淺析模具制造過程中的缺陷及防止措施

張建卿（懷化職業技術學院機械與汽車工程系,湖南　懷化　418000）

淺析模具制造過程中的缺陷及防止措施

張建卿
（懷化職業技術學院機械與汽車工程系,湖南懷化418000）

摘要：模具是工業之母，模具制造直接決定了模具質量的高低。模具制造中會出現缺陷，造成模具制造過程中出現缺陷的原因主要是在模具的選材和模具制造工藝流程上存在問題。為提高模具的質量，需要在在模具材料的選擇和制造工藝予以提高。

關鍵詞：模具；制造；缺陷；防止；措施

1　模具及模具制造過程中的缺陷概述

1.1模具概述

模具，一直以來被稱為“工業之母”。模具是工業生產中的一個專有概念，是指運用金屬、工程塑料、橡膠等工業原材料，按照工業生產的需要，以鍛壓成型、沖壓、壓鑄、注塑、擠出等方法制出各種模子和工具。究其本質，模具其實就是用來成型物品的工具。制造此種工具往往是由不同的零件構成，不同的模具則需不同的零件組成。模具的制造一般是通過物理的方法來對原材料進行加工，以改變原材料的物理形態以實現所設計的模具外形的要求，當然模具制造的也會通過化學的方法來形成模具形狀的要求。模具是制造業的高精度工具，并且模具往往因為生產的需要而形狀復雜，但是，模具是由工業原材料制造而來，無論是運用物理還是化學的方法進行模具制造，不可避免的會遇到坯料的脹力，材料的物理屬性，結構強度、剛度、表面硬度、表面粗糙度等因素都會影響模具的加工，加上模具制造過程中的技術工藝的高低，極易影響模具的質量。模具具有特定的輪廓或內腔形狀，應用具有刃口的輪廓形狀可以使坯料按輪廓線形狀發生分離(沖裁)。應用內腔形狀可使坯料獲得相應的立體形狀。模具一般包括動模和定模(或凸模和凹模)兩個部分，二者可分可合。分開時取出制件，合攏時使坯料注入模具型腔成形。

1.2制造過程中的缺陷概述

模具制造過程中的缺陷，是在模具選材、制造過程中存在的不足和欠缺的地方。一般來說模具制造過程中的缺陷主要表現在兩個方面，一個是模具的選材上，一個是在模具的制造上。模具的選材是模具制造的基礎，模具選材受到多種因素的影響。從設計模具，到模具選材再到模具制造，要使模具處于一個高品質的地位，成本考量是一個至關重要的因素。模具的制造在一定成本的限制下，要想避免出現缺陷，只能在選材和制造工藝上精益求精。同時在模具選材和模具制造過程中精益求精，能夠最大限度的降低成本，提高整個模具制造的生產效率。

2　模具制造過程中的缺陷

2.1原材料的缺陷

在模具制造過程中的模具選材上，對于小型簡單的模具，并且使用壽命要求不高的模具，往往會選用高碳工具鋼。對于要求較高的模具，則選材上一般使用合金工具鋼。無論是高碳工具鋼還是合金工具鋼，我國的鋼鐵冶煉產業仍然處于粗放型經營，各種鋼材的冶煉技術較為粗獷，模具鋼存在各種各樣的缺陷。主要表現為碳素工具鋼中的粗片狀珠光體加連續網狀滲碳體，以及合金工具鋼中嚴重的共晶碳化物偏析。由于成本預算的限制，明知道這些材料存在問題也得購買。這些都為最后成型的模具留下了隱患。

2.2模具制造工藝的缺陷

模具制造的流程和工藝主要分為機械加工和電加工兩個部分，模具制造過程中的缺陷除模具材料存在缺陷外，很大部分是在機械加工和電加工階段出現的缺陷。

2.2.1機械加工

所謂模具的機械加工是指通過機床等機械工具對模具材料進行切削和磨削。機械加工中一般又分為切削加工和磨削加工

（1）切削加工缺陷。機械切削加工模具上的缺陷，主要表現為加工模具的切削質量差，工藝技術存在的一定的問題。主要表為以下三個方面：

首先，由于切削加工不恰當,造成的尖銳轉角或圓角半徑過小,會導致模具在工作時產生嚴重的應力集中。

其次，切削加工后的表面太粗糙,就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷,它們既是應力集中點，又是裂紋、疲勞裂紋或熱疲勞裂紋的萌生地。

最后，切削加工沒能完全、均勻地切除模具毛坯在軋制或鍛造時產生的脫碳層,就可能在模具熱處理時產生不均勻的硬化層，導致耐磨性下降。

（2）磨削加工缺陷。模具磨削加工的工程就是模具原材料受力和受熱的過程。在模具進行磨削加工時，因高速摩擦而產生的高熱能量，差不多百分之八十以上的熱量導入模具中，模具加工件瞬間承受了超高溫，在磨削區域內的模具加工件表面容易被高溫灼傷，而模具加工件的內部基本還處于冷卻狀態，由于內外的溫差容易產生較強的壓應力，當這種壓應力超過模具材料的屈服強度時,就產生塑性變形，進而傷害模具加工件。另外，在磨削加工時產生的機械作用和熱，導致磨削裂紋。造成這些的原因，除了加工的工藝和設備原因外，還有就是模具材料的材質是一個非常重要的原因。

2　電加工

電加工，分為電火花加工和電火花線切割兩個方面。電加工與機械加工相比能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件。

（1）電火花加工。電火花加工的缺陷主要表現在電火花加工后形成的異常層，降低模具的使用壽命。電火花加工時，放電區的電流密度很大，產生大量的熱，受熱影響的模具加工件的表層發生了物理的熔化反應，在降溫作用下極速冷卻，形成了一層凝固層，即白亮層。白亮層，內部有明顯的裂紋，這都大大降低了模具的使用壽命。

（2）電火花線切割。電火花線切割，是指利用自由正離子和電子形成的被電離導電通道，導致粒子發生碰撞形成一個等離子區，進而釋放出8000-12000度高溫，利用此高溫熔化加工件，達到一般機械加工無法切割成型的目的。電火花線切割的缺陷是由于脈沖瞬時高溫和液體介質及工件本身的迅速冷卻作用，致使線切割加工后的模具表面形成一層變質層。

3　模具制造過程中缺陷的防止措施

3.1原材料缺陷的防止措施

（1）選擇優質的模具材料。在預算成本可控的范圍內，盡量選擇高品質的模具材料。

（2）重新鍛造加工。對于預算成本有限的情況下，采購的材料不是高品質的材料的，就得通過重新鍛造加工來提高模具材料的品質避免模具因選材而出現重大的缺陷。

1）優化鍛造工藝。優化鍛造工藝的基礎在于控制好始鍛溫度、終鍛溫度和鍛造比，溫度過高或過低都無法使材料達到最佳性能。確定合理的溫度和鍛造比，重點在于依據索要鍛造的材料的物理特性和模具的要求來確定。

2）“二輕一重”鍛造法。對模具材料進行鍛造時嚴格遵循“二輕一重”鍛造法，即開始時錘擊輕，力量小，中間時力量要大，結束時力量要輕。

3.2模具制造工藝缺陷的防止措施

3.3.1機械加工時的防止措施

（1）切削加工工藝優化。首先，嚴格保證尺寸過渡處的圓角半徑、圓弧與直線相接處應光滑。減少模腔表面加工時留下的刀痕，減少熱處理時產生的熱應力。其次，確定適當的加工精度，以模具表面光滑和無刺痕為標準。最后，確定合理的加工余量，特別注意粗加工和精加工的余量控制，做到二者之間有充分的區別。

（2）磨削加工缺陷的防止措施。首先，控制模具的磨削加工余量。如適當減少徑向進給量及砂輪速度、增大軸向進給量，使砂輪與工件接觸面積減少，散熱條件得到改善，從而有效地控制表層溫度的提高。其次，合理選擇和修整砂輪。根據模具加工件的要求和物理特性，選擇合適的砂輪，避免出現砂輪過快或過慢的現場出現。最后，選擇合理的冷卻液劑和潤滑液。磨削加工時的冷卻和潤滑直接決定了磨削加工的質量高低，必須依據模具加工件的特性選擇合理的冷卻液劑和潤滑液。

3.3.2電加工時的防止措施

（1）電火花加工。首先，合理確定電火花加工參數，合理情況下以小電流精加工效果較好。其次，為除去電火花加工后的表面異常層中的白亮層，除去顯微裂紋，可采用電解拋光、超聲波拋光或超聲波——電化學拋光等精整加工方法。另外，在電火花加工后進行一次低溫回火使凝固層穩定防止白亮層中顯微裂紋的擴展。最后，對于高硬度、高精度和高復雜程度的“三高”模具的刃口件或型腔件,可將電加工作為半精加工。

（2）電火花線切割。首先，降低放電過程中的負面影響，調整加工參數，使變質層的表面得到改善，減小殘留拉應力。其次，改善經線切割后模具表面變質層的組織結構和機械性能，提高模具使用壽命。最后，正確的熱處理工藝、加熱方式，加熱溫度要選擇恰當。

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作者簡介：張建卿（1971-），副教授,高級工程師,一級模具設計師,研究方向：材料成型與控制。