1)選擇模具鋼時什麼是最重要的和最具有決定性意義的因素?
成形方法-可從兩種基本材料類型中選擇。
A)熱加工工具鋼,它能承受模鑄、鍛造和擠壓時的相對高的溫度。
B)冷加工工具鋼,它用於下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形。
塑料-一些塑料會產生腐蝕性副產品,例如PVC塑料。長時間的停工引起的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲存條件等因素也會產生腐蝕。在這些情況下,推薦使用不鏽鋼材料的模具鋼。
模具尺寸-大尺寸模具常常使用預硬鋼。整體淬硬鋼常常用於小尺寸模具。
模具使用次數-長期使用(>1000000次)的模具應使用高硬度鋼,其硬度為48-65HRC。中等長時間使用(100000到1000000次)的模具應使用預硬鋼,其硬度為30-45HRC。短時間使用(<100000次)的模具應使用軟鋼,其硬度為160-250HB。
表面粗糙度-許多塑料模具製造商對好的表面粗糙度感興趣。當添加硫改善金屬切削性能時,表面質量會因此下降。硫含量高的鋼也變得更脆。
2)影響材料可切削性的首要因素是什麼?
鋼的化學成分很重要。鋼的合金成分越高,就越難加工。當碳含量增加時,金屬切削性能就下降。
鋼的結構對金屬切削性能也非常重要。不同的結構包括:鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。鍛件和鑄件有非常難於加工的表面。
硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。一般規律是鋼越硬,就越難加工。高速鋼(HSS)可用於加工硬度最高為330-400HB的材料;高速鋼+鈦化氮(TiN)塗層,可加工硬度最高為45HRC的材料;而對於硬度為65-70HRC的材料,則必須使用硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼(CBN)。
非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。例如Al2O3(氧化鋁),它是純陶瓷,有很強的磨蝕性。
最後一個是殘餘應力,它能引起金屬切削性能問題。常常推薦在粗加工後進行應力釋放工序。
3)模具製造的生產成本由哪些部分組成?
粗略地說,成本的分佈情況如下:
切削65%
工件材料20%
熱處理5%
裝配/調整10%
這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優良的總體切削解決方案對模具的經濟生產的重要性。
4)鑄鐵的切削特性是什麼?
一般來說,它是:
鑄鐵的硬度和強度越高,金屬切削性能越低,從刀片和刀具可預期的壽命越低。用於金屬切削生產的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。金屬切削性能與結構有關,較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優良的切削屬性,而球墨鑄鐵相當不好。
加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為:磨蝕、粘結和擴散磨損。磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產生。有積屑瘤的粘結磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發生。鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上,但這可用提高切削速度和溫度來克服。
在另一方面,擴散磨損與溫度有關,在高切削速度時產生,特別是使用高強度鑄鐵牌號時。這些牌號有很高的抗變型能力,導致了高溫。這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關,這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工,以獲得良好的刀具壽命和表面質量。
一般對加工鑄鐵
5)什麼是模具製造中主要的、共同的加工工序?
切削過程至少應分為3個工序類型: 6)在這些不同的工序中應主要使用何種刀具?
粗加工工序:圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。
半精加工工序:圓刀片銑刀(直徑範圍為10-25mm的圓刀片銑刀),球頭立銑刀。
精加工工序:圓刀片銑刀、球頭立銑刀。
殘餘量銑削工序:圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。
通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合,以及切削參數和合適的銑削策略,來優化切削工藝,這非常重要。
關於可使用的高生產率刀具,見模具製造用樣本C-1102:1
7)在切削工藝中有沒有一個最重要的因素?
切削過程中一個最重要的目標是在每一個工序中為每一種刀具創建均勻分佈的加工余量。這就是說,必須使用不同直徑的刀具(從大到小),特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時候主要的標準應是在每個工序中與模具的最終形狀儘可能地相近。
為每一種刀具提供均勻分佈的加工余量保證了恆定而高的生產率和安全的切削過程。當ap/ae(軸向切削深度/徑向切削深度)不變時,切削速度和進給率也可恆定地保持在較高水平上。這樣,切削刃上的機械作用和工作負載變化就小,因此產生的熱量和疲勞也少,從而提高了刀具壽命。如果後面的工序是一些半精加工工序,特別是所有精加工工序,就可進行無人加工或部分無人加工。恆定的材料加工余量也是高速切削應用的基本標準。
恆定的加工余量的另一個有利的效應是對機床??導軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。
8)為什麼最經常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選?
如果使用方肩銑刀進行型腔的粗銑削,在半精加工中就要去除大量的台階狀切削余量。這將使切削力發生變化,使刀具彎曲。其結果是給精加工留下不均勻的加工余量,從而影響模具的幾何精度。如果使用刀尖強度較弱的方肩銑刀(帶三角形刀片),就會產生不可預測的切削效應。三角形或菱形刀片還會產生更大的徑向切削力,並且由於刀片切削刃的數量較少,所以他們是經濟性較差的粗加工刀具。
另一方面,圓刀片可在各種材料中和各個方向上進行銑削,如果使用它,在相鄰刀路之間過渡較平滑,也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工余量。圓刀片的特性之一是他們產生
9)什麼是有效切削速度(ve)和為什麼它對高生產率非常重要?
切削中,實際或有效直徑上的有效切削速度的基本計算總是非常重要。由於檯面進給量取決於一定切削速度下的轉速,如果未計算有效速度,檯面進給量就會計算錯誤。 10)對於成功的淬硬模具鋼銑削來說,重要的應用參數有哪些?
使用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,一個需遵守的主要因素是採用淺切削。切削深度應不超過0.2/0.2mm(ap/ae:軸向切削深度/徑向切削深度)。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。
選擇剛性很好的夾緊系統和刀具也非常重要。當使用整體硬質合金刀具時,採用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。一條經驗法則是,如果將刀具的直徑提高20%,例如從10mm提高到12mm,刀具的彎曲將減小50%。也可以說,如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20%,刀具的彎曲將減小50%。大直徑和錐度的刀柄進一步提高了剛度。當使用可轉位刀片的球頭立銑刀(見模具製造樣本C-1102:1)時,如果刀柄用整體硬質合金製造,抗彎剛性可以提高3-4倍。
當用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,選擇專用槽形和牌號也非常重要。選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的塗層也非常重要。
11)什麼時候應採用順銑,什麼時候應採用逆銑?
主要建議是:儘可能多使用順銑。
當切削刃剛進行切削時,在順銑中,切屑厚度可達到其最大值。而在逆銑中,為最小值。一般來說,在逆銑中刀具壽命比在順銑中短,這是因為在逆銑中產生的熱量比在順銑中明顯地高。在逆銑中當切屑厚度從零增加到最大時,由於切削刃受到的摩擦比在順銑中強,因此會產生更多的熱量。逆銑中徑向力也明顯高,這對主軸軸承
12)仿形銑削還是等高線切削?
在型腔銑削中,保證順銑刀具路徑成功的最好方法是採用等高線銑削路徑。銑刀(例如球頭立銑刀,見模具製造樣本C-1102:1)外圓沿等高線銑削常常得到高生產率,這是因為在較大的刀具直徑上,有更多的齒在切削。如果機床主軸的轉速受到限制,等高線銑削將幫助保持切削速度和進給率。採用這種刀具路徑,工作負載和方向的變化也小。在高速銑應用和淬硬材料加工中,這特別重要。這是因為如果切削速度和進給量高的話,切削刃和切削過程便更容易受到工作負載和方向改變的不利影響,工作負載和方向的變化會引起切削力和刀具彎曲的變化。應儘可能避免沿陡壁的仿形銑削。下仿形銑削時,低切削速度下的切屑厚度大。在球頭刀中央,還有刃口崩碎的危險。如果控制差,或機床無預讀功能,就不能足夠快地減速,最容易在中央發生刃口崩碎的危險。沿陡壁的上仿形銑削對切削過程較好一些,這是因為在有利的切屑速度下,切屑厚度為其最大值。 13)為什麼有的銑刀上必須有不同的齒距?
銑刀是多切削刃刀具,齒數(z)是可改變的,有一些因素可以幫助確定用於不同加工類型的齒距或齒數。材料、工件尺寸、總體穩定性、懸伸尺寸、表面質量要求和可用功率就是與加工有關的因素。與刀具有關的因素包括足夠的每齒進給量、至少同時有兩個齒在切削以及刀具的切屑容量,這些僅是其中的一小部分。
銑刀的齒距(u)是刀片切削刃上的點到下一個切削刃上同一個點的距離。銑刀分為疏、密和超密齒距銑刀,大部分可樂滿銑刀都有這3個選項,見模具製造樣本C-1102:1。密齒距是指有較多的齒和適當的容屑空間,可以以高金屬去除率切削。一般用於鑄鐵和鋼的中等負載銑削。密齒距是通用銑刀的首選,推薦用於混合生產。
疏齒距是指在銑刀圓周上有較少的齒和有大的容屑空間。疏齒距常常
14)為了獲得最佳性能,銑刀應怎樣定位?
切削長度會受到銑刀位置的影響。刀具壽命常常與切削刃必須承擔的切削長度有關。定位於工件中央的銑刀其切削長度短,如果使銑刀在任一方向偏離中心線,切削的弧就長。要記住,切削力是如何作用的,必須達到一個折中。在刀具定位於工件的中央的情況下,當刀片切削刃進入或退出切削時,徑向切削力的方向就隨之改變。機床主軸的間隙也使振動加劇,導致刀片振動。
通過使刀具偏離中央,就會得到恆定的和有利的切削力方向。懸伸越長,克服所有可能的振動也就越重要。
15)為了消除切削過程中的振動,應採取什麼措施?
當存在振動問題時,基本措施是減小切削力。這可通過使用正確的刀具、方法和切削參數達到。
遵守下面的已證明有效的建議:
-選擇疏齒距或不等齒距銑刀。
-使用正前角、小切削力刀片槽形。
-儘可能使用小銑刀。當使用減震接桿進行銑削時,這一點特別重要。
-使用小切削刃鈍化半徑(ER)的刀片。從厚塗層到薄塗層。如需要可使用非塗層刀片。應使用基體為細晶顆粒的高韌性刀片牌號。
-使用大的每齒進給。降低轉速,保持工作台進給量(等於較大的每齒進給量)。或保持轉速並提高工作台進給量(較大的每齒進給量)。切勿減小每齒進給量!
-減小徑向和軸向切削深度。
-選擇穩定的刀柄,如可樂滿Capto。使用儘可能大的接柄尺寸,以獲得最佳穩定性。使用錐度加長桿,以獲得最大剛性。
-對於大懸伸,使用與疏齒距不等齒距銑刀結合的減震接桿。安裝銑刀時,使銑刀與減震接柄直接連接。
-使銑刀偏離工件中心。
-如果使用偶數齒的刀具??可每隔一齒拆下一個刀片。
16)為了使刀具平衡,應採取的最重要措施有哪些?
在整個切削過程中,為達到刀具平衡牽涉到的典型步驟如下:
-測量刀具/刀柄組件的不平衡。
-通過變更刀具、切削它以去除一些質量,或移動刀柄上的配重來降低不平衡。
-經常必須重複這些步驟,包括再次檢查刀具、再次精確調整,直到達到平衡。
刀具平衡還牽涉到幾個未討論過的工藝中的不穩定性。其中之一是刀柄與主軸之間的配合問題。其原因是夾緊時常常有可測量的間隙,也可能是錐柄上有切屑或臟污。這會造成錐柄每次定位都不相同。即使刀具、刀柄和主軸在各個方面的狀態都很好,但如果存在沾污,也會造成不平衡。為了平衡刀具,必須會增加切削過程中的成本,如果刀具平衡
17)在常規和高速切削應用中,為了得到儘可能好的效果,我應使用何種刀柄?
高速加工時,離心力非常大,會導致主軸孔慢慢變大。這對一些V形法蘭的刀柄會產生負面影響,因為V形法蘭的刀柄僅在徑向面上與主軸孔接觸。主軸孔變大會使刀具在拉杆恆定的拉力作用下被拉入主軸。這甚至會引起刀具粘住或Z軸方向的尺寸精度降低。
18)我應怎樣切削轉角才能沒有振動的危險?
傳統的切削轉角的方法是使用線性切削(G1),在轉角的過渡不連續。這就是說,當刀具到達角落時,由於線性軸的動力特性限制,刀具必須減速。在電機改變進給方向前,有一短暫的停頓,這會產生大量的熱量和摩擦。很長的接觸長度會導致切削力的不穩定,並常常使角落切削不足。典型的結果是振動??刀具越大和越長,或刀具總懸伸越大,振動越強。
19)什麼是開始切削型腔的最佳方法?
共有4種主要方法:
20)高速切削的定義是什麼?
對於高速切削的討論在一定程度上仍是混亂的。如何定義高速切削(HSM),目前有許多觀點和許多方法。?高切削速度切削
?高主軸速度切削
?高進給切削
?高速和高進給切削
?高生產率切削
我們對高速切削的定義描述如下:
?HSM不是簡單意義上的高切削速度。它應當被認為是用特定方法和生產設備進行加工的工藝。
?高速切削無需高轉速主軸切削。許多高速切削應用是以中等轉速主軸並採用大尺寸刀具進行的。
?如果在高切削速度和高進給條件下對淬硬鋼進行精加工,切削參數可為常規的4到6倍。
?在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中,HSM意味著高生產率切削。
?零件形狀變得越來越複雜,高速切削也就顯得越來越重要。
?現在,高速切削主要應用於錐度40的機床上。
關於高速切削的詳細信息,請參見模具製造應用指南C-1120:2。請參見模具製造應用指南C-1120:2。
21)高速切削的目標是什麼?
高速切削的主要目標之一是通過高生產率來降低生產成本。它主要應用於精加工工序,常常是用於加工淬硬模具鋼。另一個目標是通過縮短生產時間和交貨時間提高整體競爭
22)高速切削的實際優點是什麼?
刀
具和工件可保持低溫度,這在許多情況下延長了刀具的壽命。另一方面,在高速切削應用中,切削量是淺的,切削刃的吃刀時間特別短。這就是說,進給比熱傳播的時間快。
低切削力得到小而一致的刀具彎曲。這與每種刀具和工序所需的恆定的加工余量相結合,是高效和安全加工的先決條件之一。
由於高速切削中典型的切削深度是淺的,刀具和主軸上的徑向力低。這減少了主軸軸承、導軌和滾珠絲杠的磨損。高速切削和軸向銑削也是良好的組合,它對主軸軸承的衝擊小,使用這種方法可以使用懸伸較長的刀具而振動的風險不大。
小尺寸零件的高生產率切削,如粗加工、半精加工和精加工,在總的材料去除率相對低時有很好的經濟性。
高速切削可在一般精加工中獲得高生產率,可獲得傑出的表面質量。表面質量常低於Ra0.2um。
採用高速切削,使對薄壁零件的切削成為可能。使用高速切削,吃刀時間短,衝擊和彎曲減小了。
模具的幾何精度提高了,組裝就容易和更快了。無論是什麼人,技能如何,都能獲得CAM/CNC生產的表面紋理和幾何精度。如果花在切削上的時間稍多一些,費時的人工拋光工作可顯著減少。常常可減少達60-100%
一些加工,如淬火、電解加工和電火花加工(EDM),可以大大減少。這就可降低投資成本和簡化後勤供應。用切削代替電火花加工(EDM),模具使用壽命和質量也得到提高。
採用高速切削,可通過CAD/CAM很快改變設計,特別是在不需要生產新電極的情況下。
關於高速切削的詳細信息,請參見模具製造應用指南C-1120:2。請參見模具製造應用指南C-1120:2。
23)高速切削有風險或缺點嗎?
?由於起始過程有高的加速度和減速度以及停止,導軌、滾珠絲杠和主軸軸承產生相對快的磨損。這常常導致較高的維護成本。
?需要專門的工藝知識、編程設備和快速傳送數據的介面。
?可能很難找到和挑選高級技術員工。
?常有相當長的調試和出故障時間。
?加工中無需緊急停止,導致人為錯誤和軟體或硬體故障會產生許多嚴重後果。
?必須有良好的加工計劃??“向飢餓的機床提供食物”。
?必須有安全保護措施:使用帶安全外罩及防碎片蓋的機床。避免刀具的大懸伸。不要使用“重”刀具和接桿。定期檢查刀具、接桿和螺栓是否有疲勞裂紋。僅使用註明最高主軸速度的刀具。不要使用整體高速鋼(HSS)刀具!
關於高速切削的詳細信息,請參見模具製造應用指南C-1120:2。請參見模具製造應用指南C-1120:2。
24)高速切削對機床有哪些要求?
對ISO/BT40號機床的典型要求如下:
?主軸速度範圍<40000轉/分
?主軸功率>22kW
?可編程進給率40-60m/分
?快速橫向進給<90m/分
?軸向減速度/加速度>1G
?塊處理速
25)高速切削對切削刀具的典型特性或要求有哪些?
整體硬質合金:
?高精度磨削,徑向跳動低於3微米。
?儘可能小的凸出和懸伸,最大的剛性,儘可能小的刀具彎曲變形和大的芯核直徑。
?為了使振動的風險、切削力和彎曲儘可能小,切削刃和接觸長度應儘可能短。
?超尺寸、錐度刀柄,這在小直徑時特別重要。
?細晶粒基體和為了得到高耐磨性的TiAlN塗層。
?用於風冷或冷卻液的內冷卻孔。
?適合淬硬鋼高速切削要求的堅固微槽形。
?對稱刀具,最好是設計保證平衡。
使用可轉位刀片的刀具:
?設計保證的平衡。
?在刀片座和刀片上的保證跳動量小的高精度,主刀片的最大徑向跳動為10微米。
?適合淬硬鋼高速切削要求的牌號和槽形。
?刀具體上有適當的間隙,以避免刀具彎曲(切削力)消失時產生摩擦。
?送風或冷卻液的冷卻孔(立銑刀)。
?刀具體上標明允許的最大轉速。