模具制造的影響因素與應對策略研究

摘 要：模具是工業生產的基礎，在國民經濟的發展與人們的日常生活當中發揮著巨大的作用。模具制造過程是工業生產技術的關鍵。在進行模具制造的過程當中，加工工藝、材料的選擇及熱處理后的切割加工等都會影響模具制造的最終效果。為保證模具制造的質量，就有必要分析模具制造的相關影響因素，并提出有效的解決措施。本文簡單介紹的模具制造，分析了模具制造當中的影響因素，并提出了具針對性的應對策略，以為提高加工質量、延長模具使用壽命提供若干建議。

關鍵詞：模具制造；影響因素；應對策略

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

0 引言

當前模具制造當中常用的方法主要有機加工和電加工兩種，但因模具形狀復雜，要求較高尺寸精度，再加上某些模具的制造需使用特殊材料等原因，致模具加工工藝較為復雜。在進行模具制造的過程當中，若加工工藝使用不當，材料選擇不合理，就極易使得模具在經熱處理后發生變形或是出現裂紋等，降低模具的制造水平和質量。本文就模具制造當中會引起模具制造質量的原因進行分析，并提出了有效解決策略，以保障模具制造質量，延長模具使用壽命。

1 模具制造概述

模具，即各種模子和工具，其是工業制造順利進行的基礎。進入現代化社會，批量化的工業產品均有嚴格的標準及質量要求，在這種情況下，模具的制造必不可少。模具包括鍛造、沖壓、鑄造及塑料四種，其中塑料模具是伴隨塑料的發明而廣泛應用于模具制造當中[1]。因其廉價、便捷，其在模具制造中的使用量迅速增長。據相關調查研究，我國塑料模具占模具行業市場份額的1/3。相比于金屬模具，塑料模具的成本較低，且使用方便，再加上塑料成型技術的不斷發展，現塑料模具已逐步取代傳統模具，在模具制造當中發揮著越來越重要的作用。

2 模具制造的影響因素及應對策略

2.1 選擇恰當的加工工藝

2.1.1 車削加工時確定適宜的進給量

在加工模具型腔或是凸模圓角部分時，因進刀過深常會導致粗刀痕的出現，使局部應力嚴重集中，在完成模具制造后，經淬火加工表面出現微裂紋，在反復使用的過程當中，裂紋會不斷擴大，最終致凸模斷裂。因此，在進行模具加工時，針對沖模，在進行粗加工后應預留小余量的加工進給量以供后期半精加工及粗加工使用，以免因粗刀痕的產生而出現微裂紋，保障模具質量及使用壽命。通常地，精加工中車削加工進給量可為IT6-IT8，半精加工Ra值約為1.6pm，以確保模加工精度[2]。

2.1.2 磨削工藝的確定

磨削加工主應用于加工金屬，會導致模具的使用年限嚴重下降。進行磨削加工的目的在于使得表面比變得更加光滑。但在進行磨削加工時，若砂輪的鋒利度較差，模具表面就極易產生裂紋，若冷卻不足，還會因模具表面摩擦力加大而導致外層氧化嚴重，降低模具的耐磨性和耐腐蝕性。另，在對模具型腔表面進行研磨時，若磨削速度控制不合理，或是冷卻時間不夠，也會導致表面因摩擦過大需產生軟化情況，降低模具的硬度。同時，還會因殘余應力的作用而導致模具的抗疲勞能力下降。為此，在進行磨削加工時，可采取以下方式，以保證模具加工表面的粗糙度及精度：第一，選擇砂輪時應盡量選擇具強切削能力的粗砂輪，或是選擇粘結性較差的砂輪；第二，進行1-2次的砂輪空走；第三，減少磨削進給量，并選擇適宜的冷卻劑，以獲取良好的冷卻效果。此外，在進行平磨后，可再次進行退磁處理，以免切割操作加大工件內部應力。

2.1.3 電加工工藝的選擇

電加工工藝的選擇包括兩方面：一方面是程序起點位置及切割路線的選擇；另一方面是穿絲孔位置及大小的確定。在對工件進行切割加工時，內部應力釋放會引起工件變形，而程序起點位置及切割路線的選擇又會極大的影響內部應力的釋放，因此，程序起點位置的選擇及切割路線的合理制定至關重要。合理選擇程序起點位置并制定恰當的切割路主要是為應盡量維持工件內部應力的平衡，以免工具材料因夾具作用受不合理切割路線的影響而出現變形，降低切割表面質量。具體的，在進行加工時，應注意以下幾點：第一，對凸模零件進行加工時，因切割順序為由外至內，坯件材料被割斷會極大的破壞內部應力平衡，致材料產生裂紋或發生變形。為此，應盡量避免自坯件外部切入，而是自坯件預留的穿絲孔切入。第二，切割工件的裝夾應由原來的2點式改為單點式，以為切割變形提供足夠空間，避免裝夾方式影響切割變形，從而減少對成型部分的影響。另，在進行切割加工時，要自與工件夾具原理相同的方向著手，避免過度靠近夾具。加工起點應設置于表面平坦、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紋產生的風險。第三，實施熱加工時，因模坯表面的冷卻速度明顯快于內部，這種速度差異會導致模坯金相組織產生差異，在內部應力的作用下，加工對象的表面極易產生裂紋，尤其是加工對象的外角處，為此，在實施切割加工時，應盡量選擇與坯料相距較遠的邊角處著手，通常可于距離8-10mm處著手，以預留足夠的夾持余量。

部分工件在進行切割加工時，通常需另預制工藝孔，此工藝雖會使施工流程更加復雜，但因引入點及引入程序的選擇較為科學、合理，此工藝的選擇不但可對材料的變形進行有效控制，而且還有利提高加工精度。但在實際操作當中，應注意確定穿絲孔的位置及大小，具體地包括以下方面：第一，以往在對凸模外形工件進行加工時，多數模具制造工作人員往往會選擇自材料側面著手，此操作極易導致切口殘余應力釋放出來，致模具變形，嚴重的還會報廢。為此，在對凸模進行加工時，可先打穿絲孔，再進行淬火操作，孔徑保持在3-10mm，可選擇鉆孔工藝，位置選擇在加工對象的拐角處，再于淬火后自模坯內部進行封裝加工。第二，加工某些特殊工件時，尤其是形狀特異的工件，若只利用一個穿絲孔，可能會因殘余應力的釋放而導致工件變形，因此，若想于一塊毛坯上切出2個以上零件時，避免一次性連續切出，而應自不同預孔進行加工。第三，針對行電加工的零件，應行一次長時間低溫回火，以將淬火所產生的內應力消除，使工件的脆性下降，從而提高工件抗斷裂能力。

2.2 加工材料的選擇與熱處理

2.2.1 中小型冷作模具材料

模具制造當中多進行線切割加工，線切割加工的鋼加工路線為下料、鍛造、退火、機械粗加工、淬火和回火、磨削加工、線切割加工、鉗工修整，在整個過程當中，工件需經2次大變形，這會大大加大工件內部的殘余應力[4]。若先實施熱處理再進行切割加工，因金屬表面基本被去除，再加上切割操作，會極大的破壞工件內部殘余應力的平衡性，從而使工件表面出現裂紋。進行熱處理再開展切割加工，因金屬大面積被去除，再加上切斷加工處理，會導致工件內部殘余應力平衡遭到破壞，從而產生裂紋。為此，在選擇材料時，通常會選擇淬透性較好、變形小的合金鋼當作模具的鋼材料。

2.2.2 硬質合金材料的加工

硬質合金材料具高硬度性、耐磨性和熱穩定性，且其無需實施熱處理，也不會因淬火而產生變形。相比于常用的模具鋼，硬質合金材料具強優勢性。但由于其中含有碳化鎢等成分，熔點相對更高，在加工過程中如果速度未達到一定水平則會導致表面出現裂紋。所以，若要對硬質合金材料進行加工，建議選擇專用脈沖電源，設置好恰當的電參數，以提高加工速度，同時又可有效避免加工表面微紋的出現。但脈沖能量會極大的影響加工表面的裂紋，且能量越大，裂紋就越易產生，為此，在進行精加工時，應注意選擇精加工電規準。一般地，沖模速度較快、進模工位級較多、冷擠模等均會選擇硬質合金材料作為模具材料。

2.2.3 熱處理

模具制造過程當中，熱處理中的淬火是最易引起工件變形的操作。為盡量避免工件變形，一方面要選擇良好的模具設計及模具鋼，另一方面還要注意選擇恰當的熱處理工藝。

2.2.4 取件位置對模具制造的影響

由于材料使用的差異，在進行熱處理后，材料內部組織與應力都會在一定程度上影響零件的精度，為此，在材料中間切割工件過程中需要選擇應力平均、組織勻稱的區域進行切割，以避免變形情況出現。同時，還要避免在進行切割的過程當中發生炸開現象，致工件報廢。

此外，機床精度、剛度及潤滑條件，加工是否規范等都會對模具的磨損及使用壽命產生一定影響。為此，在進行模具的制造過程當中，還應合理選擇機械設備，制定科學的加工工藝及技巧，以提高模具制造的質量和效率。

3 結語

在模具制造過程中也會由于各種因素導致模具出現裂紋或形變的情況。要改善這一問題就必須根據模具制造的實際情況來總結經驗、歸納方法。由上述分析可知，影響模具制造的原因有很多，在實際工作當中，相關操作人員應加強重視，自材料、工藝、機械等方面入手，以盡量提升模具制造質量，完善模具制造過程，延長模具的使用年限。

參考文獻：

[1]朱家樂.模具制造技術運用中影響因素分析[J].電腦迷，2016（08）：132.

[2]趙璐.模具制造技術運用中影響因素分析[J].科技創新導報，2013（04）：86+88.

[3]鐘卓軍.淺析模具制造中的電火花加工技術[J].現代企業教育，2014（12）：474-476.

作者簡介：李錦妍（1991-），女，陜西西安人，碩士，助教，研究方向：成型加工、模具CAD/CAE/CAM。