高速銑削在淬硬鋼模具加工中的應用

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   時間:2014-03-12 02:43:31
高速銑削在淬硬鋼模具加工中的應用簡介
    對淬硬鋼進行高速銑削是一種先進加工技術,屬於有效的硬銑技術之一。長期以來,人們一直採用銑削一磨削或者銑削—電火花加工(EDM)的方法實現對模具的加工。雖……
高速銑削在淬硬鋼模具加工中的應用正文

  對淬硬鋼進行高速銑削是一種先進加工技術,屬於有效的硬銑技術之一。長期以來,人們一直採用銑削一磨削或者銑削—電火花加工(EDM)的方法實現對模具的加工。雖然電火花加工具有與工件硬度無關的工藝特點,但較低的材料去除率使它的應用範圍受到限制。隨著現代加工技術的發展及超硬刀具材料的出現,以銑代磨、以銑削代替EDM進行高效經濟的模具加工已成為可能,並在生產中取得了顯著的經濟效益。

   採用硬銑技術加工模具,不但使加工周期大為縮短,而且加工質量得到了可靠保證。在主軸高速旋轉下進行硬銑削可獲得無銑痕的表面,其表面粗糙度可達Ra0.6µm。

   1 硬銑削的加工特點

   硬銑削與電火花加工相比有以下特點:

   高效率 硬銑加工節省了EDM電極設計製造所佔用的大量時間且具有較高的材料去除率,加工質量顯著提高,大大縮短或消除了工具鉗工的配研修磨時間,使模具加工效率大為提高。

   高質量 硬銑削加工模具時,直接將淬硬工具鋼一次安裝加工成形,有效地避免了零件多次安裝造成的裝夾誤差,提高了零件的幾何位置精度。採用高速銑削可獲得無銑痕的加工表面,使零件表面質量大大提高。

   冷卻潤滑要求低 通常硬銑削可採用干銑或使用少量冷卻潤滑液,無需EDM專用工作液循環過濾系統,同時冷卻潤滑液的處理過程也比EDM方便得多。

   投資少 硬銑加工既可以在專用的CNC機床或加工中心上進行,也可以在用高速主軸進行改裝的普通機床上進行。後者不僅具有普通機床的加工能力,而且還可進行硬銑削,減少了設備投資,增加了機床柔性。目前,國外一些廠商已相繼開發出一些專用的高速主軸,如IBAG Zurich公司開發的0.125~60kW的大錐度夾緊主軸,其轉速可達12×103~80×103r/min,並配有冷卻液供應系統。

   2 硬銑刀具與切削用量選擇

   硬銑刀具材料的選擇

   目前,用於硬銑削的刀具材料主要有聚晶立方氮化硼(CBN)、陶瓷、新型硬質合金和塗層硬質合金等。

   CBN刀具材料 CBN的晶體結構為面心立方,具有很高的硬度、極強的耐磨性和良好的導熱性,且與鐵族元素之間有很大的惰性,在1300℃也不會發生顯著的化學作用。同時,對酸鹼亦有良好的穩定性。研究表明,用CBN複合片刀具切削硬度HRC35~67的淬火鋼尤為成功。因此,CBN刀具在硬銑加工中具有特殊的地位。

   陶瓷 陶瓷材料具有良好的耐磨性和熱化學穩定性,其硬度、韌性低於CBN,可用於加工硬度HRC<50的零件。

   新型硬質合金和塗層硬質合金 這兩種材料成本較低,適合切削硬度在HRC40~50之間的工件。

   各種工具材料的高溫硬度比較如圖1所示。

   在進給量為0.15mm/r,切削深度0.5mm以下時,按照切削加工條件推薦銑削淬硬鋼的刀具材料如圖2所示。

   近年來,工具製造廠商陸續推出了最新產品。如日本黛傑JBN銑刀高速(切削速度v≥100m/min)切削HRC60以上的高硬度材料時,其刀具耐用度達60min以上,並形成系列產品。瑞典Seco銑刀也形成完整系列,以滿足各種銑削加工要求。

   銑刀直徑選擇

   試驗研究表明,有效加工淬硬鋼需要用小直徑銑刀。無論用球頭銑刀還是圓柱銑刀加工三維曲面,刀具直徑越小,其縱向干涉越小。因此,選擇刀具直徑時,對於具有外凸形縱向輪廓曲面的工件,應根據其工件結構、銑刀強度、剛度及加工效率綜合考慮;對於內凹形縱向輪廓面的工件,銑刀最大半徑應小於或等於縱向內凹輪廓處的最小曲率半徑。

   切削用量選擇

   工件材料的切削加工性、刀具材料都對切削用量選擇產生直接影響。工件材料越硬、強度越高,切削速度應越低。硬銑削的切削速度範圍90~200m/min為宜。根據工件硬度和刀具材料推薦的切削速度值如圖2所示。切削深度一般取0.1~0.4mm,進給量取0.1~0.2mm/r為宜,使用JBN300加工不同材質的淬硬鋼時,在冷卻潤滑連續切削條件下,其推薦切削用量見表1。

   精銑時,為了獲得更高的精度和表面質量,可選用較高的切削速度和較小的進給量。

   3 硬銑削對機床的要求

   高轉速 由於採用小直徑銑刀和高切速,機床必須具有高速主軸。

   高剛性 為了獲得良好的加工質量,機床必須具有足夠高的剛度,以防止切削時刀具顫振對加工質量的不利影響。

   良好的刀具夾緊裝置 用以保證刀具與主軸的最優同軸度。

   比卧式加工中心更為經濟的立式加工中心的普及應用,為複雜型面的硬銑加工提供了機床保證。

   4 硬銑削在模具加工中的應用

   硬銑削作為高效加工模具的新方法,在模具製造中得到了廣泛應用。例如,國外某公司製作連桿鍛模,用電火花加工型腔需12~15h,電極製作2h。改用硬銑削后,採用Torus立銑刀對硬度HRC60的淬硬工具鋼進行加工,其相關工藝參數如表2所示。整個鍛模加工只需3h20min,工效提高4~5倍,加工表面粗糙度達Ra0.5~0.6µm,質量完全符合要求。

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