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避免冷冲压模具加工中的变形问题探讨

发表时间:2020-04-02 00:00

  模具加工包括从备料、热处理、加工、装配到模具试模。模板在热处理、加工、使用过程中都会产生变形,降低模具精度,影响产品质量,甚至造成模具早期失效,影响企业的生产效益。引起模具变形的因素很多,下面从模具材料的选择和线切割加工工艺两方面,谈谈减少冷冲压模具变形的措施。

  冷冲压模具;模板材料;热处理;变形;线切割加工工艺

  生产实践中,冲压模具的变形和开裂是一个很常见的问题,也是一个令广大企业设计人员及管理人员很头痛的问题,而解决冲压模具的变形和开裂是需要认真研究、不断实践和总结经验,加以克服的过程。

  1 选择变形小的模板材料

  冷冲压模具工作都是在常温下,通过对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,获得所需要形状、尺寸和使用性能的零件。冷冲压模具有冲裁模、拉深模、弯曲模、冷挤压模等。这类模具工作时,要承受较大的冲击载荷和挤压力,刃口或工作表面产生剧烈的摩擦与磨损。要求模具材料热处理后具有高的工作硬度、足够的韧性、良好的工艺性以及高的耐磨性等。一般,模板的热处理采用淬火和回火,来达到其性能要求。

  热处理对材料有改性作用,可以提高模具材料的硬度、耐磨性、强度等力学性能,但一般热处理过程都会使材料产生各种缺陷及变形,影响模具承载能力及模具精度,降低模具使用寿命。

  实际生产中,模具热处理后的变形,分为体积变形和形状变形,产生的主要原因是淬火和回火时,热应力、残余应力及组织应力使得模具变形。虽然我们可以采取合理的预处理和热处理工艺、合理设计模具结构等措施来减少模具变形。更应该从材料本身方面着手,合理的选择模具材料。

  材料选择合适,热处理过程产生的各种缺陷会减少,热处理过程模具变形会大大降低。在后续的模具加工中,由各种缺陷诱发产生的应力集中、残余应力相应会降低。

  在模具加工过程中,切削刀痕、表面划伤,会使金属表面不连续而引起应力集中;由于加工热的作用,材料表面会产生残余应力,甚至引起材料开裂。在模具的使用过程中,不同模具材料,模具型腔承受加工零件的力、热能力极限不同,变形程度就不同,模具寿命及精度都受到影响。

  国内常用的冷作模具钢主要有 T8A、T10A、T12A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、6CrW2Si、Cr12、Cr12MoV、GCr15 等。碳素工具钢T8A、T10A、T12A属于低淬透性钢,淬火冷却时,温度差产生热应力变形。低合金工具钢CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15等,淬透性好,淬火变形应力明显减少,但相变组织应力大。高碳高铬钢Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV,具有高的淬透性高,淬火时不需要快速冷却,产生变形小,称为微变形钢。实际生产中,要根据零件批量及精度等技术要求,在模具选材方面,为减少变形,选用屈服强度高、淬透性好的合金钢。对要求不变形的高精度模具,可选用空冷条件下微变形模具钢。

  随着模具工业的发展,针对传统模具钢的缺点,国内外研制出了一些性能优异的新型模具材料,例如,高强韧低合金冷作模具钢GD、火焰淬火钢CH,GD属于空冷微变形冷作模具钢。CH淬火变形很小。

  高碳中铬耐磨钢 120、301、LD、GM、ER5,主要代替 Cr12、Cr12MoV。还有高速钢基体钢 65Nb、LM1、CG2、012AL 及改良型高速钢等。这些钢种都是在高碳低合金钢基础上,做了成分上的改变,热处理变形小,实现了冷作模具钢的强韧性、红硬性、耐磨性较好的统一,达到了模具材料强度、硬度、韧性及热稳定性等方面要求,同时材料的热处理变形极小。

  所以,我们要根据冲压产品图纸技术要求、批量大小等,合理选择变形小的模具材料,减小模具加工中的变形,提高模具型腔精度,保证模具质量,延长模具寿命。

  2 确定合理的线切割加工工艺

  电火花线切割加工,已经广泛用于机械行业,特别成为冷冲压模具加工主要手段。它是利用电腐蚀原理加工模具,与材料硬度没有关系,可以在模具淬火回火后加工模具型腔。在线切割加工模板型腔过程中,由于材料内部的残余应力存在,加工中很容易引起模具型腔变形,影响模具尺寸精度、形状精度。经过实践证明,采取合理的线切割加工工艺,就可以避免、降低模具变形,保证模具尺寸精度、形状精度。

  线切割加工工艺包括型腔的多次切割和线切割凸模的加工路线选择。当然在加工过程中,也要合理的电参数及冷却液等。

  在实际加工中,对于材料变形大的型腔,可以先用普通铣床预先加工掉型腔的大部分余量,再进行热处理淬火回火,经过磨削后进行线切割加工。这样可以大大地降低线切割型腔时的变形程度。

  对于一些形状复杂、型腔精度要求高、大型的的模具,为减小变形,保证加工精度,凹模宜采用多次切割法。通常,精度要求高的部位留1mm~2mm 余量先进行粗切割,待工件释放较多变形后,再进行精切割至要求尺寸。若为了进一步提高切割精度,在精切割之前,留0.50mm 余量进行半精切割,这是提高模具线切割加工精度的有效措施。

  凸模加工要在备好的块料上进行,加工路线非常重要。凸模加工路线的选择要使最后切割点在压板的装夹处,这样凸模就避免了加工中的变形,让变形发生在废料上。另外,大型凸模的切割起点最好设置在穿丝孔内,避免凸模切割中的变形。

  冷冲模在我国模具工业中占有非常重要的地位。要保证冷冲模具加工质量,提高模具精度,从材料选择、合理编制模具加工工艺着手,是减小模具加工变形的有力措施。当然,热处理及使用维护也非常重要。随着现代新材料、新工艺、新设备的出现,需要大家共同不断地研讨、总结,使我国模具向大型、精密、长寿命尽快发展。

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