關(guān)于高溫合金鍛造模具的加工策略

鍛造模具在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，而高溫合金鍛造模具的加工工藝本身就是一項(xiàng)難度系數(shù)相對(duì)較高的工作，若想提高鍛造模具的加工效率更是需要一定的技能改革與創(chuàng)新。本論文以高溫合金鍛造模具的加工為例，對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行闡述，在分析傳統(tǒng)鍛造模具加工工藝弊端的基礎(chǔ)上研究加工刀具選擇及切削參數(shù)設(shè)置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，確定最佳的切削工藝參數(shù)組合：切削速度、切削深度、切削寬度、進(jìn)給量，給出相應(yīng)的高溫合金鍛造模具加工的策略，為后續(xù)的生產(chǎn)加工解決難題，減低刀具使用成本，提高加工效率；為高溫合金材料模具的加工找到最佳工藝參數(shù)，編制優(yōu)化工藝流程。

相關(guān)概念闡述

高溫合金

高溫合金是一種抗氧化與抗腐蝕性強(qiáng)的金屬材料，能夠在900℃以上的高溫下進(jìn)行工作，這種金屬材料以鐵、鎳、鈷為基礎(chǔ)，抗疲勞性強(qiáng)，具有一定的組織穩(wěn)定性與使用可靠性。目前，高溫合金材料被廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工等領(lǐng)域。高溫合金主要包括以下六種類(lèi)型：變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金、氧化物彌散強(qiáng)化合金、金屬間化合物高溫材料、環(huán)境高溫合金。本論文主要研究鍛造高溫合金模具的加工。

第一，對(duì)信息渠道進(jìn)行融合。受大數(shù)據(jù)技術(shù)的影響，媒體信息渠道從以往的電腦PC端逐漸向智能手機(jī)端轉(zhuǎn)移。網(wǎng)絡(luò)是新媒體當(dāng)下的主要傳播渠道，但從新媒體的未來(lái)發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，新媒體的信息渠道發(fā)展更偏向于智能手機(jī)等移動(dòng)終端。照片、視頻的拍攝作為現(xiàn)代智能手機(jī)的一項(xiàng)基本功能，智能手機(jī)拍攝照片及視頻的清晰度以及照片及視頻的色彩處理技術(shù)完全滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)傳播的要求。對(duì)信息渠道進(jìn)行融合是增強(qiáng)媒體信息的互動(dòng)性以及媒體信息話(huà)語(yǔ)權(quán)的重要途徑。

逆變器的鍵合圖模型中存在逆向鍵合圖，所以適合設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，通過(guò)解耦（逆矩陣運(yùn)算和擾動(dòng)補(bǔ)償），并鎖定動(dòng)態(tài)誤差可以將開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到閉環(huán)控制。

鑄造高溫合金模具通常情況下是指只能通過(guò)鑄造的方法成形的一種高溫合金。鑄造高溫合金的主要特性包括：

⑴切削力大，高溫合金含有許多高熔點(diǎn)金屬元素，構(gòu)成組織結(jié)構(gòu)致密的奧氏體固溶體，合金的塑性好，原子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，需要很大能量才能使原子脫離平衡位置，因而變形抗力大。其切削力是普通鋼材的3 ～5 倍，這就增強(qiáng)了對(duì)機(jī)床剛性和刀具剛性、鋒利程度的要求。

⑶切削溫度高，切削時(shí)，塑性變形嚴(yán)重，刀具與工件、切屑之間存在著強(qiáng)烈的摩擦，產(chǎn)生出大量的切削熱，又因高溫合金導(dǎo)熱性差，導(dǎo)熱系數(shù)是45

鋼的(1/5 ～1/2），故使變形區(qū)的切削熱高度集中于狹小的切削區(qū)域內(nèi)，造成1000℃以上的高溫，這樣的高溫必然導(dǎo)致擴(kuò)散磨損和氧化磨損。同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致刀具和工件的變形，進(jìn)而影響工件尺寸精度。

但是，廣西依托西江集團(tuán)開(kāi)展船閘聯(lián)合調(diào)度也存在一定的局限性，一是西江集團(tuán)作為廣西通航建筑物統(tǒng)一管理、聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)行單位，不具備行政管理職能，不能對(duì)船舶過(guò)閘的違法違規(guī)行為進(jìn)行執(zhí)法處罰，也不適宜承擔(dān)對(duì)過(guò)閘船舶進(jìn)行安全檢查等職責(zé)。二是實(shí)現(xiàn)多線多梯級(jí)船閘的聯(lián)合調(diào)度，需要建立完善的過(guò)閘船舶數(shù)據(jù)庫(kù)，融合電子航道圖、海事AIS、水位和流量等多個(gè)政府部門(mén)的數(shù)據(jù)信息，一些數(shù)據(jù)還涉及保密，西江集團(tuán)難以做到信息資源的有效整合。

⑵加工硬化傾向嚴(yán)重，由于切削溫度高，基體組織中強(qiáng)化相析出，造成表面硬化，這些析出的硬質(zhì)點(diǎn)在切削過(guò)程中會(huì)引起刀具劇烈的磨損。同時(shí)，在高溫下 刀具與工件之間的親和作用易造成刀具與工件粘附。

鍛造模具

鍛造模具主要是指金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成形的過(guò)程中所用的模具的總稱(chēng)。由于金屬體積成形的形狀不盡相同，所以鍛造模具的結(jié)構(gòu)也不盡相同，本論文主要研究高溫合金等溫精鍛造具，此類(lèi)模具具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度、高硬度、高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱率、低塑性和高塑性、有硬質(zhì)點(diǎn)和硬夾物等。此類(lèi)材料的切削過(guò)程符合金屬切削的一般原理與規(guī)律。但是，此類(lèi)模具在切削過(guò)程中也存在一些顯而易見(jiàn)的劣勢(shì)，切削力大，切削溫度高；加工硬化嚴(yán)重；容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象和高硬質(zhì)點(diǎn)的摩擦現(xiàn)象。本文將針對(duì)以上狀況，從工藝與生產(chǎn)兩方面入手，尋求高溫合金鍛造模具加工工藝效率的提高，整合與優(yōu)化加工工藝路徑。

高溫合金鍛造模具傳統(tǒng)加工的分析

模具加工工藝問(wèn)題分析

高溫合金模具加工是本單位初次接觸，根據(jù)對(duì)模具材料與結(jié)構(gòu)的分析，參考普通鍛造模具的加工工藝，編寫(xiě)了模具加工工藝流程如圖1 所示。

⑴鉆工。鉆螺孔、沉孔及導(dǎo)柱孔，在鉆孔過(guò)程中由于材料特性，普通鉆頭無(wú)法實(shí)施鉆孔，遇到硬質(zhì)點(diǎn)更無(wú)法加工，更換合金鉆頭后，加工也非常困難，僅兩個(gè)

50mm 的導(dǎo)柱孔就加工了40 小時(shí)，比普通材料同等直徑的孔加工多20 倍。

（1）準(zhǔn)備階段。準(zhǔn)備階段的主要任務(wù)是：第一，研究應(yīng)用領(lǐng)域，并根據(jù)現(xiàn)有的本體庫(kù)和對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的描述來(lái)創(chuàng)建應(yīng)用本體；第二，尋找與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)源，創(chuàng)建知識(shí)源本體；第三，配置知識(shí)源網(wǎng)絡(luò)——在知識(shí)源內(nèi)部進(jìn)行知識(shí)分配。

⑵銑工。銑上下面及基面，由于沒(méi)有使用冷卻方式，造成刀具磨損嚴(yán)重。

⑶數(shù)控銑。銑型槽、毛邊槽、鉗口、阻料溝及48mm×48mm×26mm 的方形沉臺(tái)，由于數(shù)控銑轉(zhuǎn)速達(dá)不到高速旋轉(zhuǎn)的要求，出現(xiàn)加工型槽及阻料溝，采用小直徑刀具時(shí)無(wú)法提高加工速度，影響了加工效率。

式中:xl是第l個(gè)單元的輸入;xl+1是第l個(gè)單元的輸出,同時(shí)是第l+1個(gè)單元的輸入;W={Wl,k|1≤k≤K}為與第l個(gè)殘差單元相關(guān)的權(quán)重和偏差的集合,其中K是殘差單元內(nèi)部的層數(shù);F(xl,Wl)為網(wǎng)絡(luò)的殘差函數(shù);f(yl)為網(wǎng)絡(luò)的ReLU函數(shù);函數(shù)h(xl)為恒等映射。

通過(guò)對(duì)第一塊模具加工的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)加工工藝路線進(jìn)行了優(yōu)化，各工序的加工內(nèi)容有所變化，分工更合理，并且增加了電加工工序，取消了油模工，具體加工工步圖如圖3 所示。在模具正式加工之前，可以先利用VERICUT 軟件事先對(duì)模具加工工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真模擬，以便于在實(shí)際加工的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找不足。

超聲造影還具有一些不足，例如操作者依賴(lài)性大、有創(chuàng)性、可使患者發(fā)生造影劑過(guò)敏等[6]。而且，由于動(dòng)脈相的時(shí)間窗不夠長(zhǎng)及由于微泡所產(chǎn)生的信號(hào)在深部病變中受到限制等原因，超聲造影在定位多個(gè)或位置較深的目標(biāo)病變中是有挑戰(zhàn)性的[7]。

⑸油模工。由于高溫合金材料的特性，油石無(wú)法油研型槽。

除李約瑟之外，很多中外學(xué)者也分別從社會(huì)的政治制度、經(jīng)濟(jì)制度、文化與宗教傳統(tǒng)等角度，對(duì)中國(guó)沒(méi)有產(chǎn)生近代科學(xué)的原因作了深入探討。

刀具選用問(wèn)題分析

最初采用的是普通鉆頭，鉆頭磨損很快，修磨一次鉆頭，鉆孔深度僅5mm，造成人、機(jī)疲勞，嚴(yán)重影響加工效率。銑刀主要用可轉(zhuǎn)位刀(牛鼻刀）去除粗加工余量，半精加工與精加工用球頭刀；采用的是國(guó)產(chǎn)株洲普通硬質(zhì)合金刀片(YD05），每粒刀片加工時(shí)間約10min，既費(fèi)刀片，效率又低。

加工參數(shù)的問(wèn)題分析

工藝路線的安排，重點(diǎn)體現(xiàn)在以下四方面：

高溫合金鍛造模具優(yōu)化后加工工藝的分析

鑄態(tài)高溫合金鍛造模具結(jié)構(gòu)的分析

傳統(tǒng)的高溫合金模具的加工缺乏對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，不了解各個(gè)零部件之間的尺寸與構(gòu)造，對(duì)模具結(jié)構(gòu)尺寸掌握不精細(xì)，無(wú)法深入理解模具的設(shè)計(jì)意圖與工藝性能，以圖2 所示的模具模型為例，對(duì)其尺寸與構(gòu)造進(jìn)行分析，根據(jù)鍛造模具的加工參數(shù)，確定模具加工工藝的尺寸并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)模具結(jié)構(gòu)的分析，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成形部分由上下模塊組成，有兩個(gè)導(dǎo)柱孔、四個(gè)螺絲沉孔、雙型槽、過(guò)橋上有R1.5mm×2 的阻尼溝，加工難度非常大。

模具加工工步的實(shí)驗(yàn)分析

⑷鉗工。由于沒(méi)有合金鉸刀，鉆導(dǎo)柱孔無(wú)法保證配合精度，導(dǎo)致鉗工花大量時(shí)間修配導(dǎo)柱孔，而且由于數(shù)控銑加工的型槽表面質(zhì)量較差，鉗工修型槽時(shí)間所需工時(shí)也很多。

提高高溫合金鍛造模具加工效率的策略分析

設(shè)置加工策略

由于初次接觸高溫合金模具的加工，對(duì)材料特性不了解，刀具的頻繁更換，導(dǎo)致各工序的加工參數(shù)調(diào)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響了加工質(zhì)量與加工效率。

學(xué)困生缺乏對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣：學(xué)困生難以學(xué)好數(shù)學(xué)的主要原因還是在于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)的態(tài)度，大多數(shù)學(xué)困生會(huì)因?yàn)橛X(jué)得數(shù)學(xué)學(xué)科枯燥乏味，因而在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)會(huì)比較隨意，往往在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過(guò)程中遇到難題就會(huì)喪失學(xué)習(xí)的興趣。此外，還有的學(xué)困生因?yàn)樵谄渌麑W(xué)科的學(xué)習(xí)成績(jī)也比較落后，從而導(dǎo)致自信心的缺乏，認(rèn)為自己不夠聰明，學(xué)什么都學(xué)不好，面對(duì)數(shù)學(xué)更是產(chǎn)生了畏懼心理。

社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越快，人們生活的節(jié)奏也開(kāi)始越來(lái)越快，社會(huì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)使得人才的需求也越來(lái)越多，與之相對(duì)的是要求也越來(lái)越高。所以人們?nèi)绻胍m應(yīng)這個(gè)社會(huì)，那么就應(yīng)該讓自己去適應(yīng)社會(huì)的需求?，F(xiàn)在社會(huì)考驗(yàn)的是人的綜合素質(zhì)，例如團(tuán)隊(duì)合作能力、協(xié)調(diào)能力、溝通能力等，而這些能力都是可以通過(guò)體育拓展來(lái)培養(yǎng)的。體育拓展迎合的社會(huì)的需要，培養(yǎng)出的人才也迎合了市場(chǎng)的需要，所以只有讓這些學(xué)生在拓展訓(xùn)練中不斷的突破自己，培養(yǎng)自己的綜合素質(zhì)和意志力，才能更好的適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

⑵加工高溫合金時(shí)吃刀抗力大，故機(jī)床、刀具、夾具必須具有足夠的剛性，尤其是粗加工，首先考慮普通機(jī)床加工。普通銑床主軸剛性好，可使用直徑比較大的盤(pán)銑刀，因此上、下模墊塊及上、下模塊的上下面先由普通銑床去除余量，單面留1mm 余量，再利用數(shù)控銑床進(jìn)行精加工。這樣可以有效的提高加工效率(表1）。根據(jù)模具尺寸的要求分模面見(jiàn)光即可，將余量留在底面，加工型腔時(shí)在分模面對(duì)刀保證型腔深度。

⑶主要工序是數(shù)控加工，合理的安排數(shù)控銑與雕刻機(jī)分工合作，先由數(shù)控銑將頂桿孔、導(dǎo)柱孔、毛邊槽及鉗口加工到位，再將型槽及阻尼溝轉(zhuǎn)至雕刻機(jī)上進(jìn)行加工，利用雕刻機(jī)的高速切削功能，加工復(fù)雜型槽與R1.5mm 的阻尼溝比數(shù)銑加工效率可提高5 倍，而且加工精度及表面質(zhì)量遠(yuǎn)比數(shù)控加工好。

⑷已經(jīng)鉆過(guò)通孔的48mm×48mm×26mm 的方形沉臺(tái)，選用電脈沖加工是最佳選擇，避免數(shù)控銑小刀清角；同時(shí)取消了油模工工序，采購(gòu)拋光輪由鉗工拋光，加工工藝的優(yōu)化大大提高了加工效率。

由于對(duì)模具結(jié)構(gòu)及材料的了解不夠細(xì)化，沒(méi)有通過(guò)對(duì)模具造型分析模具的整體結(jié)構(gòu)，了解模具的尺寸精度，沒(méi)有意識(shí)到高溫合金鍛造模具的加工是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)，難度高的工藝，導(dǎo)致模具工藝編寫(xiě)不合理，影響了加工質(zhì)量與加工進(jìn)度。

選用合理的切削參數(shù)

根據(jù)高溫合金的性能和切削過(guò)程中的特點(diǎn)，加工時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

⑴鉆孔是模具加工難度最大的工作。先由數(shù)控確定孔的中心位置，鉆好中心孔，為了提高加工質(zhì)量，導(dǎo)柱孔可先鉆

35mm 的荒孔，再由數(shù)控銑加工至尺寸，為后序鉗工配導(dǎo)柱節(jié)約了時(shí)間。

⑴切削參數(shù)。在切削高溫合金時(shí)切削速度與刀具耐用度的關(guān)系具有較明顯的駝峰性，切削速度過(guò)高或過(guò)低時(shí)刀具磨損均較快。一般采用低轉(zhuǎn)速、小走刀量、大切削深度加工(表2）。

⑵刀具幾何參數(shù)。一般刀具前角應(yīng)略小(0 ～10°） ，后角應(yīng)較大(10°～15°），主偏角應(yīng)盡可能小些(45°～75°），原則是選擇較小前角、較大后角、較小主偏角的刀片。為避免刀尖燒損和崩刃，刀尖采用圓弧過(guò)渡；鉆頭使用全合金鉆頭，相比普通鉆頭效率提高了50%。

⑶數(shù)控銑刀采用進(jìn)口鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金刀具。瑞典山特維克(HIP）和日本三菱(HTi20T），此兩種硬質(zhì)合金刀片具有高硬度和耐磨性，耐熱性和導(dǎo)熱性較好，而且有較好的抗粘結(jié)性。刀片選用時(shí)刀口不能有崩刃、裂紋、缺口，刀具要鋒利。

⑷加工高溫合金時(shí)，不論何種切削，都必須連續(xù)不斷地加注冷卻潤(rùn)滑液，嚴(yán)禁加工中斷流忽冷忽熱而造成刀具崩刃，采取柴油加機(jī)油混合冷卻(比例10：1）。

優(yōu)化數(shù)控加工程序

優(yōu)化數(shù)控加工程序及走刀路徑方式，主要從以下五個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

⑴利用VERICUT 軟件進(jìn)行夾具建模，在模擬中能明確看出是否有碰撞或過(guò)切現(xiàn)象。

⑵粗、精銑加工程序分開(kāi)，粗加工用數(shù)控銑床程序，精加工用雕刻機(jī)程序。

⑶加工毛邊槽選用偏置區(qū)域清除策略加工，精加工導(dǎo)柱孔則選用最佳等高策略加工，銑阻料溝選用R1.5mm 的成形球頭刀沿溝槽中心輪廓加工。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)、不同精度要求選用不同的加工策略，這樣既能保證模具加工質(zhì)量，又能提高加工效率。

⑷調(diào)整加工參數(shù)，不同的刀具、機(jī)床選用不一樣的加工參數(shù)(表2）。

⑸根據(jù)型槽結(jié)構(gòu)分段采取不同的加工路徑方式，由平行加工三維偏置加工及等高加工等幾個(gè)方式組合而成。

加工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

由于此材料加工硬化傾向嚴(yán)重，所以最后一刀切削深度要不小于0.1mm，且所有的切削加工工序都要求實(shí)現(xiàn)均勻的切削進(jìn)給，避免手動(dòng)進(jìn)給。在切削過(guò)程中，不允許刀具中途停頓，以免加劇刀具磨損。對(duì)于有型面要求的零件，成形刀無(wú)法直接加工成形，應(yīng)盡可能使刀具在數(shù)控機(jī)床上按設(shè)定的軌跡進(jìn)行加工，或先用一般刀具進(jìn)行粗加工，最后留少許余量用成形刀精加工，以保證型面要求。

此外，“水資源監(jiān)控終端產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則”“國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)站設(shè)備安裝調(diào)試規(guī)范”“國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件”“國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目軟件平臺(tái)業(yè)務(wù)功能規(guī)范”等一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范即將制定。

加工效果對(duì)比

同等結(jié)構(gòu)的模具加工工時(shí)由原來(lái)的321 小時(shí)縮短至225 小時(shí)(圖4），提高了加工效率，縮短了制模周期。

高溫合金模具加工工藝的拓展

針對(duì)鑄態(tài)(K403）高溫合金材料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加工實(shí)踐、對(duì)比，將機(jī)床、刀具等多種相關(guān)因素固化，得出一組可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工的有效參數(shù)。參考以上總結(jié)的參數(shù)，后期連續(xù)加工了三套不同結(jié)構(gòu)的圓錐形擠壓模具(圖5），增加了車(chē)工工序，總結(jié)出了車(chē)削加工參數(shù)(表3）及刀具前角、機(jī)床轉(zhuǎn)速和切削量與刀具耐用度的關(guān)系(圖6），并保證了一次試模合格。

結(jié)束語(yǔ)

隨著新材料、新工藝技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，加工模具或零件將向高品質(zhì)、高效率的方向發(fā)展，考慮集成加工時(shí)所有影響加工的因素，使得切削參數(shù)高度集成化。在不久的將來(lái)，通過(guò)我們加倍的努力，模具和零件加工行業(yè)會(huì)不斷發(fā)展壯大，切削技術(shù)將更上一個(gè)臺(tái)階。