浅谈模具制造的影响因素与预防方法

2018-04-13王春华

电动工具 2018年3期

王春华

（杭州康达模具有限公司，浙江杭州 310022 ）

0 引言

模具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。据相关调查研究，我国塑料模具占模具行业市场份额的30%。相比于金属模具，塑料模具的成本较低，且使用方便。尤其是塑料成型技术不断发展，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。本文就模具制造、工艺设计过程中的质量问题及产生原因进行分析，提出解决方法。

1 工艺设计

1）车削加工进给量

在加工模具型腔或凸模圆角部分时，车削加工进刀过深可导致粗刀痕的出现，致使局部应力加剧集中。模具淬火后，其加工表面出现微裂纹。裂纹不断扩大，最终致凸模断裂。因此，在进行模具加工时，针对冲模，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，可有效避免上述不良现象，保障模具质量并延长其使用寿命。通常情况下，精加工中车削加工进给量可为IT6～IT8，半精加工Ra值约为1．6 μm，以确保模加工精度。

2）磨削工艺

磨削加工主要应用于金属材质，进行磨削加工的目的在于使得模具表面更加光滑。加工时，若砂轮的锋利程度较差，模具表面极易产生裂纹，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。另外，对模具型腔表面进行研磨时，若磨削速度控制不合理，或冷却时间不充分而导致表面产生软化现象，可降低模具硬度。同时，因残余应力的作用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：

尽量选择具有强切削力的粗砂轮，或是选择粘结性较差的砂轮；进行1～2次砂轮空转；减少磨削进给量，选择适宜的冷却剂获取最佳冷却效果。此外，在进行平磨后，可再次进行退磁处理，以免切割操作时增加工件的内部应力。

3）电加工工艺

电加工工艺的选择包括两方面：一方面为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，内部应力释放引发工件变形，程序起点位置及切割路线的选择极大地影响内部应力释放，因此，二者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线可维持工件内部应力平衡，以免工具材料因夹具作用出现变形现象，继而降低切割表面质量。加工时，应注意：1、凸模零件加工时，切割顺序为由外至内，坯件材料被割断的同时也破坏内部应力平衡，致使材料产生裂纹或发生变形。此时，应尽量避免自坯件的外部切入，采用自坯件预留的穿丝孔切入。2、切割工件的装夹应由两点式变更为单点式，提供足够空间减少对成型部分的变形影响。另外，在切割加工时，应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、操作便利或工具拐角等工具表面，以免因切割切痕而增加裂纹产生的风险。3、实施热加工时，模坯表面的冷却速度明显快于内部，速度差异导致模坯金相组织产生差异。在内部应力的作用下，加工对象的表面易产生裂纹，尤其是加工对象的外角处，为此，应尽量选择与坯料相距较远的边角处着手，通常可在距其8 mm～10 mm处着手，以预留足够的夹持量。

部分工件在切割时需预制工艺孔，科学合理的选择引入点及引入程序可有效控制材料变形，提高加工精度。在实际操作当中，应注意确定穿丝孔的位置及大小。

对凸模外形工件进行加工时，应避免从材料侧面着手，以免切口残余应力释放致使模具变形或报废。可先打穿丝孔，再进行淬火操作。选择钻孔工艺，孔径为3 mm～10 mm，相对位置可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。

加工某些形状特异的工件时，若只利用一个穿丝孔，仍会因残余应力的释放而导致工件变形，因此，在一块毛坯上切出多个零件时，应避免一次性连续切出，可采用各自不同的预孔进行加工。

对电加工零件，应长时间低温回火以消除淬火产生的内应力，提高工件抗断裂能力。

2 材料选择及处理

1）中小型冷作模具材料

模具制造当中多见线切割加工，对于钢材的加工工艺路线为下料、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。在整个工艺过程中，工件需经两次较大程度的变形，增加内部残余应力。若先实施热处理再进行切割加工，因金属表面基本被去除，切割操作时破坏了工件内部残余应力的平衡性，从而使工件表面出现裂纹。为此，在选择模具材料时，应选择淬透性好、变形小的合金钢。

2）硬质合金材料

硬质合金材料具高硬度性、耐磨性和热稳定性，且无需实施热处理，也不会因淬火而产生变形。相对于常用的模具钢，硬质合金材料具强优势性。但由于其含有碳化钨等成分，熔点相对更高，在加工过程中速度未达到一定要求则在表面出现裂纹。所以，对硬质合金材料进行加工，建议选择专用脉冲电源，设置恰当的电参数以提高加工速度，有效避免微纹。在进行精加工时，应注意选择精加工电规准。冲模速度快、进模工位级多、冷挤模条件下，均应选择硬质合金材料作为模具材料。

3）热处理

热处理中的淬火是最易引起工件变形的操作之一。为尽量避免工件变形，一方面应选择良好的模具设计及模具钢，另一方面还应注意选择恰当的热处理工艺。

4）取件位置

进行热处理后，材料内部组织与应力在一定程度上影响零件的精度。为此，切割工件材料需在应力平均、组织匀称的区域进行，以避免变形情况出现。

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。