專注鋁合金鍛件生產(chǎn)加工
模具零件加工過程中,采用新技術(shù)提高加工效率及質(zhì)量是一個永恒的主題。實踐證明,采用新的加工工藝能夠顯著提高鍛造模的加工精度,減少了鉗工修模時間,提高了加工效率,同時節(jié)省了大量樣板制作費用。采用可加工塑料制作的樣件與澆注樣件相比,變形小、易脫模、強度高,完全滿足樣件檢測的要求。
鍛造模是生產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)零件的質(zhì)量,提高加工效率是目前鍛造模生產(chǎn)中面臨的主要問題。
鍛造模的加工經(jīng)歷了仿形加工、電解與電火花加工、數(shù)控加工與高速加工技術(shù)的發(fā)展階段。仿形加工生產(chǎn)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,主要用于小型鍛造模或具有深型槽及細微特征部位的輔助加工,其加工成本高。高速加工技術(shù)加工精度高、切削力小、效率高,是鍛造模制造的主要發(fā)展方向,但昂貴的機床設(shè)備限制了該技術(shù)的推廣。目前數(shù)控加工仍然是鍛造模生產(chǎn)加工的主要手段?,F(xiàn)在分析傳統(tǒng)鍛造模加工工藝的基礎(chǔ)上,對其工藝進行改進。鍛造
1傳統(tǒng)鍛造模制造工藝及問題分析
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(jié)構(gòu)如圖1所示。曲軸錘鍛造模主要型面采用數(shù)控加工,與傳統(tǒng)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(zhì)量得到明顯提高。
圖1 曲軸錘鍛造模
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(fā)現(xiàn),該加工工藝仍存在問題,主要表現(xiàn)為:
01熱處理造成模具零件變形
淬火后模具零件變形,主要表現(xiàn)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(jù)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(chǎn)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。
02樣板數(shù)量多
為了檢驗型槽位置及形狀,需要制作大量的樣板[5],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(chǎn)成本,而且增加了保存樣板的場地。
03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(tài)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(chǎn)效率與質(zhì)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
2針對原加工工藝存在的問題,在生產(chǎn)中進行了探索與改進,主要改進為:
(1)采用粗加工后淬火,然后再進行數(shù)控加工的工藝。鍛造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(zhì)合金刀片銑刀或整體硬質(zhì)合金銑刀在數(shù)控加工中獲得普遍應(yīng)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,提高模具零件加工精度,新工藝在淬火后采用硬質(zhì)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(huán)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(yīng)該留有適當?shù)挠嗔?。根?jù)經(jīng)驗,一般在水平方向留5mm余量,深度方向留2~3mm余量。
(2)根據(jù)型面各區(qū)域的不同技術(shù)要求,分別采用不同的加工策略,提高加工效率。根據(jù)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(qū)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(huán)形銑刀等高層切及球頭刀進行精加工,并且對模膛內(nèi)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(qū)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(xù)鉗工修光后即可滿足要求。根據(jù)區(qū)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。
(3)加工過程中,避免大量采用樣板檢查。實踐中發(fā)現(xiàn),在保證數(shù)控編程使用的數(shù)字模型正確和加工工藝參數(shù)合理的前提下,數(shù)控系統(tǒng)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(xiàn)問題時,型腔深度方向尺寸也出現(xiàn)超差。鑒于此現(xiàn)象,生產(chǎn)中可以采用深度尺、卡尺測量型槽關(guān)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(shù)模與數(shù)控指令,通過數(shù)控系統(tǒng)保證,最終采用樣件對模膛綜合檢驗。
(4)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(huán)境溫度有關(guān),隨環(huán)境溫度升高而縮短,一般需24h左右??杉庸に芰暇哂袕姸雀摺⒆冃涡?、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(chǎn)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(zhì)量高。但可加工塑料的價格較高,這種方法的生產(chǎn)成本有所增加。生產(chǎn)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。鍛造
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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