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模具制造精加工工序
发布日期：2021.11.12 类别：常见问题
一幅模具是由众多的零件组配而成，零件的质量直接影响着模具的质量，而零件的最终质量又是由精加工来完成保证的 ，因此说控制好精加工关系重大。在国内大多数的模具制造企业 ，精加工阶段采用的方法一般是磨削 ，电加工及钳工处理 。在这个阶段要控制好零件变形，内应力，形状公差及尺寸精度等许多技术参数，在具体的生产实践中 ，操作困难较多，但仍有许多行之有效的经验方法值得借鉴。
模具零件的加工，根据零件的外观形状不同，大致可把零件分三类：板类、异形零件及轴类，其共同的工艺过程大致为：粗加工——热处理(淬火、调质)——精磨——电加工——钳工(表面处理)——组配加工。
1 、零件热处理
零件的热处理工序，在使零件获得要求的硬度的同时 ，还需对内应力进行控制 ，保证零件加工时尺寸的稳定性 ，不同的材质分别有不同的处理方式。随着近年来模具工业的发展，使用的材料种类增多了 ，除了Cr12、40Cr、Cr12MoV、硬质合金外，对一些工作强度大，受力苛刻的凸、凹模 ，可选用新材料粉末合金钢，如V10、ASP23等 ，此类材质具有较高的热稳定性和良好的组织状态。
针对以Cr12MoV为材质的零件，在粗加工后进行淬火处理 ，淬火后工件存在很大的存留应力，容易导致精加工或工作中开裂 ，零件淬火后应趁热回火 ，消除淬火应力。淬火温度控制在900-1020℃，然后冷却至200-220℃出炉空冷 ，随后迅速回炉220℃回火，这种方法称为一次硬化工艺，可以获得较高的强度及耐磨性，对于以磨损为主要失效形式的模具效果较好 。生产中遇到一些拐角较多、形状复杂的工件 ，回火还不足以消除淬火应力，精加工前还需进行去应力退火或多次时效处理，充分释放应力。
针对V10、APS23等粉末合金钢零件，因其能承受高温回火，淬火时可采用二次硬化工艺，1050-1080℃淬火 ，再用490-520℃高温回火并进行多次，可以获得较高的冲击韧性及稳定性，对以崩刃为主要失效形式的模具很适用。粉末合金钢的造价较高，但其性能好，正在形成一种广泛运用趋势。
2、零件的磨削加工
磨削加工采用的机床有三种主要类型 ：平面磨床 、内外圆磨床及工具磨具。精加工磨削时要严格控制磨削变形和磨削裂纹的产生，即使是十分微小的裂纹，在后续的加工使用中也会显露出来。因此，精磨的进刀要小，不能大，冷却液要充分，尺寸公差在0.01mm以内的零件要尽量恒温磨削。由计算可知，300mm长的钢件，温差3℃时 ，材料有10.8μm左右的变化 ，10.8=1.2×3×3(每100mm变形量1.2μm/℃)，各精加工工序都需充分考虑这一因素的影响。
精磨时选择好恰当的磨削砂轮十分重要，针对模具钢材的高钒高钼状况，选用GD单晶刚玉砂轮比较适用 ，当加工硬质合金、淬火硬度高的材质时，优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮 ，有机粘结剂砂轮自磨利性好 ，磨出的工件粗糙可达Ra=0.2μm，近年来 ，随着新材料的应用，CBN砂轮 ，也即立方氮化硼砂轮显示出十分好的加工效果，在数控成型磨，坐标磨床 ，CNC内外圆磨床上精加工 ，效果优于其它种类砂轮。磨削加工中，要注意及时修整砂轮，保持砂轮的锐利，当砂轮钝化后 ，会在工件表面滑擦、挤压 ，造成工件表面烧伤，强度降低。
板类零件的加工大部分采用平面磨床加工 ，在加工中常会遇到一种长而薄的薄板零件，此类零件的加工较难 。因为加工时 ，在磁力的吸附作用下 ，工件产生形变 ，紧贴于工作台表面，当拿下工件后 ，工件又会产生回复变形 ，厚度测量一致，但平行度达不到要求 ，解决的办法可采用隔磁磨削法，磨削时以等高块垫在工件下面，四面挡块抵死，加工时小进刀，多光刀 ，加工好一面后 ，可不用再垫等高块 ，直接吸附加工 ，这样可改善磨削效果，达到平行度要求。
轴类零件具有回转面 ，其加工广泛采用内外圆磨床及工具磨床。加工过程中，头架及 相当于母线，如果其存在跳动问题，加工出来的工件同样会产生此问题，影响零件的质量，因此在加工前要做好头架及 的检测工作 。进行内孔磨削时，冷却液要充分浇到磨削接触位置，以利于磨削的顺利排出 。加工薄壁轴类零件，更好 采用夹持工艺台，夹紧力不可过大，否则容易在工件圆周上产生“内三角”变形。
3 、电加工控制
现代的模具工厂 ，不能缺少电加工，电加工可以对各类异形 、高硬度零件进行加工 ，它分为线切割与电火花二种。
慢走丝线切割加工精度可达±0.003mm ，粗糙度Ra0.2μm 。加工开始时，要先检查机床的状况，查看水的去离子度，水温 ，丝的垂直度，张力等各个因素 ，确保良好的加工状态。线切割加工是在一整块材料上去除加工 ，它破坏了工件原有的应力平衡 ，很容易引起应力集中，特别是在拐角处 ，因此当R＜0.2(特别是尖角)时，应向设计部门提出改善建议。加工中处理应力集中的方法，可运用矢量平移原理，精加工前先留余量1mm左右，预加工出大致形状，然后再进行热处理 ，让加工应力在精加工前先行释放，保证热稳定性。
加工凸模时，丝的切入位置及路径的选择要仔细考虑。采用打孔穿丝加工 ，效果更佳 。高精线切割加工，通常切割遍数为四次 ，可以保证零件质量。当加工带有锥度的凹模时，本着快速高效的立场 ， 遍粗加工直边，第二遍锥度加工，接着再精加工直边，这样可不需进行X段垂直向精加工，只精加工刃口段直边，既节约时间又节约成本 。
电火花加工先要制作电极，电极有粗、精之分。精加工电极要求形状符合性好 ，更好 用CNC数控机床加工完成。电极的材质选择上，紫铜电极主要用于一般钢件加工 。Cu-W合金电极，综合性能好，特别是加工过程中消耗量明显比紫铜小，配合足量的冲刷液，很适合难加工材料加工及截面形状复杂件精加工 。制作电极时，需要计算电极的间隙量及电极数量，当进行大面积或重电极加工时 ，工件和电极装夹要牢固 ，保证具有足够的强度，防止加工松动 。进行深台阶加工时，对电极各处的损耗及因排液不畅引起的电弧放电，要予以注意 。
4、表面处理及组配
零件表面在加工时留下刀痕 、磨痕是应力集中的地方 ，是裂纹扩展的源头 ，因此在加工结束后，需要对零件进行表面强化 ，通过钳工打磨 ，处理掉加工隐患。对工件的一些棱边、锐角 、孔口进行倒钝，R化 。一般地，电加工表面会产生6-10μm左右的变质硬化层，颜色呈灰白色 ，硬化层脆而且带有残留应力，在使用之前要充分消除硬化层 ，方法为表面抛光 ，打磨去掉硬化层 。
在磨削加工 、电加工过程中，工件会有一定磁化，具有微弱磁力，十分容易吸着一些小东西，因此在组装之前 ，要对工件作退磁处理 ，并用乙酸乙脂清洗表面 。组装过程中 ，先参看装配图 ，找齐各零件，然后列出各零件相互之间的装备顺序 ，列出各项应注意事项 ，然后着手装配模具 ，装配一般先装导柱导套 ，然后装模架和凸凹模，然后再对各处间隙 ，特别是凸凹模间隙进行组配调整 ，装配完成后要实施模具检测 ，写出整体情况报告 。对发现的问题，可采用逆向思维法，即从后工序向前工序 ，从精加工到粗加工，逐一检查 ，直到找出症结，解决问题。
实践证明，良好的精加工过程控制，可以有效减少零件超差、报废，有效提高模具的一次成功率及使用寿命。
模具零件的加工，根据零件的外观形状不同，大致可把零件分三类：板类、异形零件及轴类，其共同的工艺过程大致为：粗加工——热处理(淬火、调质)——精磨——电加工——钳工(表面处理)——组配加工。
1 、零件热处理
零件的热处理工序，在使零件获得要求的硬度的同时 ，还需对内应力进行控制 ，保证零件加工时尺寸的稳定性 ，不同的材质分别有不同的处理方式。随着近年来模具工业的发展，使用的材料种类增多了 ，除了Cr12、40Cr、Cr12MoV、硬质合金外，对一些工作强度大，受力苛刻的凸、凹模 ，可选用新材料粉末合金钢，如V10、ASP23等 ，此类材质具有较高的热稳定性和良好的组织状态。
针对以Cr12MoV为材质的零件，在粗加工后进行淬火处理 ，淬火后工件存在很大的存留应力，容易导致精加工或工作中开裂 ，零件淬火后应趁热回火 ，消除淬火应力。淬火温度控制在900-1020℃，然后冷却至200-220℃出炉空冷 ，随后迅速回炉220℃回火，这种方法称为一次硬化工艺，可以获得较高的强度及耐磨性，对于以磨损为主要失效形式的模具效果较好 。生产中遇到一些拐角较多、形状复杂的工件 ，回火还不足以消除淬火应力，精加工前还需进行去应力退火或多次时效处理，充分释放应力。
针对V10、APS23等粉末合金钢零件，因其能承受高温回火，淬火时可采用二次硬化工艺，1050-1080℃淬火 ，再用490-520℃高温回火并进行多次，可以获得较高的冲击韧性及稳定性，对以崩刃为主要失效形式的模具很适用。粉末合金钢的造价较高，但其性能好，正在形成一种广泛运用趋势。
2、零件的磨削加工
磨削加工采用的机床有三种主要类型 ：平面磨床 、内外圆磨床及工具磨具。精加工磨削时要严格控制磨削变形和磨削裂纹的产生，即使是十分微小的裂纹，在后续的加工使用中也会显露出来。因此，精磨的进刀要小，不能大，冷却液要充分，尺寸公差在0.01mm以内的零件要尽量恒温磨削。由计算可知，300mm长的钢件，温差3℃时 ，材料有10.8μm左右的变化 ，10.8=1.2×3×3(每100mm变形量1.2μm/℃)，各精加工工序都需充分考虑这一因素的影响。
精磨时选择好恰当的磨削砂轮十分重要，针对模具钢材的高钒高钼状况，选用GD单晶刚玉砂轮比较适用 ，当加工硬质合金、淬火硬度高的材质时，优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮 ，有机粘结剂砂轮自磨利性好 ，磨出的工件粗糙可达Ra=0.2μm，近年来 ，随着新材料的应用，CBN砂轮 ，也即立方氮化硼砂轮显示出十分好的加工效果，在数控成型磨，坐标磨床 ，CNC内外圆磨床上精加工 ，效果优于其它种类砂轮。磨削加工中，要注意及时修整砂轮，保持砂轮的锐利，当砂轮钝化后 ，会在工件表面滑擦、挤压 ，造成工件表面烧伤，强度降低。
板类零件的加工大部分采用平面磨床加工 ，在加工中常会遇到一种长而薄的薄板零件，此类零件的加工较难 。因为加工时 ，在磁力的吸附作用下 ，工件产生形变 ，紧贴于工作台表面，当拿下工件后 ，工件又会产生回复变形 ，厚度测量一致，但平行度达不到要求 ，解决的办法可采用隔磁磨削法，磨削时以等高块垫在工件下面，四面挡块抵死，加工时小进刀，多光刀 ，加工好一面后 ，可不用再垫等高块 ，直接吸附加工 ，这样可改善磨削效果，达到平行度要求。
轴类零件具有回转面 ，其加工广泛采用内外圆磨床及工具磨床。加工过程中，头架及 相当于母线，如果其存在跳动问题，加工出来的工件同样会产生此问题，影响零件的质量，因此在加工前要做好头架及 的检测工作 。进行内孔磨削时，冷却液要充分浇到磨削接触位置，以利于磨削的顺利排出 。加工薄壁轴类零件，更好 采用夹持工艺台，夹紧力不可过大，否则容易在工件圆周上产生“内三角”变形。
3 、电加工控制
现代的模具工厂 ，不能缺少电加工，电加工可以对各类异形 、高硬度零件进行加工 ，它分为线切割与电火花二种。
慢走丝线切割加工精度可达±0.003mm ，粗糙度Ra0.2μm 。加工开始时，要先检查机床的状况，查看水的去离子度，水温 ，丝的垂直度，张力等各个因素 ，确保良好的加工状态。线切割加工是在一整块材料上去除加工 ，它破坏了工件原有的应力平衡 ，很容易引起应力集中，特别是在拐角处 ，因此当R＜0.2(特别是尖角)时，应向设计部门提出改善建议。加工中处理应力集中的方法，可运用矢量平移原理，精加工前先留余量1mm左右，预加工出大致形状，然后再进行热处理 ，让加工应力在精加工前先行释放，保证热稳定性。
加工凸模时，丝的切入位置及路径的选择要仔细考虑。采用打孔穿丝加工 ，效果更佳 。高精线切割加工，通常切割遍数为四次 ，可以保证零件质量。当加工带有锥度的凹模时，本着快速高效的立场 ， 遍粗加工直边，第二遍锥度加工，接着再精加工直边，这样可不需进行X段垂直向精加工，只精加工刃口段直边，既节约时间又节约成本 。
电火花加工先要制作电极，电极有粗、精之分。精加工电极要求形状符合性好 ，更好 用CNC数控机床加工完成。电极的材质选择上，紫铜电极主要用于一般钢件加工 。Cu-W合金电极，综合性能好，特别是加工过程中消耗量明显比紫铜小，配合足量的冲刷液，很适合难加工材料加工及截面形状复杂件精加工 。制作电极时，需要计算电极的间隙量及电极数量，当进行大面积或重电极加工时 ，工件和电极装夹要牢固 ，保证具有足够的强度，防止加工松动 。进行深台阶加工时，对电极各处的损耗及因排液不畅引起的电弧放电，要予以注意 。
4、表面处理及组配
零件表面在加工时留下刀痕 、磨痕是应力集中的地方 ，是裂纹扩展的源头 ，因此在加工结束后，需要对零件进行表面强化 ，通过钳工打磨 ，处理掉加工隐患。对工件的一些棱边、锐角 、孔口进行倒钝，R化 。一般地，电加工表面会产生6-10μm左右的变质硬化层，颜色呈灰白色 ，硬化层脆而且带有残留应力，在使用之前要充分消除硬化层 ，方法为表面抛光 ，打磨去掉硬化层 。
在磨削加工 、电加工过程中，工件会有一定磁化，具有微弱磁力，十分容易吸着一些小东西，因此在组装之前 ，要对工件作退磁处理 ，并用乙酸乙脂清洗表面 。组装过程中 ，先参看装配图 ，找齐各零件，然后列出各零件相互之间的装备顺序 ，列出各项应注意事项 ，然后着手装配模具 ，装配一般先装导柱导套 ，然后装模架和凸凹模，然后再对各处间隙 ，特别是凸凹模间隙进行组配调整 ，装配完成后要实施模具检测 ，写出整体情况报告 。对发现的问题，可采用逆向思维法，即从后工序向前工序 ，从精加工到粗加工，逐一检查 ，直到找出症结，解决问题。
实践证明，良好的精加工过程控制，可以有效减少零件超差、报废，有效提高模具的一次成功率及使用寿命。
