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模具零件精密加工工藝控制

日期:2018-05-31?

      每一套模具都是由許多零件構(gòu)成,其中一部分是工藝零件,另一部分是結(jié)構(gòu)零件。工藝零件直接對(duì)成型產(chǎn)品質(zhì)量造成影響,工藝零件的最終品質(zhì)在當(dāng)下的模具加工企業(yè)里均用精加工手段來(lái)最后完成,如何控制精密加工過(guò)程關(guān)系到模具壽命和成型產(chǎn)品能否交付。


  在模具制造企業(yè)中,精加工階段除采用慢走絲線切割、割一多修的工藝手段外,另采用的方法即是在半精加工后,熱處理基礎(chǔ)上磨削加工,在這個(gè)階段要控制好零件的變形、內(nèi)應(yīng)力、形狀公差及尺寸精度等許多技術(shù)參數(shù)。在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中,操作困難較多,但仍有許多行之有效的經(jīng)驗(yàn)方法值得借鑒。


一、模具精加工的過(guò)程控制

  模具零件的加工,總的指導(dǎo)思想是針對(duì)不同的模具零件、不同的材質(zhì)、不同的形狀和不同的技術(shù)要求進(jìn)行適應(yīng)性加工,選擇性方案很多。但是,通過(guò)對(duì)加工過(guò)程的控制,達(dá)到最好的加工效果和經(jīng)濟(jì)性是我們關(guān)注的重點(diǎn)。根據(jù)模具零件的外觀形狀,零件主要可分為三類(lèi):軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、板類(lèi)與成型異類(lèi)零件。這三類(lèi)零件的工藝過(guò)程一般為:粗加工——半精加工——(淬火、調(diào)質(zhì))——精密磨削——電加工——鉗工修整——組裝加工。


(一)模具零件熱處理

  模具零件要獲得所要求的熱處理硬度,必要對(duì)零件熱處理內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行控制,使零件加工時(shí)和加工后尺寸公差、形位公差能夠穩(wěn)定,針對(duì)不同材質(zhì)的零件作用,有不同的熱處理方式。其工藝要考慮的是經(jīng)濟(jì)性、材料淬透性、淬硬性、過(guò)熱敏性以及脫碳敏感性。隨著近年來(lái)模具工業(yè)的發(fā)展,使用的材料種類(lèi)很多,除了CrWMn、Cr12、40Cr、GCr15、Cr12MoV、9Mn2V硬質(zhì)合金外,對(duì)一些工作強(qiáng)度大,受力苛刻的凹模、凸模,可選用新材料粉末合金鋼,如S2、S3、V10、APS23S1、G2、G3、G4、G8等等。此類(lèi)材料具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的組織狀態(tài)。


  淬火后一般工件都存留內(nèi)應(yīng)力,容易導(dǎo)致后續(xù)精加工或工作中開(kāi)裂,零件淬火后應(yīng)趁熱回火,消除淬火應(yīng)力。形狀復(fù)雜、內(nèi)外轉(zhuǎn)角較多的工件,回火有時(shí)還不足以消除淬火應(yīng)力,精加工前還需進(jìn)行去應(yīng)力退火或多次時(shí)效處理,充分釋放應(yīng)力。根據(jù)不同的要求采取不同的方法。以Cr12為材質(zhì)的零件為例,在粗加工后進(jìn)行淬火處理,淬火時(shí)僅僅冷卻方式就有:空氣冷卻(將加熱后的工件置于空氣中冷卻,此法操作簡(jiǎn)便、工件變形小,但硬度偏低,表面易氧化。適合于尺寸小、精度高、厚薄不均的工件)、油冷卻(將工件加熱后置于油中,冷卻到300℃~200℃,取出在空氣中冷卻。此法操作簡(jiǎn)便,工件硬度較高,但變形較大,易產(chǎn)生工件變形,適用于尺寸較大,形狀簡(jiǎn)單的工件)、平板夾緊在空氣中冷卻(將加熱后的工件置于兩塊鐵板或銅板之間壓緊,在空氣中冷卻。此法操作較繁,但工件變形小,只適合于某種特殊形狀的工件)、分級(jí)淬火(將工件加熱后置高于Ms點(diǎn)溫度的硝鹽中,停留一定時(shí)間,待工件的內(nèi)外溫度基本一致后,取出在空氣中冷卻。此法既能保證工件的硬度,又能減少工件的變形,廣泛用于形狀復(fù)雜變形要求小的工件)。如對(duì)V10、APS23等粉末合金鋼零件,因其能承受高溫回火,淬火時(shí)可采用二次硬化工藝,1040℃~1080℃淬火,再用490℃~520℃高溫回火并進(jìn)行多次,可以獲得較高的沖擊韌性及穩(wěn)定性,對(duì)以崩刃為主要失效形式的模具很適用。


(二)模具零件磨削加工

  磨削加工采用的機(jī)床有三種主要類(lèi)型:平面磨床、內(nèi)外圓磨床及工具成型磨削機(jī)床。精加工磨削時(shí)要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的出現(xiàn),哪怕是工件表面的顯微裂紋,否則在后續(xù)的工作中也會(huì)漸漸顯露出來(lái)。因此,精密磨削時(shí)的進(jìn)刀量要小,磨削中冷卻要充分,盡量選擇冷卻液介質(zhì),加工余量在0.01mm內(nèi)的零件要盡量恒溫磨削。

  磨削工件時(shí)一定要謹(jǐn)慎選擇磨削砂輪:針對(duì)模具鋼材的高鎢、高釩、高鉬、高合金狀況,工件硬度高的特點(diǎn),可選用PA鉻鋼和GC綠碳化硅砂輪;當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度高的材質(zhì)時(shí),優(yōu)先采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪,有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨利性好,磨出的工件精度在IT5以上,粗糙度可達(dá)Ra=0.16μm的要求。隨著新材料的應(yīng)用,近年CBN立方氮化硼砂輪的應(yīng)用,顯示出了良好的加工效果,在數(shù)控成型磨、坐標(biāo)磨床、CNC內(nèi)外圓磨床上精加工,效果甚至優(yōu)于其它種類(lèi)砂輪。磨削加工中要及時(shí)修整砂輪,保持砂輪的銳利,當(dāng)砂輪鈍化后會(huì)在工件表面滑擦、刻劃、擠壓,造成工件表面燒傷、顯微裂痕或產(chǎn)生溝槽,對(duì)以后的使用顯著地降低效用。


  盤(pán)類(lèi)、板類(lèi)零件的加工大部分采用平面磨床加工,加工長(zhǎng)而薄的薄板件時(shí),有一定的加工難度。加工前在磨床磁力臺(tái)的強(qiáng)力吸引下,工件原先存在某種彎曲產(chǎn)生平直形變,貼緊于工作臺(tái)表面,待磨削后,工件又在原應(yīng)力作用下變形回復(fù),測(cè)量板件厚度時(shí)顯示一致,但由于變形回復(fù),平面度達(dá)不到模具零件應(yīng)該的要求,解決的方法是磨削前以等高墊鐵墊在工件下面,四周用擋塊擋住工件防止走動(dòng),磨削時(shí)磨頭進(jìn)刀量要小,用多次走刀方式完成第一個(gè)基準(zhǔn)平面,第一個(gè)基準(zhǔn)平面加工好一面后,可用這一基準(zhǔn)平面吸附在磁力臺(tái)上,通過(guò)如上所述的磨削方法可改善大部分工件平面度,如通過(guò)一次磨削過(guò)程達(dá)不到理想的平面度效果,可以再一次重復(fù)上面過(guò)程;經(jīng)過(guò)幾次這樣磨削均能夠在平面度符合要求,但對(duì)于板件厚度尺寸有嚴(yán)格要求時(shí),備料中必須根據(jù)工件材料、形狀、切削加工手段、熱處理方法等綜合因素,適當(dāng)加放厚度余量。


  軸類(lèi)零件的特點(diǎn)是由多個(gè)回轉(zhuǎn)面構(gòu)成,現(xiàn)代企業(yè)終極精密加工方法一般采用內(nèi)外圓磨床磨削。加工過(guò)程中,利用磨床夾頭和尾架頂尖夾緊定位工件或者用首尾兩頂針定位工件,此時(shí)夾頭與頂針中心的連線就是磨削后工件的中心線,如果中心線跳動(dòng),加工出來(lái)的工件就會(huì)產(chǎn)生不同心問(wèn)題,因此在加工前要做好夾頭及頂尖的同心檢測(cè)和首尾頂針對(duì)中檢查。如果是用夾頭與中心頂針夾緊定位一次磨削臺(tái)階軸,則在這一次磨削前要對(duì)夾緊部分先進(jìn)行外圓磨削,一次磨削時(shí)通過(guò)夾緊就能定心定位。簿壁內(nèi)孔磨削時(shí)要考慮采用夾持工藝臺(tái),即在車(chē)加工時(shí)有意多留下一段厚壁部分,待磨削內(nèi)孔完成后進(jìn)行切除,如不留工藝臺(tái)則夾緊力不可過(guò)大,否則容易在工件圓周上產(chǎn)生“內(nèi)三角”變形,同樣每次磨削進(jìn)刀量要小,通過(guò)多次進(jìn)刀才能磨出合格的要求,另外磨削過(guò)程中冷卻液要充分噴淋到被磨削位置,以使磨出的鐵屑和磨料塵粒能順利排出磨削區(qū)域。