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模具零件精密加工工藝控制

日期:2018-05-31?

      每一套模具都是由許多零件構成,其中一部分是工藝零件,另一部分是結構零件。工藝零件直接對成型產品質量造成影響,工藝零件的最終品質在當下的模具加工企業里均用精加工手段來最后完成,如何控制精密加工過程關系到模具壽命和成型產品能否交付。


  在模具制造企業中,精加工階段除采用慢走絲線切割、割一多修的工藝手段外,另采用的方法即是在半精加工后,熱處理基礎上磨削加工,在這個階段要控制好零件的變形、內應力、形狀公差及尺寸精度等許多技術參數。在具體的生產實踐中,操作困難較多,但仍有許多行之有效的經驗方法值得借鑒。


一、模具精加工的過程控制

  模具零件的加工,總的指導思想是針對不同的模具零件、不同的材質、不同的形狀和不同的技術要求進行適應性加工,選擇性方案很多。但是,通過對加工過程的控制,達到最好的加工效果和經濟性是我們關注的重點。根據模具零件的外觀形狀,零件主要可分為三類:軸類、盤類、板類與成型異類零件。這三類零件的工藝過程一般為:粗加工——半精加工——(淬火、調質)——精密磨削——電加工——鉗工修整——組裝加工。


(一)模具零件熱處理

  模具零件要獲得所要求的熱處理硬度,必要對零件熱處理內應力進行控制,使零件加工時和加工后尺寸公差、形位公差能夠穩定,針對不同材質的零件作用,有不同的熱處理方式。其工藝要考慮的是經濟性、材料淬透性、淬硬性、過熱敏性以及脫碳敏感性。隨著近年來模具工業的發展,使用的材料種類很多,除了CrWMn、Cr12、40Cr、GCr15、Cr12MoV、9Mn2V硬質合金外,對一些工作強度大,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。此類材料具有較高的熱穩定性和良好的組織狀態。


  淬火后一般工件都存留內應力,容易導致后續精加工或工作中開裂,零件淬火后應趁熱回火,消除淬火應力。形狀復雜、內外轉角較多的工件,回火有時還不足以消除淬火應力,精加工前還需進行去應力退火或多次時效處理,充分釋放應力。根據不同的要求采取不同的方法。以Cr12為材質的零件為例,在粗加工后進行淬火處理,淬火時僅僅冷卻方式就有: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。此法操作簡便,工件硬度較高,但變形較大,易產生工件變形,適用于尺寸較大,形狀簡單的工件)、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)、分級淬火(將工件加熱后置高于Ms點溫度的硝鹽中,停留一定時間,待工件的內外溫度基本一致后,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,廣泛用于形狀復雜變形要求小的工件)。如對V10、APS23等粉末合金鋼零件,因其能承受高溫回火,淬火時可采用二次硬化工藝,1040℃~1080℃淬火,再用490℃~520℃高溫回火并進行多次,可以獲得較高的沖擊韌性及穩定性,對以崩刃為主要失效形式的模具很適用。


(二)模具零件磨削加工

  磨削加工采用的機床有三種主要類型:平面磨床、內外圓磨床及工具成型磨削機床。精加工磨削時要嚴格控制磨削變形和磨削裂紋的出現,哪怕是工件表面的顯微裂紋,否則在后續的工作中也會漸漸顯露出來。因此,精密磨削時的進刀量要小,磨削中冷卻要充分,盡量選擇冷卻液介質,加工余量在0.01mm內的零件要盡量恒溫磨削。

  磨削工件時一定要謹慎選擇磨削砂輪:針對模具鋼材的高鎢、高釩、高鉬、高合金狀況,工件硬度高的特點,可選用PA鉻鋼和GC綠碳化硅砂輪;當加工硬質合金、淬火硬度高的材質時,優先采用有機粘結劑的金剛石砂輪,有機粘結劑砂輪自磨利性好,磨出的工件精度在IT5以上,粗糙度可達Ra=0.16μm的要求。隨著新材料的應用,近年CBN立方氮化硼砂輪的應用,顯示出了良好的加工效果,在數控成型磨、坐標磨床、CNC內外圓磨床上精加工,效果甚至優于其它種類砂輪。磨削加工中要及時修整砂輪,保持砂輪的銳利,當砂輪鈍化后會在工件表面滑擦、刻劃、擠壓,造成工件表面燒傷、顯微裂痕或產生溝槽,對以后的使用顯著地降低效用。


  盤類、板類零件的加工大部分采用平面磨床加工,加工長而薄的薄板件時,有一定的加工難度。加工前在磨床磁力臺的強力吸引下,工件原先存在某種彎曲產生平直形變,貼緊于工作臺表面,待磨削后,工件又在原應力作用下變形回復,測量板件厚度時顯示一致,但由于變形回復,平面度達不到模具零件應該的要求,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,磨削時磨頭進刀量要小,用多次走刀方式完成第一個基準平面,第一個基準平面加工好一面后,可用這一基準平面吸附在磁力臺上,通過如上所述的磨削方法可改善大部分工件平面度,如通過一次磨削過程達不到理想的平面度效果,可以再一次重復上面過程;經過幾次這樣磨削均能夠在平面度符合要求,但對于板件厚度尺寸有嚴格要求時,備料中必須根據工件材料、形狀、切削加工手段、熱處理方法等綜合因素,適當加放厚度余量。


  軸類零件的特點是由多個回轉面構成,現代企業終極精密加工方法一般采用內外圓磨床磨削。加工過程中,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,此時夾頭與頂針中心的連線就是磨削后工件的中心線,如果中心線跳動,加工出來的工件就會產生不同心問題,因此在加工前要做好夾頭及頂尖的同心檢測和首尾頂針對中檢查。如果是用夾頭與中心頂針夾緊定位一次磨削臺階軸,則在這一次磨削前要對夾緊部分先進行外圓磨削,一次磨削時通過夾緊就能定心定位。簿壁內孔磨削時要考慮采用夾持工藝臺,即在車加工時有意多留下一段厚壁部分,待磨削內孔完成后進行切除,如不留工藝臺則夾緊力不可過大,否則容易在工件圓周上產生“內三角”變形,同樣每次磨削進刀量要小,通過多次進刀才能磨出合格的要求,另外磨削過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域。


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