模具加工过程中的缺陷及其预防对策浅谈

王震

摘 要：模具在工业生产中不可或缺，而加工过程会直接决定其质量。如果在加工过程中出现问题，则会使模具存在缺陷。为了提高模具质量，在模具制造过程中，应注重选材、制造工艺等方面的问题。分析了模具存在缺陷的原因，并提出了相应的解决对策。

关键词：模具；质量缺陷；加工工艺；磨削加工

中图分类号：TQ320.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.095

模具的制作过程十分复杂，包括锻造、磨削和线切割等工序，且在加工过程中易出现缺陷，进而导致模具质量不合格。因此，在制作模具时，相关人员必须预防可能出现的缺陷，从而保证模具质量，延长模具的使用寿命。

1 模具制造过程中存在的缺陷

模具选材是模具制造的基础，只有选择了合适的材料，才能制造出没有缺陷的模具，所以说，合适的材料是制造合格模具的前提。但模具选材会受到多种因素的影响，进而使制成的模具存在各种缺陷。在制作工艺方面，即使模具采用了精湛的制作工艺，也会存在一定的缺陷。

1.1 材料缺陷

不同模具的材料不同，比如，体积较小、对使用寿命的要求非常高的模具一般采用高碳工具钢，对使用寿命要求比较高的模具一般采用合金工具钢。但无论采用以上哪种钢材，制造出的模具均会存在一定的缺陷。其中，存在缺陷较多的是碳素钢及部分合金钢。

1.2 机械加工工艺缺陷

模具的加工工艺主要分为机械加工和电加工。所谓“机械加工”，是指利用机械工具切削或磨削模具材料。在此过程中存在的主要问题为：①工艺技术水平较低，导致模具的角半径误差过大，造成模具投入使用后的应力过于集中。在此情况下，模具非常容易损坏。②经过切削后的模具表面过于粗糙，易产生疲劳裂纹。③无法完全去除模具制造过程中产生的脱碳层，导致模具的耐磨性变差。

磨削加工中最主要的问题是摩擦生热，摩擦产生的瞬间最高温度可达1 000 ℃以上，足以烧伤工件表层。此外，由于温差过大，当表层处于高温时，次表层的温度几乎不变，这就抑制了受到高温影响的表层的膨胀，进而产生很大的压应力。当压应力大于材料的屈服强度时，模具材料就会发生塑性变形。此时，在相邻的区域冷却过程中，就会产生拉应力，导致模具表面出现磨削裂纹，进而大大缩短模具的使用寿命。

1.3 电加工工艺缺陷

所谓“电加工”，主要分为电火花加工和电火花线切割。模具经过电火花加工后会产生异常层。运用该加工方法时，模具放电区的电流密度非常大，加工区域的温度可达到10 000 ℃，进而导致模具的表层因高温而熔化。但其冷却速度非常快，凝固后会形成白亮层，白亮层下的区域会淬火，形成淬火层。该区域的温度随之降低，发生回火反应，形成回火层。这些被称为模具的异常层，其会缩短模具的使用寿命。

电火花线切割的原理为：粒子相互碰撞后会形成一个释放大量热量的等离子区，进而通过高温熔化工件。该方法的缺陷是等离子区的温度会快速降低，导致模具表面会形成变质层。该变质层的形状各异。当放电停止时，两极间的气相和液相的金属会凝固成空心的小球或球形的颗粒，并附着在变质层表面，进而影响了模具的精度。

2 预防对策

2.1 材料缺陷的预防对策

无论制造哪种模具，只要在预算范围内，则应尽可能地选用质量好的模具材料。如果选用的材料质量较差，则应对材料重复加工，从而提升其质量，避免因材料存在缺陷而影响模具质量。在锻造时，应控制好加工温度和锻造比。只有在合理的温度范围内，材料才能发挥最佳性能，因此，应根据所用材料的特点和模具加工要求确定加工温度和锻造比。

2.2 切削加工缺陷的预防对策

在模具加工过程中，必须确保模具各部位接触面的光滑度，尽可能地不在模具上留下加工痕迹，并减小热应力。为了有效避免模具淬火变形现象的发生，需要采取一些限制热处理变形的措施。根据模具的加工要求，应选择适当的加工精度。如果未选择合适的加工精度，则会造成模具表面粗糙，进而无法完全去除脱碳层，且可能使模具在热处理过程中生成不均匀的硬化层，进而使模具的耐磨性变差。在加工即将完成时，必须对模具进行补焊处理，从而避免加工过程中的余量过小，但如果余量过大，则会使淬火难度加大。因此，在加工过程中不可使模具表面过于粗糙。在加工淬硬模具时，需要采取高速加工的方式来保证模具的高精度和互换性。高速加工具有速度快、精度高的特点，其工作效率要高于普通加工数倍，且生产出的模具硬度大、表面光滑，不需要重复加工。

2.3 磨削加工缺陷的预防对策

在磨削加工中，需要改进其加工工艺，从而更好地控制模具的加工余量。比如，可适当减小径向进给量、降低砂轮的转速、加大轴向的进给量；通过调整速效砂轮与工件的接触面积，可达到改善散热条件和控制表层温度的目的。

相关人员应合理选择修整砂轮，比如，GD单晶刚玉砂轮适用于高钒高钼材料，金刚石砂轮适用于硬质合金和高硬度淬火材料。

在磨削过程中，必须随时修整砂轮，保证砂轮处于锐利状态。如果砂轮变钝，则会导致工件表面因过度摩擦而烧伤，进而降低了模具强度；适时使用冷却润滑液，保证工件温度在允许范围内，从而避免工价出现热变形。在高精度模具加工中，必须及时消除残余应力，防止其影响模具精度。因此，在模具加工完成后，必须对其进行低温处理，从而提高其韧性；冷却完成后，为了防止模具收缩开裂，还应及时对其进行回火处理。

2.4 电火花加工缺陷的预防对策

在电火花加工过程中，首先要设定好相关参数。一般情况下，多采用小电流加工法，这样能保证产出高精度的模具，但该方法的缺点是加工效率低。加工完成后，可采用电解抛光或超声波抛光等方法除去模具表面的白亮层或显微裂纹，并进行低温回火，从而稳固凝固层，防止白亮层的裂纹继续扩展。值得注意的是，回火温度需要保持在480～520 ℃，回火时间为2～3 h。如果模具对硬度、精度和复杂程度的要求相对较高，则可采用半精加工的方式，并使用轨迹坐标磨对模具进行精磨加工，从而达到消除异常层的目的。

2.5 线切割加工缺陷的预防对策

如果选择了合理的模具加工参数和加工工艺，则可有效消

除放电过程中存在的各种不利影响。线切割过程中会产生拉应力，其大小与材料自身的性质、脉冲能量有关。脉冲能量越大，则残余拉应力越大，热导系数越小。当脉冲能量逐渐减少时，变质层的状态会随之变化，模具的硬度也会随之增大，残余拉应力也会随之减小，从而延长了模具的使用寿命。此外，迅速发散放电时所产生的热量可有效减小残余拉应力，而改善模具变质层的结构和性能可有效延长模具的使用寿命。

在线切割加工过程中，还应尽量选用一些淬透性较好的材料，以保证模具组织的均匀性，从而减小淬火过程中的残余拉应力；慎重选择加热方式和加热温度，且应对模具进行充分的回火和冷处理；必须保证工件的稳定性，装夹时应避免造成工件变形。

3 结束语

在整个模具加工过程中，每一个步骤都很重要。在材料选择方面，如果原材料出现问题，则在后续的加工中就会存在先天性缺陷。比如，在磨削加工中，如果原材料存在缺陷，则会使模具产生裂纹。因此，必须科学、合理地选择模具材料。此外，如果模具的加工方法选择不当或操作存在问题，则会产生缺陷，导致模具开裂或变形。因此，在模具加工过程中，一定要选用合理的加工工艺和加工参数，从而保证模具的质量。

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〔编辑：张思楠〕