模具加工過程中的缺陷及其預防對策淺談

王震

摘 要：模具在工業生產中不可或缺，而加工過程會直接決定其質量。如果在加工過程中出現問題，則會使模具存在缺陷。為了提高模具質量，在模具制造過程中，應注重選材、制造工藝等方面的問題。分析了模具存在缺陷的原因，并提出了相應的解決對策。

關鍵詞：模具；質量缺陷；加工工藝；磨削加工

中圖分類號：TQ320.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.095

模具的制作過程十分復雜，包括鍛造、磨削和線切割等工序，且在加工過程中易出現缺陷，進而導致模具質量不合格。因此，在制作模具時，相關人員必須預防可能出現的缺陷，從而保證模具質量，延長模具的使用壽命。

1 模具制造過程中存在的缺陷

模具選材是模具制造的基礎，只有選擇了合適的材料，才能制造出沒有缺陷的模具，所以說，合適的材料是制造合格模具的前提。但模具選材會受到多種因素的影響，進而使制成的模具存在各種缺陷。在制作工藝方面，即使模具采用了精湛的制作工藝，也會存在一定的缺陷。

1.1 材料缺陷

不同模具的材料不同，比如，體積較小、對使用壽命的要求非常高的模具一般采用高碳工具鋼，對使用壽命要求比較高的模具一般采用合金工具鋼。但無論采用以上哪種鋼材，制造出的模具均會存在一定的缺陷。其中，存在缺陷較多的是碳素鋼及部分合金鋼。

1.2 機械加工工藝缺陷

模具的加工工藝主要分為機械加工和電加工。所謂“機械加工”，是指利用機械工具切削或磨削模具材料。在此過程中存在的主要問題為：①工藝技術水平較低，導致模具的角半徑誤差過大，造成模具投入使用后的應力過于集中。在此情況下，模具非常容易損壞。②經過切削后的模具表面過于粗糙，易產生疲勞裂紋。③無法完全去除模具制造過程中產生的脫碳層，導致模具的耐磨性變差。

磨削加工中最主要的問題是摩擦生熱，摩擦產生的瞬間最高溫度可達1 000 ℃以上，足以燒傷工件表層。此外，由于溫差過大，當表層處于高溫時，次表層的溫度幾乎不變，這就抑制了受到高溫影響的表層的膨脹，進而產生很大的壓應力。當壓應力大于材料的屈服強度時，模具材料就會發生塑性變形。此時，在相鄰的區域冷卻過程中，就會產生拉應力，導致模具表面出現磨削裂紋，進而大大縮短模具的使用壽命。

1.3 電加工工藝缺陷

所謂“電加工”，主要分為電火花加工和電火花線切割。模具經過電火花加工后會產生異常層。運用該加工方法時，模具放電區的電流密度非常大，加工區域的溫度可達到10 000 ℃，進而導致模具的表層因高溫而熔化。但其冷卻速度非常快，凝固后會形成白亮層，白亮層下的區域會淬火，形成淬火層。該區域的溫度隨之降低，發生回火反應，形成回火層。這些被稱為模具的異常層，其會縮短模具的使用壽命。

電火花線切割的原理為：粒子相互碰撞后會形成一個釋放大量熱量的等離子區，進而通過高溫熔化工件。該方法的缺陷是等離子區的溫度會快速降低，導致模具表面會形成變質層。該變質層的形狀各異。當放電停止時，兩極間的氣相和液相的金屬會凝固成空心的小球或球形的顆粒，并附著在變質層表面，進而影響了模具的精度。

2 預防對策

2.1 材料缺陷的預防對策

無論制造哪種模具，只要在預算范圍內，則應盡可能地選用質量好的模具材料。如果選用的材料質量較差，則應對材料重復加工，從而提升其質量，避免因材料存在缺陷而影響模具質量。在鍛造時，應控制好加工溫度和鍛造比。只有在合理的溫度范圍內，材料才能發揮最佳性能，因此，應根據所用材料的特點和模具加工要求確定加工溫度和鍛造比。

2.2 切削加工缺陷的預防對策

在模具加工過程中，必須確保模具各部位接觸面的光滑度，盡可能地不在模具上留下加工痕跡，并減小熱應力。為了有效避免模具淬火變形現象的發生，需要采取一些限制熱處理變形的措施。根據模具的加工要求，應選擇適當的加工精度。如果未選擇合適的加工精度，則會造成模具表面粗糙，進而無法完全去除脫碳層，且可能使模具在熱處理過程中生成不均勻的硬化層，進而使模具的耐磨性變差。在加工即將完成時，必須對模具進行補焊處理，從而避免加工過程中的余量過小，但如果余量過大，則會使淬火難度加大。因此，在加工過程中不可使模具表面過于粗糙。在加工淬硬模具時，需要采取高速加工的方式來保證模具的高精度和互換性。高速加工具有速度快、精度高的特點，其工作效率要高于普通加工數倍，且生產出的模具硬度大、表面光滑，不需要重復加工。

2.3 磨削加工缺陷的預防對策

在磨削加工中，需要改進其加工工藝，從而更好地控制模具的加工余量。比如，可適當減小徑向進給量、降低砂輪的轉速、加大軸向的進給量；通過調整速效砂輪與工件的接觸面積，可達到改善散熱條件和控制表層溫度的目的。

相關人員應合理選擇修整砂輪，比如，GD單晶剛玉砂輪適用于高釩高鉬材料，金剛石砂輪適用于硬質合金和高硬度淬火材料。

在磨削過程中，必須隨時修整砂輪，保證砂輪處于銳利狀態。如果砂輪變鈍，則會導致工件表面因過度摩擦而燒傷，進而降低了模具強度；適時使用冷卻潤滑液，保證工件溫度在允許范圍內，從而避免工價出現熱變形。在高精度模具加工中，必須及時消除殘余應力，防止其影響模具精度。因此，在模具加工完成后，必須對其進行低溫處理，從而提高其韌性；冷卻完成后，為了防止模具收縮開裂，還應及時對其進行回火處理。

2.4 電火花加工缺陷的預防對策

在電火花加工過程中，首先要設定好相關參數。一般情況下，多采用小電流加工法，這樣能保證產出高精度的模具，但該方法的缺點是加工效率低。加工完成后，可采用電解拋光或超聲波拋光等方法除去模具表面的白亮層或顯微裂紋，并進行低溫回火，從而穩固凝固層，防止白亮層的裂紋繼續擴展。值得注意的是，回火溫度需要保持在480～520 ℃，回火時間為2～3 h。如果模具對硬度、精度和復雜程度的要求相對較高，則可采用半精加工的方式，并使用軌跡坐標磨對模具進行精磨加工，從而達到消除異常層的目的。

2.5 線切割加工缺陷的預防對策

如果選擇了合理的模具加工參數和加工工藝，則可有效消

除放電過程中存在的各種不利影響。線切割過程中會產生拉應力，其大小與材料自身的性質、脈沖能量有關。脈沖能量越大，則殘余拉應力越大，熱導系數越小。當脈沖能量逐漸減少時，變質層的狀態會隨之變化，模具的硬度也會隨之增大，殘余拉應力也會隨之減小，從而延長了模具的使用壽命。此外，迅速發散放電時所產生的熱量可有效減小殘余拉應力，而改善模具變質層的結構和性能可有效延長模具的使用壽命。

在線切割加工過程中，還應盡量選用一些淬透性較好的材料，以保證模具組織的均勻性，從而減小淬火過程中的殘余拉應力；慎重選擇加熱方式和加熱溫度，且應對模具進行充分的回火和冷處理；必須保證工件的穩定性，裝夾時應避免造成工件變形。

3 結束語

在整個模具加工過程中，每一個步驟都很重要。在材料選擇方面，如果原材料出現問題，則在后續的加工中就會存在先天性缺陷。比如，在磨削加工中，如果原材料存在缺陷，則會使模具產生裂紋。因此，必須科學、合理地選擇模具材料。此外，如果模具的加工方法選擇不當或操作存在問題，則會產生缺陷，導致模具開裂或變形。因此，在模具加工過程中，一定要選用合理的加工工藝和加工參數，從而保證模具的質量。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕