锻造模数控加工新工艺研究

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摘要：针对原锻造模制造中存在的问题，提出新的加工工艺方案，主要针对4个方面进行了改进：热处理后进行粗、精加工；根据加工要求模具零件型面采用不同的加工策略；型槽直接测量取代样板测量；样件采用可加工塑料压塑成型。与原加工工艺相比，新加工工艺降低了生产成本，在模具零件加工精度、效率等方面都有明显提高。

关键词：锻造模；数控加工；曲轴锤；热处理；样板测量

锻造模是生产锻件的主要工艺装备，其型面形状复杂。为保证模具的使用寿命及锻件精度，要求模具具有较高的硬度、表面质量及尺寸精度。另外市场竞争要求锻造模制造周期越来越短，如何满足市场需求，保证锻造模生产零件的质量，提高加工效率是目前锻造模生产中面临的主要问题。锻造模的加工经历了仿形加工、电解与电火花加工、数控加工与高速加工技术的发展阶段[1]。仿形加工生产周期长、加工精度低、模具尺寸一致性差，目前很少采用。电解加工主要用于锻造模的粗加工，加工效率高但精度低。电火花加工效率低，主要用于小型锻造模或具有深型槽及细微特征部位的辅助加工[2]，其加工成本高。高速加工技术加工精度高、切削力小、效率高，是锻造模制造的主要发展方向，但昂贵的机床设备限制了该技术的推广。目前数控加工仍然是锻造模生产加工的主要手段。现在分析传统锻造模加工工艺的基础上，对其工艺进行改进。

1传统锻造模制造工艺及问题分析

以某一曲轴锤锻造模加工为例，该锻造模外形尺寸为1050mm×700mm×475mm，材料为5CrNi-Mo，热处理后型面硬度38~42HRC，燕尾硬度28~32HRC，结构如图1所示。曲轴锤锻造模主要型面采用数控加工，与传统的铣削加工方式相比，该方法在一次安装中加工出锁扣与型面，省略了大量的划线工作，加工效率与质量得到明显提高[3]。主要加工工序为：①刨或铣六面及检验角；②钳工划线、钻起重孔；③刨燕尾、铣键槽；④铣型槽、飞边槽、锁扣及钳口等；⑤钳工修锁扣、型槽，样板检验，并浇注样件；⑥热处理；⑦磨燕尾平面；⑧钳工抛光型槽。图1曲轴锤锻造模实践中发现，该加工工艺仍存在问题，主要表现为：（1）热处理造成模具零件变形。淬火后模具零件变形，主要表现为分模面平面度超差与型槽形状尺寸不符要求[4]，对于大尺寸模具零件，这种变形更加明显。据测量，对于模具零件尺寸1200mm×700mm×450mm的锻造模，分模面热处理变形量达1~3mm，型槽变形量达0.5mm。型槽形状精度直接影响锻件的加工精度，而分模面的平面度影响锻造模实际承载面积，对模具的使用寿命有明显的影响。实际生产中为了消除或减小淬火对型槽精度的影响，需要加大热处理后钳工修整余量，增加了钳工修整工作量。（2）样板数量多。为了检验型槽位置及形状，需要制作大量的样板[5]，如平面分型的曲轴锻造模需要各种样板20余块，不仅增加了生产成本，而且增加了保存样板的场地。（3）样件制造精度不高。锻造模型腔样件的制造一般采用铸造的方法，即将低熔点合金或盐融化后，将模具垂直放置，通过钳口浇注获得样件。当模具夹紧不足时，液态金属或盐的压力会造成模具零件分离，影响样件的铸造精度。同时在盐或低熔点合金凝固过程中，存在样件尺寸收缩、样件取出困难等问题，影响检验样件的生产效率与质量。另外浇注低熔点合金时，为了提高金属的流动性，还需要对模具零件进行加热，增加了样件制作的成本。

2锻造模的数控加工新工艺

针对原加工工艺存在的问题，在生产中进行了探索与改进，主要改进为：（1）采用粗加工后淬火，然后再进行数控加工的工艺。锻造模常用的材料有5CrNiMo、5CrMn-Mo，一般要求型面淬火硬度38~42HRC。原加工工艺采用高速钢刀具铣削，对淬火后的模具零件进行加工很困难。目前硬质合金刀片铣刀或整体硬质合金铣刀在数控加工中获得普遍应用，这种刀具材料硬度高、允许的切削速度较快，可以对淬火后的锻造模进行加工。为了减少淬火后零件变形，提高模具零件加工精度，新工艺在淬火后采用硬质合金刀片铣削加工。模具零件型面的加工分为淬火前的粗加工和淬火后的精加工。粗加工时，采用环形刀具以等高层切方式加工，切削深度不变，切削力基本恒定，允许采用较大的进给速度，提高了粗加工的效率。锻造模具钢具有良好的淬透性，但由于模具零件截面较大，淬硬深度较浅，为了消除淬火后零件变形，同时避免去除大余量造成的模具零件型面硬度降低，淬火前粗加工时，应该留有适当的余量。根据经验，一般在水平方向留5mm余量，深度方向留2~3mm余量。（2）根据型面各区域的不同技术要求，分别采用不同的加工策略，提高加工效率[6]。根据锻造模型面加工尺寸精度的不同，可以将型面分为两部分。一部分如锁扣、终锻模膛的精度要求高，一般要求加工误差为±0.05mm，对于这些区域，对淬火后零件进行半精加工与精加工，首先采用等高层切的方式半精加工，留0.3~0.5mm余量，然后采用环形铣刀等高层切及球头刀进行精加工，并且对模膛内圆角使用球刀清根，精加工后留0.03~0.05mm钳工修整余量。另一部分如钳口、仓部、制坯模膛等区域，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铣成形，后续钳工修光后即可满足要求。根据区域加工要求不同分别采用不同的加工策略，减少了大量的精加工工时，在满足使用要求前提下，提高了加工效率。（3）加工过程中，避免大量采用样板检查。实践中发现，在保证数控编程使用的数字模型正确和加工工艺参数合理的前提下，数控系统能够保证加工的型腔板尺寸正确。由于型腔板精加工时一般在水平和深度方向采用均匀一致的余量，当型腔板尺寸出现问题时，型腔深度方向尺寸也出现超差。鉴于此现象，生产中可以采用深度尺、卡尺测量型槽关键点深度尺寸的方法，控制加工深度和型槽尺寸，而局部圆角采用圆弧样板检测、钳工修正控制。型槽的位置尺寸即检验面与型槽之间距离，依63靠正确的数模与数控指令，通过数控系统保证，最终采用样件对模膛综合检验。（4）改变样件制作方式。锻造模样件不再采用铸造方法，改用可加工塑料压塑成型方式。可加工塑料为A、B双组分的泥状材料，使用前将2组材料按要求混合均匀，在待检测的锻造模型腔表面涂凡士林作为脱模剂，将可加工塑料手工填满锻造模上、下模块的型腔，使塑料表面高于分模面，合模后敲击模具零件，将多余的材料挤入飞边槽。当上、下模合模后静置，待可加工塑料硬化后取出样件。塑料硬化时间与环境温度有关，随环境温度升高而缩短，一般需24h左右。可加工塑料具有强度高、变形小、容易脱模的特点，可以方便地制作完整的样件，满足锻造模样件制作的需要。与铸造方法相比，采用可加工塑料制作样件的方法不需要对模具零件进行加热，也不需要加热熔化铸造材料，简化了样件制作过程。采用铸造方法生产样件时，需要对桥部进行处理，防止铸造材料流入仓部，如处理不善，容易造成样件浇注不足，而采用该方法制作的样件组织致密，表面形状清晰，样件质量高。但可加工塑料的价格较高，这种方法的生产成本有所增加。生产中常在可加工塑料中添加固化的废弃塑料以降低样件材料成本。采用以上措施后，锻造模的加工工艺改进为：①刨或铣六面及检验角；②探伤检验；③钳工划线、钻起重孔；④刨燕尾、铣键槽；⑤粗铣型槽、飞边槽、锁扣及钳口等，垂直方向留2mm余量，水平方向留5mm余量；⑥热处理，淬火、回火；⑦精铣（刨）检验角；⑧半精铣型面、飞边槽、锁扣、压弯型槽等，精铣锁扣、终锻型槽；⑨钳工抛光型槽，制作样件综合检验；⑩磨燕尾平面。

3结束语

模具零件加工过程中，采用新技术提高加工效率及质量是一个永恒的主题。实践证明，采用新的加工工艺能够显著提高锻造模的加工精度，减少了钳工修模时间，提高了加工效率，同时节省了大量样板制作费用。采用可加工塑料制作的样件与浇注样件相比，变形小、易脱模、强度高，完全满足样件检测的要求。

作者:梁新合 单位:河南科技大学

参考文献：

[1]吴金妹.汽车发动机连杆锻模的高速加工[J].组合机床与自动化加工技术,2014(5):138-140.

[2]夏汉关.数字化技术在齿轮精锻成形模中的应用[J].模具工业,2014,40(2):1-3.

[3]高城美.锤锻模的制造工艺[J].机车车辆工艺,1982(2):13-19.

[4]黄波.大型复杂类锻模制造工艺的改进[J].机械工人,1994(6):18-19.

[5]宋春堂,高剑波.大型曲轴锻模的加工工艺[J].模具工业,1994,20(4):49-51.

[6]梁新合,宋志真.用UGⅡ实现对锻模的快速数控加工[J].机床与液压,2006(2):98-99.