模具制造的影響因素與應(yīng)對策略研究

摘 要：模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們的日常生活當(dāng)中發(fā)揮著巨大的作用。模具制造過程是工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵。在進(jìn)行模具制造的過程當(dāng)中，加工工藝、材料的選擇及熱處理后的切割加工等都會影響模具制造的最終效果。為保證模具制造的質(zhì)量，就有必要分析模具制造的相關(guān)影響因素，并提出有效的解決措施。本文簡單介紹的模具制造，分析了模具制造當(dāng)中的影響因素，并提出了具針對性的應(yīng)對策略，以為提高加工質(zhì)量、延長模具使用壽命提供若干建議。

關(guān)鍵詞：模具制造；影響因素；應(yīng)對策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.009

0 引言

當(dāng)前模具制造當(dāng)中常用的方法主要有機(jī)加工和電加工兩種，但因模具形狀復(fù)雜，要求較高尺寸精度，再加上某些模具的制造需使用特殊材料等原因，致模具加工工藝較為復(fù)雜。在進(jìn)行模具制造的過程當(dāng)中，若加工工藝使用不當(dāng)，材料選擇不合理，就極易使得模具在經(jīng)熱處理后發(fā)生變形或是出現(xiàn)裂紋等，降低模具的制造水平和質(zhì)量。本文就模具制造當(dāng)中會引起模具制造質(zhì)量的原因進(jìn)行分析，并提出了有效解決策略，以保障模具制造質(zhì)量，延長模具使用壽命。

1 模具制造概述

模具，即各種模子和工具，其是工業(yè)制造順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。進(jìn)入現(xiàn)代化社會，批量化的工業(yè)產(chǎn)品均有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求，在這種情況下，模具的制造必不可少。模具包括鍛造、沖壓、鑄造及塑料四種，其中塑料模具是伴隨塑料的發(fā)明而廣泛應(yīng)用于模具制造當(dāng)中[1]。因其廉價、便捷，其在模具制造中的使用量迅速增長。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，我國塑料模具占模具行業(yè)市場份額的1/3。相比于金屬模具，塑料模具的成本較低，且使用方便，再加上塑料成型技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)塑料模具已逐步取代傳統(tǒng)模具，在模具制造當(dāng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2 模具制造的影響因素及應(yīng)對策略

2.1 選擇恰當(dāng)?shù)募庸すに?/p>

2.1.1 車削加工時確定適宜的進(jìn)給量

在加工模具型腔或是凸模圓角部分時，因進(jìn)刀過深常會導(dǎo)致粗刀痕的出現(xiàn)，使局部應(yīng)力嚴(yán)重集中，在完成模具制造后，經(jīng)淬火加工表面出現(xiàn)微裂紋，在反復(fù)使用的過程當(dāng)中，裂紋會不斷擴(kuò)大，最終致凸模斷裂。因此，在進(jìn)行模具加工時，針對沖模，在進(jìn)行粗加工后應(yīng)預(yù)留小余量的加工進(jìn)給量以供后期半精加工及粗加工使用，以免因粗刀痕的產(chǎn)生而出現(xiàn)微裂紋，保障模具質(zhì)量及使用壽命。通常地，精加工中車削加工進(jìn)給量可為IT6-IT8，半精加工Ra值約為1.6pm，以確保模加工精度[2]。

2.1.2 磨削工藝的確定

磨削加工主應(yīng)用于加工金屬，會導(dǎo)致模具的使用年限嚴(yán)重下降。進(jìn)行磨削加工的目的在于使得表面比變得更加光滑。但在進(jìn)行磨削加工時，若砂輪的鋒利度較差，模具表面就極易產(chǎn)生裂紋，若冷卻不足，還會因模具表面摩擦力加大而導(dǎo)致外層氧化嚴(yán)重，降低模具的耐磨性和耐腐蝕性。另，在對模具型腔表面進(jìn)行研磨時，若磨削速度控制不合理，或是冷卻時間不夠，也會導(dǎo)致表面因摩擦過大需產(chǎn)生軟化情況，降低模具的硬度。同時，還會因殘余應(yīng)力的作用而導(dǎo)致模具的抗疲勞能力下降。為此，在進(jìn)行磨削加工時，可采取以下方式，以保證模具加工表面的粗糙度及精度：第一，選擇砂輪時應(yīng)盡量選擇具強(qiáng)切削能力的粗砂輪，或是選擇粘結(jié)性較差的砂輪；第二，進(jìn)行1-2次的砂輪空走；第三，減少磨削進(jìn)給量，并選擇適宜的冷卻劑，以獲取良好的冷卻效果。此外，在進(jìn)行平磨后，可再次進(jìn)行退磁處理，以免切割操作加大工件內(nèi)部應(yīng)力。

2.1.3 電加工工藝的選擇

電加工工藝的選擇包括兩方面：一方面是程序起點位置及切割路線的選擇；另一方面是穿絲孔位置及大小的確定。在對工件進(jìn)行切割加工時，內(nèi)部應(yīng)力釋放會引起工件變形，而程序起點位置及切割路線的選擇又會極大的影響內(nèi)部應(yīng)力的釋放，因此，程序起點位置的選擇及切割路線的合理制定至關(guān)重要。合理選擇程序起點位置并制定恰當(dāng)?shù)那懈盥分饕菫閼?yīng)盡量維持工件內(nèi)部應(yīng)力的平衡，以免工具材料因夾具作用受不合理切割路線的影響而出現(xiàn)變形，降低切割表面質(zhì)量。具體的，在進(jìn)行加工時，應(yīng)注意以下幾點：第一，對凸模零件進(jìn)行加工時，因切割順序為由外至內(nèi)，坯件材料被割斷會極大的破壞內(nèi)部應(yīng)力平衡，致材料產(chǎn)生裂紋或發(fā)生變形。為此，應(yīng)盡量避免自坯件外部切入，而是自坯件預(yù)留的穿絲孔切入。第二，切割工件的裝夾應(yīng)由原來的2點式改為單點式，以為切割變形提供足夠空間，避免裝夾方式影響切割變形，從而減少對成型部分的影響。另，在進(jìn)行切割加工時，要自與工件夾具原理相同的方向著手，避免過度靠近夾具。加工起點應(yīng)設(shè)置于表面平坦、加工操作便利、工具拐角等工具表面，以免因切割切痕而加大裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險。第三，實施熱加工時，因模坯表面的冷卻速度明顯快于內(nèi)部，這種速度差異會導(dǎo)致模坯金相組織產(chǎn)生差異，在內(nèi)部應(yīng)力的作用下，加工對象的表面極易產(chǎn)生裂紋，尤其是加工對象的外角處，為此，在實施切割加工時，應(yīng)盡量選擇與坯料相距較遠(yuǎn)的邊角處著手，通?？捎诰嚯x8-10mm處著手，以預(yù)留足夠的夾持余量。

部分工件在進(jìn)行切割加工時，通常需另預(yù)制工藝孔，此工藝雖會使施工流程更加復(fù)雜，但因引入點及引入程序的選擇較為科學(xué)、合理，此工藝的選擇不但可對材料的變形進(jìn)行有效控制，而且還有利提高加工精度。但在實際操作當(dāng)中，應(yīng)注意確定穿絲孔的位置及大小，具體地包括以下方面：第一，以往在對凸模外形工件進(jìn)行加工時，多數(shù)模具制造工作人員往往會選擇自材料側(cè)面著手，此操作極易導(dǎo)致切口殘余應(yīng)力釋放出來，致模具變形，嚴(yán)重的還會報廢。為此，在對凸模進(jìn)行加工時，可先打穿絲孔，再進(jìn)行淬火操作，孔徑保持在3-10mm，可選擇鉆孔工藝，位置選擇在加工對象的拐角處，再于淬火后自模坯內(nèi)部進(jìn)行封裝加工。第二，加工某些特殊工件時，尤其是形狀特異的工件，若只利用一個穿絲孔，可能會因殘余應(yīng)力的釋放而導(dǎo)致工件變形，因此，若想于一塊毛坯上切出2個以上零件時，避免一次性連續(xù)切出，而應(yīng)自不同預(yù)孔進(jìn)行加工。第三，針對行電加工的零件，應(yīng)行一次長時間低溫回火，以將淬火所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消除，使工件的脆性下降，從而提高工件抗斷裂能力。

2.2 加工材料的選擇與熱處理

2.2.1 中小型冷作模具材料

模具制造當(dāng)中多進(jìn)行線切割加工，線切割加工的鋼加工路線為下料、鍛造、退火、機(jī)械粗加工、淬火和回火、磨削加工、線切割加工、鉗工修整，在整個過程當(dāng)中，工件需經(jīng)2次大變形，這會大大加大工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力[4]。若先實施熱處理再進(jìn)行切割加工，因金屬表面基本被去除，再加上切割操作，會極大的破壞工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的平衡性，從而使工件表面出現(xiàn)裂紋。進(jìn)行熱處理再開展切割加工，因金屬大面積被去除，再加上切斷加工處理，會導(dǎo)致工件內(nèi)部殘余應(yīng)力平衡遭到破壞，從而產(chǎn)生裂紋。為此，在選擇材料時，通常會選擇淬透性較好、變形小的合金鋼當(dāng)作模具的鋼材料。

2.2.2 硬質(zhì)合金材料的加工

硬質(zhì)合金材料具高硬度性、耐磨性和熱穩(wěn)定性，且其無需實施熱處理，也不會因淬火而產(chǎn)生變形。相比于常用的模具鋼，硬質(zhì)合金材料具強(qiáng)優(yōu)勢性。但由于其中含有碳化鎢等成分，熔點相對更高，在加工過程中如果速度未達(dá)到一定水平則會導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋。所以，若要對硬質(zhì)合金材料進(jìn)行加工，建議選擇專用脈沖電源，設(shè)置好恰當(dāng)?shù)碾妳?shù)，以提高加工速度，同時又可有效避免加工表面微紋的出現(xiàn)。但脈沖能量會極大的影響加工表面的裂紋，且能量越大，裂紋就越易產(chǎn)生，為此，在進(jìn)行精加工時，應(yīng)注意選擇精加工電規(guī)準(zhǔn)。一般地，沖模速度較快、進(jìn)模工位級較多、冷擠模等均會選擇硬質(zhì)合金材料作為模具材料。

2.2.3 熱處理

模具制造過程當(dāng)中，熱處理中的淬火是最易引起工件變形的操作。為盡量避免工件變形，一方面要選擇良好的模具設(shè)計及模具鋼，另一方面還要注意選擇恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒?/p>

2.2.4 取件位置對模具制造的影響

由于材料使用的差異，在進(jìn)行熱處理后，材料內(nèi)部組織與應(yīng)力都會在一定程度上影響零件的精度，為此，在材料中間切割工件過程中需要選擇應(yīng)力平均、組織勻稱的區(qū)域進(jìn)行切割，以避免變形情況出現(xiàn)。同時，還要避免在進(jìn)行切割的過程當(dāng)中發(fā)生炸開現(xiàn)象，致工件報廢。

此外，機(jī)床精度、剛度及潤滑條件，加工是否規(guī)范等都會對模具的磨損及使用壽命產(chǎn)生一定影響。為此，在進(jìn)行模具的制造過程當(dāng)中，還應(yīng)合理選擇機(jī)械設(shè)備，制定科學(xué)的加工工藝及技巧，以提高模具制造的質(zhì)量和效率。

3 結(jié)語

在模具制造過程中也會由于各種因素導(dǎo)致模具出現(xiàn)裂紋或形變的情況。要改善這一問題就必須根據(jù)模具制造的實際情況來總結(jié)經(jīng)驗、歸納方法。由上述分析可知，影響模具制造的原因有很多，在實際工作當(dāng)中，相關(guān)操作人員應(yīng)加強(qiáng)重視，自材料、工藝、機(jī)械等方面入手，以盡量提升模具制造質(zhì)量，完善模具制造過程，延長模具的使用年限。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱家樂.模具制造技術(shù)運用中影響因素分析[J].電腦迷，2016（08）：132.

[2]趙璐.模具制造技術(shù)運用中影響因素分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（04）：86+88.

[3]鐘卓軍.淺析模具制造中的電火花加工技術(shù)[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2014（12）：474-476.

作者簡介：李錦妍（1991-），女，陜西西安人，碩士，助教，研究方向：成型加工、模具CAD/CAE/CAM。