試論淬硬模具的高速加工

摘要：淬硬模具的高速加工還是一項新工藝，一些人還沒有掌握這項新技術(shù)，但是只要遵循一些基本的準則就可以很好地應(yīng)用該項技術(shù)，并能充分發(fā)揮它的優(yōu)越性，收到良好的效果。本文作者全面地介紹了其中主要的工藝因素：機床、刀具、刀柄和編程。

關(guān)鍵詞：模具；加工

模具加工主要有三種工藝：軟加工、硬加工和電加工，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)、硬度來決定采用哪種方法或者是它們的組合。當模具很大、很深時，淬火前的粗加工、半精加工用軟加工，淬火后的精加工用硬加工；小的、淺的模具可以在淬火后一次性銑成。如果模具壁很薄、模腔又很深，則采用電加工。

刀具的選擇：加工淬硬模具時，正確選擇銑刀很重要。有三種基本類型的銑刀：球頭銑刀、圓角平頭銑刀和尖角平頭銑刀。通常，首選刀具是球頭立銑刀。球頭的大圓弧形狀可以分散高速加工淬硬金屬時作用在刀刃上的切削力和切削熱，并且加工出來的曲面較接近所需的形狀。

如果模腔有一個大而平的底面，則在用球頭立銑刀粗加工后，應(yīng)使用圓角平頭銑刀，這種刀具對力和熱的分散效果比球頭立銑刀差。光角平頭銑刀用在加工需要清根的部位，是在球頭立銑刀或圓角平頭銑刀已切出了盡可能多的余量之后再進行清根，這種刀具的光角很容易崩刃。

刀具的剛性很重要，為了增加小直徑銑刀的剛性，刀柄的直徑做得比刀具直徑大許多，以改善加工光潔度和延長刀具壽命；刀具裝夾的懸伸長度應(yīng)盡可能短。

其次，刀柄的形狀應(yīng)適應(yīng)模具的結(jié)構(gòu)。通常應(yīng)保持銑刀與工件的側(cè)面有半度的間隙，例如工件的側(cè)面是3°的斜面，則刀柄的外形做成5/2°，以獲取最大的剛性。如果工件的側(cè)面是90°的直面，則刀柄應(yīng)采用細頸結(jié)構(gòu)。

減少切削熱：過多的切削熱會使工件變形，降低加工精度。減少熱量的一個方法是控制每次走刀的間距。

對于粗加工，走刀間距S應(yīng)等于銑刀直徑的25%～40%。而對于精加工，走刀間距可根據(jù)給定的刀痕高度H進行計算。走刀間距的大小決定了每條刀刃在每一轉(zhuǎn)里參與切削的時間長短，或者說不參與切削的時間即冷卻時間的長短，因此決定了積聚在刀具里熱量的多少。走刀間距大，刀刃在每一轉(zhuǎn)里切削時間多，冷卻時間少，使熱量不斷積聚，刀具溫度升高；反之，小的走刀間距可限制熱量的產(chǎn)生和積聚。因此，通過調(diào)節(jié)走刀間距的大小，可以控制熱量和刀具的溫度，并進一步提高切削速度而使切削溫度仍低于涂層能承受的最高溫度。另一方面，還可以選擇新的涂層，使刀具能承受更高的切削溫度，即使用更高的切削速度。例如TiCN涂層的最高工件溫度是400℃(720F)，而TiAIN是800℃(1470F)，由于它耐熱性好，所以，TiAIN涂層更適用于高速加工淬硬的模具。切削速度和進給量也是控制熱量的關(guān)鍵因素，厚的切屑帶走的熱量多，留給工件的熱量較少。如果切屑太薄，刀具在工件上擠壓摩擦會導(dǎo)致工件發(fā)熱。此外，大的切削截面可延長刀具壽命，提高生產(chǎn)效率。

刀具的耐用度和裝夾：用鈍的刀具必須及時更換，那么怎樣來判斷刀具的磨損呢?通?？赏ㄟ^肉眼來觀察：當?shù)毒哂免g時，切削時刀頭部位會變紅，表明力和溫度都已超載。開始時這種灼紅的顏色只出現(xiàn)在刀尖的部位和材料切除量大的地方，時現(xiàn)時無，到磨鈍時可以看到刀頭部位持續(xù)發(fā)紅。為便于看清這種紅色，觀察時可把機床照明關(guān)掉。

正確裝夾銑刀對于淬硬模具加工十分重要，這涉及刀柄的公差、刀柄與刀夾的配合、安裝后的徑跳等因素。刀柄與刀夾適當?shù)呐浜瞎羁杀ＷC夾持的剛性、精度和一致性。為此，刀柄的制造公差應(yīng)是－0.0025mm到－0.005mm，結(jié)構(gòu)應(yīng)適合熱縮裝夾；而標準規(guī)定的公差高達－0.0125mm，這會導(dǎo)致過大的徑向跳動。此外，刀柄的圓度至少應(yīng)保持在±0.00625mm。裝夾后的徑向跳動造成切削負荷不均勻，有的刀刃負荷大，而另一部分刀刃負荷小，后者是淬硬模具加工最忌諱的。由徑跳引起的振動會造成機床的顫振和刀具崩刃，因此要嚴格控制刀具的徑跳，并應(yīng)注意不要把刀柄拋光，因為刀柄拋光會降低夾持的可靠性。

高性能的機床：在高效加工淬硬模具時，不應(yīng)忽略對機床的要求，盡管淬硬工件也可以在一臺落后的低速的機床上加工，但效率很低。如果機床的主軸轉(zhuǎn)速較低，那么其進給速度相應(yīng)也低，因此使用剛性好的、精度高的機床才能取得好的效果。模具加工機床的數(shù)控系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，在考慮購買新機床時要關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)的性能，在高的進給速度時，系統(tǒng)應(yīng)具備高的加、減速補償能力。機床加工效率還與數(shù)據(jù)處理的速度、伺服系統(tǒng)響應(yīng)的快慢、插值運算的速度、反饋系統(tǒng)的分辨率和運動部件的質(zhì)量等因素有關(guān)。

編程要點：加工模具時，刀具切入的方式即刀具受力的狀況取決于數(shù)控編程，因此，編程是高效加工淬硬鋼的關(guān)鍵之一。刀具切入模具的路徑應(yīng)采用螺旋插補，這樣的切入過程較平穩(wěn)。在不能采用從側(cè)面或螺旋切入的場合，應(yīng)采用斜波切入，避免軸向切入。編程還決定了徑向走刀的大小和切削深度。

總之，要實現(xiàn)淬硬鋼的高效加工，需要合理地應(yīng)用機床、刀具、刀夾和編程技術(shù)，把每一個因素都考慮周到才能達到預(yù)期的理想效果。