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    磨削加工对模具寿命的影响需引起重视

    来源:    发布时间:2017-09-30 17:25:05    浏览量:

    模具制造是模具设计的?#26377;?#26159;验证设计正确性的过程。在现代模具生产中采用了先进、高效、高精密机床和自动化生产技术。磨削加工工作量将占模具总的制造工时的25%~45%。我国模具工业发展到

    今天取得?#21496;?#22823;的进步,但仍然与国外先进水平有较大的差距。模具制造的成品质量与模具制造精度密切相关,特别是与模具型腔面的精度和表面粗糙度有着密切关系。

      ?#23548;?#29983;产中,影响模具失效的因素有:

      ①模具结构;

      ②模具材料;

      ③冷热加工的制造工艺(锻造、热处理、切削加工、磨削加工、电加工等);

      ④模具工作条件。要提高模具寿命,必须对导致模具损伤的原因及各种影响因素进行认真分析,制定克服的办法和措施。

      目前,在国际上有两种模具制造工艺路线:一是以提高机械加工与电加工的精度与质量,使手工精加工的工作量降到最低,如高精密机床和高速成型铣?#24067;?#20854;加工工艺的发展,为这条工艺路线的发

    展奠定基础。二是侧重精加工中的抛光和?#24515;?#24037;艺,其加工工时,与机械加工、电火花加工时间几乎相?#21462;?#19968;副模具是由众多的零件组配而成,零件的质量直接影响着模具的质量,而零件的最终质量又

    是由精加工来保证的。在国内大多数的模具制造企业,精加工阶段采用的方法一般是磨削、电加工及钳工处理。

      磨削加工对模具寿命的影响未引起人们的充?#31181;?#35270;,由于不正?#36820;?#30952;削工艺,造成工件表面烧伤、磨削裂纹、磨削痕及产生磨削应力,致使后续工序及模具在服役期间的机械疲劳、冷热疲劳产生裂

    纹的萌生源,严重影响模具的使用寿命。

      1、模具的磨削加工

      磨削过程的实质是工件被磨削了金属表层,在无数磨粒瞬间的挤压、磨擦作用下产生变形,而后转为磨屑,并形成光洁表面的过程。磨削的全过程表现为力和热的作用。

      ①在磨削过程中,加工表面在切削热作用下产生热膨胀,此?#34987;?#20307;金属温度?#31995;停?#22240;此,表面产生热压应力。当磨削结束时,工件表面温度降低,由于表面已产生热态塑?#21592;?#24418;并受?#20132;?#20307;的限制,

    故而表面产生残余拉应力,里层产生残余压应力。(TOOLOX工具钢具有高强度和低内应力且形态尺寸稳定的特点,很容易进?#24515;?#21066;加工。)

      ②磨削时,砂轮与工件为弧面接触,砂轮切削时工件产生塑?#21592;?#24418;及砂轮与工件间剧?#19994;?#25705;擦阻力,从而在砂轮与工件间形成大小相等,方向相反的磨削力,同时由于表层材料塑?#21592;?#24418;时使工件材

    料内部金属分子之间产生相对位移,形成内摩擦而发热,砂轮和工件之间外摩擦也产生热量,这种磨削热在磨削区会产生局?#20811;?#26102;达 1000℃的高温,而砂?#36136;?#19981;易传热?#27169;?#25152;以80%的热传入工件和磨屑

    ,而金属在固态下随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格,发生金相组织的转变,在磨削淬硬?#36136;保?#20919;却充分,表面层产生二?#26410;?#28779;,部分残余奥氏体转变为马氏体,而马氏体?#28909;?#36739;大,?#28909;?#22686;加

    ,表面产生压应力,如果磨削冷?#24202;?#22909;,或不用冷却液,表面产生回火,发生马氏体转变,表面产生拉应力(如γFe转变为α-Fe时铁的体积会膨胀1%,),这些应力(残余应力可达到500~1000 MPa),如

    果超过材料的屈服极限时,便产生磨削裂纹,另外热处理淬火后模具未立即回火,淬火温度过高,有网状碳化,回火后未回火的马氏体或残余奥氏体过多,在磨削时都会产生相变,发生应力使工件表层

    产生裂纹。磨削裂纹是一种很细的表面裂纹,磨削裂纹形态一般有3种:平行线条?#30784;?#32593;络龟裂?#30784;?#20843;?#20013;?#35010;纹。裂纹的发生方向和模具形状有关,裂纹的发展方向和砂轮在工件表面磨削方向有关,其深

    度在0.03 mm以内。

      ③磨削时,砂轮不锋利,进刀量大,冷?#24202;?#33391;等使工件表面产生的温度达300℃,引起工件表面发生烧伤现象。

      2、减少磨削加工缺陷的措施

      ①合理选择磨削用量,采用径向进给量较小的精磨方法甚至精细磨削。如适当减少径向进给量及砂轮速?#21462;?#22686;大轴向进给量,使砂轮与工件接触面积减少,散热条件得到改?#30130;?#20174;而有效地控制表层

    温度的提高。

      ②合理选择和修整砂轮,采用白刚玉的砂轮较好,它的性能硬而脆,且易产生新的切削刃,因此切削力小,磨削热较小,在粒度上使用中等粒度,如46~60目较好,在砂轮硬度上采用中软和软(ZR1

    、ZR2和R1、R2),即粗粒?#21462;?#20302;硬度的砂轮,自励性好可降低切削热。精磨时选择适当的砂?#36136;种?#35201;,针对模具钢材的高?#26696;?#38076;状况,选用GD单晶刚玉砂?#30452;?#36739;适合,当加工硬质合金、淬火硬度高的

    材料时,优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮,有机粘结剂砂轮自磨性好,磨出的工件粗糙度可达Ra0.2μm,近年来,随着新材料的应用,CBN(立方氮化硼)砂轮显示出十分好的加工效果,在数控成型磨床

    、坐标磨床、CNC内外?#26448;ゴ采?#31934;加工,效果优于其它种类砂轮。在磨削加工中,要注意及时修整砂轮,保持砂轮的锐利,当砂轮钝化后,会在工件表面滑擦、挤压,造成工件表面烧伤,强度降低。

      ③合理使用冷却润滑液,发挥冷?#30784;?#27927;涤、润滑的三大作用,保持冷却润滑清洁,从而控制磨削热在?#24066;矸段?#20869;,以防止工件热变形。改善磨削时的冷却条件,如采用浸油砂轮或内冷却砂轮等措施

    。将切削液引入砂轮的中心,切削液可直接进入磨削区,发挥有效的冷却作用,防止工件表面烧伤。

      ④将热处理后的淬火应力降低到最低限度,因为淬火应力、网状碳化组织在磨削力的作用下,组织产生相变极易使工件产生裂纹。对于高精度模具为了消除磨削的残余应力,在磨削后应进?#26800;?#28201;时

    效处理以提高韧性。

      ⑤消除磨削应力?#37096;?#23558;模具在260~315℃盐浴中浸1.5 min,然后在30℃油中冷却,这样硬度?#19978;?#38477;1HRC,残留应力降低40%~65%。

      ⑥对于尺寸公差在0.01 mm以内的精密模具的精密磨削要注意环境温度的影响,要求恒温磨削。由计算可知,300 mm长的钢件,温差3℃时,材料有10.8μm左?#19994;?#21464;化,(10.8=1.2×3×3,每100mm变

    形量1.2μm/℃),各精加工工序都需充分考虑这一因素的影响。

      ⑦采用电解磨削加工,改善模具制造精度和表面质量。电解磨削时,砂轮刮除氧化膜:而不是磨削金属,因而磨削力小,磨削热?#27531;。?#19981;会产生磨削毛刺、裂纹、烧伤等现象,一般表面粗糙度可优于

    Ra0.16μm;另外,砂轮的磨损置小,如磨削硬质合金,碳化硅砂轮的磨损量大约为磨削掉的硬质合金重量的400%~600%,用电解磨削时,砂轮的磨损量只有硬质合金磨除量的50%~100%。

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