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模具,模具加工,切削

最近几年来,在欧美等发达国家,高速切削加工技术得到了愈来愈广泛的利用。以模具加工为例,大量的高速切削机床正在逐渐取代电加工装备,对模具型腔进行高效的精密加工。目前,在国内的模具制造加工,主要还是以普通机加工和电火花加工为主。工艺繁琐、效力低、周期长,在现今市场上产品更新换代日趋加快的趋势下显得越来越力不从心。高速切削技术以其高速、高质、能直接加工淬硬钢的特点,在缩短模具制造周期并下降本钱方面有着很光明的利用前景。

高速切削技术可以追溯到20世纪30年代德国CarlSalomon博士提出的高速切削理论。与传统切削相比,高速切削具有更高的切削速度和加工效力;并且加工后的表面质量高,可直接加工硬度达50-60HRC的淬硬材料以实现“以切代磨”。对照传统模具加工中的电火花加工,高速切削节省了电极设计加工的进程,加工精度显著提高,大幅度减少乃至取消了钳工的抛光量与打磨配研量,加工效力得到大幅度的提高。有统计证明:对复杂程度1般的模具,高速切削最少可减少40%的加工周期乃至更多。即便对1些形状特别复杂(例如带有深槽、窄缝)的模具型腔面,仍需要采取电火花加工,高速铣削也可帮助取得更高质量的电加工石墨电极。

1、高速切削中模具表面粗糙度的研究

表面粗糙度是模具表面质量中1个很重要的指标,高速切削对表面粗糙度的影响可以通过实验来完成,实验条件:切削材料为模具钢3Cr2Mo,刀具材料为SG4陶瓷,刀具直径100mm,主偏角75°,轴向前角和径向前角都为0°,单刃。实验通过改变切削速度、进给速度、轴向和径向切削深度来视察对表面粗糙度的影响。

实验结果可以看出:随着切削速度的提高,粗糙度呈减小趋势。在速度到达1000mm/min时,表面粗糙度到达最小值,完全到达磨削的效果。在高速切削进程中,由于切削速度的增加使得刀具与工件的接触挤压时间缩短,工件的塑性变形减少。高的切削速度也不利于积屑瘤的构成,因此能取得较好的表面质量。另外一方面主轴的高转速也使得切削时机床的激振频率很高远大于工艺系统的固有频率,减少了产生共振的可能性,有益于提高加工精度和表面质量。实验中切削速度超过1000mm/min后,Ra又出现上升趋势,主要是由于刀具磨削引发的。

相对切削速度,高速切削中进给速度、轴向切深、径向切深这些参数的增大会使得表面粗糙度呈变大的趋势。因此由实验可以得出结论,实际高速切削选择切削用量时,应选择较高的切削速度,较小的进给速度和切深更有益于提高表面粗糙度。

2、模具高速切削加工工艺

2.1切削方式在肯定模具加工工艺时要斟酌适应高速切削的要求,尽可能选用顺铣加工,在顺铣时,刀具刚切入工件产生的切屑厚度为最大,随后逐步减小。在逆铣时则恰好相反,所以逆铣中刀具与工件的磨擦更大,在刀刃上产生的热量要比在顺铣时来的多,径向力也大为增加,从而下降了刀具的寿命。

2.2进刀方式加工模具时要避免直接垂直向下的进刀方式。采取斜线进刀或螺旋进刀更合适模具型腔高速加工的需要。斜线进刀方式是逐步加大轴向切深运动到设定的轴向切深值,铣削力是逐步加大的,对刀具和主轴的冲击较小,可明显减少下刀崩刃的现象。螺旋式进刀从工件上面开始,螺旋向下切入工件。由于采取的连续加工的方式,可以比较容易的保证加工精度,而且没有速度突变,可以用较高的速度进行加工。

2.3走刀方式高速切削中对刀具的走刀轨迹的设置提出了更高的要求,在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快,如果走刀方式不公道,在切削进程中就极容易引发切削负荷的突变,从而给加工带来冲击,破坏加工质量,损伤刀具乃至装备,这类侵害要比在普通切削时严重的多。因此,高速切削中应根据不同的加工对象和形状而选择相应的走刀路径,不能1味寻求高速高效。

在模具型腔的加工中,刀具的运动轨迹大部份不是简单的直线而是曲线运动,这时候高速运动带来的惯性影响特别要注意。在切削方向产生改变时,使得变化是逐步而不是突发的。例如在切削模具型腔拐角处时,尽可能采取圆弧过渡,使转向变得安稳,同时如果能让你给配适合当下降进给速度,效果更好。这样的设置可以减少对系统的冲击,避免过切造成刀具或工件的破坏。在型腔拐角传统的加工方法中,1般是采取直线切削,接近到拐角处时,运动速度减慢,同时完成进给换向。在这期间刀具的运动是不连续,间歇的进程中会产生大量磨擦和热量;把拐角设置成圆弧过渡后,数控机床的圆弧插补运动是连续进程,就不会产生刀具的间歇运动,从而减少了刀具与工件接触长度和时间,避免因过热影响到模具的表面质量。

高速切削中还要保持刀具轨迹的安稳,避免急剧的速度变化。由于突然的加速或减速都会引成切削厚度的瞬间变化,从而致使切削力变化,使加工变得不安稳,由此使工件加工质量降落。现代很多CAM软件都提供了优化切削速度的功能,因此要根据需要选择合适的切削速度和加减速的策略,以下降速度变化对加工的影响。

采取高速切削于模具型腔加工,可以大大提高模具制造的加工效力,对国内的模具行业有很好的推行前景。在高速切削实际利用时,不同于传统加工,要根据模具的具体要求和高速切削的特点,选择公道切削参数,结合适合的加工工艺,才能充分发挥出高速切削加工的优势。

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