在模具製造領域的常見問題解答

瀏覽次數: 日期:2011年3月1日 10:56

   選擇模具鋼時什麽是最重要的和最具有決定性意義的因素?

成形方法-可從兩種基本材料類型中選擇。


熱加工工具鋼,它能承受模鑄、鍛造和擠壓時的相對高的溫度。


冷加工工具鋼,它用於下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形。


塑料-一些塑料會產生腐蝕性副產品,例如PVC塑料。長時間的停工引起的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲存條件等因素也會產生腐蝕。在這些情況下,推薦使用不鏽鋼材料的模具鋼。


模具尺寸-大尺寸模具常常使用預硬鋼。整體淬硬鋼常常用於小尺寸模具。


模具使用次數-長期使用(》1000000次)的模具應使用高硬度鋼,其硬度為4865HRC。中等長時間使用(1000001000000次)的模具應使用預硬鋼,其硬度為3045HRC。短時間使用(《100000次)的模具應使用軟鋼,其硬度為160250HB


表麵粗糙度-許多塑料模具製造商對好的表麵粗糙度感興趣。當添加硫改善金屬切削性能時,表麵質量會因此下降。硫含量高的鋼也變得更脆。


影響材料可切削性的首要因素是什麽?


鋼的化學成分很重要。鋼的合金成分越高,就越難加工。當碳含量增加時,金屬切削性能就下降。


鋼的結構對金屬切削性能也非常重要。不同的結構包括:鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋製的和已切削加工過的。鍛件和鑄件有非常難於加工的表麵。


硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。一般規律是鋼越硬,就越難加工。高速鋼(HSS)可用於加工硬度最高為330400HB的材料;高速鋼+鈦化氮(TIN)塗層,可加工硬度最高為45HRC的材料;而對於硬度為6570HRC的材料,則必須使用硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼(CBN)。


非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。例如AL2O3(氧化鋁),它是純陶瓷,有很強的磨蝕性。


最後一個是殘餘應力,它能引起金屬切削性能問題。常常推薦在粗加工後進行應力釋放工序。


模具製造的生產成本由哪些部分組成?


粗略地說,成本的分布情況如下:


切削65


工件材料20


熱處理5


裝配/調整10


這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優良的總體切削解決方案對模具的經濟生產的重要性。


一般來說,它是:


鑄鐵的硬度和強度越高,金屬切削性能越低,從刀片和刀具可預期的壽命越低。用於金屬切削生產的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。金屬切削性能與結構有關,較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優良的切削屬性,而球墨鑄鐵相當不好。


加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為:磨蝕、粘結和擴散磨損。磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產生。有積屑瘤的粘結磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發生。鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上,但這可用提高切削速度和溫度來克服。


在另一方麵,擴散磨損與溫度有關,在高切削速度時產生,特別是使用高強度鑄鐵牌號時。這些牌號有很高的抗變型能力,導致了高溫。這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關,這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工,以獲得良好的刀具壽命和表麵質量。


一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為:高熱硬度和化學穩定性,但也與工序、工件和切削條件有關;要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。切削鑄鐵的滿意程度取決於切削刃的磨損如何發展:快速變鈍意味著產生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表麵質量差、過大的波紋度等。正常的後刀麵磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。


切削過程至少應分為3個工序類型:


粗加工、半精加工和精加工,有時甚至還有超精加工(大部分是高速切削應用)。殘餘量銑削當然是在半精加工工序後為精加工而準備的。在每一個工序中都應努力做到為下一個工序留下均勻分布的餘量,這一點非常重要。如果刀具路徑的方向和工作負載很少有快速的變化,刀具的壽命就可能延長,並更加可預測。如果可能,就應在專用機床上進行精加工工序。這會在更短的調試和裝配時間內提高模具的幾何精度和質量。


鑄鐵的切削特性是什麽?


什麽是模具製造中主要的、共同的加工工序?


在這些不同的工序中應主要使用何種刀具?


粗加工工序:圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。:圓刀片銑刀(直徑範圍為1025MM的圓刀片銑刀),球頭立銑刀。:圓刀片銑刀、球頭立銑刀。:圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。


半精加工工序


精加工工序


殘餘量銑削工序


通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合,以及切削參數和合適的銑削策略,來優化切削工藝,這非常重要。


切削過程中一個最重要的目標是在每一個工序中為每一種刀具創建均勻分布的加工餘量。這就是說,必須使用不同直徑的刀具(從大到小),特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時候主要的標準應是在每個工序中與模具的最終形狀盡可能地相近。


為每一種刀具提供均勻分布的加工餘量保證了恒定而高的生產率和安全的切削過程。當APAE(軸向切削深度/徑向切削深度)不變時,切削速度和進給率也可恒定地保持在較高水平上。這樣,切削刃上的機械作用和工作負載變化就小,因此產生的熱量和疲勞也少,從而提高了刀具壽命。如果後麵的工序是一些半精加工工序,特別是所有精加工工序,就可進行無人加工或部分無人加工。恒定的材料加工餘量也是高速切削應用的基本標準。


恒定的加工餘量的另一個有利的效應是對機床——導軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。


如果使用方肩銑刀進行型腔的粗銑削,在半精加工中就要去除大量的台階狀切削餘量。這將使切削力發生變化,使刀具彎曲。其結果是給精加工留下不均勻的加工餘量,從而影響模具的幾何精度。如果使用刀尖強度較弱的方肩銑刀(帶三角形刀片),就會產生不可預測的切削效應。三角形或菱形刀片還會產生更大的徑向切削力,並且由於刀片切削刃的數量較少,所以他們是經濟性較差的粗加工刀具。


另一方麵,圓刀片可在各種材料中和各個方向上進行銑削,如果使用它,在相鄰刀路之間過渡較平滑,也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工餘量。圓刀片的特性之一是他們產生的切屑厚度是可變的。這就使它們可使用比大多數其它刀片更高的進給率。圓刀片的主偏角從幾乎為零(非常淺的切削)改變到90度,切削作用非常平穩。在切削的最大深度處,主偏角為45度,當沿帶外圓的直壁仿形切削時,主偏角為90度。這也說明了為什麽圓刀片刀具的強度大——切削負載是逐漸增大的。粗加工和半粗加工應該總將圓刀片銑刀作為首選。在5軸切削中,圓刀片非常適合,特別是它沒有任何限製。


通過使用良好的編程,圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。跳動量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結合,也可以用於半精加工和一些精加工工序。


切削中,實際或有效直徑上的有效切削速度的基本計算總是非常重要。由於台麵進給量取決於一定切削速度下的轉速,如果未計算有效速度,台麵進給量就會計算錯誤。


如果在計算切削速度時使用刀具的名義直徑值(DC),當切削深度淺時,有效或實際切削速度要比計算速度低得多。如圓刀片刀具(特別是在小直徑範圍)、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和90°立銑刀之類的刀具。由此,計算得到的進給率也低得多,這嚴重降低了生產率。更重要的是,刀具的切削條件低於它的能力和推薦應用範圍。


當進行3D切削時,切削時的直徑在變化,它與模具的幾何形狀有關。此問題的一個解決方案是定義模具的陡壁區域和幾何形狀淺的零件區域。如果對每個區域編製專門的CAM程序和切削參數,就可以達到良好的折中和結果。


使用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,一個需遵守的主要因素是采用淺切削。切削深度應不超過0.20.2MMAPAE:軸向切削深度/徑向切削深度)。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。


選擇剛性很好的夾緊係統和刀具也非常重要。當使用整體硬質合金刀具時,采用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。一條經驗法則是,如果將刀具的直徑提高20%,例如從10MM提高到12MM,刀具的彎曲將減小50%。也可以說,如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20%,刀具的彎曲將減小50%。大直徑和錐度的刀柄進一步提高了剛度。當使用可轉位刀片的球頭立銑刀時,如果刀柄用整體硬質合金製造,抗彎剛性可以提高34倍。


當用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,選擇專用槽形和牌號也非常重要。選擇像TIALN這樣有高熱硬度的塗層也非常重要。


主要建議是:盡可能多使用順銑。


當切削刃剛進行切削時,在順銑中,切屑厚度可達到其最大值。而在逆銑中,為最小值。一般來說,在逆銑中刀具壽命比在順銑中短,這是因為在逆銑中產生的熱量比在順銑中明顯地高。在逆銑中當切屑厚度從零增加到最大時,由於切削刃受到的摩擦比在順銑中強,因此會產生更多的熱量。逆銑中徑向力也明顯高,這對主軸軸承有不利影響。


在順銑中,切削刃主要受到的是壓縮應力,這與逆銑中產生的拉力相比,對硬質合金刀片或整體硬質合金刀具的影響有利得多。當然也有例外。當使用整體硬質合金立銑刀進行側銑(精加工)時,特別是在淬硬材料中,逆銑是首選。這更容易獲得更小公差的壁直線度和更好的90度角。不同軸向走刀之間如果有不重合的話,接刀痕也非常小。這主要是因為切削力的方向。如果在切削中使用非常鋒利的切削刃,切削力便趨向將刀向材料。可以使用逆銑的另一個例子是,使用老式手動銑床進行銑削,老式銑床的絲杠有較大的間隙。逆銑產生消除間隙的切削力,使銑削動作更平穩。


在型腔銑削中,保證順銑刀具路徑成功的最好方法是采用等高線銑削路徑。銑刀(例如球頭立銑刀)外圓沿等高線銑削常常得到高生產率,這是因為在較大的刀具直徑上,有更多的齒在切削。如果機床主軸的轉速受到限製,等高線銑削將幫助保持切削速度和進給率。采用這種刀具路徑,工作負載和方向的變化也小。在高速銑應用和淬硬材料加工中,這特別重要。這是因為如果切削速度和進給量高的話,切削刃和切削過程便更容易受到工作負載和方向改變的不利影響,工作負載和方向的變化會引起切削力和刀具彎曲的變化。應盡可能避免沿陡壁的仿形銑削。下仿形銑削時,低切削速度下的切屑厚度大。在球頭刀中央,還有刃口崩碎的危險。如果控製差,或機床無預讀功能,就不能足夠快地減速,最容易在中央發生刃口崩碎的危險。沿陡壁的上仿形銑削對切削過程較好一些,這是因為在有利的切屑速度下,切屑厚度為其最大值。


為了得到最長的刀具壽命,在銑削過程中應使切削刃盡可能長時間地保持連續切削。如果刀具進入和退出太頻繁,刀具壽命會明顯縮短。這會使切削刃上的熱應力和熱疲勞加劇。在切削區域有均勻和高的溫度比有大的波動對現代硬質合金刀具更有利。仿形銑削路徑常常是逆銑和順銑的混合(之字形),這意味切削中會頻繁地吃刀和退刀。這種刀具路徑對模具質量也有不好的影響。每次吃刀意味刀具彎曲,在表麵上便有抬起的標記。當刀具退出時,切削力和刀具的彎曲減小,在退出部分會有輕微的材料過切削


銑刀是多切削刃刀具,齒數(Z)是可改變的,有一些因素可以幫助確定用於不同加工類型的齒距或齒數。材料、工件尺寸、總體穩定性、懸伸尺寸、表麵質量要求和可用功率就是與加工有關的因素。與刀具有關的因素包括足夠的每齒進給量、至少同時有兩個齒在切削以及刀具的切屑容量,這些僅是其中的一小部分。


銑刀的齒距(U)是刀片切削刃上的點到下一個切削刃上同一個點的距離。銑刀分為疏、密和超密齒距銑刀,許多國外廠商銑刀都有這3個選項。密齒距是指有較多的齒和適當的容屑空間,可以以高金屬去除率切削。一般用於鑄鐵和鋼的中等負載銑削。密齒距是通用銑刀的首選,推薦用於混合生產。


疏齒距是指在銑刀圓周上有較少的齒和有大的容屑空間。疏齒距常常用於鋼的粗加工到精加工,在鋼加工中振動對加工結果影響很大。疏齒距是真正有效的問題解決方案,它是長懸伸銑削、低功率機床或其它必須減小切削力應用的首選。


超密齒距刀具的容屑空間非常小,可以使用較高的工作台進給。這些刀具適合於間斷的鑄鐵表麵的切削、鑄鐵粗加工和鋼的小餘量切削,例如側銑。它們也適合於必須保持低切削速度的應用。銑刀還可以有均勻的或不等的齒距。後者是指刀具上齒的間隔不相等,這也是解決振動問題的有效方法。


當存在振動問題時,推薦盡可能采用疏齒不等齒距銑刀。由於刀片少,振動加劇的可能性就小。小的刀具直徑也可改善這種情況。應使用能很好適應的槽形和牌號的組合——鋒利的切削刃和韌性好的牌號組合。


切削長度會受到銑刀位置的影響。刀具壽命常常與切削刃必須承擔的切削長度有關。定位於工件中央的銑刀其切削長度短,如果使銑刀在任一方向偏離中心線,切削的弧就長。要記住,切削力是如何作用的,必須達到一個折中。在刀具定位於工件的中央的情況下,當刀片切削刃進入或退出切削時,徑向切削力的方向就隨之改變。機床主軸的間隙也使振動加劇,導致刀片振動。


通過使刀具偏離中央,就會得到恒定的和有利的切削力方向。懸伸越長,克服所有可能的振動也就越重要。


在切削工藝中有沒有一個最重要的因素?


為什麽最經常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選?


什麽是有效切削速度(VE)和為什麽它對高生產率非常重要?


對於成功的淬硬模具鋼銑削來說,重要的應用參數有哪些?


什麽時候應采用順銑,什麽時候應采用逆銑?


仿形銑削還是等高線切削?


為什麽有的銑刀上必須有不同的齒距?


為了獲得最佳性能,銑刀應怎樣定位?


為了消除切削過程中的振動,應采取什麽措施?


當存在振動問題時,基本措施是減小切削力。這可通過使用正確的刀具、方法和切削參數達到。


遵守下麵的已證明有效的建議:


選擇疏齒距或不等齒距銑刀。


使用正前角、小切削力刀片槽形

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