換工作液。如發(fā)現(xiàn)噴嘴堵塞，需拆下清潔。加工時，工作液的比例為1∶（8～12）（型號為XD－1皂化油水溶液）。加工工件較厚時，工作液比例為1∶8～10。

1.4 電火花線切割機床加工電氣部分參數(shù)的設置

電氣部分參數(shù)的選擇直接關系到模具的加工精度、成形槽的表面粗糙度，如果選擇的參數(shù)不合適，成形槽的表面粗糙度大，就會產生出料困難，表面不光滑，會影響成形，最后導致模具報廢，所以參數(shù)的選擇很重要。

1）加工電壓的選擇。脈沖電壓太低或太高，對切割速度與表面粗糙度都不利。脈沖電壓升高，隨著切割速度提高，表面粗糙度加大；脈沖電壓太低則加工不穩(wěn)定，直接影響成形槽的精度。我們一般加工直徑大的模具（直徑達200mm以上）用較低電壓，切割直徑小的模具（直徑100mm左右）采用較高電壓。我們在加工模具時加工電壓一般控制在50V左右且要波動很小。為了提高加工精度，要求有穩(wěn)定的放電脈沖和間隙，在電源電壓波動較大的場所，建議采用穩(wěn)壓電源供電。

2）加工脈寬的選擇。在其它參數(shù)不變的情況下，增大脈沖寬度，切割速度可提高，但表面粗糙度也在加大；反之，減小脈寬度，表面粗糙度可減少，但切割速度也下降。因為我們采用的是精加工，表面粗糙度要求Rμ≤3.2，所以我們采用窄脈沖。

3）加工電流的選擇。一般可根據(jù)加工厚度，加工速度和粗糙度要求，選擇加工電流。加工電流小，加工模具直徑小時，加工速度慢，粗糙度數(shù)值小；加工電流大，加工模具直徑大時，加工速度快，粗糙度數(shù)值大。加工電流的取定，在試切時選定，在保證達到主要指標的同時，兼顧其它兩項指標。我們采用的加工電流為2A左右且波動很小。

4）脈寬比的調整。在實際操作中是用加工電流來指示，調整加工電流到穩(wěn)定狀態(tài)來選擇脈寬比，在機床操作面板上電位器為調整脈寬電位器，電位器逆時針旋轉脈寬比大，加工電流小；順時針旋轉脈寬比小，加工電流大。脈寬比的調整，主要由加工是否穩(wěn)定來選擇?？蓮膬蓚€方面來調整；一是觀察脈沖電流表的指針是否擺動，調整電位器至指針不擺；再觀察進給指示燈3個燈的循環(huán)亮滅速度是否均勻，調電位器，至3個燈循環(huán)明滅速度均勻，此時加工電流最佳，也就是脈寬比最佳。我們在加工模具時，電位器調節(jié)到最佳時就不再動，這樣可保證每條成形槽的加工寬度保持一致。脈沖間隙的選擇主要是排屑，另一方面減少蝕物，防止斷絲，使得加工過程穩(wěn)定，所以一般要求脈沖間隙與工件厚度成正比，操作方法，順時針為最大（間隙最大）。

5）功放管數(shù)量的選擇。功放管選擇越多，加工電流越大速度越快，表面粗糙度就越差。功放管選擇少時單個脈沖的能量較小，放電間隙小，這樣容易發(fā)生短路，無法穩(wěn)定加工。如果只要求高速度而表面粗糙度要求不高時，就可投入較多的功放管進行加工。因為我們加工的蜂窩陶瓷擠壓成形模具是高精密產品，對表面粗糙度有較高的要求，而且對每條槽的寬度也有很高的要求，所以選擇功放管的數(shù)量要適當，確保加工過程平穩(wěn)、速度均勻，這樣才能保證每條成形槽的寬度保持一致。另外鉬絲的直徑對功放管的選擇也有要求，我們所用的鉬絲直徑為0.08～0.30mm，鉬絲越細所選擇的功放管就不能太多，否則會產生燒絲、斷絲，使加工無法進行。常用的電火花線切割機床加工電器部分設置參數(shù)如表1所示。

表1 電火花線切割機床加工電器部分設置參數(shù)

2 結語

蜂窩陶瓷載體擠壓成形模具是一種精度高、難度大的高新技術產品，我們所研制的產品在國內一直處于技術領先地位，且生產工藝成熟、質量穩(wěn)定可靠，雖然價格略高于國內同行業(yè)廠家，仍以其良好的性能和服務贏得了國內蜂窩陶瓷載體生產企業(yè)的歡迎，受到國內用戶的贊譽。因此我們與國內的大多數(shù)用戶建立了長期密切合作的關系，在市場營銷上占據(jù)先機，在國內市場上具有很大占有率和極高的競爭力，產品還遠銷美國、韓國。目前，我們正在積極引進新的先進加工設備，以便使我們生產的蜂窩陶瓷載體擠壓成形模具在質量上更上一個新的臺階，為產品的全面國產化打下一個良好的基礎。