提高模具加工精度和效率

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-09 阅读:230

模具制造成本大致组成为:切削加工65%、模具材料20%、热处埋5%和装配调整10%。由此可知切削加工占成本的绝大多数,若这部分加工效率得到提高,不仅可以使总体成本下降,还可以缩短交货期,快速回收资金。

一般降低切削加工成本有两条途径:一是提高具寿命,但刀具成本只占切削成本的2%~4%,若使刀具寿命提高50%,折算到总费用也就只能使零件加工成本下降1%;另一方面是提高加工效率,即使用先进刀具,增加切削速度、进给量和吃刀量,这三者的乘积即单位时间的金属切除量,若此量增加20%,则可使成本下降15%,这是非常具有吸引力的。在具体的生产现场,机床等工艺装备是固定的不易更改,而刀具的更改相对更加容易。这里包括针对不同加工对象(材料及其硬度、形状等),选用合适的刀具材料与合理的刀具几何形状和结构。模具中的主要部分都需要使用各类立铣刀来加工。

用立铣刀直接加工淬硬钢

立铣刀若能直接加工淬硬钢就可以省去耗时长、价格昂贵的磨削加工与手工研磨时间,大大提高加工效率。近年来,谈起以铣代磨加工淬硬钢,通常首先想到运用 CBN(立方氮化硼)刀具材料,CBN其微粒硬度达HV8000~9000,其烧结体PCBN硬度可达HV4000~5000,耐热性高达 1400~1500℃,在800℃时其硬度仍高于陶瓷与硬质合金的常温硬度,故能够以硬质合金3~5倍的切削速度进行切削,其化学稳定性很高,在 1200~1300℃高温下它不与铁系材料发生化学反应,在2000℃才与碳发生反应。切削时与各种工件材料的粘结,高温时的扩散作用也比硬质合金少得多,因此特别适于加工钢铁材料。其导热性为硬质合金的20倍,仅次于金刚石,且导热性随温度的提高而增强。它与不同材料的摩擦系数仅为0.1~0.3(硬质合金为0.4~0.6),并且随着切削速度的提高,摩擦系数还会进一步下降。

三菱较早开发了CBN材料的立铣刀,其CBN-1XLB型球头立铣刀球头半径为1mm,颈长为5mm,铣削HRC60的SKC模具钢可以达20000r/min,1700mm/min的进给量,0.05的背吃刀量,切削800m后刀面仅磨损了0.03mm,若背吃刀量提高到0.1mm,也就是在较高的负荷下,切削了400m后刀面的磨损高度也仅为 0.022mm。在切削淬硬模具钢时,若选择CBN材料,虽价格贵但因切削速度高,可以缩短加工时间,延长刀具使用寿命,提高产品质量,因此具有更好的经济性。

近年来,由于涂层技术与硬质合金材料的不断发展。以三菱公司产品为例:其TiN涂层维氏硬度HV=1900,(AlTi)N涂层的 Mstar系列立铣刀HV=2800,VC系列立铣刀采用(AlTiSi)N涂层HV=3200,最近开发的Impact Miracle技术纳米级(Al、Ti)N涂层VF系列HV=3700,可以说接近了PCBN的硬度。淬硬钢的硬度一般达HRC45~68,为切削它,刀具材料硬度应为其3~5倍以上,相差得越多刀具越耐磨,或是可以用更高的切削速度进行加工。HRC68相当于HV940,二者对比并非线性关系,但大致可看出Mstar系列立铣刀已能切削淬硬钢,而VC和VF系列立铣刀均可直接以更高的效率加工淬硬模具钢。

划分加工工序

模具加工工艺路线按工序性质不同,可划分成如下几个阶段;①粗加工:其主要任务是切除大部分加工余量;②半精加工:使主要表面消除粗加工留下的误差,达到一定的精度,留精加工余量,为精加工做准备。③精加工:使各主要表面达到图纸技术要求。④光整加工:有更高精度和表面质量要求时可设之。划分加工阶段是因为;①粗加工、半精加工时切削余量大,切削力、热、功率消耗大,工件刀具机床受力、受热有一定的内应力和变形存在,不可能达到高的加工精度和光洁度。若有后续的精加工等应逐步减少切削用量,修正消除工件误差及毛坯留下的复映误差。画分工序后,各阶段的时间间隔有利于工件消除内应力,使变形充分,以便在后续工序中得以修正。②划分加工阶段便于合理使用机床,使用不同功能的刀具,如大型模具粗加工尽量使用可转位刀片,特别是带圆形刀片的立铣刀,圆形刀片可在各个方向上切削,切削轨迹间过渡平滑,为半精加工留下小而较均匀的加工余量,圆形刀片比任何带角刀片的刀头强度都大,可承受大的切削负荷而不损伤。圆形刀片各点主偏角由0°~90°,切削负荷逐渐增大,可在各个方向和各种表面上加工,可转位次数多,经济性好。带可转位刀片的立铣刀一般精度不够高,其精度较高的可用它进行半精加工。精加工阶段可换用精度高的整体立铣刀,如三菱的精密整体球头立铣刀球头R精度最高可达±0.002mm,圆弧头立铣刀转角R的精度也达到±0.01mm,在加工中心上加工直接达到精密级要求,而免除了磨削。③便于热处理、中间检查等工序插入。最近三菱开发球头精度达±0.006SRF型机夹式刀片球头立铣刀,圆弧精度达±0.01SUF型立铣刀,使机夹式刀片立铣刀也能参加到半精加工,甚至精加工中来,进一步为达到一定的精度提高了效率。

使各工序各表面加工余量均等,即使得每个工序加工前后与模具最终形状尽可能相似,均布的余量可保证加工过程高效且安全稳定,刀刃上切削力、热负荷变动少,寿命就可能提高,有利于实现无人加工,使机床负载恒定,并有利实现高速切削。

模具的凹凸模的仿形加工通常用等高线加工和扫描线加工两法,等高线加工即沿模具形状一定高度的轮廓周缘仿形切削,扫描线加工则是沿模具垂直截面形状不同高度上下起伏切削。等高线法刀具路径、切削负荷和方向变化小,更易保证余量均匀,维持恒定切削速度,背向和侧刀吃刀量。以上各项变化少,就减少了刀具损伤,提高了它的寿命。在淬硬钢加工与高速铣削时,尤应采用此法。而扫描线仿形加工时,刀具不断进入退出,反复地顺铣逆铣,刀刃上热应力变化,负荷变化急剧,刀具易损,加工表面质量也较差。

高速切削运用及其注意事项

高速切削并不一定是高转速,应尽量使用大直径立铣刀。刚性提高后,切削速度也不会降低,进给量可以提高,效率也可以提高。

当背吃刀量ap小时,高速切削时要注意实际切削速度是否达到高速值的要求,设Dm为立铣刀名义直径,Ds为小背吃刀量ap时,在球头部份小于名义直径的实际切削作用直径。

Ds=ap,实际切削速度Vs=πDsN/1000(N为转速)。若Vs过小应提高转速达到高速加工要求。特别在精加工时,ap很小,若不注意会影响加工效率与加工质量,即使采用先进刀具也不能发挥其作用。提高刚性,注意平衡,防止振动;从刀具角度来做到这点首先是尽量用粗的刀具,一般直径增加20%,刚性就可提高 50%。另外就是尽量缩短悬伸长度,同样悬伸长度缩短20%,刚性就可以提高50%,刀具和刀柄自身的平衡也非常重要,刀柄常有为高速加工用的特殊平衡刀柄可供选用。如NT公司的GTC型高平衡刀柄,因在每个组成零件加工时作了修正,可实现在40000r/min的高转速高精度加工。用于BT30,的 GTC刀柄不平衡值仅为0.1gmm以下,BT40,HSK-63-A的GTC刀柄高速回转不平衡量仅为2.0gmm以下。另外,高效加工时刀柄对立铣刀的夹持力也很重要,应用专用的铣刀刀柄,如通过滚针传递大夹持力的NT超强锁紧型CT。S型刀柄夹紧力大,夹持刚性也大为增加。另外,如使用少齿数、不等齿距、不等螺旋角导程的铣刀。三菱有一种双螺旋角38°、41°不等导程立铣刀,可用以防振,特别在铝合金切削时效果尤为明显。

标签: 精度
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