提高模具加工質量和效果的措施探討

2013-12-31 00:00:00謝春獻

科技創新與應用 2013年13期

摘要：目前我國模具行業已經取得很大進步，但與歐美先進水平仍有較大差距，集中體現在高檔模具的制造能力較弱，因此迫切需要提高模具制造水平。文章分析了影響模具加工質量的各種因素，探討了提高模具加工質量和效果的措施。

關鍵詞：模具；加工質量；效果

近20多年來，我國模具行業發展很快，模具的產質量都有很大提升，目前模具生產總量已居世界前列，大型、精密、長壽命模具所占比例也有明顯增加，但是與歐美等國家的模具水平相比仍有較大差距，表現在低檔模具多，中、高檔模具少，一些精密、復雜、大型模具仍然依賴進口，所以提高模具的設計和制造水平仍將是模具行業所面臨的重任，而當務之急是提高模具的質量。模具質量主要體現在模具的加工質量和模具的裝配質量兩個方面，文章主要探討提高模具加工質量的措施。

1 模具加工質量的影響因素

1.1 概述

模具加工質量主要指加工精度和表面質量。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度，表面質量包含表面幾何特征和表層物理力學性能兩個方面。影響模具加工質量的因素概括起來主要有：模具材料選用、設備狀況、加工工藝、檢驗環節和質量管理水平等方面。

1.2 材料選用對模具質量的影響

模具在使用過程中經受反復的沖擊、摩擦、高溫、冷熱交變及腐蝕性氣體或液體的作用，因而選用合適化學成分、金相組織的材料，并采用合理的熱處理工藝，模具的性能才能得到充分的發揮，模具的質量才有保障[1]。目前我國模具材料主要采用碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。不同的化學成分、金相組織，其機械性能和熱處理條件也有差異。按照用途分類，模具材料有熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼。熱作模具鋼可以在較高溫度下使用，因此常用作熱擠壓模、熱鍛模、壓鑄模等；冷作模具鋼用作金屬的冷塑性成型模具，如冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模等；塑料模具鋼用于塑料成型，要求耐磨、耐蝕及導熱性、韌性較好[2]。

1.3 設備狀況對模具質量的影響

設備狀況對模具質量的影響是顯而易見的，如機床的制造誤差、安裝誤差和磨損而產生的幾何誤差、導軌導向誤差、主軸回轉誤差、主軸回轉軸線位置誤差、傳動誤差等都會對加工精度造成影響。此外，夾具、刀具的制造誤差以及磨損也對加工精度有影響。

1.4 加工工藝對模具質量的影響

加工工藝對模具加工質量有著極為顯著的影響，如加工細長件、薄壁件支撐、裝夾不當，很容易引起工件變形超差，還有相對隱蔽不易覺察的影響，如下面的幾個例子[3]：

1.4.1 在車削模具型腔或型芯圓角時，進刀過深所留下的粗刀痕，往往成為應力集中的部位，淬火時便形成微裂紋，使用過程中裂紋擴展而導致型芯折斷。

1.4.2 磨削時砂輪選用不當，如砂輪粘結力強又不鋒利，對淬火、回火件進行磨削，就有可能在模具表面引起裂紋，兼之冷卻不良，高熱導致模具表面氧化，從而降低模具的耐磨、耐蝕能力。

1.4.3 線切割工件順序不合理，造成材料內部應力不平衡，引起裂紋和變形。如圖1所示。圖1（a）的順序是完全錯誤的；（b）的方法也不合理；按（c）路線切割，在材料割離后殘余應力重新分布而引起工件變形，并且使工件剛度降低，嚴重降低加工精度。

1.4.4 熱處理工藝對模具質量的影響也不能忽視，淬火階段變形就是必須考慮到的問題，如切割T10這樣熱處理性能較差材料時，取件位置對工件精度影響較大，從坯料邊緣取件，工件變形較大。

1.5 其他因素對模具質量的影響

檢驗環節對模具加工質量的影響是需要重視的，但有些數控加工人員常因迷信機床自身的精度而不太重視對工件的檢驗，如線切割機床加工的電極直接轉到放電加工機，這樣很容易產生質量問題。模具制造企業的質量管理體系不完善，即使設備再先進也難以保證質量。

2 提高模具加工質量與效果的措施

2.1 改善模具的設計及合理選用材料

模具設計要求結構合理、易于實現自動化、生產效率高、制造成本低、使用壽命長。由于模具很少大批量生產，很多情況下甚至只加工一套。模具多由凹模、凸模、模架等組成，或者多件模塊拼合而成。模具要拼合為整體，其各部分拼合面都需很高的加工精度，同時還需考慮結構的剛性、導向性及卸料、定位方法、易損件的更換等問題。

材料選擇要綜合考慮模具的使用和加工要求，如熱作模具常選用5CrNiMo、5CrMnMo等鋼材，但由于合金含量不高，當模具尺寸大于250mm時，就可能出現淬不透的問題，因此這些材料不應用在形狀復雜、尺寸較大的模具中，此時可考慮3Cr2MoVNi、5Cr2NiMoVS等材料。冷作模具工作時承受較大的壓力、彎曲力及摩擦力，因此韌性、強度、耐磨性都要好，一般選擇CrWMn、9SiCr、GCr15等低合金模具鋼，一般先鍛造毛坯，退火，成品采用低溫回火加中溫鹽浴淬火處理。塑料模具鋼除常用38CrMnAlA、5CrNiMo之外，目前也使用新開發的時效硬化鋼（如SM2、PMS 等）、預硬鋼（如5NiSCa，8Cr2S等）、冷擠壓成型鋼（如12CrNi3、20Cr等）。

2.2 重視模具設備的維護與管理

模具制造應根據加工需求合理安排設備，如精加工盡量選用剛性好、精度高、磨損輕的機床，粗加工可采用磨損較重、精度較差的機床。為減少機床熱源的影響，應將精密機床安置在恒溫環境中，并選用冷卻條件好、可自動調節熱平衡的機床。數控系統采用閉環控制可消除傳動誤差。同時需改進夾具、刀具的質量。

2.3 合理制定模具的加工工藝

模具加工工藝的要求是減少變形和制造誤差，避免應力集中和形成裂紋。例如細長件或薄壁件應增加輔助支撐點，防止變形。其他需要注意的情況如下：

2.3.1 對于模具型腔或型芯圓角的加工，應在粗加工后留有適當的余量（0.2～1mm），再進行半精加工和精加工。

2.3.2 磨削加工時應選用切削力強的粗粒砂輪或粘結性較差的砂輪；以砂輪空跑1～2次清光磨削；減小磨削進給量，并選用冷卻劑，磨削后回火處理。

2.3.3 線切割時采用合理的切割路線，正確做法如圖2所示。圖2（a）電極絲應由預制穿絲孔進入并作為切割的起始點，可保持材料內部應力平衡，避免變形；圖2（b）的路線可避免或減少工件變形。

2.3.4 切割T10之類的材料時，取件位置應靠近夾持部位，變形小且易保證精度。

2.4 健全質量管理體系

模具企業應依照ISO9000系列標準，健全質量管理體系并進行認證。有條件時更應采用計算機輔助質量系統（CAQ），提高模具質量管理的標準化水平和效率。

3 結束語

模具制造水平及加工質量是一個國家機械制造水平的標志，面對與工業發達國家的差距，模具行業應摒棄小富即安的陳舊觀念，積極學習先進的模具制造技術，努力提高模具加工質量，使我國模具制造水平更上一層臺階。