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(xiàn)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。
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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。
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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(xiàn)就是磨削后工件的中心線(xiàn)，如果中心線(xiàn)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。
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現(xiàn)代的模具企業(yè)，幾乎已不缺電加工，因?yàn)殡娂庸た梢詫?duì)各類(lèi)異型、各類(lèi)型腔或高硬度零件進(jìn)行有效加工，因此已經(jīng)成為模具制造和金屬加工行業(yè)必不可少的加工手段。
慢走絲線(xiàn)切割加工技術(shù)，從企業(yè)反饋的信息得知：精度已可達(dá)±0．002mm，粗糙度Ra＝0．4μm。為追求加工精度，開(kāi)始時(shí)要先檢查線(xiàn)切割機(jī)床的狀況，要查看離子水的去離子度、離子水溫度、線(xiàn)切絲垂直度、張緊力、切割用絲、被切工件材質(zhì)等各個(gè)因素，確保良好的加工速度與精度。對(duì)于線(xiàn)切割加工而言，是在一整塊坯料上切除或切下材料的一種加工，因此原來(lái)的應(yīng)力均衡在加工過(guò)程中有所破壞，引起拐角處應(yīng)力集中，當(dāng)內(nèi)拐角處半徑R＜0．2時(shí)，應(yīng)建議設(shè)計(jì)部門(mén)改善模具結(jié)構(gòu)。處理應(yīng)力集中的方法，可運(yùn)用矢量平移原理，精加工前先留0．8～0．9mm余量，預(yù)加工出型腔大致形狀，再進(jìn)行熱處理，使加工應(yīng)力盡可能在精加工前釋放，以保證熱穩(wěn)定性。
加工凸模時(shí)，切割絲的切入位置及路徑要仔細(xì)考慮。選擇夾持坯料的位置應(yīng)在第一遍進(jìn)刀后，工件不成懸壁狀，始終使工件受力狀態(tài)良好，不影響后續(xù)幾遍加工；對(duì)于要求高的凸模，可在坯料上打孔穿絲，加工效果較外形割入好。現(xiàn)在高精度的工件，為保證零件質(zhì)量普遍采用4遍切割數(shù)。當(dāng)凹模厚度方向要有部分錐度加工時(shí)，為追求高效加工，通常第一遍粗加工直邊，第二遍錐度加工，第三遍再精加工直邊，這樣的工藝特點(diǎn)是，不需要再對(duì)已有的錐度邊進(jìn)行垂直向精加工，只是精加工刃口段直邊，第四遍再精修直邊刃口。
電火花成型加工分別要制作粗、精電極。精加工電極要求形狀符合型腔性好，好的精電極已用CNC數(shù)控機(jī)床加工完成。電極材質(zhì)選擇上，紫銅電極主要用于一般鋼件加工；Cu－W合金電極，綜合性能好，特別是加工過(guò)程中電極損耗量比紫銅電極明顯小，在良好的排屑條件下，對(duì)難加工材料和截面形狀復(fù)雜件精加工很合適；Ag－W合金電極比Cu－W合金電極性能更優(yōu)，因資源少價(jià)格高，一般現(xiàn)在還很少采用；另外還有石墨電極，現(xiàn)已廣泛使用，目前有國(guó)產(chǎn)石墨和進(jìn)口石墨之分，進(jìn)口石墨以損耗小、硬度大、電蝕速度快、表面粗糙度低，占據(jù)優(yōu)勢(shì)，已在許多復(fù)雜件精加工中得到應(yīng)用。設(shè)計(jì)電極時(shí)，計(jì)算電極的間隙量及電極數(shù)量。當(dāng)進(jìn)行大面積或重電極加工時(shí)，工件與電極裝夾均要穩(wěn)固，具有一定的強(qiáng)度，防止加工過(guò)程中松動(dòng)。但是電火花加工后的表面比普通機(jī)械加工或熱處理后的表面更難研磨，因此電火花加工結(jié)束前應(yīng)采用精規(guī)準(zhǔn)修整，去除表面形成的硬化薄層。
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成型表面處理的內(nèi)容，包含鋼材表面無(wú)氣孔、硬度均勻、各向特性差異小、夾雜物低和零件表面在加工時(shí)留下刀痕、磨痕等應(yīng)力集中的地方。因此在加工結(jié)束后，需要對(duì)零件進(jìn)行表面強(qiáng)化，通過(guò)機(jī)械拋光、鉗工打磨、拋光，處理掉加工隱患。對(duì)工件無(wú)用棱邊、銳角、孔口進(jìn)行倒鈍。一般地，電加工表面會(huì)有變質(zhì)硬化層6～10μm左右，呈灰白色顏色，該層脆而帶有殘留應(yīng)力，在使用之前要充分消除硬化層，方法為表面拋光，拋磨掉硬化層。想獲得高質(zhì)量的拋光效果，工件的材質(zhì)、形狀、硬度以及切削加工的表面質(zhì)量要有充分的考慮，必備有高質(zhì)量的拋光工具、優(yōu)質(zhì)的拋光材料、正確的拋光工序、嚴(yán)謹(jǐn)有致的人員素質(zhì)、良好的清潔環(huán)境。
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在磨削加工、電加工過(guò)程中，工件會(huì)有一定磁化，具有微弱磁力，容易吸附一些小雜物，因此在組裝之前，要對(duì)工件作充分的退磁處理，并用乙酸乙脂清洗表面。組裝過(guò)程中：（1）先看懂理解裝配圖，配齊各類(lèi)零件；（2）列出各零部件相互之間的裝配次序；（3）檢查各零部件的尺寸精度，明確各項(xiàng)配合要求；（4）配齊所需工具，然后著手裝配模具；（5）先裝模架部分的導(dǎo)柱導(dǎo)套、型腔成型塊組件鑲拼組合；（6）組立模板與凸模、凹模結(jié)合，微量調(diào)整各板位置；（7）開(kāi)合模具，檢查模具動(dòng)作是否可靠。
三、結(jié)語(yǔ)
無(wú)數(shù)實(shí)踐證明，模具企業(yè)注重模具零件的精加工工藝過(guò)程控制，是模具企業(yè)長(zhǎng)久有效的生存發(fā)展之道。通過(guò)工藝過(guò)程控制可以最大限度地減少零件超差、報(bào)廢，從而有效提高模具在生產(chǎn)使用中壽命，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。