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高速加工手艺在古代模具制作的操纵

1.弁言

模具作为首要的工艺装备,在破费品、电器电子、汽车、飞机制作等产业行业中据有无足轻重的地位。固然最近几年来我国模具手艺有了敏捷的成长,但与制作强国比拟另有较大差异。今朝我国手艺含量较低的模具已供过于求,而紧密、庞杂的高级模具则大批依托入口。

进步模具出产手艺水安然平静品质是成长我国模具制作业的首要身分。因为接纳模具高速切削手艺能够或许较着进步模具出产效力和模具精度及操纵寿命,是以正逐步取代电火花精加工模具,并已被外洋的模具制作企业遍及接纳,成为模具制作的大趋向。但高速切削手艺在模具出产中操纵时候比拟短,并且在操纵中手艺请求比拟高,我国大局部模具出产企业还不能把握并操纵,以致不能阐扬上风。文中将侧重先容高速切削加工模具的一些适用手艺和操纵的题目。


2.高速切削操纵于模具加工的上风和现阶段须要处置的题目

模具加工的特色是单件小批量、多少外形庞杂,是以加工周期长,出产效力低。在传统的模具加工工艺中,精加工淬硬模具凡是接纳电火花加工和野生修光工艺,前期加工破费了大批时候。耽误加工时候和下降出产本钱是成长模具加工手艺的首要方针。最近几年来,模具加工工艺方面有了良多新手艺,如高速切削、CAD/CAE 设想仿真、疾速原型制模、电火花铣削成型加工和复合加工等,此中最惹人注视、结果最好的是高速切削加工。

高速切削加工模具是操纵机床的高转速和高进给速率,以切削体例完成模具的多个出产工序。高速切削加工模具的优胜性首要表现在以下几个方面: 

①高速切削粗加工和半精加工,大大进步金属切除率。

②接纳高速切削机床、刀具和工艺,可加工淬硬资料。对小型模具,在资料热处置后,粗、精加工能够或许在一次装夹中完成;对大型模具,在热处置前粗加工和半精加工,热处置淬硬后精加工。

③高速高精度硬切削取代光整加工,削减大批耗时的手工修磨,比电火花加工进步效力50% 。

④硬切削加工最初成型外表,进步外表品质、外形精度(不只外表粗拙度低,并且外表亮光度高),用于庞杂曲面的模具加工更具上风。

⑤防止了电火花和磨削发生的脱碳、烧伤和微裂纹景象,大大削减了模具精加工后的外表毁伤,进步模具寿命20%。

⑥工件发烧少、切削力减小,热变形小,连系CAD/CAM手艺用于疾速加工电极,出格是外形庞杂、薄壁类易变形的电极。

高速切削的上风对模具加工的吸收力是不言而喻的,但与此同时,模具的高速切削加工本钱高、对刀具的操纵请求高、须要有庞杂的计较机编程手艺做撑持、装备运转本钱高,是以,因为资金、手艺等方面的缘由,国际对高速切削加工模具的操纵还未几,今朝亟须要处置若何挑选和操纵高速加工模具的机床、高速切削刀具、公道的加工工艺、刀具轨迹编程层和工艺尝试等一系列题目。


3.加工模具的高速切削机床
挑选用于高速切削模具的高速机床时要注重以下题目:

(1)请求机床主轴功率大、转速高,知足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具,主轴转速到达15000~20000rmp以上。主轴转速在10000rpm以下的机床能够或许停止粗加工和半精加工。若是须要在大型模具出产中同时知足粗、精加工,则所选机床最好具备两种转速的主轴,或两种规格的电主轴。

(2)机床疾速进给对疾速空路程请求不太高。但要具备比拟高的加工进给速率(30~60m/min)和高加减速率。

(3)具备杰出的高速、高精度节制系统,并具备高精度插补、外表前瞻节制、高加快率、高精度地位节制等功效。

(4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,出格是用于高速切削模具的软件。
在模具出产中五轴机床的操纵逐步增添,共同高速切削加工模具具备以下长处:

①能够或许转变刀具切削角度,切削前提好,削减刀具磨损,有益于掩护刀具和耽误刀具寿命;

②加工线路矫捷,削减刀具干与,能够或许加工外表外形庞杂的模具和深腔模具;

③加工规模大、合适多品种型模具加工。

五轴机床凡是有任务台式和铣头式五轴机床两类,能够或许针对模具范例停止挑选。铣头式五轴机床中,可改换铣头和改换电主轴头的五轴机床可别离用于模具的粗、精加工。


4.高速切削模具的刀具手艺

高速切削加工需装备合适的刀具。硬质合金涂层刀具、聚晶加强陶瓷刀具的操纵使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为能够或许,增进了高速加工的成长。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的硬度可达3500~4500HV,聚晶金刚石(PCD)硬度可达6000~10000HV。最近几年来,德国SCS、日本三菱(神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等外洋闻名刀具公司前后推出各自的高速切削刀具,不只有高速切削通俗布局钢的刀具,另有间接今朝国际高速加工刀具的开辟与外洋另有较大差异,而入口刀具的高贵价钱同样成为障碍高速切削模具操纵的首要身分。

通俗来讲,请求刀具和刀夹的加快率到达3g以上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的现实统计,在操纵碳氮化钛(TiCN)涂层的全体硬质合金立铣刀(58HRC)停止高速铣削时,粗加工刀具线速率约为100m/min,而精加工和超精加工时,线速率跨越了280m/min。据国际高速精加工模具的经历,接纳小直径球头铣刀停止模具精加工时,线速率跨越了400m/min。这对刀具资料(包含硬度、韧性、红硬性)、刀具外形(包含排屑机能、外表精度、动均衡性等)和刀具寿命都有很高的请求。是以,在高速硬切削精加工模具时,不只要挑选高速率的机床,并且必须公道选用刀具和切削工艺。
在高速加工模具时,要重点注重以下几个方面:

①按照差别的加工工具,公道挑选硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。

②接纳小直径球头铣刀停止模具外表精加工,凡是精加工刀具直径<10mm。按照被加工资料和硬度,所挑选的刀具直径也差别。在刀具资料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具光滑前提好,在切削模具钢时,具备比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损机能。

③挑选合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具请求比通俗加工时抗打击韧性更高、抗热打击才能更强。

④接纳多种体例进步刀具寿命,如合适的进给量、进刀体例、光滑体例等,以下降刀具本钱。

⑤接纳高速刀柄。今朝操纵最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具,同时应注重刀具装夹后主轴系统的全体动均衡。


5.高速切削模具的工艺手艺

高速加工模具手艺中,工艺手艺是共同机床和刀具操纵的关头身分。以今朝国际模具出产的环境来看,工艺手艺已在很大程度上限制了高速加工模具的操纵。一方面是因为高速加工操纵的时候比拟短,还不构成比拟成熟的、系统化的工艺系统和规范;另外一方面是高速切削工艺实验本钱高,须要投入较大的资金和较长的时候。
高速切削模具工艺手艺首要包含:

(1)针对差别资料的高速切削模具工艺实验
在参考外洋高速铣削加工整机的工艺参数时发明,外洋公司出产的刀具是按照入口资料规范来做实验,用其保举的参数在高速加工国产资料模具时,结果差别比拟较着。是以,操纵外洋刀具,除须要参考厂家供给的参数外,现实的工艺实验也是须要的。
国际刀具厂家很少保举高速铣削的手艺参数,是以选用国产刀具更有须要做实验,以取得比拟对劲的工艺参数。最好选用牢固出产厂家的刀具,经由过程实验,构成加工手艺规范,并在此根本上优化出一套合适本企业的加工工艺参数,并归入企业规范。

(2)高速切削的加工刀具途径及编程

高速切削模具工艺手艺中刀具途径、进刀体例和进给量是首要内容。高速切削模具工艺手艺中的良多刀具途径处置体例是为了削减刀具磨损、耽误刀具操纵寿命,是以刀具在高速切削进给中的轨迹比通俗加工庞杂良多。
高速加工模具工艺处置应当遵守以下准绳:

①接纳小直径刀具精加工时,切削速率跟着资料硬度的增添而下降。

②坚持绝对安稳的进给量和进给速率,切削载荷持续,削减渐变,缓进缓退。防止间接垂直向下进刀而致使崩刃:斜线轨迹进刀的铣削力逐步加大,对刀具和主轴的打击小,可较着削减崩刃;螺旋式轨迹进刀切入,更合适型腔模具的高速加工。

③小进给量、小刀纹切削。凡是进给量小于铣刀直径10%,进给宽度小于铣刀直径40%。

④保留平均精加工余量。

⑤坚持单刃切削。
按照上述法则,凡是操纵的进给途径体例有以下几种:

①尽可能防止直拐角的铣削活动;拐角处用螺旋线进给切削,坚持切削载荷的安稳。

②尽可能防止工件外的进刀与退刀活动,间接从外表进入下一个深度。而是接纳斜向逐步进给切入或螺旋线切入。

③恒定每刃进给,以螺旋线或摆线途径进给加工立体,并且坚持单刃切削。孔加工时接纳铣削高速进给完成,不只可进步外表品质,并且可耽误刀具寿命。

④外表加工时坚持在水立体上(等高线),每层进刀深度不异。在进入下一个深度时,逐步进给切入。

⑤加工槽等较小尺寸外形时,选用直径小于外形尺寸的刀具,以螺旋线或摆线途径进给,坚持单刃切削。
这些高速切削模具中操纵的刀具途径处置战略须要编程完成,过于庞杂的途径手工编程难度和任务量都很大,在必然程度上影响了高速切削模具手艺的操纵,是以最好能够或许经由过程主动编程软件完成。高速切削精加工对CAM的编程提出请求,主动编程软件须要顺应出产当令推出。

Delcam公司几年前就起头了高速切削加工编程手艺的研讨,开辟了高速切削主动编程软件模块PowerMILL;模具加工操纵量最大的MasterCAM 公司也开辟了高速切削主动编程HSM软件模块。经由过程这些主动编程软件模块,前文所提到的高速切削途径处置体例都可完成。今朝国际软件企业也在开辟高速切削主动编程软件模块。


6.高速加工模具的别的手艺和实例
高速加工模具时还招考虑HSM和EDM的挑选、干切削和光滑冷却及宁静等题目。

(1)对高速切削和电火花加工停止挑选的通俗准绳是:加工高硬度、小直径、尖角、窄槽时操纵电火花机床,详细参数能够或许按照各企业的手艺和装备环境作出判定。比方Delcam供给的一个加工实例接纳1.6mm直径的刀具加工窄槽,切削参数为:转速40000rpm,切削深度0.1mm,进给速率30m/min。

(2)高速切削硬模具资料时,接纳恰当的冷却和光滑能够或许削减刀具磨损,进步外表品质。但用于高速硬切削的刀具大多抗热打击才能差,是以高速切削多接纳干切削或微量油雾光滑。

(3)高速切削模具时还招考虑刀具磨损和粉碎的监测、刀片毗连的强度等宁静题目。和接纳通俗机床加工差别,宁静防护和开机前对机床和刀具的严酷查抄对高速切削很是首要。


7.结语

模具市场对高速加工有激烈须要,国际模具企业和研讨单元已取得了一些成就,取得了一些经历。比方黄岩地域某模具厂接纳南京四开公司出产的高速精加工机床精加工大型汽车轮胎模具取得较好的结果。但高速加工模具在我国操纵时候较短,操纵根本较差,缺少成熟经历,全体手艺程度不高,成长迟缓,在高速机床和刀具操纵和加工工艺方面还存在良多题目,须要产学研连系,加大投入,综合各方面气力鞭策高速切削在模具制作中的操纵。

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