精密铸造脱蜡工序（压铸模零件热处理后深孔加工研究）
精密铸造脱蜡工序（压铸模零件热处理后深孔加工研究）图2 滑块型芯孔加工要求以奔驰M274缸体压铸模进气侧滑块型芯孔（见图1）的加工为例，说明其加工工艺。图1中的装配尺寸：ϕ28、ϕ41、ϕ42、ϕ44mm的公差等级是H7，过孔ϕ40、ϕ50mm的公差是±0.1mm，同轴度要求是0.05mm，装配面的表面粗糙度是Ra0.8μm，其余孔的粗糙度要求是Ra1.6μm，具体加工要求如图2所示。模具零件材料选用的是瑞典进口的DIEVAR模具钢，其在一定条件下的力学性能如表1所示，淬火热处理要求：44~48HRC。由于DIEVAR模具钢Cr含量为4.8%，在提供了钢材的高硬度、高韧性、高耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性的同时，也增加了加工时的刀具切削难度。另外Mo含量为2.4%，增加了硬度、韧性，降低了回火脆性，增加了变形抗力，也增加了加工时的刀具切削难度。深孔加工图1 缸体压铸模进气侧滑块型芯孔
随着国内汽车工业的高速发展，汽车结构的轻量化推动铝合金压铸模的需求快速增长，压铸模的结构也日益复杂，外形日趋大型化，各类配合公差要求日渐精密化。随着模具精度要求的提高，许多孔类形状需要在淬火热处理后加工。
传统孔类加工方法是使用普通钻头、铣刀、镗刀，而淬火热处理后的材料硬度高，需要刀具具备更好的切削性能、更好的耐磨性以及更好的定位能力来保证加工效率、孔的粗糙度、孔的直线度等。现采用新的加工工艺，对于模具零件上孔的深度大于8倍直径以上的深孔，在淬火热处理后进行深孔加工。针对新的加工工艺，对模具零件的材料、加工参数、加工特点以及切削后的各项尺寸公差、切削效率进行分析，并与传统的加工工艺进行对比，分析优劣，以期对以后的模具零件加工提供参考。
模具零件材料加工分析
表1 DIEVAR模具钢的力学性能
模具零件材料选用的是瑞典进口的DIEVAR模具钢，其在一定条件下的力学性能如表1所示，淬火热处理要求：44~48HRC。由于DIEVAR模具钢Cr含量为4.8%，在提供了钢材的高硬度、高韧性、高耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性的同时，也增加了加工时的刀具切削难度。另外Mo含量为2.4%，增加了硬度、韧性，降低了回火脆性，增加了变形抗力，也增加了加工时的刀具切削难度。
深孔加工
图1 缸体压铸模进气侧滑块型芯孔
以奔驰M274缸体压铸模进气侧滑块型芯孔（见图1）的加工为例，说明其加工工艺。图1中的装配尺寸：ϕ28、ϕ41、ϕ42、ϕ44mm的公差等级是H7，过孔ϕ40、ϕ50mm的公差是±0.1mm，同轴度要求是0.05mm，装配面的表面粗糙度是Ra0.8μm，其余孔的粗糙度要求是Ra1.6μm，具体加工要求如图2所示。
图2 滑块型芯孔加工要求
加工工艺
制订模具零件深孔加工的工艺一般按照以下步骤进行：先分析模具结构及孔的直线度、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等技术要求，确定模具零件材料的当前加工状态；制定模具零件深孔加工的工艺可行性方案；选择相应的加工机床；确定深孔加工的全套刀具以及刀具切削线速度Vc，每齿切削量fz等参数；最后分析深孔加工结果。
改进传统的深孔加工工艺，尤其是选用的钻头应具有很好的定位与导向功能。在零件热处理之前，深孔不进行任何加工。机床选用DMU五轴加工中心，利用机床的多轴功能，零件热处理后，ϕ28H7mm的孔从型腔面加工，ϕ40、ϕ41H7、ϕ42H7、ϕ44H7、M48×2、ϕ50mm从背面加工，在一次装夹的情况下，将该孔所有的机加工工作全部完成。既保证零件加工精度，又提高了加工效率，钻孔的加工工艺流程如图3所示。
图3 钻孔加工工艺流程
工艺分析
传统深孔加工工艺一般以普通麻花钻的预钻孔加工为主，加工效率低、尺寸精度较难控制。因此缩短加工时间、减少加工余量、保证孔的直线度和直径尺寸要求，是改进传统深孔加工工艺的关键因素。表2所示为传统与新加工工艺的对比。
表2 传统与新加工工艺的对比
刀具性能分析
深孔加工新加工工艺采用带有中心定位的U钻，能保证加工位置准确，并在整个钻削过程中，始终保持钻头中心不偏移。钻头上的硬质合金支撑块，能有效避免钻头发生让刀和孔缩现象。钻头的刀片在加工过程中排屑轻快，选用的涂层材质和槽型能保证刀具使用寿命和加工安全稳定性，可承受较大的切削力。零件加工时间短，保证留给电火花加工的余量少。深孔枪钻能加工淬火热处理后的材料，同时也提高了加工效率。
对于高精度的孔，使用特制铰刀加工，刀具刚性好，能有效地控制加工孔的直线度和直径尺寸。镗刀可用于粗、精结合的孔加工，可通过调整切削刃宽度，更好地分配切削力，效率高。普通钻头与U钻的性能对比分析如表3所示。
表3 普通钻头与U钻的性能对比分析
数控机床加工参数分析
图4 U钻
以U钻（见图4）为例，首先用刀具供应商推荐的理论值Vc=50m/min，计算得主轴转速S=398r/min。在实际加工中，此转速的刀片磨损量比预期严重，机床负载较大，超过50%。为了不影响加工效率，通过降低转速，不断对刀具线速度Vc进行修改，观察刀片磨损程度与孔的表面粗糙度，最后确定Vc=40m/min，S=320r/min。
精加工F=fz×n×S，F为机床主轴进给量；fz为每齿切削量；n为齿数。精加工F值计算得出后，还要考虑表面粗糙度值。刀具的齿数是2齿，刃角半径R0.8mm，当Ra=0.016μm，最大fz=0.159mm/r；当Ra=0.008μm，最大fz=0.113mm/r。实际加工中，F取理论最大值时，刀片磨损量大，需频繁更换刀片，反而降低了整个深孔加工的效率，增加了加工成本，需降低fz值。经过多次调试，当fz=0.03mm/r，此时孔的表面粗糙度满足要求，同时刀片磨损量减少，无需更换刀片，可重复使用。通过计算得出机床主轴进给量F=18mm/min。
图5 镗刀
图6 特制铰刀
同理镗刀（见图5）、深孔枪钻与特制铰刀（见图6）的加工参数也根据实际加工效果与理论值进行调整，得出表4所示的参数。
表4 刀具的机加工参数
加工结果
（1）ϕ40mm的U钻，在整个加工过程中对加工中心的负载影响比较小，尤其在钻头经过侧壁的穿孔时，负载保持在45%以下，很好地保护了机床。同时ϕ40mm孔加工后，使用机床的红宝石探针在351mm长度的范围内进行直线度检测，检测结果为0.05mm，完全符合孔的直线度要求。测量孔的直径为：ϕ（40 0.06）mm，符合±0.1mm的加工要求。孔内壁的表面粗糙度Ra=0.012μm，符合粗糙度要求。
（2）深孔枪钻同样在整个加工过程中对加工中心的负载影响比较小。用红宝石探头分别在前端孔、台面转过角度以后的后端孔，检验尺寸公差，检测结果显示，前端孔ϕ28mm和后端孔M48mm×2的同轴度为0.02mm，测量孔的直径为：ϕ（27.8 0.018）mm。
（3）经测量特制铰刀加工的前端孔的直径为：ϕ(28 0.015)mm，符合孔H7的加工要求。孔内壁的表面粗糙度Ra=0.004μm，符合Ra0.8μm粗糙度要求。模具装配过程中，实现一次性装配完成，没有干涉现象。
（4）经测量镗刀加工的后端密封圈孔的直径分别为：ϕ(41 0.018)、ϕ(42 0.016)、ϕ(44 0.015)mm，符合孔H7的加工要求。粗糙度Ra=0.006μm，符合Ra0.8μm粗糙度要求。密封圈装入后，没有拉磨现象。
针对淬火热处理后的缸体压铸模零件中，深度大于8倍直径以上的型芯孔，需要保证孔的前端装配面与后端的密封面之间的同轴度要求，这类精度要求高的孔加工工艺，可以采用在热处理前不进行任何的加工，而在热处理后，在多轴加工中心上，利用机床的多轴功能，正反面多角度双向加工。使用U钻、镗刀，特制铰刀等，一次性地将模具型腔面上的配合孔、模具零件中间的过孔、尾部的密封孔都加工到尺寸要求。通过对传统的模具零件深孔加工工艺的改进，提高深孔加工的加工效率、尺寸的公差精度，同时降低模具型芯的装配误差、减少装配时间，最终达到高效、高精度的模具生产要求。
▍原文作者:苏晨东1、吴晓景 1、朱永1、刘永跃 2
▍作者单位：1.上海皮尔博格有色部件有限公司；2.宁波合力模具科技股份有限公司
