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幾種新型的高效率模具銑削加工方法

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

作為現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝——模具的設(shè)計與生產(chǎn)周期、產(chǎn)品精度和使用壽命,也日益成為企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)周期是否具有優(yōu)勢的決定因素。所以中國的模具制造業(yè)迎來的是良好的發(fā)展機遇,同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代模具制造水平的高低、周期的長短取決于多方面技術(shù)的支持,主要包括模具的工藝設(shè)計、直接影響模具設(shè)計和制造水準的軟件、模具制造的設(shè)備、加工模 具的切削刀具、模具的最后精修工藝、備件配件的標(biāo)準化和通用化、直至模具設(shè)計制造工程技術(shù)人員的技能水平等諸多方面。本文關(guān)注的是模具的加工效率,將從刀 具選用和切削工藝選擇方面做一些探討。

高速銑削方法

圖1  高速銑削方法

加工特征:采用小的徑向切削深度(嚙合量)ae(降低切削熱產(chǎn)生);采用小的平均斷屑厚度切削hm(降低切削熱產(chǎn)生);采用小的軸向切削深度(余 量)ap(降低切削熱產(chǎn)生);采用更耐磨的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級(因為紅硬性好的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級在高的線速度下以及工件硬度高但線速度相同時,具有 更好的刀具壽命);盡量采用比較鋒利的切削刃和槽型設(shè)計;采用加冷卻液的加工方法使其及時帶走因高速切削而產(chǎn)生的大量切削熱。(可能因此影響刀具壽命,但 是綜合經(jīng)濟性反而提高)。

用此方法帶來的優(yōu)點是:大大減少后續(xù)拋光所需時間,減少(甚至取消)電火花加工所需時間,縮短3D造型所需時間,節(jié)省加工輔助材料的無畏消耗,良好的質(zhì)量和表面粗糙度Ra,避免或延緩變形,生產(chǎn)效率高,切削熱量產(chǎn)生低,從而減少對工件質(zhì)量的影響。

用此方法需要注意的事項:對編程要求提高,不過隨著軟件的發(fā)展會愈來愈沒問題;對操作人員素質(zhì)要求提高;由于工藝新穎,需要時間學(xué)習(xí)、優(yōu)化;必須確 保萬無一失(新的軟件仿真、模擬技術(shù)提供強大支援);適用于計劃性良好和有足夠利潤的中高端產(chǎn)品; 要求系統(tǒng)的同軸度好,刀具徑向跳動量小。

大量的試驗結(jié)果表明:刀具每增加約10 μm的徑向跳動量,其使用壽命就會出現(xiàn)20%~50%的下降。適用于高速銑削的刀具夾持產(chǎn)品有熱脹式刀柄、D型精密夾頭刀柄和液壓刀柄。

熱脹式刀柄的最高轉(zhuǎn)速為45000 r/min。D型精密彈簧夾頭刀柄的最高轉(zhuǎn)速為100 000r/min。HSK-A63型液壓刀柄的轉(zhuǎn)速上限為40 000 r/min,3倍刀具直徑處的徑向跳動量為3μm。

圖2  擺線銑削方法

“剝皮”銑削方法

加工特征:采用較小的徑向切削深度(嚙合量),較大或大的軸向切削深度,高切削線速度,螺旋切削刃設(shè)計要求,不僅起到粗加工的效果,還可以省卻半精 加工過程?!皵[線”銑削方法是與“剝皮”銑削方法類似的一種加工方法。它通過降低切削徑向深度(嚙合量)arc,減少切削熱的產(chǎn)生和積聚。采用小的切削徑 向深度(嚙合量),采用實際較大的銑削擺動直徑。由于刀具切削過程中切削熱有效分散,刃口得到充分冷卻所以允許采用比常規(guī)方法更大的軸向切削深度或更高切 削線速度。

高進給銑削方法

圖3  高進給銑刀與圓刀片銑刀相比較

其加工特征為:采用較小的軸向切削深度,采用非常高的每齒進給量,采用較高的切削線速度。不僅起到粗加工的效果,還可以省卻半精加工過程。在預(yù)硬模具鋼或難加工模具鋼零件加工中,如果采用山高的F15M刀片材質(zhì)等級結(jié)合這種高進給銑削工藝,加工效果會特別好。

1.采用高進給銑削的優(yōu)點

(1)盡管采用較小的軸向切削深度,似乎加工效率還不如用傳統(tǒng)圓刀片,但實際上由于采用了比傳統(tǒng)大得多的每齒進給量(尤其是當(dāng)加工大懸伸深模腔時傳統(tǒng)圓刀片銑刀軸向切深往往也不大),所以實際金屬切除率明顯提高。

(2)切削力方向以軸向力為主,有利刀具切削剛性提高,尤其當(dāng)加工大懸伸深模腔時,表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)圓刀片銑刀。

目前模具粗開型腔普遍使用的是圓刀片銑刀(俗稱牛鼻刀),圓刀片銑刀刀片的直徑基本采用的是10mm或12mm的,為了確保粗加工后的粗糙度不至于 很差,走刀量一般不大于0.3mm/齒,而山高刀具采用標(biāo)準凸三角弧形刀片設(shè)計的高進給銑刀系列(R220/217.21)進給量可達0.5~1.5mm /齒。盡管軸向切深一般只控制在0.6mm以下,但就以加工鋼件模具為例,實際金屬切除率可高達700cm3/min,加工時間比常規(guī)圓刀片銑刀節(jié)省2/3。不僅如此,由于這種銑刀比圓刀片銑刀有更低的徑向切削分力,所以即使刀桿比較長也不至于產(chǎn)生明顯的切削振動,刀片使用壽命得到提高。

2.加工案例

工件名稱:扳手手柄模具型腔,預(yù)硬模具鋼HRC56,山高第7組材料

刀桿型號:MM10-10045.0-007(Ф 10 mm)

刀片型號:MM10-10.50-HF-MD08, F15M  

切削參數(shù): Vc = 200 m/min          N = 6350 r/min

fz = 0.50 mm/齒   

Vf = 6350 mm/min

ap = 0.5 mm 

  
ae = 75% 

插銑銑削方法

圖4  插銑銑削方法

其加工特征如下:這種方法主要適用于大長徑比的加工或機床剛性差的工況;采用常規(guī)的切削線速度;不同工件材料均適用的一種加工選擇;常用作深腔模具及復(fù)雜模具的粗加工,金屬去除率很高,表現(xiàn)出難以匹敵的高效率。

隨著機床Z軸進給功能的日趨普及和完善,插銑方法和插銑刀應(yīng)用越來越多,尤其在模具加工中經(jīng)常遇有深型腔和深凸模等刀具不得不采用大長徑比的工況。 對于這樣的加工,如采用傳統(tǒng)的圓刀片銑刀進行等高線銑削或仿形銑削,為避免切削振動只能采用較小的切削深度、小進給量、有效切削刃數(shù)量少的低效率加工方 法;而改用插銑的方法,由于切削力基本上完全沿主軸方向,所以刀具剛性極佳,切削效率比傳統(tǒng)方法至少提高2~3倍,刀片使用壽命也明顯改善。

以上介紹了應(yīng)用于模具銑削加工的現(xiàn)代銑削方法,但需要在實際應(yīng)用中結(jié)合模具自身的特點組合應(yīng)用,有利于提高加工效率,為降低加工成本打下扎實的基礎(chǔ)。當(dāng)模具制造的各個方面都取得長足的進步后,我國將變成模具制造的強國。



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