沖模制造提高沖模壽命

1、沖模制造提高沖模壽命 沖模制造工藝就是指沖模主要工作零件；凸模、凹模、凸凹模等的加工制造方法。目前國內(nèi)在沖模制造中，普遍采用的制造工藝如下：1、電加工制模工藝以電火花線切割和電火花穿孔成形加工為主的沖模制造工藝。2、專用設(shè)備機(jī)械加工制模工藝以銼鋸機(jī)、仿型刨、仿型銑、成型磨與光學(xué)曲線磨加工為主的沖模制造工藝。3、精密磨削制模工藝以通用與專用設(shè)備進(jìn)行粗加工與半精加工，用高精磨削設(shè)備完成精加工，包括使用高精度平面、內(nèi)名圓磨床、座標(biāo)磨床、CNC光學(xué)曲線磨床與成型磨床、NC與CNC連續(xù)軌跡座標(biāo)磨床等進(jìn)行精加工。4、高效高精度組合制模工藝以電加工法進(jìn)行半精加工，用成型磨、CNC光學(xué)曲線磨、座標(biāo)磨

2、及NC與CNC連續(xù)軌跡座標(biāo)磨進(jìn)行精加工。    除上述四種外，還有完全用普通機(jī)床加工配以鉗工銼研制模、壓印法制模以及澆鑄法制模工藝等，多用于一些簡易、經(jīng)濟(jì)沖模制造。在普通全鋼沖模制造中這些制模工藝已趨于淘汰。    用電加工制模工藝制作沖模是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣的沖模制造工藝。在高精度、高壽命、高效率的“三高”沖模制造中，精密磨削工藝占據(jù)較大優(yōu)勢。而高效高精組合制模工藝在國內(nèi)目前使用尚不廣泛，盡管其優(yōu)點(diǎn)很多，是精密沖模制造技術(shù)的發(fā)展方向，普及尚待時(shí)日，還要一個(gè)過程。1、沖模的電加工制造工藝電火花穿孔是利用工件與電極之間

3、脈沖放電產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象，進(jìn)行?？缀湍Ｇ患庸?。即當(dāng)電極與工件間的間隙小到一定程度時(shí)，瞬間電壓升高，擊穿間隙，產(chǎn)生脈沖火花放電。此時(shí)，能量集中，電流密度很大，產(chǎn)生10000以上高溫，使金屬熔化、汽化，并脫離模體，如此不停循環(huán)往復(fù)，達(dá)到加工的目的。線切割加工原理亦相同，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）用金屬絲作為工具電極，無需像電火花穿孔成形加工那樣需要專門的工具電極。（2）電極絲直徑僅0.040.2 mm，現(xiàn)在已開發(fā)使用0.030.1 mm直徑的電極絲，可以切割0.050.07mm的窄縫、R0.03mm的圓角以及細(xì)微的結(jié)構(gòu)形狀，故可加工復(fù)雜形狀的凸、凹模。（3）加工中電極線以一定速度運(yùn)動(dòng)

4、，既不必考慮電極絲損耗，又可將加工中殘留在切割縫中的屑末排出，有利于連續(xù)切割加工。（4）加工效率較高且可不必采用拼塊結(jié)構(gòu)而能在整體模塊上加工。同時(shí)，還可將凸模固定板、導(dǎo)板（卸料板）、凹模板等三板疊齊一次切割出所有相應(yīng)?？祝椎耐S度極好。（5）可對(duì)淬硬模板切割加工，既可消除熱處理變形，又能對(duì)各種硬金屬、模具鋼進(jìn)行切割。電加工制?？梢源蠓瓤s短制模周期，能節(jié)省大量機(jī)加設(shè)備及工時(shí)，但目前，多數(shù)國產(chǎn)電穿孔與線切割機(jī)的加工精度、加工表面粗糙度等都達(dá)不到?jīng)_模制造的技術(shù)要求。國產(chǎn)線切割機(jī)（見表1）與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)性能相比還有較大差距。如瑞士AGIE公司的CNC五軸線切割機(jī)，其線切割斜度可達(dá)±

5、10°可切割多種形式側(cè)表面、直立面、錐面、連續(xù)坡度面等，加工精度可達(dá)±0.005mm，其表面糙度值Ra=0.4m。    近年來，國外一直對(duì)電加工機(jī)床的技術(shù)性能改進(jìn)與開發(fā)進(jìn)行著大量研究，特別是日本與瑞士幾家大的著名電加工機(jī)床生產(chǎn)公司：日本三菱電機(jī)、沙迪克、瑞士阿奇、夏米爾等，經(jīng)過長期不懈的努力都取得豐碩的成果，特別是低速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床（LWEDM）的發(fā)展引人注目。功能完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無人看管運(yùn)行的程度。其加工工藝水平：生產(chǎn)率達(dá)到300mm2/min，加工精度可達(dá)到±1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。

6、直徑0.030.1mm細(xì)絲精密切割技術(shù)的開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)凹、凸模一次切割完成，并可進(jìn)行0.04mm的窄槽及半徑0.02mm內(nèi)圓角的切割加工。錐度切割技術(shù)已能進(jìn)行30°以上錐度的精密加工，國內(nèi)在這方面的研究、開發(fā)也已取得了進(jìn)展。如北京機(jī)床研究所研制的慢走絲線切割機(jī)加工精度已小于5m。    漢川機(jī)床有限責(zé)任公司已推向市場的HCX320A低速走絲線切割機(jī)最佳加工面粗糙度Ra1.0m。LWEDM用于精密模具加工，重點(diǎn)需要解決的問題是加工表面變質(zhì)層小于1.0m，Ra0.10.2m。要解決這個(gè)問題，除了優(yōu)化工件材料及電極絲材料外，主要采取多次切割、防電解作用

7、及放電能量分配等措施，這些在國外已取得了良好的效果，LWEDM加工的模具壽命已接近磨削（研磨）加工的模具壽命。2、電加工與精密磨削法制模的比較采用精密磨削法加工的凸、凹模，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.025m，通常為Ra0.10.05m，而電火花線切割加工的凸、凹模表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4m，一般Ra1.02.0m。因此，前者加工的模具工作零件精度更高，質(zhì)量更好，壽命更高，參見表2。精密磨削時(shí)可通過強(qiáng)制冷卻、控制進(jìn)給量來減少磨削溫升對(duì)工件表層金相組織的影響。同時(shí)，經(jīng)過對(duì)磨削工具的合理選擇達(dá)到最佳的相對(duì)速度，可獲得鏡面磨削的理想表面粗糙度。而線切割加工則不然，由于其切割的坯件已經(jīng)淬硬，盡管采用微精

8、加工回路即慢走絲切割或二次切割精加工，可以減少加工表面的電蝕層厚度，但線切割加工過程中產(chǎn)生的高溫造成加工件表層金相組織的變化及燒蝕是難免的。此外，在電荷傳遞范圍內(nèi)的局部發(fā)熱及熱擴(kuò)散，必然在工件加工表層出現(xiàn)有害金相組織。據(jù)金相顯微觀察，線切割加工表面不僅有肉眼可見的鋸齒狀痕跡，且表層約0.030.05mm厚為高溫?zé)g的殘余樹枝狀?yuàn)W氏體組織，硬度高達(dá)HRC6770，有顯微裂紋。這樣的模具在沖壓加工時(shí)，多數(shù)情況下凸、凹模磨損加大、加快，沖件毛刺大。解決這個(gè)問題的辦法是加強(qiáng)線切割后續(xù)加工的清理及研磨工序。如能用精磨除去線切割有害表層則更理想。3、沖模工作零件表面的精加工（1）沖模工作零件精加工與模具壽

9、命的關(guān)系模具費(fèi)用占沖壓件生產(chǎn)成本的比重較大，一般可超過20%30%。因此，提高模具壽命、降低模具費(fèi)用對(duì)降低沖壓件生產(chǎn)成本有重大意義。多年來，通過使用各類模具標(biāo)準(zhǔn)，集中預(yù)制模架、模板和標(biāo)準(zhǔn)零部件、提高模具標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化與商品化的程度來壓縮制模成本，已取得明顯成效。但提高模具壽命，尤其通過選擇和完善制模工藝來提高模具壽命，還有很大的潛力。分析制模工藝與沖模壽命的關(guān)系，可以看出選用合理制模工藝的重要性。通常新沖模投產(chǎn)至失效報(bào)廢要進(jìn)行2025次刃磨。沖模刃口的磨損與其表面的粗糙度有密切關(guān)系。Reihle在其著作中論證，摩擦系數(shù)值主要受摩擦表面平均粗糙度Ra的影響。值的大小與摩擦力、摩擦強(qiáng)度以及摩擦副產(chǎn)

10、生的磨耗成正比。用精密磨削法所得刃口件的表面粗糙度Ra值可達(dá)0.025m，一般為0.050.1m；用線切割加工的刃口件表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4m，一般為1.02.0m。目前國產(chǎn)線切割機(jī)僅達(dá)到Ra=1.63.2m，所以，線切割加工的刃口件表面的摩擦系數(shù)值約為精密磨削加工的2倍以上。精密磨削可以獲得鏡面磨削的理想表面粗糙度，而線切割電火花放電產(chǎn)生的高溫會(huì)造成加工件切縫表層金相組織的變化和燒蝕。此外，在電荷傳遞范圍內(nèi)的局部發(fā)熱及熱擴(kuò)散的進(jìn)行，必然在工件加工部位表層產(chǎn)生有害的金相組織。    由于線切割加工表面粗糙度差，在沖壓加工過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，使粗糙波峰

11、部位局部應(yīng)力提高。線切割加工的刃口件經(jīng)長期沖壓工作后，由于疲勞及摩擦剪應(yīng)力達(dá)到其剪切強(qiáng)度極限，會(huì)產(chǎn)生微裂紋或促使已有的顯微裂紋擴(kuò)展，這就是用線切割加工的沖裁模沖件毛刺大、刃口易崩裂、壽命較低的根本原因。表2是德國學(xué)者H.Becker和J.Cammann為同一沖件以線切割和精密磨削工藝制造了相同結(jié)構(gòu)的沖裁模，在相同的生產(chǎn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)性生產(chǎn)后獲得的數(shù)據(jù)，其試驗(yàn)研究的結(jié)論是：用電火花線切割工藝制造沖模沖出的沖件毛刺高度平均比用精磨工藝制造沖模沖出的沖件毛刺高30%，由于沖件毛刺大而使沖模的刃磨壽命及總壽命降低了約20%30%。（2）模具工作零件表面的精加工按模具工作零件表面的作用可分為：自由表面、配合面、與工件的接觸面三類。自由表面無精度要求；配合面既要求尺寸精度，公差控制也很嚴(yán)且其表面粗糙度Ra值要小，模具工作時(shí)不產(chǎn)生劃傷。配合面絕大多數(shù)為規(guī)則的幾何形體表面，以平面和圓