模具精加工质量控制探讨|模具质量控制

　　摘 要：模具表面精加工是模具加工瓶颈之一，主要反映是钳工劳动强度大，特别是硬度较大的金属、压铸模具组装工程。各种模具加工工艺要求越来越高，提高模具抛光的速度和质量的意义是不言而喻的。当前模具精加工主要采用精磨和电加工，两种加工方式各其特点，对不同形状的模具有这不同的加工效果。
　　关键词：模具;精加工;质量控制
　　引言
　　在模具表面精加工技术中，主要的可以分为两大部分，即传统精加工技术和非传统精加工技术。传统精加工技术主要是以手工研磨抛光为主和现在发展起来的机械精加工 ；非传统精加工主要包括化学抛光、电化学抛光、电解研磨、电化学机械光整加工、超声波加工、磁流变抛光、激光抛光技术以及电火花抛光等。
　　一、模具精加工过程控制
　　模具零件的加工，是针对不同的材质，不同的形状，不同的技术要求进行适应性加工，它具有一定的可塑性，可通过对加工的控制，达到较好的加工效果。
　　根据零件的外观形状不同，大致可把零件分三类：轴类、板类与异形零件，其共同的工艺过程大致为：粗加工——热处理——精磨——电加工——钳工(表面处理)——组配加工。
　　二、零件热处理
　　模具零件要获得所要求的热处理硬度。使零件加工时和加工后尺寸公差、形位公差能够稳定。有不同的热处理方式。其工艺要考虑的经济性、资料淬透性、淬硬性、过热敏性以及脱碳敏感性。随着近年来模具工业的发展，必要对零件热处理内应力进行控制。针对不同材质的零件作用。使用的资料种类很多，除了 CrWMn Cr12 40Cr GCr15 Cr12MoV 9Mn2V 硬质合金外，对一些工作强度大，受力苛刻的凹模、凸模，可选用新材料粉末合金钢。此类资料具有较高的热稳定性和良好的组织状态。
　　淬火后一般工件都存留内应力。零件淬火后应趁热回火。回火有时还不足以消除淬火应力，容易导致后续精加工或工作中开裂。消除淬火应力。形状复杂、内外转角较多的工件。精加工前还需进行去应力退火或多次时效处理，充分释放应力。根据不同的要求采取不同的方法。以 Cr12 为材质的零件为例，粗加工后进行淬火处理，淬火时仅仅冷却方式就有：空气冷却（将加热后的工件置于空气中冷却，此法操作简便、工件变形小，但硬度偏低，外表易氧化。适合于尺寸小、精度高、厚薄不均的工件）油冷却（将工件加热后置于油中，冷却到 300 ℃ ～200 ℃
　　取出在空气中冷却。此法操作简便，工件硬度较高，但变形较大，易产生工件变形，适用于尺寸较大，形状简单的工件）平板夹紧在空气中冷却（将加热后的工件置于两块铁板或铜板之间压紧，空气中冷却。此法操作较繁，但工件变形小，只适合于某种特殊形状的工件）分级淬火（将工件加热后置高于 Ms 点温度的硝盐中，停留一定时间，待工件的内外温度基本一致后，取出在空气中冷却。此法既能保证工件的硬度，又能减少工件的变形，广泛用于形状复杂变形要求小的工件）如对 V10 APS23 等粉末合金钢零件，因其能承受高温回火，淬火时可采用二次硬化工艺， 1040 ℃ ～1080 ℃淬火，再用 490 ℃ ～520 ℃高温回火并进行多次，可以获得较高的冲击韧性及稳定性，对以崩刃为主要失效形式的模具很适用。
　　三、零件的磨削加工
　　磨削加工采用的机床有三种主要类型：平面磨床、内外圆磨床及工具磨具。精加工磨削时要严格控制磨削变形，因此，精磨的进刀要小，不能大，冷却液要充足，尺寸公差在0.01mm以内的零件要尽量恒温磨削。防止热变形对工件尺寸造成的误差，各精加工工序都需充分考虑这一因素的影响。
　　精磨时选择好恰当的磨削砂轮十分重要，根据模具钢材的具体状况，选用GD单晶刚玉砂轮比较适用，淬火硬度高的材质时，优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮，有机粘结剂砂轮自锐性好，磨出的工件粗糙可达Ra=0.2μm。磨削加工中，要注意及时修整砂轮，保持砂轮的锐利，当砂轮钝化后会在工件表面滑擦、挤压，造成工件表面烧伤，强度降低。
　　板类零件的加工大部分采用平面磨床加工，磨削时以精密平口钳、等高块垫、百分表、块规、表座等保证平行、垂直、对称尺寸，加工时小进刀，多光刀，加工好一面后，翻面装卡找正平行、垂直、对称，这样可改善磨削效果，这样可以达到技术要求。 转贴于 中国论文轴类零件具有回转面，其加工广泛采用内外圆磨床及工具磨床。加工过程中，加工时多采用工艺头，正、反顶尖，中心架装卡，如果中心孔存在形状误差，加工出来的工件同样会产生此问题，影响零件的质量，因此在加工前要精研修中心孔。进行内孔磨削时，由于砂轮杆伸出教长且转速较高，砂轮杆的刚性较差，要减少砂轮与工件的接触面积，砂轮可以修整成到锥，只有前端很少的一端约4-6mm与工件接触，可充分降低磨削阻力，在磨削时要小进刀，不进刀多次光刀，直到砂轮火化基本没有时，才能再进刀，加工薄壁套类零件，最好采用工艺弹性套夹持工件，防止夹持工件变形，否则容易在工件圆周上产生“内等三角”变形。
　　四、 电加工控制
　　现代的模具工厂，不能缺少电加工，电加工可以对各类异形、高硬度零件进行加工，它分为线切割与电火花二种。
　　线切割加工精度较高，加工开始时，先预加工出大致形状，然后再进行热处理，并进行去应力热处理，让热处理加工应力在精加工前先行释放，保证热稳定性。热处理完后，在平面磨床上，磨出一个基准平面，以基准平面定位，上线切割机床加工形腔，这样工件在热处理中已完全变形，在精加工中就不会再变形。
　　加工凸模时，丝的切入位置及路径的选择要仔细考虑，装卡方法和固定方式都要合理，因为线切割加工，工件受力基本为零，只要保证工件在加工中不移动就可以，装卡中可以使用传统的压板装卡、还可以使用金属强力胶粘接、磁铁吸附等装卡方式，高精线切割加工，通常切割（下转第34页）遍数为两次，可以保证零件质量。当加工带有锥度的凹模时，本着快速高效的原则，第一遍粗加工直边，第二遍锥度加工，接着再精加工直边，这样只精加工刃口段直边，既节约时间又节约成本。
　　五、 表面处理及组配
　　零件表面在加工时留下刀痕、磨痕是应力集中的地方，是裂纹扩展的源头，在加工结束后，需要对零件进行表面强化，通过钳工打磨，处理掉加工隐患。对工件的一些棱边、锐角、孔口进行倒钝，R化。电加工表面会产生6-10μm左右的变质硬化层，颜色呈灰白色，硬化层脆而且带有残留应力，在使用之前要充分消除硬化层，方法为表面抛光，打磨去掉硬化层。
　　在磨削加工、电加工过程中，工件会有一定磁化，具有微弱磁力，十分容易吸着一些小铁沫，在组装之前，要对工件作退磁处理，组装过程中，装配一般先装模架，后配凸凹模，然后再对各处间隙，特别是凸凹模间隙进行组配调整，装配完成后要实施模具检测。对发现的问题，从精加工到粗加工，逐一检查，直到找出症结，解决问题。
　　实践证明，良好的精加工过程控制，可以有效减少零件超差、报废，有效提高模具的一次成功率及使用寿命。
　　六、模具表面精加工的发展趋势
　　模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。另外，由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光方法，如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。
　　随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过1mm的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。兼备两种以上工艺特点的复合加工技术在今后的模具制造中前景广阔。
　　参考文献
　　1、李云程《模具制造工艺学》第二版2008-9-1
　　2、宋满仓《注塑模具设计与制造实战》 第二版2007-8-1