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      精密鍛造模的數控加工新工藝

      2023-02-07 09:40:18

      精密鍛造模是生產鍛件的主要工藝裝備,其型面形狀復雜。為保證模具的使用壽命及鍛件精度,要求模具具有較高的硬度、表面質量及尺寸精度。另外市場競爭要求鍛造模制造周期越來越短,如何滿足市場需求,保證鍛造模生產零件的質量,提高加工效率是目前鍛造模生產中面臨的主要問題。

      鍛造模的加工經歷了仿形加工、電解與電火花加工、數控加工與高速加工技術的發展階段。仿形加工生產周期長、加工精度低、模具尺寸一致性差,目前很少采用。電解加工主要用于鍛造模的粗加工,加工效率高但精度低。電火花加工效率低,主要用于小型鍛造?;蚓哂猩钚筒奂凹毼⑻卣鞑课坏妮o助加工,其加工成本高。高速加工技術加工精度高、切削力小、效率高,是鍛造模制造的主要發展方向,但昂貴的機床設備限制了該技術的推廣。目前數控加工仍然是鍛造模生產加工的主要手段?,F在分析傳統鍛造模加工工藝的基礎上,對其工藝進行改進。

      圖曲軸錘鍛造模

      圖曲軸錘鍛造模

      以某一曲軸錘鍛造模加工為例,該鍛造模外形尺寸為1050mm×700mm×475mm,材料為5CrNi-Mo,熱處理后型面硬度38~42HRC,燕尾硬度28~32HRC,結構如圖1所示。曲軸錘鍛造模主要型面采用數控加工,與傳統的銑削加工方式相比,該方法在一次安裝中加工出鎖扣與型面,省略了大量的劃線工作,加工效率與質量得到明顯提高。主要加工工序為:①刨或銑六面及檢驗角;②鉗工劃線、鉆起重孔;③刨燕尾、銑鍵槽;④銑型槽、飛邊槽、鎖扣及鉗口等;⑤鉗工修鎖扣、型槽,樣板檢驗,并澆注樣件;⑥熱處理;⑦磨燕尾平面;⑧鉗工拋光型槽。

      實踐中發現,該加工工藝仍存在問題,主要表現為:

      1熱處理造成模具零件變形

      淬火后模具零件變形,主要表現為分模面平面度超差與型槽形狀尺寸不符要求,對于大尺寸模具零件,這種變形更加明顯。據測量,對于模具零件尺寸1200mm×700mm×450mm的鍛造模,分模面熱處理變形量達1~3mm,型槽變形量達0.5mm。型槽形狀精度直接影響鍛件的加工精度,而分模面的平面度影響鍛造模實際承載面積,對模具的使用壽命有明顯的影響。實際生產中為了消除或減小淬火對型槽精度的影響,需要加大熱處理后鉗工修整余量,增加了鉗工修整工作量。

      2樣板數量多

      為了檢驗型槽位置及形狀,需要制作大量的樣板,如平面分型的曲軸鍛造模需要各種樣板20余塊,不僅增加了生產成本,而且增加了保存樣板的場地。

      3樣件制造精度不高

      鍛造模型腔樣件的制造一般采用鑄造的方法,即將低熔點合金或鹽融化后,將模具垂直放置,通過鉗口澆注獲得樣件。當模具夾緊不足時,液態金屬或鹽的壓力會造成模具零件分離,影響樣件的鑄造精度。同時在鹽或低熔點合金凝固過程中,存在樣件尺寸收縮、樣件取出困難等問題,影響檢驗樣件的生產效率與質量。另外澆注低熔點合金時,為了提高金屬的流動性,還需要對模具零件進行加熱,增加了樣件制作的成本。

      鍛造模的數控加工新工藝針對原加工工藝存在的問題,在生產中進行了探索與改進,主要改進為:

      01采用粗加工后淬火,然后再進行數控加工的工藝

      鍛造模常用的材料有5CrNiMo、5CrMn-Mo,一般要求型面淬火硬度38~42HRC。原加工工藝采用高速鋼刀具銑削,對淬火后的模具零件進行加工很困難。目前硬質合金刀片銑刀或整體硬質合金銑刀在數控加工中獲得普遍應用,這種刀具材料硬度高、允許的切削速度較快,可以對淬火后的鍛造模進行加工。為了減少淬火后零件變形,提高精密模具零件加工精度,新工藝在淬火后采用硬質合金刀片銑削加工。模具零件型面的加工分為淬火前的粗加工和淬火后的精加工。粗加工時,采用環形刀具以等高層切方式加工,切削深度不變,切削力基本恒定,允許采用較大的進給速度,提高了粗加工的效率。鍛造模具鋼具有良好的淬透性,但由于模具零件截面較大,淬硬深度較淺,為了消除淬火后零件變形,同時避免去除大余量造成的模具零件型面硬度降低,淬火前粗加工時,應該留有適當的余量。根據經驗,一般在水平方向留5mm余量,深度方向留2~3mm余量。

      02分別采用不同的加工策略,提高加工效率

      根據鍛造模型面加工尺寸精度的不同,可以將型面分為兩部分。一部分如鎖扣、終鍛模膛的精度要求高,一般要求加工誤差為±0.05mm,對于這些區域,對淬火后零件進行半精加工與精加工,首先采用等高層切的方式半精加工,留0.3~0.5mm余量,然后采用環形銑刀等高層切及球頭刀進行精加工,并且對模膛內圓角使用球刀清根,精加工后留0.03~0.05mm鉗工修整余量。另一部分如鉗口、倉部、制坯模膛等區域,加工精度要求低,一般制造公差要求±0.1mm,可以不留余量直接半精銑成形,后續鉗工修光后即可滿足要求。根據區域加工要求不同分別采用不同的加工策略,減少了大量的精加工工時,在滿足使用要求前提下,提高了加工效率。

      03加工過程中,避免大量采用樣板檢查

      實踐中發現,在保證數控編程使用的數字模型正確和加工工藝參數合理的前提下,數控系統能夠保證加工的型腔板尺寸正確。由于型腔板精加工時一般在水平和深度方向采用均勻一致的余量,當型腔板尺寸出現問題時,型腔深度方向尺寸也出現超差。鑒于此現象,生產中可以采用深度尺、卡尺測量型槽關鍵點深度尺寸的方法,控制加工深度和型槽尺寸,而局部圓角采用圓弧樣板檢測、鉗工修正控制。型槽的位置尺寸即檢驗面與型槽之間距離,依靠正確的數模與數控指令,通過數控系統保證,最終采用樣件對模膛綜合檢驗。

      04改變樣件制作方式

      鍛造模樣件不再采用鑄造方法,改用可加工塑料壓塑成型方式??杉庸に芰蠟锳、B雙組分的泥狀材料,使用前將2組材料按要求混合均勻,在待檢測的鍛造模型腔表面涂凡士林作為脫模劑,將可加工塑料手工填滿鍛造模上、下模塊的型腔,使塑料表面高于分模面,合模后敲擊模具零件,將多余的材料擠入飛邊槽。當上、下模合模后靜置,待可加工塑料硬化后取出樣件。塑料硬化時間與環境溫度有關,隨環境溫度升高而縮短,一般需24h左右??杉庸に芰暇哂袕姸雀?、變形小、容易脫模的特點,可以方便地制作完整的樣件,滿足鍛造模樣件制作的需要。

      與鑄造方法相比,采用可加工塑料制作樣件的方法不需要對模具零件進行加熱,也不需要加熱熔化鑄造材料,簡化了樣件制作過程。采用鑄造方法生產樣件時,需要對橋部進行處理,防止鑄造材料流入倉部,如處理不善,容易造成樣件澆注不足,而采用該方法制作的樣件組織致密,表面形狀清晰,樣件質量高。但可加工塑料的價格較高,這種方法的生產成本有所增加。生產中常在可加工塑料中添加固化的廢棄塑料以降低樣件材料成本。

      采用以上措施后,鍛造模的加工工藝改進為:①刨或銑六面及檢驗角;②探傷檢驗;③鉗工劃線、鉆起重孔;④刨燕尾、銑鍵槽;⑤粗銑型槽、飛邊槽、鎖扣及鉗口等,垂直方向留2mm余量,水平方向留5mm余量;⑥熱處理,淬火、回火;⑦精銑(刨)檢驗角;⑧半精銑型面、飛邊槽、鎖扣、壓彎型槽等,精銑鎖扣、終鍛型槽;⑨鉗工拋光型槽,制作樣件綜合檢驗;⑩磨燕尾平面。

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