钢模型腔超塑成形与电火花复合加工

的降低则意味着超塑成形可以在普通压机上、在较 宽的温度范围、 较高的应变速率范围内进行， 对模坯 的组织要求也可降低 （省略 " # ） ， 从而可降低工艺成 本并提高加工效率。 （ +） （最终精度由 ! ! + 由于无需考虑淬火变形 保证） ，故可采用多种热处理方式以提高模坯强韧 性，也可将超塑成形后仍处于成形温度的模坯迅速 调整至淬火温度淬火，无需重新加热并有形变热处 理的效果。 （ !） ! ! 只是精加工电极的设计与制备。 （-） 某些部位的型腔加工余 ! - 的加工余量很小， 量甚至为零， 故可明显减少电火花工时及电极损耗， 并使压印成形后仿型腔分布的流线基本不被破坏， 型腔表面过热过烧层趋于零。
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%/ 本满足超塑成形的组织条件 .# ， 。 超塑成形精度要求
其适用范围的局限性而未被广泛采用 .# 0% / 。 事实上任何一种加工技术都有局限性，因此若 将某些现有技术优化组合，则往往有更好的效果。 钢模型腔的电火花加工和超塑成形主要工艺特点 对比见表 "， 可以看出， # 种技术有一定互补性。如 电火花加工效率低，但可加工淬火后的模坯。超塑 成形快，但成形后淬火强化会影响已成形型腔的精 度。基于以上分析，将 # 种技术优化组合的超塑成 形与电火花复合加工技术，即以超塑成形为主，辅 以电火花加工， 可获得意想不到的效果。
图! 二次分型模具结构 * % 垫块 ! % 导柱 #" % 推杆 -、 (* % 弹簧 #( % 耐磨块 ) % 限位 (- % ## % 推板 (# % 浇口套 ($ % 滑块 (! % 挡块 # % 螺钉 $ % 推杆固定板 (0 % 支承板
############################################### 移动实现部分抽芯。在塑件顶出时， 斜推杆 (- 在推 耐磨块 #( 作用于斜推杆 (4，在推出塑件的同时实 出机构的作用下实现另一部分的侧向抽芯。 现另一部分的侧向抽芯。 在设计时应注意 # 点： !斜 （ #） 芯部为实体的型芯， 在开模时 ! 块首先相 对于 " 、 然后 " 、 # 两组型芯作轴向运动， # 两组型 芯分别实现径向运动，模具结构如图 ! 所示。模具 在开模时， 由于弹簧 - 的作用， 模具首先从 3 / 3 面 分型， 此时型芯 0 下移， 滑块 ($ 在弹簧 (* 的作用下 向中心移动实现部分侧抽，当限位螺钉 ) 与动模板 模具从 . / . 处分型。当塑件在推出时， () 碰合时，
" 超塑压印成形 F " ; G " 热处理强化 F " ! G " 精微电火花加工 F # 2 G
" 组织细化预处理 F " " G
工艺凸模设计与制备 F " $ G 复合加工： 模坯制备 F # ( G 工艺凸模设计与制备 F # " G
" 超塑压印成形 F # $ G
电极设计与制备 F # ! G
7 # % #! # 7 # % #! # 7 # % #! #
图$
复合加工技术制造的冷挤压模
合加工与超塑成形相比，降低了对工艺凸模形状尺 寸精度及超塑压印成形精度的要求，因而本实例中 省去了模坯的组织预处理、 工艺凸模的磨削加工， 并 可在普通液压机上、较快速度下完成型腔成形。经 测评， 该模具批量达 "# 件时， 复合加工比原电火花 加 工 的 工 艺 成 本 降 低 约 (!: ， 制 造 周 期 缩 短 近 且提高了模具使用寿命， 模具批量大于 "# 件 !#: ， 时， 则工艺成本和制造周期优势更明显。 ; 结束语 对于形状比较复杂、 精度较高、 有批量要求的钢 模型腔，采用超塑成形与电火花复合加工有更好的 综合效益， 是可供首选的型腔加工技术。 参考文献：
表" 钢模型腔电火花加工和超塑成形主要工艺特点对比
电火花加工 超塑成形
" & 型腔加工效率较低，周期长 " & 超塑成形效率较高，周期明显缩 （几个甚至几十个工时） 。 数不易调控。 低， 但消耗大。 加工后不再热处理。 易产生过热过烧层。 成本差别不大。 短。 成本高， % & 高温合金凸模不易制备， 型腔。 后淬火回火强化 （影响型腔精度） 。 分布， 型腔表面无过热过烧层。 均成本明显降低。 # & 工艺参数尤其是精微加工参 # & 型腔压印成形易实施。 % & 铜或石墨电极易制备、成本 但 " 个凸模可成形几十甚至上百个 + & 型腔加工前淬火回火强化，+ & 成形前需组织细化预处理，成形 ! & 模坯流线被破坏，型腔表面 ! & 模坯内部组织改善，流线仿型腔 - & 型腔的单件加工与批量加工 - & 单件加工成本高，批量加工则平
参考文献：
5(6 塑料模具设计手册编写组 % 塑料模具设计手册 5 7 6 ， 北京： 机械工业出版社， (40# %
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螺钉 复回杆
钢模型腔超塑成形与电火花复合加工
（ ( % 河南科技大学，河南洛阳
摘要： 钢模型腔的电火花加工是常用的型腔加工技术， 但加工效率较低。型腔超塑成形是型腔加工新技 术之一， 但需用高温合金凸模， 且成形后需淬火强化而影响已成形型腔的精度。介绍了将 # 种技术优化 组合的复合加工原理、 实施方案及应用实例。该技术尤其适用于有批量要求的复杂高精度型腔的加工。 关键词： 钢模型腔； 超塑成形； 电火花加工； 复合加工 文献标识码： 文章编号： 中图分类号： + , $)- % #； + , --( . (""( / #(-0 1 #""$ 2 (( / ""!" / "$
!"#$%#&’()*+ ,-%.*/0 ’/1 234 5-.#-"/1 6%-+$((*/0 -7 )8$ !)$$& 3*$ 5’9*):
( % 动模座板 0 % 型芯
4 % 导滑板
(( % 定模座板
() % 动模板
(4 % 斜推杆 5#6
成都科技大学， 北京化工学院， 天津轻工业学院 % 塑 5 6 料成型模 7 % 北京： 中国轻工业出版社， (40# %
— — —— — —— — —— — —— — —— — —— — —— 作者简介： 杨蕴林 （"*+! , ） ， 男， 河南开封人， 教授， 主要研究方 向为金属材料及热处理、 超塑技术、 固态焊接， 地址： 河南科技大 学材料科学与工程学院。电话： （+#%"+)-） $%)* 基金项目： 河南省科技攻关计划项目 （编号 *-"""$##"） 收稿日期： #$$% , $+ , #%
" 热 处 理 强 化 F #; G
图(
型腔超塑成形与复合加工主要工艺流程 （非型腔部分的加工工序略去）
复合加工的工艺凸模采用镍基高温合金 * $， 其形状尺寸精度是根据该冷挤模图纸要求，经适当 调整后确定的 （如图 " 所示） ， 采用精铸棒料慢走丝 线切割加工而成。 超塑成形是在 + ,$"-(##. 液压机上采用反挤 压半开式成形，成形温度 )/# 0 /##1 ，压下速度 # % 2 0 ( % "33 4 3 56 ，成形时间! (#3 56 ，型腔深度 ! % ! 0 ! % /33 。成 形 后 迅 速 将 模 坯 顶 出 并 转 移 到 ( ###1 的炉内，透烧后热油分级淬火，(/# 0 "##1 回火。 电火花精加工的电极尺寸除取决于模具图纸 要求外还要考虑超塑成形及淬火后型腔的实际形 状尺寸， 为此， 对模拟试样进行了批量检测， 发现型 腔自根部至端口略呈喇叭口变形。经电火花试加 工，最终确定紫铜电极主要尺寸（参见图 "）为 ! $% ( 33 ， 33 ， 33 。电火花 !(8 !(! % / 精加工工时 ! (9 ，加工后型腔形状尺寸精度、粗糙
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引
言
钢模型腔的现有加工技术主要是机加工和电 加工，而复杂高精度型腔的加工主要靠电火花加 工 。 型腔超塑成形技术虽有良好的应用前景， 但因
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图 " 对比了复合加工与超塑成形的主要工艺流 程。以下以复合加工为主予以说明： （ "） 模坯下料后一般都要经过锻 ! " 与 " " 相同。 造及热处理， 以改善组织提高使用寿命， 这在一定程 度上也起到了为 ! % 或 " # 、 " + 作组织准备的作用。 （#） ! # 与 " % 区别在于对工艺凸模的精度要求。 这样可减少难加工的高 ! # 对凸模精度要求可降低， 温合金凸模的加工工序、 工时和成本， 并增长凸模使 用寿命。 （ %） ! % 与 " + 区别在于பைடு நூலகம்超塑成形的精度要求。 超塑成形的型腔精度完全取决于 " % 和 " + ， " # 是为 复合加工的型腔精度由 ! # 、 " + 服务的， !% 及 !- 保 证， 且最终精度由 ! - 保证， 因而复合加工中可降低 使 "# ! # 、! % 的精度要求。对 ! % 精度要求的降低， 可以省略，这是由于模具钢大多是以热轧球化退火 态供应的，要求较高的模具还要对模坯进行锻造和 热处理以进一步改善组织，因而成形前模坯组织基 本上是铁素体基体与均匀分布的粒状碳化物，已基
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《模具工业》#""$ % & ’ % (( 总 #)$
模具制造技术
!!" 杨蕴林 ( ，王长生 ( ，卢根基 ( ，马仰峡 # *)(""$； # % 三门峡市科协，河南三门峡 *)#"""） 推杆的复位。 由于模具在开模时有 # 次分型， 因而斜 推杆不能固定在推杆固定板上，为了保证斜推杆的 成型位置，斜推杆可采用弹簧复位或利用分型面复 位； 推出距 "推出距离的计算。由于 3 / 3 处分型， 离为 3 / 3 分型距离加实现侧抽所需的有效推出距 离。
#
复合加工技术工艺方案
!" 综上所述，复合加工技术兼有电火花加工和超 塑成形技术的优点而避开了各自的缺点。 $ 应用实例 某离合器挂档轴端部梅花瓣形齿冷挤压模，材 料为 AB ("> ’C ，硬度要求 !8 0 2(DEA 。原制造工
超塑成形： 模坯制备 F " ( G
《模具工业》"##$ % & ’ % (( 总 ")$ 艺：下料"锻造"球化退火"机加工"淬火回火" 磨削"梅花形型腔的电火花加工"装配，其中仅电 工时费用达 $## 元。 模具 火花加工型腔就需 ; 0 29 ， 使用中梅花形型腔端口易发生局部崩块而早期失 效。该模具型腔形状复杂， 精度要求较高， 并有批量 要求， 宜采用复合加工技术。