模具制造范畴的12个常见问题解答

大老虎

模具制造范畴的12个常见问题解答
1)影响材料可切削性的首要要素是什么?
　　钢的化学成分很重要。钢的合金成分越高，就越难加工。当碳含量增加时，金属切削性能就降落。
　　钢的构造对金属切削性能也非常重要。不同的构造包括：锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。锻件和铸件有非常难于加工的外表。
　　硬度是影响金属切削性能的一个重要要素。普通规律是钢越硬，就越难加工。高速钢(HSS)可用于加工硬度最高为330-400HB的材料;高速钢+钛化氮(TiN)涂层，可加工硬度最高为45HRC的材料;而关于硬度为65-70HRC的材料，则必需运用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN)。
　　非金属参杂普通对刀具寿命有不良影响。例如Al2O3(氧化铝)，它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。
　　最后一个是剩余应力，它能惹起金属切削性能问题。常常推荐在粗加工后停止应力释放工序。
　　2)铸铁的切削特性是什么?
+ J& q- Y+ q2 L& a) W　　普通来说，它是：
0 k3 J/ p/ i+ _  c0 C+ O' {9 p. K  o　　铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。用于金属切削消费的铸铁其大局部类型的金属切削性能普通都很好。金属切削性能与构造有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。片状石墨铸铁和可锻铸铁有优秀的切削属性，而球墨铸铁相当不好。
　　加工铸铁时遇到的主要磨损类型为：磨蚀、粘结和扩散磨损。磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发作。铸铁的铁素体局部最容易焊接到刀片上，但这可用进步切削速度和温度来克制。
　　在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是运用高强度铸铁牌号时。这些牌号有很高的抗变型才能，招致了高温。这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和外表质量。
. X3 Z' q' M! X5 Q% z2 T　　普通对加工铸铁所请求的典型刀具属性为：高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关;请求切削刃有韧性、耐热疲倦磨损和刃口强度。切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何开展：快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、外表质量差、过大的波纹度等。正常的后刀面磨损、坚持平衡和尖利的切削刃正是普通需求努力做到的。
# h+ H8 z' |0 j$ v) n6 I4 x" W　　3)什么是模具制造中主要的、共同的加工工序?
　　切削过程至少应分为3个工序类型：
　　粗加工、半精加工和精加工，有时致使还有超精加工(大局部是高速切削应用)。剩余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点非常重要。假设刀具途径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并愈加可预测。假设可能，就应在专用机床上停止精加工工序。这会在更短的调试和装配时间内进步模具的几何精度和质量。
　　(4)在这些不同的工序中应主要运用何种刀具?
& W  X, u) B! g# ?$ T# B　　粗加工工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀及大刀尖圆弧半径的立铣刀。
( ~2 b8 N& g) E, N　　半精加工工序：圆刀片铣刀(直径范围为10-25mm的圆刀片铣刀)，球头立铣刀。
  ~. o* t, h+ c4 j　　精加工工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀。
　　剩余量铣削工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀、直立铣刀。
5 d7 K, C; f% g% k! F  z　　经过选择特地的刀具尺寸、槽形和牌号组合，以及切削参数和适宜的铣削战略，来优化切削工艺，这非常重要。
& R! d8 W5 }3 j# K. Y. W　　关于可运用的高消费率刀具，见模具制造用样本C-1102:1
　　(5)在切削工艺中有没有一个最重要的要素?
　　切削过程中一个最重要的目的是在每一个工序中为每一种刀具创立均匀分布的加工余量。这就是说，必需运用不同直径的刀具(从大到小)，特别是在粗加工和半精加工工序中。任何时分主要的标准应是在每个工序中与模具的最终外形尽可能地相近。
　　为每一种刀具提供均匀分布的加工余量保证了恒定而高的消费率和平安的切削过程。当ap/ae(轴向切削深度/径向切削深度)不变时，切削速度和进给率也可恒定地坚持在较高程度上。这样，切削刃上的机械作用和工作负载变化就小，因此产生的热量和疲倦也少，从而进步了刀具寿命。假设后面的工序是一些半精加工工序，特别是一切精加工工序，就可停止无人加工或局部无人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削应用的根本标准。
0 ?) }; T6 Z- w0 |. ?) B. ]" i0 }0 [* A　　恒定的加工余量的另一个有利的效应是对机床——导轨、球丝杠和主轴轴承的不利影响小。
/ B4 o8 Y- k! C3 J　　(6)为什么最经常将圆刀片铣刀作为模具粗加工刀具的首选?
6 u; R8 Z, d3 g* L' G　　假设运用方肩铣刀停止型腔的粗铣削，在半精加工中就要去除大量的台阶状切削余量。这将使切削力发作变化，使刀具弯曲。其结果是给精加工留下不均匀的加工余量，从而影响模具的几何精度。假设运用刀尖强度较弱的方肩铣刀(带三角形刀片)，就会产生不可预测的切削效应。三角形或菱形刀片还会产生更大的径向切削力，并且由于刀片切削刃的数量较少，所以他们是经济性较差的粗加工刀具。
& Z  P8 @6 [+ U' q8 F　　另一方面，圆刀片可在各种材料中和各个方向上停止铣削，假设运用它，在相邻刀路之间过渡较平滑，也可以为半精加工留下较小的和较均匀的加工余量。圆刀片的特性之一是他们产生的切屑厚度是可变的。这就使它们可运用比大多数其它刀片更高的进给率。
　　圆刀片的主偏角从几乎为零(非常浅的切削)改动到90度，切削作用非常平稳。在切削的最大深度处，主偏角为45度，当沿带外圆的直壁仿形切削时，主偏角为90度。这也说明了为什么圆刀片刀具的强度大——切削负载是逐渐增大的。粗加工和半粗加工应该总将圆刀片铣刀，如CoroMill200(见模具制造样本C-1102:1)作为首选。在5轴切削中，圆刀片非常适宜，特别是它没有任何限制。
: R1 W4 W3 g9 S7 F　　经过运用良好的编程，圆刀片铣刀在很大程度上可替代球头立铣刀。跳动量小的圆刀片与精磨的的、正前角和轻切削槽形相别离，也可以用于半精加工和一些精加工工序。
　　(7)什么是有效切削速度(ve)和为什么它对高消费率效直径上的有效切削速度的根本计算总是非常重要。由于台面进给量取决于一定切削速度下的转速，假设未计算有效速度，台面进给量就会计算错误。
7 d1 y3 T4 H; R& I5 E　　假设在计算切削速度时运用刀具的名义直径值(Dc)，当切削深度浅时，有效或理论切削速度要比计算速度低得多。如圆刀片CoroMill200刀具(特别是在小直径范围)、球头立铣刀、大刀尖圆弧半径立铣刀和CoroMill390立铣刀之类的刀具(这些刀具请参见山特维克可乐满的模具制造样本C-1102:1)。由此，计算得到的进给率也低得多，这严重降低了消费率。更重要的是，刀具的切削条件低于它的才能和推荐应用范围。
　　当停止3D切削时，切削时的直径在变化，它与模具的几何外形有关。此问题的一个处理方案是定义模具的陡壁区域和几何外形浅的零件区域。假设对每个区域编制特地的CAM程序和切削参数，就可以到达良好的折中和结果。
　　(8)关于成功的淬硬模具钢铣削来说，重要的应用参数有哪些?
　　运用高速铣对淬硬模具钢停止精加工时，一个需恪守的主要要素是采用浅切削。切削深度应不超越0.2/0.2mm(ap/ae：轴向切削深度/径向切削深度)。这是为了防止刀柄/切削刀具的过大弯曲和坚持所加工模具具有小的公差和高精度。
　　选择刚性很好的夹紧系统和刀具也非常重要。当运用整体硬质合金刀具时，采用有最大中心直径(最大抗弯刚性)的刀具非常重要。一条经历规律是，假设将刀具的直径进步20%，例如从10mm进步到12mm，刀具的弯曲将减小50%。也可以说，假设将刀具悬伸/伸出局部缩短20%，刀具的弯曲将减小50%。大直径和锥度的刀柄进一步进步了刚度。当运用可转位刀片的球头立铣刀(见模具制造样本C-1102:1)时，假设刀柄用整体硬质合金制造，抗弯刚性可以进步3-4倍。
　　当用高速铣对淬硬模具钢停止精加工时，选择专用槽形和牌号也非常重要。选择像TiAlN这样有高热硬度的涂层也非常重要。
% W8 ~8 F( B, [, b# `$ |9 ~7 R　　(9)什么时分应采用顺铣，什么时分应采用逆铣?
+ r7 o* Q8 |4 j" H# C5 M　　主要建议是：尽可能多运用顺铣。
- k: M" e  h2 @　　当切削刃刚停止切削时，在顺铣中，切屑厚度可到达其最大值。而在逆铣中，为最小值。普通来说，在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短，这是由于在逆铣中产生的热量比在顺铣中明显地高。在逆铣中当切屑厚度从零增加到最大时，由于切削刃遭到的摩擦比在顺铣中强，因此会产生更多的热量。逆铣中径向力也明显高，这对主轴轴承有不利影响。
: z2 f! x! K) `　　在顺铣中，切削刃主要遭到的是紧缩应力，这与逆铣中产生的拉力相比，对硬质合金刀片或整体硬质合金刀具的影响有利得多。当然也有例外。当运用整体硬质合金立铣刀(见模具样本C-1102:1中的刀具)停止侧铣(精加工)时，特别是在淬硬材料中，逆铣是首选。这更容易获得更小公差的壁直线度和更好的90度角。不同轴向走刀之间假设有不重合的话，接刀痕也非常小。这主要是由于切削力的方向。假设在切削中运用非常尖利的切削刃，切削力便趋向将刀“拉”向材料。可以运用逆铣的另一个例子是，运用老式手动铣床停止铣削，老式铣床的丝杠有较大的间隙。逆铣产生消弭间隙的切削力，使铣削动作更平稳。
　　(10)仿形铣削还是等高线切削?
/ X" m) {3 k; a, a: D　　在型腔铣削中，保证顺铣刀具途径成功的最好方法是采用等高线铣削途径。铣刀(例如球头立铣刀，见模具制造样本C-1102:1)外圆沿等高线铣削常常得到高消费率，这是由于在较大的刀具直径上，有更多的齿在切削。假设机床主轴的转速遭到限制，等高线铣削将辅佐坚持切削速度和进给率。采用这种刀具途径，工作负载和方向的变化也小。在高速铣应用和淬硬材料加工中，这特别重要。这是由于假设切削速度和进给量高的话，切削刃和切削过程便更容易遭到工作负载和方向改动的不利影响，工作负载和方向的变化会惹起切削力和刀具弯曲的变化。应尽可能防止沿陡壁的仿形铣削。下仿形铣削时，低切削速度下的切屑厚度大。在球头刀中央，还有刃口崩碎的风险。假设控制差，或机床无预读功用，就不能足够快地减速，最容易在中央发作刃口崩碎的风险。沿陡壁的上仿形铣削对切削过程较好一些，这是由于在有利的切屑速度下，切屑厚度为其最大值。
1 t2 a* S' V3 s. _2 ^0 Q# W1 b　　为了得到最长的刀具寿命，在铣削过程中应使切削刃尽可能长时间地坚持连续切削。假设刀具进入和退出太频繁，刀具寿命会明显缩短。这会使切削刃上的热应力和热疲倦加剧。在切削区域有均匀和高的温度比有大的动摇对现代硬质合金刀具更有利。仿形铣削途径常常是逆铣和顺铣的混合(之字形)，这意味切削中会频繁地吃刀和退刀。这种刀具途径对模具质量也有不好的影响。每次吃刀意味刀具弯曲，在外表上便有抬起的标志。当刀具退出时，切削力和刀具的弯曲减小，在退出局部会有细微的材料“过切削”。
; m; w0 P$ \5 g  w　　(11)为什么有的铣刀上必需有不同的齿距?
　　铣刀是多切削刃刀具，齿数(z)是可改动的，有一些要素可以辅佐肯定用于不同加工类型的齿距或齿数。材料、工件尺寸、总体稳定性、悬伸尺寸、外表质量请求和可用功率就是与加工有关的要素。与刀具有关的要素包括足够的每齿进给量、至少同时有两个齿在切削以及刀具的切屑容量，这些仅是其中的一小局部。
: H. Y) _3 G* k5 R1 F. D$ B　　铣刀的齿距(u)是刀片切削刃上的点到下一个切削刃上同一个点的间隔。铣刀分为疏、密和超密齿距铣刀，大局部可乐满铣刀都有这3个选项，见模具制造样本C-1102:1。密齿距是指有较多的齿和恰当的容屑空间，可以以高金属去除率切削。普通用于铸铁和钢的中等负载铣削。密齿距是通用铣刀的首选，推荐用于混合消费。
　　疏齿距是指在铣刀圆周上有较少的齿和有大的容屑空间。疏齿距常常用于钢的粗加工到精加工，在钢加工中振动对加工结果影响很大。疏齿距是真正有效的问题处理方案，它是长悬伸铣削、低功率机床或其它必需减小切削力应用的首选。
% c* x/ Q% F* x4 D9 s" e# }　　超密齿距刀具的容屑空间非常小，可以运用较高的工作台进给。这些刀具适宜于连续的铸铁外表的切削、铸铁粗加工和钢的小余量切削，例如侧铣。它们也适宜于必需坚持低切削速度的应用。铣刀还可以有均匀的或不等的齿距。后者是指刀具上齿的间隔不相等，这也是处理振动问题的有效方法。
  @; H, i: J! G# e5 |　　当存在振动问题时，推荐尽可能采用疏齿不等齿距铣刀。由于刀片少，振动加剧的可能性就小。小的刀具直径也可改善这种情况。应运用能很好顺应的槽形和牌号的组合——尖利的切削刃和韧性好的牌号组合。
　　(12)为了获得最佳性能，铣刀应怎样定位?
0 M7 w- N1 [- Z: o) {7 {　　切削长度会遭到铣刀位置的影响。刀具寿命常常与切削刃必需承当的切削长度有关。定位于工件中央的铣刀其切削长度短，假设使铣刀在任一方向偏离中心线，切削的弧就长。要记住，切削力是如何作用的，必需到达一个折中。在刀具定位于工件的中央的情况下，当刀片切削刃进入或退出切削时，径向切削力的方向就随之改动。机床主轴的间隙也使振动加剧，招致刀片振动。
　　经过使刀具偏离中央，就会得到恒定的和有利的切削力方向。悬伸越长，克制一切可能的振动也就越重要。
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