蜂窝陶瓷挤压成形模具的加工工艺研究＊

熊 伟

（江西省机械科学研究所 南昌 330002）

前言

蜂窝状陶瓷载体用途非常广泛，汽车尾气净化器就是其中最主要用途之一，由于汽车尾气排放污染物是破坏大气质量的主要污染源之一，国家已颁布了有关法令，提出了机动车污染物排放标准，而这些环保政策法规的出台使国内出现了汽车尾气净化器的巨大市场，而汽车尾气三元催化转换器中的核心部件是催化剂载体。它通常采用堇青石质多孔蜂窝陶瓷制成，多孔蜂窝陶瓷载体挤压成形模具则是该核心件生产的关健设备，该模具是一种精密的、技术含量高的高新技术产品，长期以来世界上仅美、德、日等少数国家能制造。我们经过努力研究探索，成功地研制出该模具，填补了国内空白，应用领域也扩展了到环保行业的工业废气、废水处理、工业炉中的热交换蓄热体、金属铸造过滤片、电热元器件、红外燃气灶具辐射器等诸多领域。其产品的开孔密度从200～1075孔／吋2，成形槽宽为0.5～0.1mm。对于加工方形孔、三角孔多孔蜂窝状陶瓷模具来说，其最后一道工序是由电火花线切割机床完成的，这道工序是关系到模具加工成功与否的最重要的环节。同时对加工机床的参数配置、定位精度提出了很高的要求。现将我们加工中的一些经验介绍一下。

1 模具加工过程

1.1 模具的水平、垂直度调节

模具装上夹具后，我们采用千分表对模具的水平、垂直度进行调节，使其误差范围控制在0.01mm以内，因为误差越小，成形槽与进料孔的垂直度越高，泥料挤出成形时就不容易弯曲。如果产生弯曲，而在生产中人为进行校正，看起来没有弯曲，实际在坯体中残存了内应力，烧结时就会引起变形、开裂，甚至成为废品。既浪费时间又浪费材料，制作的模具不能使用。所以水平、垂直度一定要有保证。

1.2 模具位置精度的调节

模具装上夹具后，如何才能保证成形槽对准进料孔的孔中心，而且上、下保持一致？以前我们简单采用工艺孔的方法进行定位，比较容易使得成形槽对不到进料孔的中心，这样，在挤制成形过程中泥料从进料孔向四边成形槽流动的速度不一致就容易产生坯体向一边弯曲，当时国内的挤出设备还是油缸式立式挤压，经过对模具的调整，可以把弯曲的现象调整过来，不至于使模具报废。而现在有的厂家引进了国外先进的卧式螺旋连续挤压设备，使用这种设备时，一旦模具装上就没有调整的余地，如果产生弯曲现象，模具基本报废，所以这对模具的制造提出了更高的要求。我们经过不断地探索，终于找到了解决的方法，利用电火花线切割机床本身的自动定中功能，通过进料孔来定中心，这样成形槽基本可以对准进料孔的中心，解决了困扰多年的问题，使模具的成功率得到大大的提高。

1.3 电火花线切割机床加工机械部分的检查

模具加工前要对机床的机械部分进行检查，以免由于机械故障而使模具报废。最容易使模具报废的就是产生抖丝，而产生抖丝的原因有：钼丝松动、长期使用轴承精度降低、导轮磨损、贮丝筒换向时冲击、贮丝筒跳动增大、钼丝弯曲不直、红宝石未接触钼丝。

解决方法为：收紧钼丝、更换轴承及导轮、调整贮丝筒精度，更换钼丝，调整红宝石。为了保证机床精度、寿命和提高生产效率，对机床的维护是非常必要的，要定时注入规定的清洁润滑液，导轮应经常检查转动是否灵活，不能发生跳动和产生尖叫声，安装钼丝时应注意钼丝是否装在导轮槽内，钼丝与导电棒应接触良好，钼丝应在喷嘴孔中心，导轮旁红宝石应与钼丝接触滑动，工作台拖板运动的滚动丝杠及滚动导轨应保持清洁。

对工作液的要求：工作液箱容积要保证充足的给水量，回流的脏液在工作液箱内经过两次沉淀、两次过滤后，再重复使用，根据加工情况，要定期清洁工作液过滤器，更换工作液，我们一般要求加工完一个模具后就更换工作液。如发现喷嘴堵塞，需拆下清洁。加工时，工作液的比例为1∶（8～12）（型号为XD－1皂化油水溶液）。加工工件较厚时，工作液比例为1∶8～10。

1.4 电火花线切割机床加工电气部分参数的设置

电气部分参数的选择直接关系到模具的加工精度、成形槽的表面粗糙度，如果选择的参数不合适，成形槽的表面粗糙度大，就会产生出料困难，表面不光滑，会影响成形，最后导致模具报废，所以参数的选择很重要。

1）加工电压的选择。脉冲电压太低或太高，对切割速度与表面粗糙度都不利。脉冲电压升高，随着切割速度提高，表面粗糙度加大；脉冲电压太低则加工不稳定，直接影响成形槽的精度。我们一般加工直径大的模具（直径达200mm以上）用较低电压，切割直径小的模具（直径100mm左右）采用较高电压。我们在加工模具时加工电压一般控制在50V左右且要波动很小。为了提高加工精度，要求有稳定的放电脉冲和间隙，在电源电压波动较大的场所，建议采用稳压电源供电。

2）加工脉宽的选择。在其它参数不变的情况下，增大脉冲宽度，切割速度可提高，但表面粗糙度也在加大；反之，减小脉宽度，表面粗糙度可减少，但切割速度也下降。因为我们采用的是精加工，表面粗糙度要求Rμ≤3.2，所以我们采用窄脉冲。

3）加工电流的选择。一般可根据加工厚度，加工速度和粗糙度要求，选择加工电流。加工电流小，加工模具直径小时，加工速度慢，粗糙度数值小；加工电流大，加工模具直径大时，加工速度快，粗糙度数值大。加工电流的取定，在试切时选定，在保证达到主要指标的同时，兼顾其它两项指标。我们采用的加工电流为2A左右且波动很小。

4）脉宽比的调整。在实际操作中是用加工电流来指示，调整加工电流到稳定状态来选择脉宽比，在机床操作面板上电位器为调整脉宽电位器，电位器逆时针旋转脉宽比大，加工电流小；顺时针旋转脉宽比小，加工电流大。脉宽比的调整，主要由加工是否稳定来选择。可从两个方面来调整；一是观察脉冲电流表的指针是否摆动，调整电位器至指针不摆；再观察进给指示灯3个灯的循环亮灭速度是否均匀，调电位器，至3个灯循环明灭速度均匀，此时加工电流最佳，也就是脉宽比最佳。我们在加工模具时，电位器调节到最佳时就不再动，这样可保证每条成形槽的加工宽度保持一致。脉冲间隙的选择主要是排屑，另一方面减少蚀物，防止断丝，使得加工过程稳定，所以一般要求脉冲间隙与工件厚度成正比，操作方法，顺时针为最大（间隙最大）。

5）功放管数量的选择。功放管选择越多，加工电流越大速度越快，表面粗糙度就越差。功放管选择少时单个脉冲的能量较小，放电间隙小，这样容易发生短路，无法稳定加工。如果只要求高速度而表面粗糙度要求不高时，就可投入较多的功放管进行加工。因为我们加工的蜂窝陶瓷挤压成形模具是高精密产品，对表面粗糙度有较高的要求，而且对每条槽的宽度也有很高的要求，所以选择功放管的数量要适当，确保加工过程平稳、速度均匀，这样才能保证每条成形槽的宽度保持一致。另外钼丝的直径对功放管的选择也有要求，我们所用的钼丝直径为0.08～0.30mm，钼丝越细所选择的功放管就不能太多，否则会产生烧丝、断丝，使加工无法进行。常用的电火花线切割机床加工电器部分设置参数如表1所示。

表1 电火花线切割机床加工电器部分设置参数

2 结语

蜂窝陶瓷载体挤压成形模具是一种精度高、难度大的高新技术产品，我们所研制的产品在国内一直处于技术领先地位，且生产工艺成熟、质量稳定可靠，虽然价格略高于国内同行业厂家，仍以其良好的性能和服务赢得了国内蜂窝陶瓷载体生产企业的欢迎，受到国内用户的赞誉。因此我们与国内的大多数用户建立了长期密切合作的关系，在市场营销上占据先机，在国内市场上具有很大占有率和极高的竞争力，产品还远销美国、韩国。目前，我们正在积极引进新的先进加工设备，以便使我们生产的蜂窝陶瓷载体挤压成形模具在质量上更上一个新的台阶，为产品的全面国产化打下一个良好的基础。