浅析模具制造过程中的缺陷及防止措施

张建卿（怀化职业技术学院机械与汽车工程系,湖南　怀化　418000）

浅析模具制造过程中的缺陷及防止措施

张建卿
（怀化职业技术学院机械与汽车工程系,湖南怀化418000）

摘要：模具是工业之母，模具制造直接决定了模具质量的高低。模具制造中会出现缺陷，造成模具制造过程中出现缺陷的原因主要是在模具的选材和模具制造工艺流程上存在问题。为提高模具的质量，需要在在模具材料的选择和制造工艺予以提高。

关键词：模具；制造；缺陷；防止；措施

1　模具及模具制造过程中的缺陷概述

1.1模具概述

模具，一直以来被称为“工业之母”。模具是工业生产中的一个专有概念，是指运用金属、工程塑料、橡胶等工业原材料，按照工业生产的需要，以锻压成型、冲压、压铸、注塑、挤出等方法制出各种模子和工具。究其本质，模具其实就是用来成型物品的工具。制造此种工具往往是由不同的零件构成，不同的模具则需不同的零件组成。模具的制造一般是通过物理的方法来对原材料进行加工，以改变原材料的物理形态以实现所设计的模具外形的要求，当然模具制造的也会通过化学的方法来形成模具形状的要求。模具是制造业的高精度工具，并且模具往往因为生产的需要而形状复杂，但是，模具是由工业原材料制造而来，无论是运用物理还是化学的方法进行模具制造，不可避免的会遇到坯料的胀力，材料的物理属性，结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度等因素都会影响模具的加工，加上模具制造过程中的技术工艺的高低，极易影响模具的质量。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使坯料注入模具型腔成形。

1.2制造过程中的缺陷概述

模具制造过程中的缺陷，是在模具选材、制造过程中存在的不足和欠缺的地方。一般来说模具制造过程中的缺陷主要表现在两个方面，一个是模具的选材上，一个是在模具的制造上。模具的选材是模具制造的基础，模具选材受到多种因素的影响。从设计模具，到模具选材再到模具制造，要使模具处于一个高品质的地位，成本考量是一个至关重要的因素。模具的制造在一定成本的限制下，要想避免出现缺陷，只能在选材和制造工艺上精益求精。同时在模具选材和模具制造过程中精益求精，能够最大限度的降低成本，提高整个模具制造的生产效率。

2　模具制造过程中的缺陷

2.1原材料的缺陷

在模具制造过程中的模具选材上，对于小型简单的模具，并且使用寿命要求不高的模具，往往会选用高碳工具钢。对于要求较高的模具，则选材上一般使用合金工具钢。无论是高碳工具钢还是合金工具钢，我国的钢铁冶炼产业仍然处于粗放型经营，各种钢材的冶炼技术较为粗犷，模具钢存在各种各样的缺陷。主要表现为碳素工具钢中的粗片状珠光体加连续网状渗碳体，以及合金工具钢中严重的共晶碳化物偏析。由于成本预算的限制，明知道这些材料存在问题也得购买。这些都为最后成型的模具留下了隐患。

2.2模具制造工艺的缺陷

模具制造的流程和工艺主要分为机械加工和电加工两个部分，模具制造过程中的缺陷除模具材料存在缺陷外，很大部分是在机械加工和电加工阶段出现的缺陷。

2.2.1机械加工

所谓模具的机械加工是指通过机床等机械工具对模具材料进行切削和磨削。机械加工中一般又分为切削加工和磨削加工

（1）切削加工缺陷。机械切削加工模具上的缺陷，主要表现为加工模具的切削质量差，工艺技术存在的一定的问题。主要表为以下三个方面：

首先，由于切削加工不恰当,造成的尖锐转角或圆角半径过小,会导致模具在工作时产生严重的应力集中。

其次，切削加工后的表面太粗糙,就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷,它们既是应力集中点，又是裂纹、疲劳裂纹或热疲劳裂纹的萌生地。

最后，切削加工没能完全、均匀地切除模具毛坯在轧制或锻造时产生的脱碳层,就可能在模具热处理时产生不均匀的硬化层，导致耐磨性下降。

（2）磨削加工缺陷。模具磨削加工的工程就是模具原材料受力和受热的过程。在模具进行磨削加工时，因高速摩擦而产生的高热能量，差不多百分之八十以上的热量导入模具中，模具加工件瞬间承受了超高温，在磨削区域内的模具加工件表面容易被高温灼伤，而模具加工件的内部基本还处于冷却状态，由于内外的温差容易产生较强的压应力，当这种压应力超过模具材料的屈服强度时,就产生塑性变形，进而伤害模具加工件。另外，在磨削加工时产生的机械作用和热，导致磨削裂纹。造成这些的原因，除了加工的工艺和设备原因外，还有就是模具材料的材质是一个非常重要的原因。

2　电加工

电加工，分为电火花加工和电火花线切割两个方面。电加工与机械加工相比能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件。

（1）电火花加工。电火花加工的缺陷主要表现在电火花加工后形成的异常层，降低模具的使用寿命。电火花加工时，放电区的电流密度很大，产生大量的热，受热影响的模具加工件的表层发生了物理的熔化反应，在降温作用下极速冷却，形成了一层凝固层，即白亮层。白亮层，内部有明显的裂纹，这都大大降低了模具的使用寿命。

（2）电火花线切割。电火花线切割，是指利用自由正离子和电子形成的被电离导电通道，导致粒子发生碰撞形成一个等离子区，进而释放出8000-12000度高温，利用此高温熔化加工件，达到一般机械加工无法切割成型的目的。电火花线切割的缺陷是由于脉冲瞬时高温和液体介质及工件本身的迅速冷却作用，致使线切割加工后的模具表面形成一层变质层。

3　模具制造过程中缺陷的防止措施

3.1原材料缺陷的防止措施

（1）选择优质的模具材料。在预算成本可控的范围内，尽量选择高品质的模具材料。

（2）重新锻造加工。对于预算成本有限的情况下，采购的材料不是高品质的材料的，就得通过重新锻造加工来提高模具材料的品质避免模具因选材而出现重大的缺陷。

1）优化锻造工艺。优化锻造工艺的基础在于控制好始锻温度、终锻温度和锻造比，温度过高或过低都无法使材料达到最佳性能。确定合理的温度和锻造比，重点在于依据索要锻造的材料的物理特性和模具的要求来确定。

2）“二轻一重”锻造法。对模具材料进行锻造时严格遵循“二轻一重”锻造法，即开始时锤击轻，力量小，中间时力量要大，结束时力量要轻。

3.2模具制造工艺缺陷的防止措施

3.3.1机械加工时的防止措施

（1）切削加工工艺优化。首先，严格保证尺寸过渡处的圆角半径、圆弧与直线相接处应光滑。减少模腔表面加工时留下的刀痕，减少热处理时产生的热应力。其次，确定适当的加工精度，以模具表面光滑和无刺痕为标准。最后，确定合理的加工余量，特别注意粗加工和精加工的余量控制，做到二者之间有充分的区别。

（2）磨削加工缺陷的防止措施。首先，控制模具的磨削加工余量。如适当减少径向进给量及砂轮速度、增大轴向进给量，使砂轮与工件接触面积减少，散热条件得到改善，从而有效地控制表层温度的提高。其次，合理选择和修整砂轮。根据模具加工件的要求和物理特性，选择合适的砂轮，避免出现砂轮过快或过慢的现场出现。最后，选择合理的冷却液剂和润滑液。磨削加工时的冷却和润滑直接决定了磨削加工的质量高低，必须依据模具加工件的特性选择合理的冷却液剂和润滑液。

3.3.2电加工时的防止措施

（1）电火花加工。首先，合理确定电火花加工参数，合理情况下以小电流精加工效果较好。其次，为除去电火花加工后的表面异常层中的白亮层，除去显微裂纹，可采用电解抛光、超声波抛光或超声波——电化学抛光等精整加工方法。另外，在电火花加工后进行一次低温回火使凝固层稳定防止白亮层中显微裂纹的扩展。最后，对于高硬度、高精度和高复杂程度的“三高”模具的刃口件或型腔件,可将电加工作为半精加工。

（2）电火花线切割。首先，降低放电过程中的负面影响，调整加工参数，使变质层的表面得到改善，减小残留拉应力。其次，改善经线切割后模具表面变质层的组织结构和机械性能，提高模具使用寿命。最后，正确的热处理工艺、加热方式，加热温度要选择恰当。

参考文献：

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[2]赵志伟,张崇才.模具制造缺陷及其防止措施[J].电加工与模具,2004(05).

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[4]余东满,李晓静,黄建娜,王笛,高志华,熊毅.基于快速成型的快速模具制造工艺分析[J].新技术新工艺,2010(12).

[5]机械专家网.浅析模具设计制造过程中的若干问题[EB/OL]. http://news.mechnet.com.cn/content/2010-12-21/89845.html.

[6]模具联盟网.模具制造工艺流程是怎样的[EB/OL]. http://www.uggd.com/article/mujv/other/11951.html.

作者简介：张建卿（1971-），副教授,高级工程师,一级模具设计师,研究方向：材料成型与控制。