關于注塑模模仁采用鋁合金加工時常見問題及解決方法

盧文博

（河南駝人醫療器械集團有限公司，河南 新鄉 453400）

1 鋁合金的特性及可加工性分析

鋁相較于鋼材密度低，只有鋼材的1/3，熔點低，抗腐蝕性和耐磨性更好，具有優良的可加工性和導熱性能。對于一些要求材料熱傳導效率高、形狀復雜或生產批量小的塑料模具，可以考慮采用鋁合金制作模仁，能夠在一定程度上縮短模具制作周期，降低模具制作成本。

純鋁強度較低，不足以滿足模仁使用要求，加入Cu、Mn、Si、Zn等元素后制成的鋁合金不僅保留了鋁的優良性能，還提高了機械性能，既能滿足使用要求，又便于加工。鋁合金根據所含成分不同和獲得方法的差別，可以分為鑄造鋁合金和變形鋁合金，二者均可以應用于塑料模具的制作，其中變形鋁合金7A09因為強度高于ZAlSi7Mg，常用來制作強度要求更高的塑料模具。

2 鋁合金加工過程中變形的解決方法

2.1 毛坯內應力引起的變形

殘余應力是模具制作過程中影響最大的內應力，是模具制作過程中必須考慮的重要因素，制作模仁時往往要涉及到鋸切、切削、銑削、鉆孔、磨削等多種加工方法，這些加工方法引起的工件內部產生不均勻塑性變形及相變均會引起殘余應力。通過自然時效或者人工時效可以消除毛坯的部分內應力。對于較大的毛坯，采用預先加工和自然時效相結合的方式能夠最大程度地降低因為內應力產生的變形，即去除毛坯大部分的余量后放置一段時間，通過自然時效釋放內應力，減少后續加工時產生的變形。

2.2 切削力、切削熱引起的變形

鋁合金的強度和硬度低，加工時刀具與工件高速摩擦，溫度快速上升，加工表面塑性明顯提高，容易產生“粘刀”現象，同時高溫高壓的環境下排出切屑時，切屑底層和前刀面產生很大的摩擦，很容易產生積屑瘤，會對工件的尺寸和表面光潔度產生較大影響。

合理選擇刀具幾何參數。盡可能選擇前角、螺旋角大而主偏角小的刀具，銑削加工時選擇齒數較少的銑刀，需要注意的是，粗銑時應選擇后角較小的刀具，以保證良好散熱，精銑時應選擇后角稍大的刀具以減小彈性變形，保證工件表面粗糙度。

控制刀具的磨損程度，當磨損較嚴重時，及時修磨刀具，盡可能消除刀齒上的毛刺和鋸齒紋，減少加工時產生的切削熱，降低工件的溫度，可以節省自然時效所需時間及減少變形量。

改善工件的裝夾方法。加工時盡可能避免使用虎鉗夾持工件，對于薄板加工時最好選用真空吸盤，夾緊力的作用點最好在支承面上，夾緊時注意夾緊力的方向，避免垂直于型腔方向，且夾緊力越小越好。

切削力、切削熱引起的變形如圖1所示。

圖1 切削力、切削熱引起的變形

2.3 加工工藝錯誤引起的變形

對于加工工藝錯誤引起的變形，可通過以下措施加以避免：①加工余量較大的零件時采用對稱加工能夠避免熱量的聚集造成的局部溫度過高，保證良好的散熱條件。②對于多型腔結構，按順序一次成型時，容易造成零件受力不均勻產生變形，可以采用分層次多次成型，每個層次盡可能加工到所有型腔。③合理選擇切削量，提高機床的轉速，降低切削力，避免因為切削力太大影響主軸的剛性。提高轉速還能減少毛刺，提高表面光潔度，同時能使刀具更耐用。④粗加工和精加工采用不同的走刀順序。粗加工時采用逆銑，提高工作效率；精加工時采用順銑，減少加工硬化，保證精度和表面質量。⑤盡量避免使用銑刀鉆孔，必要時先用同尺寸的鉆頭鉆孔，再用銑刀銑削。

3 線切割過程中常見問題的原因及解決方法

3.1 易斷絲、短路

線切割機床如圖2所示。線切割加工鋁合金工件時，容易產生較大的電蝕物，這些電蝕物在高溫下氧化并附著在鉬絲表面，快速消耗導電塊，并形成溝槽，當氧化物卡在溝槽中，就會出現斷絲。另外，當進給速度過快時，鉬絲與工件機械摩擦造成鉬絲快速磨損也容易造成斷絲。

圖2 線切割機床

線切割加工鋁合金工件時，相同電流情況下產生的電蝕物比加工鋼材產生的電蝕物大且數量多，當這些電蝕物大量堆積在切割位置時導致的短路，是線切割加工鋁合金工件容易短路的主要原因。

解決方法：在切割35 mm以上的鋁合金材料時，加工2～3 h后，轉動導電塊，并在適當位置加裝擋板，以及時清潔鉬絲表面的雜質。調整合適的電流參數和進給速度。如果條件允許，可以采用切鋁專用鉬絲。

3.2 零件表面產生白色斑點

在實際模具生產過程中，大多數情況下線切割用來加工鋼材和銅，如果在不更換工作液的情況下，工作液中存在大量過濾裝置無法過濾的金屬粉末，在加工鋁合金時，電位較高的金屬與低電位的鋁合金之間產生電偶腐蝕，會在鋁合金表面形成團狀斑點，影響工件的表面質量。

解決方法：在加工工作量較大的鋁合金工件時，改進機床的過濾設備，盡可能減少工作液中的金屬雜質。加工前對鋁合金進行防氧化處理。盡可能縮短加工周期，進而縮短工作液接觸工件的時間，減少腐蝕的發生。

4 鋁合金加工螺紋容易崩牙的原因及解決方法

鋁合金工件內螺紋如圖3所示。在鋁合金上加工內螺紋時，如果直接進行攻絲，后期裝配時鋁件上的內螺紋孔經常會出現崩牙的現象。產生這種現象的原因是鋁合金的延伸率較小，鋁合金工件螺紋與鋼制的螺栓之間存在強度差。對于這個問題，可采用先在工件上加工出合適尺寸的底孔，如圖3中的右孔，利用鋼制的螺栓現有的螺紋擠壓工件底孔內壁產生塑性變形，受到擠壓產生塑性變形的部分填充到牙槽頂部，就形成了如圖3中左孔的內螺紋，這樣既可以實現緊密配合，又可以防止崩牙。

圖3 鋁合金工件內螺紋

若加工時使用該方法，底孔太小攻不動牙，底孔太大牙型就會不理想，適得其反，因此必須通過相應公式計算并加工出合適的底孔。

查閱資料得到底孔直徑的計算公式為：

式（1）中：d底為底孔直徑，mm；d內為螺紋內徑，mm；d外為螺紋外徑，mm；t為螺紋螺距，mm。

以M10的螺紋為例，d內=8.37 mm，d外=10 mm，t=1.5 mm。計算得：

因此，底孔直徑取9.2 mm。

5 結論

通過對鋁合金材質模仁加工過程中常見問題出現原因的分析，給出了比較實用的解決方法，通過多種方法共同作用減少鋁合金工件在加工過程中的變形，給出了鋁合金線切割時減少斷絲、短路及腐蝕性白斑的解決方法，解決了鋁合金工件內螺紋裝配時容易崩牙的問題。