模具制造的影响因素与应对策略研究

摘 要：模具是工业生产的基础，在国民经济的发展与人们的日常生活当中发挥着巨大的作用。模具制造过程是工业生产技术的关键。在进行模具制造的过程当中，加工工艺、材料的选择及热处理后的切割加工等都会影响模具制造的最终效果。为保证模具制造的质量，就有必要分析模具制造的相关影响因素，并提出有效的解决措施。本文简单介绍的模具制造，分析了模具制造当中的影响因素，并提出了具针对性的应对策略，以为提高加工质量、延长模具使用寿命提供若干建议。

关键词：模具制造；影响因素；应对策略

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

0 引言

当前模具制造当中常用的方法主要有机加工和电加工两种，但因模具形状复杂，要求较高尺寸精度，再加上某些模具的制造需使用特殊材料等原因，致模具加工工艺较为复杂。在进行模具制造的过程当中，若加工工艺使用不当，材料选择不合理，就极易使得模具在经热处理后发生变形或是出现裂纹等，降低模具的制造水平和质量。本文就模具制造当中会引起模具制造质量的原因进行分析，并提出了有效解决策略，以保障模具制造质量，延长模具使用寿命。

1 模具制造概述

模具，即各种模子和工具，其是工业制造顺利进行的基础。进入现代化社会，批量化的工业产品均有严格的标准及质量要求，在这种情况下，模具的制造必不可少。模具包括锻造、冲压、铸造及塑料四种，其中塑料模具是伴随塑料的发明而广泛应用于模具制造当中[1]。因其廉价、便捷，其在模具制造中的使用量迅速增长。据相关调查研究，我国塑料模具占模具行业市场份额的1/3。相比于金属模具，塑料模具的成本较低，且使用方便，再加上塑料成型技术的不断发展，现塑料模具已逐步取代传统模具，在模具制造当中发挥着越来越重要的作用。

2 模具制造的影响因素及应对策略

2.1 选择恰当的加工工艺

2.1.1 车削加工时确定适宜的进给量

在加工模具型腔或是凸模圆角部分时，因进刀过深常会导致粗刀痕的出现，使局部应力严重集中，在完成模具制造后，经淬火加工表面出现微裂纹，在反复使用的过程当中，裂纹会不断扩大，最终致凸模断裂。因此，在进行模具加工时，针对冲模，在进行粗加工后应预留小余量的加工进给量以供后期半精加工及粗加工使用，以免因粗刀痕的产生而出现微裂纹，保障模具质量及使用寿命。通常地，精加工中车削加工进给量可为IT6-IT8，半精加工Ra值约为1.6pm，以确保模加工精度[2]。

2.1.2 磨削工艺的确定

磨削加工主应用于加工金属，会导致模具的使用年限严重下降。进行磨削加工的目的在于使得表面比变得更加光滑。但在进行磨削加工时，若砂轮的锋利度较差，模具表面就极易产生裂纹，若冷却不足，还会因模具表面摩擦力加大而导致外层氧化严重，降低模具的耐磨性和耐腐蚀性。另，在对模具型腔表面进行研磨時，若磨削速度控制不合理，或是冷却时间不够，也会导致表面因摩擦过大需产生软化情况，降低模具的硬度。同时，还会因残余应力的作用而导致模具的抗疲劳能力下降。为此，在进行磨削加工时，可采取以下方式，以保证模具加工表面的粗糙度及精度：第一，选择砂轮时应尽量选择具强切削能力的粗砂轮，或是选择粘结性较差的砂轮；第二，进行1-2次的砂轮空走；第三，减少磨削进给量，并选择适宜的冷却剂，以获取良好的冷却效果。此外，在进行平磨后，可再次进行退磁处理，以免切割操作加大工件内部应力。

2.1.3 电加工工艺的选择

电加工工艺的选择包括两方面：一方面是程序起点位置及切割路线的选择；另一方面是穿丝孔位置及大小的确定。在对工件进行切割加工时，内部应力释放会引起工件变形，而程序起点位置及切割路线的选择又会极大的影响内部应力的释放，因此，程序起点位置的选择及切割路线的合理制定至关重要。合理选择程序起点位置并制定恰当的切割路主要是为应尽量维持工件内部应力的平衡，以免工具材料因夹具作用受不合理切割路线的影响而出现变形，降低切割表面质量。具体的，在进行加工时，应注意以下几点：第一，对凸模零件进行加工时，因切割顺序为由外至内，坯件材料被割断会极大的破坏内部应力平衡，致材料产生裂纹或发生变形。为此，应尽量避免自坯件外部切入，而是自坯件预留的穿丝孔切入。第二，切割工件的装夹应由原来的2点式改为单点式，以为切割变形提供足够空间，避免装夹方式影响切割变形，从而减少对成型部分的影响。另，在进行切割加工时，要自与工件夹具原理相同的方向着手，避免过度靠近夹具。加工起点应设置于表面平坦、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纹产生的风险。第三，实施热加工时，因模坯表面的冷却速度明显快于内部，这种速度差异会导致模坯金相组织产生差异，在内部应力的作用下，加工对象的表面极易产生裂纹，尤其是加工对象的外角处，为此，在实施切割加工时，应尽量选择与坯料相距较远的边角处着手，通常可于距离8-10mm处着手，以预留足够的夹持余量。

部分工件在进行切割加工时，通常需另预制工艺孔，此工艺虽会使施工流程更加复杂，但因引入点及引入程序的选择较为科学、合理，此工艺的选择不但可对材料的变形进行有效控制，而且还有利提高加工精度。但在实际操作当中，应注意确定穿丝孔的位置及大小，具体地包括以下方面：第一，以往在对凸模外形工件进行加工时，多数模具制造工作人员往往会选择自材料侧面着手，此操作极易导致切口残余应力释放出来，致模具变形，严重的还会报废。为此，在对凸模进行加工时，可先打穿丝孔，再进行淬火操作，孔径保持在3-10mm，可选择钻孔工艺，位置选择在加工对象的拐角处，再于淬火后自模坯内部进行封装加工。第二，加工某些特殊工件时，尤其是形状特异的工件，若只利用一个穿丝孔，可能会因残余应力的释放而导致工件变形，因此，若想于一块毛坯上切出2个以上零件时，避免一次性连续切出，而应自不同预孔进行加工。第三，针对行电加工的零件，应行一次长时间低温回火，以将淬火所产生的内应力消除，使工件的脆性下降，从而提高工件抗断裂能力。

2.2 加工材料的选择与热处理

2.2.1 中小型冷作模具材料

模具制造当中多进行线切割加工，线切割加工的钢加工路线为下料、锻造、退火、机械粗加工、淬火和回火、磨削加工、线切割加工、钳工修整，在整个过程当中，工件需经2次大变形，这会大大加大工件内部的残余应力[4]。若先实施热处理再进行切割加工，因金属表面基本被去除，再加上切割操作，会极大的破坏工件内部残余应力的平衡性，从而使工件表面出现裂纹。进行热处理再开展切割加工，因金属大面积被去除，再加上切断加工处理，会导致工件内部残余应力平衡遭到破坏，从而产生裂纹。为此，在选择材料时，通常会选择淬透性较好、变形小的合金钢当作模具的钢材料。

2.2.2 硬质合金材料的加工

硬质合金材料具高硬度性、耐磨性和热稳定性，且其无需实施热处理，也不会因淬火而产生变形。相比于常用的模具钢，硬质合金材料具强优势性。但由于其中含有碳化鎢等成分，熔点相对更高，在加工过程中如果速度未达到一定水平则会导致表面出现裂纹。所以，若要对硬质合金材料进行加工，建议选择专用脉冲电源，设置好恰当的电参数，以提高加工速度，同时又可有效避免加工表面微纹的出现。但脉冲能量会极大的影响加工表面的裂纹，且能量越大，裂纹就越易产生，为此，在进行精加工时，应注意选择精加工电规准。一般地，冲模速度较快、进模工位级较多、冷挤模等均会选择硬质合金材料作为模具材料。

2.2.3 热处理

模具制造过程当中，热处理中的淬火是最易引起工件变形的操作。为尽量避免工件变形，一方面要选择良好的模具设计及模具钢，另一方面还要注意选择恰当的热处理工艺。

2.2.4 取件位置对模具制造的影响

由于材料使用的差异，在进行热处理后，材料内部组织与应力都会在一定程度上影响零件的精度，为此，在材料中间切割工件过程中需要选择应力平均、组织匀称的区域进行切割，以避免变形情况出现。同时，还要避免在进行切割的过程当中发生炸开现象，致工件报废。

此外，机床精度、刚度及润滑条件，加工是否规范等都会对模具的磨损及使用寿命产生一定影响。为此，在进行模具的制造过程当中，还应合理选择机械设备，制定科学的加工工艺及技巧，以提高模具制造的质量和效率。

3 结语

在模具制造过程中也会由于各种因素导致模具出现裂纹或形变的情况。要改善这一问题就必须根据模具制造的实际情况来总结经验、归纳方法。由上述分析可知，影响模具制造的原因有很多，在实际工作当中，相关操作人员应加强重视，自材料、工艺、机械等方面入手，以尽量提升模具制造质量，完善模具制造过程，延长模具的使用年限。

参考文献：

[1]朱家乐.模具制造技术运用中影响因素分析[J].电脑迷，2016（08）：132.

[2]赵璐.模具制造技术运用中影响因素分析[J].科技创新导报，2013（04）：86+88.

[3]钟卓军.浅析模具制造中的电火花加工技术[J].现代企业教育，2014（12）：474-476.

作者简介：李锦妍（1991-），女，陕西西安人，硕士，助教，研究方向：成型加工、模具CAD/CAE/CAM。