磨削加工對模具壽命的影響

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:1941

    模具制造是模具設(shè)計的延續(xù),是驗證設(shè)計正確性的過程。在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)、高效、高精密機(jī)床和自動化生產(chǎn)技術(shù)。磨削加工工作量將占模具總的制造工時的25%~45%。我國模具工業(yè)發(fā)展到今天取得了巨大的進(jìn)步,但仍然與國外先進(jìn)水平有較大的差距,在模具壽命上的比較見附表。造是模具設(shè)計的延續(xù),是驗證設(shè)計正確性的過程。在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)、高效、高精密機(jī)床和自動化生產(chǎn)技術(shù)。磨削加工工作量將占模具總的制造工時的25%~45%。我國模具工業(yè)發(fā)展到今天取得了巨大的進(jìn)步,但仍然與國外先進(jìn)水平有較大的差距,在模具壽命上的比較見附表。模具制造的成品質(zhì)量與模具制造精度密切相關(guān),特別是與模具型腔面的精度和表面粗糙度有著密切關(guān)系。
 實際生產(chǎn)中,影響模具失效的因素有:①模具結(jié)構(gòu);②模具材料;③冷熱加工的制造工藝(鍛造、熱處理、切削加工、磨削加工、電加工等);④模具工作條件。要提高模具壽命,必須對導(dǎo)致模具損傷的原因及各種影響因素進(jìn)行認(rèn)真分析,制定克服的辦法和措施。
 目前,在國際上有兩種模具制造工藝路線:一是以提高機(jī)械加工與電加工的精度與質(zhì)量,使手工精加工的工作量降到最低,如高精密機(jī)床和高速成型銑床及其加工工藝的發(fā)展,為這條工藝路線的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。二是側(cè)重精加工中的拋光和研磨工藝,其加工工時,與機(jī)械加工、電火花加工時間幾乎相等。一副模具是由眾多的零件組配而成,零件的質(zhì)量直接影響著模具的質(zhì)量,而零件的最終質(zhì)量又是由精加工來保證的。在國內(nèi)大多數(shù)的模具制造企業(yè),精加工階段采用的方法一般是磨削、電加工及鉗工處理。
 磨削加工對模具壽命的影響未引起人們的充分重視,由于不正確的磨削工藝,造成工件表面燒傷、磨削裂紋、磨削痕及產(chǎn)生磨削應(yīng)力,致使后續(xù)工序及模具在服役期間的機(jī)械疲勞、冷熱疲勞產(chǎn)生裂紋的萌生源,嚴(yán)重影響模具的使用壽命。
 研究和探討如何提高磨削加工質(zhì)量,提高模具使用壽命、延長服役時間,促進(jìn)采用模具新技術(shù),正是本文的目的。
1、模具的磨削加工
    磨削過程的實質(zhì)是工件被磨削了金屬表層,在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓、磨擦作用下產(chǎn)生變形,而后轉(zhuǎn)為磨屑,并形成光潔表面的過程。磨削的全過程表現(xiàn)為力和熱的作用。
①在磨削過程中,加工表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱膨脹,此時基體金屬溫度較低,因此,表面產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。當(dāng)磨削結(jié)束時,工件表面溫度降低,由于表面已產(chǎn)生熱態(tài)塑性變形并受到基體的限制,故而表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力,里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。
② 磨削時,砂輪與工件為弧面接觸,砂輪切削時工件產(chǎn)生塑性變形及砂輪與工件間劇烈的摩擦阻力,從而在砂輪與工件間形成大小相等,方向相反的磨削力,同時由于表層材料塑性變形時使工件材料內(nèi)部金屬分子之間產(chǎn)生相對位移,形成內(nèi)摩擦而發(fā)熱,砂輪和工件之間外摩擦也產(chǎn)生熱量,這種磨削熱在磨削區(qū)會產(chǎn)生局部瞬時達(dá) 1000℃的高溫,而砂輪是不易傳熱的,所以80%的熱傳入工件和磨屑,而金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格,發(fā)生金相組織的轉(zhuǎn)變,在磨削淬硬鋼時,冷卻充分,表面層產(chǎn)生二次淬火,部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,而馬氏體比容較大,比容增加,表面產(chǎn)生壓應(yīng)力,如果磨削冷卻不好,或不用冷卻液,表面產(chǎn)生回火,發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力(如γFe轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;-Fe時鐵的體積會膨脹1%,),這些應(yīng)力(殘余應(yīng)力可達(dá)到500~1000 MPa),如果超過材料的屈服極限時,便產(chǎn)生磨削裂紋,另外熱處理淬火后模具未立即回火,淬火溫度過高,有網(wǎng)狀碳化,回火后未回火的馬氏體或殘余奧氏體過多,在磨削時都會產(chǎn)生相變,發(fā)生應(yīng)力使工件表層產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋是一種很細(xì)的表面裂紋,磨削裂紋形態(tài)一般有3種:平行線條狀、網(wǎng)絡(luò)龜裂狀、八字形裂紋。裂紋的發(fā)生方向和模具形狀有關(guān),裂紋的發(fā)展方向和砂輪在工件表面磨削方向有關(guān),其深度在0.03 mm以內(nèi)。
③磨削時,砂輪不鋒利,進(jìn)刀量大,冷卻不良等使工件表面產(chǎn)生的溫度達(dá)300℃,引起工件表面發(fā)生燒傷現(xiàn)象。
2、減少磨削加工缺陷的措施
①合理選擇磨削用量,采用徑向進(jìn)給量較小的精磨方法甚至精細(xì)磨削。如適當(dāng)減少徑向進(jìn)給量及砂輪速度、增大軸向進(jìn)給量,使砂輪與工件接觸面積減少,散熱條件得到改善,從而有效地控制表層溫度的提高。
②合理選擇和修整砂輪,采用白剛玉的砂輪較好,它的性能硬而脆,且易產(chǎn)生新的切削刃,因此切削力小,磨削熱較小,在粒度上使用中等粒度,如46~60目較好,在砂輪硬度上采用中軟和軟(ZR1、ZR2和R1、R2),即粗粒度、低硬度的砂輪,自勵性好可降低切削熱。
    精磨時選擇適當(dāng)?shù)纳拜喪种匾,針對模具鋼材的高釩高鉬狀況,選用GD單晶剛玉砂輪比較適合,當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度高的材料時,優(yōu)先采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪,有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨性好,磨出的工件粗糙度可達(dá)Ra0.2μm,近年來,隨著新材料的應(yīng)用,CBN(立方氮化硼)砂輪顯示出十分好的加工效果,在數(shù)控成型磨床、坐標(biāo)磨床、CNC內(nèi)外圓磨床上精加工,效果優(yōu)于其它種類砂輪。
    在磨削加工中,要注意及時修整砂輪,保持砂輪的銳利,當(dāng)砂輪鈍化后,會在工件表面滑擦、擠壓,造成工件表面燒傷,強(qiáng)度降低。
③ 合理使用冷卻潤滑液,發(fā)揮冷卻、洗滌、潤滑的三大作用,保持冷卻潤滑清潔,從而控制磨削熱在允許范圍內(nèi),以防止工件熱變形。改善磨削時的冷卻條件,如采用浸油砂輪或內(nèi)冷卻砂輪等措施。將切削液引入砂輪的中心,切削液可直接進(jìn)入磨削區(qū),發(fā)揮有效的冷卻作用,防止工件表面燒傷。
④將熱處理后的淬火應(yīng)力降低到最低限度,因為淬火應(yīng)力、網(wǎng)狀碳化組織在磨削力的作用下,組織產(chǎn)生相變極易使工件產(chǎn)生裂紋。對于高精度模具為了消除磨削的殘余應(yīng)力,在磨削后應(yīng)進(jìn)行低溫時效處理以提高韌性。
⑤消除磨削應(yīng)力也可將模具在260~315℃鹽浴中浸1.5 min,然后在30℃油中冷卻,這樣硬度可下降1HRC,殘留應(yīng)力降低40%~65%。
⑥ 對于尺寸公差在0.01 mm以內(nèi)的精密模具的精密磨削要注意環(huán)境溫度的影響,要求恒溫磨削。由計算可知,300 mm長的鋼件,溫差3℃時,材料有10.8μm左右的變化,(10.8=1.2×3×3,每100mm變形量1.2μm/℃),各精加工工序都需充分考慮這一因素的影響。
⑦采用電解磨削加工,改善模具制造精度和表面質(zhì)量。電解磨削時,砂輪刮除氧化膜:而不是磨削金屬,因而磨削力小,磨削熱也小,不會產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋、燒傷等現(xiàn)象,一般表面粗糙度可優(yōu)于Ra0.16μm;另外,砂輪的磨損置小,如磨削硬質(zhì)合金,碳化硅砂輪的磨損量大約為磨削掉的硬質(zhì)合金重量的400%~600%,用電解磨削時,砂輪的磨損量只有硬質(zhì)合金磨除量的50%~100%。
3 結(jié)束語
    總之模具在制造時要充分重視磨削工序,使磨削微裂紋和殘余應(yīng)力降低到最低限度,以提高模具的使用壽命。模具制造是模具設(shè)計的延續(xù),是驗證設(shè)計正確性的過程。在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)、高效、高精密機(jī)床和自動化生產(chǎn)技術(shù)。磨削加工工作量將占模具總的制造工時的25%~45%。我國模具工業(yè)發(fā)展到今天取得了巨大的進(jìn)步,但仍然與國外先進(jìn)水平有較大的差距,在模具壽命上的比較見附表。模具制造的成品質(zhì)量與模具制造精度密切相關(guān),特別是與模具型腔面的精度和表面粗糙度有著密切關(guān)系。

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