模具壽命高不高，模具的磨削至關重要！
/ 2021/6/5 16:40:35
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模具制造是模具設計的延續(xù)，是驗證設計正確性的過程。在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進、高效、高精密機床和自動化生產(chǎn)技術。磨削加工工作量將占模具總的制造工時的25%～45%。我國模具工業(yè)發(fā)展到今天取得了巨大的進步，但仍然與國外先進水平有較大的差距。模具人雜志微信專業(yè)！模具制造的成品質量與模具制造精度密切相關，特別是與模具型腔面的精度和表面粗糙度有著密切關系。
實際生產(chǎn)中，影響模具失效的因素有：
①模具結構；
③冷熱加工的制造工藝（鍛造、熱處理、切削加工、磨削加工、電加工等）；
④模具工作條件。要提高模具壽命，必須對導致模具損傷的原因及各種影響因素進行認真分析，制定克服的辦法和措施。
目前，在國際上有兩種模具制造工藝路線：一是以提高機械加工與電加工的精度與質量，使手工精加工的工作量降到最低，如高精密機床和高速成型銑床及其加工工藝的發(fā)展，為這條工藝路線的發(fā)展奠定基礎。二是側重精加工中的拋光和研磨工藝，其加工工時，與機械加工、電火花加工時間幾乎相等。一副模具是由眾多的零件組配而成，零件的質量直接影響著模具的質量，而零件的最終質量又是由精加工來保證的。模具人雜志微信號：mojurenzazhi 在國內大多數(shù)的模具制造企業(yè)，精加工階段采用的方法一般是磨削、電加工及鉗工處理。
磨削加工對模具壽命的影響未引起人們的充分重視，由于不正確的磨削工藝，造成工件表面燒傷、磨削裂紋、磨削痕及產(chǎn)生磨削應力，致使后續(xù)工序及模具在服役期間的機械疲勞、冷熱疲勞產(chǎn)生裂紋的萌生源，嚴重影響模具的使用壽命。
研究和探討如何提高磨削加工質量，提高模具使用壽命、延長服役時間，促進采用模具新技術，正是本文的目的。
1、模具的磨削加工
磨削過程的實質是工件被磨削了金屬表層，在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓、磨擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉為磨屑，并形成光潔表面的過程。磨削的全過程表現(xiàn)為力和熱的作用。
①在磨削過程中，加工表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此，表面產(chǎn)生熱壓應力。當磨削結束時，工件表面溫度降低，由于表面已產(chǎn)生熱態(tài)塑性變形并受到基體的限制，故而表面產(chǎn)生殘余拉應力，里層產(chǎn)生殘余壓應力。（TOOLOX工具鋼具有高強度和低內應力且形態(tài)尺寸穩(wěn)定的特點，很容易進行磨削加工。）
②磨削時，砂輪與工件為弧面接觸，砂輪切削時工件產(chǎn)生塑性變形及砂輪與工件間劇烈的摩擦阻力，從而在砂輪與工件間形成大小相等，方向相反的磨削力，同時由于表層材料塑性變形時使工件材料內部金屬分子之間產(chǎn)生相對位移，形成內摩擦而發(fā)熱，砂輪和工件之間外摩擦也產(chǎn)生熱量，這種磨削熱在磨削區(qū)會產(chǎn)生局部瞬時達 1000℃的高溫，而砂輪是不易傳熱的，所以80%的熱傳入工件和磨屑，而金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格，發(fā)生金相組織的轉變，在磨削淬硬鋼時，冷卻充分，表面層產(chǎn)生二次淬火，部分殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，而馬氏體比容較大，比容增加，表面產(chǎn)生壓應力，如果磨削冷卻不好，或不用冷卻液，表面產(chǎn)生回火，發(fā)生馬氏體轉變，表面產(chǎn)生拉應力（如γFe轉變?yōu)?alpha;－Fe時鐵的體積會膨脹1%，），這些應力（殘余應力可達到500～1000 MPa），如果超過材料的屈服極限時，便產(chǎn)生磨削裂紋，另外熱處理淬火后模具未立即回火，淬火溫度過高，有網(wǎng)狀碳化，回火后未回火的馬氏體或殘余奧氏體過多，在磨削時都會產(chǎn)生相變，發(fā)生應力使工件表層產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋是一種很細的表面裂紋，磨削裂紋形態(tài)一般有3種：平行線條狀、網(wǎng)絡龜裂狀、八字形裂紋。裂紋的發(fā)生方向和模具形狀有關，裂紋的發(fā)展方向和砂輪在工件表面磨削方向有關，其深度在0.03 mm以內。
③磨削時，砂輪不鋒利，進刀量大，冷卻不良等使工件表面產(chǎn)生的溫度達300℃，引起工件表面發(fā)生燒傷現(xiàn)象。
2、減少磨削加工缺陷的措施
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①合理選擇磨削用量，采用徑向進給量較小的精磨方法甚至精細磨削。如適當減少徑向進給量及砂輪速度、增大軸向進給量，使砂輪與工件接觸面積減少，散熱條件得到改善，從而有效地控制表層溫度的提高。
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②合理選擇和修整砂輪，采用白剛玉的砂輪較好，它的性能硬而脆，且易產(chǎn)生新的切削刃，因此切削力小，磨削熱較小，在粒度上使用中等粒度，如46～60目較好，在砂輪硬度上采用中軟和軟（ZR1、ZR2和R1、R2），即粗粒度、低硬度的砂輪，自勵性好可降低切削熱。精磨時選擇適當?shù)纳拜喪种匾?，針對模具鋼材的高釩高鉬狀況，選用GD單晶剛玉砂輪比較適合，當加工硬質合金、淬火硬度高的材料時，優(yōu)先采用有機粘結劑的金剛石砂輪，有機粘結劑砂輪自磨性好，磨出的工件粗糙度可達Ra0.2μm，近年來，隨著新材料的應用，CBN（立方氮化硼）砂輪顯示出十分好的加工效果，在數(shù)控成型磨床、坐標磨床、CNC內外圓磨床上精加工，效果優(yōu)于其它種類砂輪。模具人雜志微信號：mojurenzazhi 在磨削加工中，要注意及時修整砂輪，保持砂輪的銳利，當砂輪鈍化后，會在工件表面滑擦、擠壓，造成工件表面燒傷，強度降低。
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③合理使用冷卻潤滑液，發(fā)揮冷卻、洗滌、潤滑的三大作用，保持冷卻潤滑清潔，從而控制磨削熱在允許范圍內，以防止工件熱變形。改善磨削時的冷卻條件，如采用浸油砂輪或內冷卻砂輪等措施。將切削液引入砂輪的中心，切削液可直接進入磨削區(qū)，發(fā)揮有效的冷卻作用，防止工件表面燒傷。
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④將熱處理后的淬火應力降低到最低限度，因為淬火應力、網(wǎng)狀碳化組織在磨削力的作用下，組織產(chǎn)生相變極易使工件產(chǎn)生裂紋。對于高精度模具為了消除磨削的殘余應力，在磨削后應進行低溫時效處理以提高韌性。
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⑤消除磨削應力也可將模具在260～315℃鹽浴中浸1.5 min，然后在30℃油中冷卻，這樣硬度可下降1HRC，殘留應力降低40%～65%。
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⑥對于尺寸公差在0.01 mm以內的精密模具的精密磨削要注意環(huán)境溫度的影響，要求恒溫磨削。由計算可知，300 mm長的鋼件，溫差3℃時，材料有10.8μm左右的變化，（10.8=1.2×3×3，每100mm變形量1.2μm/℃），各精加工工序都需充分考慮這一因素的影響。
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⑦采用電解磨削加工，改善模具制造精度和表面質量。電解磨削時,砂輪刮除氧化膜：而不是磨削金屬，因而磨削力小，磨削熱也小，不會產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋、燒傷等現(xiàn)象，一般表面粗糙度可優(yōu)于Ra0.16μm；另外，砂輪的磨損置小，如磨削硬質合金，碳化硅砂輪的磨損量大約為磨削掉的硬質合金重量的400%～600%，用電解磨削時，砂輪的磨損量只有硬質合金磨除量的50%～100%。
