用於模具工業的高速加工工藝(三)

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用於模具工業的高速加工工藝(三)簡介
對於一些複雜模具的製造,可以?用五軸聯動加工中心。這種機床除三個坐標的直線運動外,主軸頭上的刀具還可實現兩個旋轉坐標的圓周進給運動。銑頭和工作台可以實現……
用於模具工業的高速加工工藝(三)正文

對於一些複雜模具的製造,可以?用五軸聯動加工中心。這種機床除三個坐標的直線運動外,主軸頭上的刀具還可實現兩個旋轉坐標的圓周進給運動。銑頭和工作台可以實現多軸聯動,特別適用於加工具有複雜型腔曲面的模具零件。對於大型複雜模具,還可?用龍門式五軸加工中心。


瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心,機床加工範圍800mm×600mm×5000mm,主軸可選用Step-Tec公司最高轉速為30000r/min、36000r/min、42000r/min或60000r/min的高速電主軸,當?用36000r/min電主軸時,功率為32KW(40%ED)/24KW(100%ED)。主軸用氮化硅(Si3N4)陶瓷球軸承,配以油-氣潤滑。進給速度40m/min,加速度1.7g,刀庫容量為15~68把刀,立柱?用龍門式框架結構,剛度高,特別適用於模具製造。


模具製造中的高速刀具


在高速切削應用於模具工業的歷程中,刀具的地位舉足輕重。高速切削時產生的切削熱和對刀具的磨損比普通速度切削時要高得多,因此高速切削對刀具材料的性能有更高的要求。要求刀具材料:(1)硬度高、強度高、耐磨性好;(2)韌度高、抗衝擊能力強;(3)熱硬性和化學穩定性好,抗熱衝擊能力強。在工程實際中,同時滿足這些要求的刀具材料至今還沒有找到。目前,一般都在有較高抗衝擊能力刀具材料的基體上,覆蓋一層或多層具有高熱硬性和高耐磨性的塗層,做成高速刀具。另外,也可將CBN或金剛石等超硬材料燒結在硬質合金或陶瓷材料的基體上,形成綜合性能非常好的高速加工刀具。刀具材料主要根據工件材料、加工工序、加工精度與表面質量的要求來選擇。


除了正確選擇刀具材料以外,刀具結構與精度、切削刃的幾何參數、排屑與斷屑功能、刀具的動平衡等對高速切削的生產效率、表面質量、刀具壽命等也有很大的影響,必須精心設計或選擇。至於刀具和機床的連接方式,目前在高速加工中已基本上不用傳統的7:24長錐度刀柄,而廣泛?用錐部與主軸端面同時接觸的HSK空心刀柄,其錐度為1:10,以確保高速運轉刀具的安全和軸向加工精度。


型腔的粗加工、半精加工和精加工一般?用球頭銑刀,球頭銑刀的直徑一般從1mm到12mm。最終的精加工應儘可能用同一把球頭銑刀連續完成整個型面的加工,其直徑應小於模具型腔曲面的最小曲率半徑。


用球頭銑刀,既可避免和模具型腔幾何曲面發生干涉,又可避免一般銑刀中心區的切削速度等於零造成的麻煩。模具零件平面的粗、精加工則可採用帶轉位刀片的端銑刀。


高速銑削是目前高速切削技術中應用最多的一種工藝技術,所用的刀具包括端銑刀、立銑刀和球頭銑刀,這類刀具以瑞典Sandvik公司和美國Kennametal公司的產品最為有名,中國也開始生產這類刀具。以往有不少企業家只重視機床設備的投資,卻忽視了與之配套的高速刀具的購置,結果使高速機床不能充分發揮作用,這是認識上的一個誤區,應該予以糾正。


CAD/CAM在模具工業中的應用


模具製造業是最早應用計算機技術來提高設計、製造水平的機械行業之一。自從高速加工技術被引進模具工業以來,計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助測量(CAT)、反求工程(RE)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助製造(CAM)和快速原型製造(RP)等在模具製造中獲得了廣泛而有效的應用。下面只簡要介紹高速加工中CAD技術和CAM技術的應用情況。


計算機輔助設計(CAD)主要用來解決產品造型設計問題,可完成模具設計和產品可裝配性檢查等工作。常用的軟體有UG,Pro/Engineer,Mastercam和Cimatron等,這些軟體都具有模具設計開發功能。運用知識工程技術(KBE),把模具設計的原理、經驗、技能和規範等結合到系統中,設計人員只要輸入工況參數、工程參數或應用要求,系統就能自動推理構造出符合要求的數字化幾何模型。有的設計軟體(如UG)還具有數據讀入、零件建模、縮放控制、自動模型布局、分模等功能,通過使用過程模板和標準件庫,把過程嚮導技術應用於模具的優化設計中,使只有最基礎模具設計概念的初級設計人員也能設計出高質量的模具來,大大提高了模具設計工作的效率。


由於模具的型腔大多由複雜曲面構成,在高速數控機床上加工時,CAM的數控編程是一項繁重的工作,編程質量在很大程度上決定了模具的加工質量。影響模具零件編程質量的主要因素有:加工工藝路線、刀具類型、切削用量、轉角清根的處理以及加工精度與過切的檢查等。高速加工的工藝路線是影響模具製造質量的主要因素。以往加工工藝是否合理完全決定於編程人員的個人經驗,一不小心,常會忽略一些技術細節,如:下刀點不正確、抬刀的安全高度不夠、沒有定義過切檢查面等。如果複查不嚴,不及時糾正,輕者會降低模具製造質量,造成工件返工;重者造成工件報廢,甚至發生人身設備事故。


在高級CAM軟體的虛擬加工模擬環境下,這個問題可以得到很好的解決:在計算機上虛構出高速數控機床的加工環境,放上一個預先做好的「毛坯」,讓「刀具」進行動態模擬模擬,其情形就像真實加工過程一樣。但模擬過程可以隨時暫停,模擬時間可以自由控制,以便編程人員進行檢查。模擬模擬結束後,編程人員即可根據「刀具」運行的情況和「工件」加工後的形狀來調整加工工藝路線。這種虛擬加工技術,既可減輕編程人員的精神負擔,又可保證模具的製造質量。?用高速切削技術(HSC)和CAD/CAM技術後,模具的生產周期可縮短約40%。

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