模具高速加工的工藝及策略

陳文勇

[摘要]切削加工是機(jī)械加工中應(yīng)用最廣泛的加工方法之一,而高速是它的重要發(fā)展方向,其中包括高速軟切削、高速硬切削、高速干切削、大進(jìn)給切削等。高速切削能大幅度提高生產(chǎn)效率和單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率,改善加工表面質(zhì)量,降低加工費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。高速切削技術(shù)在模具制造業(yè)的引用,將給模具制造業(yè)注入新的活力。

[關(guān)鍵詞]高速切削加工工藝模具制造

中圖分類號:TG7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820116-01

一、高速切削的特征及其切削要求

(一)高速切削的定義。高速切削是指在比常規(guī)切削速度高出很多的速度下進(jìn)行的切削加工因此,有時(shí)也稱為超高速切削。

(二)高速切削的特征。1.切削力低;2.熱變形小;3.材料去除率高;4.加工高精度;5.經(jīng)濟(jì)效益高。在高速切削機(jī)理研究方面,對高速切削過程中切屑形成的機(jī)理、切削力和切削熱的變化規(guī)律對加工精度、表面質(zhì)量、加工效率的影響還在進(jìn)一步的研究中。對于黑金屬及難加工材料的高速切削機(jī)理現(xiàn)在也處于研究的熱點(diǎn)。

(三)高速切削的切削要求。高速切削要解決的一個(gè)重要問題是刀具磨損。雖然高速切削時(shí)刀具與工件的接觸時(shí)間、接觸頻率與普通加工不同,而且切削過程所產(chǎn)生的熱量對刀具的影響,加工中刀具的磨損機(jī)理與普通加工也有較大的區(qū)別。另外高速加工時(shí)產(chǎn)生的離心力和振動對刀具的平衡性、安全性有直接影響。所以高速加工刀具的設(shè)計(jì)和選擇必須綜合考慮磨損、剛度、強(qiáng)度、精度和安全等方面的因素。

二、高速切削加工工藝的確定

高速切削的工藝技術(shù)也是成功進(jìn)行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。切法選擇不當(dāng),會使刀具加劇磨損,完全達(dá)不到高速加工的目的。實(shí)踐證明,如果只有高速機(jī)床和刀具而沒有良好的工藝技術(shù)作指導(dǎo),昂貴的高速加工設(shè)備也不能充分發(fā)揮作用。高速切削的工藝技術(shù)包括對各種不同材料的切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化,刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。

(一)切削方法的選擇。在高速切削加工中,應(yīng)盡量選用順銑加工。直接垂直向下進(jìn)刀極易崩刃,不宜采用。斜線軌跡進(jìn)刀方式是逐漸加大軸向切深運(yùn)動到設(shè)定的軸向切深值,銑削力是逐漸加大的,因此對刀具和主軸的沖擊比垂直下刀削,可明顯減少下刀崩刃的現(xiàn)象。螺旋式軌跡進(jìn)刀方式從工件上面開始,螺旋向下切入。由于采用的連續(xù)加工的方式,可以比較容易的保證加工精度。而且,由于沒有速度突變,可以用較高的速度進(jìn)行加工。螺旋進(jìn)刀最適合型腔高速加工的需要。

(二)保持恒定的金屬去除率。高速切削加工適于淺的切深,這是為避免刀具的位置偏差,確保加工模具的幾何精度。保持恒定的金屬去除率,保證加在工件上的切削載荷是恒定的,以獲得下面幾點(diǎn)好的加工效果:(l)可保持的恒定切削負(fù)載;(2)可保持切屑尺寸的恒定;(3)有較好的熱轉(zhuǎn)移;(4)刀具和工件均保持在較冷的狀態(tài);(5)不必熟練操作進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速;(6)可延長刀具的壽命;(7)能保證較好的加工質(zhì)量等。

(三)走刀方式的選擇。對于帶有敞口型腔的區(qū)域,盡量從材料的外面走刀,以實(shí)時(shí)分析材料的切削狀況。而對于沒有型腔的封閉區(qū)域,采用螺旋進(jìn)刀方式,在局部區(qū)域切入。

(四)盡量減少刀具的急速換向。速換向盡量減少刀具的急速換向,由于之字形模式主要應(yīng)用于傳統(tǒng)加工,在高速切削加工中主要選擇回路或單一路徑切削。這是因?yàn)樵趽Q向時(shí)NC機(jī)床必須立即停止(緊急降速)然后再執(zhí)行下一步操作。由于機(jī)床的加速局限性,而容易造成時(shí)間的浪費(fèi),急?；蚣眲觿t會破壞表面精度,且有可能因?yàn)檫^切而產(chǎn)生拉刀或在外拐角處咬邊。選擇單一路徑切削模式來進(jìn)行順銑,盡可能地不中斷切削過程和刀具路徑,盡量減少刀具的切人切出次數(shù),以獲得相對穩(wěn)定的切削過程。

三、高速切削技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高速發(fā)展,給現(xiàn)代制造技術(shù)準(zhǔn)備了技術(shù)條件和奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代模具制造是伴隨這些技術(shù)的發(fā)展而提出并得到了實(shí)質(zhì)性應(yīng)用?，F(xiàn)代模具制造能夠利用CAD/CAE/CAPP/CMA技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)有效地對整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程進(jìn)行預(yù)測評估,迅速獲得樣品,有利于爭取定單、贏得客戶,同時(shí)節(jié)省大量的模具試制材料費(fèi)用,減少模具返修率,縮短生產(chǎn)周期,大大降低了模具成本。高速切削技術(shù)的發(fā)展給模具業(yè)注入了新的生機(jī),模具制造現(xiàn)代化正成為國際模具業(yè)發(fā)展的一種趨勢。國內(nèi)模具業(yè)也正從傳統(tǒng)模具制造模式向著現(xiàn)代模具制造模式過渡。

高速切削加工技術(shù)引進(jìn)模具工業(yè),主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:

1.淬硬模具型腔的直接加工。利用高速切削可加工硬材料的特點(diǎn)直接加工淬硬后的模具型腔,提高了模具加工的質(zhì)量和效率,可取代電火花加工。2.EDM(電火花)電極加工。應(yīng)用高速切削技術(shù)加工電極對提高電火花加工效率起到了很大作用。高速切削電極提高了電極的表面質(zhì)量和精度,減少了后續(xù)加工工序。3.快速樣件制造。利用高速切削加工效率高的特點(diǎn),可用于加工塑料和鋁合金模型。通過CAD設(shè)計(jì)后快速生成3D實(shí)體模型,比快速原型制造效率高、質(zhì)量好。4.模具的快速修復(fù)。模具在使用過程往往需要修復(fù),以延長使用壽命,過去主要是靠電加工來完成,現(xiàn)在采用高速加工可以更快地完成該工作,而且可使用原NC程序,無須重新編制。

高速切削加工技術(shù)是切削加工技術(shù)發(fā)展的主要方向之一,它除依賴于數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料和新穎構(gòu)件、CAD/CAM等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展外,自身也存在著一系技術(shù)問題,如刀具磨損嚴(yán)重,高速切削刀具切入切出時(shí)破損問題,高速切削用刀具材料價(jià)格昂貴,銑、鏜等回轉(zhuǎn)刀具及主軸需要動平衡,刀具夾持要牢靠安全,主軸系統(tǒng)昂貴且壽命短,而且所用高速加工機(jī)床及其控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴,使得高速切削的一次性投入較大,這些問題制約著高速切削的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。這些方面需要我們進(jìn)一步研究攻克。

四、結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步,高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用將更深更廣。用高速切削加工代替EDM是加快模具開發(fā)速度,實(shí)現(xiàn)工藝換代的重大舉措。推廣應(yīng)用高速切削加工技術(shù)應(yīng)用于模具制造業(yè),不但可以大幅度提高機(jī)械加工的效率、質(zhì)量,降低成本,而且可以帶動一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此如同數(shù)控技術(shù)一樣,高速切削和高速加工已成為21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)一場影響深遠(yuǎn)的技術(shù)革命。

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