模具高速加工的工藝及策略

陳文勇

[摘要]切削加工是機械加工中應用最廣泛的加工方法之一,而高速是它的重要發展方向,其中包括高速軟切削、高速硬切削、高速干切削、大進給切削等。高速切削能大幅度提高生產效率和單位時間內的材料切除率,改善加工表面質量,降低加工費用等優點。高速切削技術在模具制造業的引用,將給模具制造業注入新的活力。

[關鍵詞]高速切削加工工藝模具制造

中圖分類號:TG7文獻標識碼: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切削速度高出很多的速度下進行的切削加工因此,有時也稱為超高速切削。

(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.經濟效益高。在高速切削機理研究方面,對高速切削過程中切屑形成的機理、切削力和切削熱的變化規律對加工精度、表面質量、加工效率的影響還在進一步的研究中。對于黑金屬及難加工材料的高速切削機理現在也處于研究的熱點。

(三)高速切削的切削要求。高速切削要解決的一個重要問題是刀具磨損。雖然高速切削時刀具與工件的接觸時間、接觸頻率與普通加工不同,而且切削過程所產生的熱量對刀具的影響,加工中刀具的磨損機理與普通加工也有較大的區別。另外高速加工時產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計和選擇必須綜合考慮磨損、剛度、強度、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也是成功進行高速加工的關鍵技術之一。切法選擇不當,會使刀具加劇磨損,完全達不到高速加工的目的。實踐證明,如果只有高速機床和刀具而沒有良好的工藝技術作指導,昂貴的高速加工設備也不能充分發揮作用。高速切削的工藝技術包括對各種不同材料的切削方法和切削參數的選擇優化,刀具材料和刀具幾何參數的選擇等。

(一)切削方法的選擇。在高速切削加工中,應盡量選用順銑加工。直接垂直向下進刀極易崩刃,不宜采用。斜線軌跡進刀方式是逐漸加大軸向切深運動到設定的軸向切深值,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象。螺旋式軌跡進刀方式從工件上面開始,螺旋向下切入。由于采用的連續加工的方式,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行加工。螺旋進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,以獲得下面幾點好的加工效果:(l)可保持的恒定切削負載;(2)可保持切屑尺寸的恒定;(3)有較好的熱轉移;(4)刀具和工件均保持在較冷的狀態;(5)不必熟練操作進給量和主軸轉速;(6)可延長刀具的壽命;(7)能保證較好的加工質量等。

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

(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用于傳統加工,在高速切削加工中主要選擇回路或單一路徑切削。這是因為在換向時NC機床必須立即停止(緊急降速)然后再執行下一步操作。由于機床的加速局限性,而容易造成時間的浪費,急停或急動則會破壞表面精度,且有可能因為過切而產生拉刀或在外拐角處咬邊。選擇單一路徑切削模式來進行順銑,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,以獲得相對穩定的切削過程。

三、高速切削技術在模具制造中的應用

近年來,隨著計算機技術、自動化技術、網絡通信技術的高速發展,給現代制造技術準備了技術條件和奠定了物質基礎。現代模具制造是伴隨這些技術的發展而提出并得到了實質性應用。現代模具制造能夠利用CAD/CAE/CAPP/CMA技術和數控加工技術有效地對整個設計制造過程進行預測評估,迅速獲得樣品,有利于爭取定單、贏得客戶,同時節省大量的模具試制材料費用,減少模具返修率,縮短生產周期,大大降低了模具成本。高速切削技術的發展給模具業注入了新的生機,模具制造現代化正成為國際模具業發展的一種趨勢。國內模具業也正從傳統模具制造模式向著現代模具制造模式過渡。

高速切削加工技術引進模具工業,主要應用于以下幾個方面:

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直接加工淬硬后的模具型腔,提高了模具加工的質量和效率,可取代電火花加工。2.EDM(電火花)電極加工。應用高速切削技術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量和精度,減少了后續加工工序。3.快速樣件制造。利用高速切削加工效率高的特點,可用于加工塑料和鋁合金模型。通過CAD設計后快速生成3D實體模型,比快速原型制造效率高、質量好。4.模具的快速修復。模具在使用過程往往需要修復,以延長使用壽命,過去主要是靠電加工來完成,現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。

高速切削加工技術是切削加工技術發展的主要方向之一,它除依賴于數控技術、微電子技術、新材料和新穎構件、CAD/CAM等基礎技術的發展外,自身也存在著一系技術問題,如刀具磨損嚴重,高速切削刀具切入切出時破損問題,高速切削用刀具材料價格昂貴,銑、鏜等回轉刀具及主軸需要動平衡,刀具夾持要牢靠安全,主軸系統昂貴且壽命短,而且所用高速加工機床及其控制系統價格昂貴,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一步推廣應用。這些方面需要我們進一步研究攻克。

四、結束語

隨著科技的進步,高速切削加工技術的應用將更深更廣。用高速切削加工代替EDM是加快模具開發速度,實現工藝換代的重大舉措。推廣應用高速切削加工技術應用于模具制造業,不但可以大幅度提高機械加工的效率、質量,降低成本,而且可以帶動一系列高新技術產業的發展。因此如同數控技術一樣,高速切削和高速加工已成為21世紀機械制造業一場影響深遠的技術革命。

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