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正文內(nèi)容

模具材料選擇原則與模具設(shè)計(編輯修改稿)

2024-08-29 20:28 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質(zhì)量差、過大的波紋度等。 正常的后刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。 5) 什么是模具制造中主要的、共同的加工工序? 切削過程至少應(yīng)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(yīng)用)。 殘余量銑削當然是在半精加工工序后為精加工而準備的。 在每一個工序中都應(yīng)努力做到為下一個工序留下均勻分布的余量,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,并更加可預測。 如果可能,就應(yīng)在專用機床上進行精加工工序。 這會在更短的調(diào)試和裝配時間內(nèi)提高模具的幾何精度和質(zhì)量。 6) 在這些不同的工序中應(yīng)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。 半精加工工序: 圓刀片銑刀(直徑范圍為10-25 mm的圓刀片銑刀),球頭立銑刀。 精加工工序: 圓刀片銑刀、球頭立銑刀。 殘余量銑削工序:圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。 通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合,以及切削參數(shù)和合適的銑削策略,來優(yōu)化切削工藝,這非常重要。 關(guān)于可使用的高生產(chǎn)率刀具,見模具制造用樣本C1102:1 7) 在切削工藝中有沒有一個最重要的因素? 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(chuàng)建均勻分布的加工余量。 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(yīng)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余量保證了恒定而高的生產(chǎn)率和安全的切削過程。 當ap/ae(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(chǎn)生的熱量和疲勞也少,從而提高了刀具壽命。 如果后面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。 恒定的材料加工余量也是高速切削應(yīng)用的基本標準。 恒定的加工余量的另一個有利的效應(yīng)是對機床——導軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。 8) 為什么最經(jīng)常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選? 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臺階狀切削余量。 這將使切削力發(fā)生變化,使刀具彎曲。 其結(jié)果是給精加工留下不均勻的加工余量,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(chǎn)生不可預測的切削效應(yīng)。 三角形或菱形刀片還會產(chǎn)生更大的徑向切削力,并且由于刀片切削刃的數(shù)量較少,所以他們是經(jīng)濟性較差的粗加工刀具。 另一方面,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余量。 圓刀片的特性之一是他們產(chǎn)生的切屑厚度是可變的。 這就使它們可使用比大多數(shù)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(wěn)。 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。 這也說明了為什么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(yīng)該總將圓刀片銑刀,如CoroMill 200(見模具制造樣本C1102:1)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制。 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(jié)合,也可以用于半精加工和一些精加工工序。 9) 什么是有效切削速度(ve)和為什么它對高生產(chǎn)率非常重要? 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。 由于臺面進給量取決于一定切削速度下的轉(zhuǎn)速,如果未計算有效速度,臺面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?qū)嶋H切削速度要比計算速度低得多。如圓刀片CoroMill 200刀具(特別是在小直徑范圍)、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和CoroMill 390立銑刀之類的刀具(這些刀具請參見山特維克可樂滿的模具制造樣本 C1102:1)。由此,計算得到的進給率也低得多,這嚴重降低了生產(chǎn)率。 更重要的是,刀具的切削條件低于它的能力和推薦應(yīng)用范圍。 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(guān)。 此問題的一個解決方案是定義模具的陡壁區(qū)域和幾何形狀淺的零件區(qū)域。 如果對每個區(qū)域編制專門的CAM程序和切削參數(shù),就可以達到良好的折中和結(jié)果。 10) 對于成功的淬硬模具鋼銑削來說,重要的應(yīng)用參數(shù)有哪些? 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。 (ap/ae: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系統(tǒng)和刀具也非常重要。 當使用整體硬質(zhì)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(jīng)驗法則是,如果將刀具的直徑提高20%,例如從10 mm提高到12 mm,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(zhuǎn)位刀片的球頭立銑刀(見模具制造樣本 C1102:1)時,如果刀柄用整體硬質(zhì)合金制造,抗彎剛性可以提高3-4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這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。 11) 什么時候應(yīng)采用順銑,什么時候應(yīng)采用逆銑? 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(chǎn)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,由于切削刃受到的摩擦比在順銑中強,因此會產(chǎn)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(yīng)力,這與逆銑中產(chǎn)生的拉力相比,對硬質(zhì)合金刀片或整體硬質(zhì)合金刀具的影響有利得多。 當然也有例外。 當使用整體硬質(zhì)合金立銑刀(見模具樣本C 1102:1中的刀具)進行側(cè)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?qū)⒌丁袄毕虿牧稀?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(chǎn)生消除間隙的切削力,使銑削動作更平穩(wěn)。 12) 仿形銑削還是等高線切削? 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,見模具制造樣本C1102:1)外圓沿等高線銑削常常得到高生產(chǎn)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(zhuǎn)速受到限制,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(yīng)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(yīng)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。 如果控制差,或機床無預讀功能,就不能足夠快地減速,最容易在中央發(fā)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(yīng)使切削刃盡可能長時間地保持連續(xù)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(yīng)力和熱疲勞加劇。 在切削區(qū)域有均勻和高的溫度比有大的波動對現(xiàn)代硬質(zhì)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(zhì)量也有不好的影響。 每次吃刀意味刀具彎曲,在表面上便有抬起的標記。 當?shù)毒咄顺鰰r,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”。 13) 為什么有的銑刀上必須有不同的齒距? 銑刀是多切削刃刀具,齒數(shù)(z)是可改變的,有一些因素可以幫助確定用于不同加工類型的齒距或齒數(shù)。 材料、工件尺寸、總體穩(wěn)定性、懸伸尺寸、表面質(zhì)量要求和可用功率就是與加工有關(guān)的因素。 與刀具有關(guān)的因素包括足夠的每齒進給量、至少同時
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