用高速切削加工模具
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:4030
撰稿:蘭生數(shù)控機(jī)床銷售有限公司 范琦
模具是制造業(yè)中用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品。模具技術(shù)是衡量一個(gè)國家的科技水平的重要標(biāo)志之一,沒有高水平的模具就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。目前,工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的 75 %、精加工的 50 %及塑料零件的 90 %將由模具完成的。
模具工業(yè)也被稱為皇冠工業(yè),不衰落工業(yè)。目前,人類社會(huì)正在從鋼鐵時(shí)代向聚合物時(shí)代過渡,工業(yè)及生活中使用的工程塑料、橡膠,已遠(yuǎn)超過鋼鐵。聚合物必須用模具成型,因此,模具應(yīng)用量不斷擴(kuò)大。另一方面,隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快,模具就成為新品開發(fā)的關(guān)鍵。 1990 年,模具交貨期一般為 24 個(gè)月,到 1995 年縮短至 12 個(gè)月,目前進(jìn)一步縮短至 9 個(gè)月,這就對(duì)模具傳統(tǒng)加工工藝提出了挑戰(zhàn)。
模具的機(jī)械加工主要是加工出曲面形狀,模具加工一般使用數(shù)控銑床或加工中心,大部分的加工時(shí)間是花在半精加工和精加工上。由于銑削總是留有刀紋,最后要用很多時(shí)間手工修光。同時(shí),由于模具大多由高硬度、耐磨損的合金材料制造,加工時(shí)難度較大,廣泛采用的電火花( EDM )加工及成形傳統(tǒng)工藝,是造成加工模具低效率的主要原因。用高速切削加工( HSM )代替 EDM (或大部分代替)是加快模具開發(fā)速度,實(shí)現(xiàn)工藝換代的重大舉措。高速切削應(yīng)用于模具制造業(yè),將會(huì)很大程度提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。圖10-12.
采用高速加工模具主要有兩方面的優(yōu)勢(shì):
1 )高速切削大大提高加工效率,不僅機(jī)床轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給快,而且粗、精加工可一次完成,極大地提高了模具生產(chǎn)率。結(jié)合 CAD / CAM 技術(shù),模具的制造周期可縮短約 40 %。
2 )采用高速切削可加工淬硬鋼,硬度可達(dá) 60HRC 左右,可得到很高的表面質(zhì)量,表面粗糙度低于 Rao.6μm ,取得以銑代磨的加工效果,不僅節(jié)省了大量修光時(shí)間,還提高了加工的表面質(zhì)量。
高速加工模具實(shí)例
1 .減少加工時(shí)間
圖10-13的旋鈕模具,由于加工的表面質(zhì)量很高,省去了拋光工序。
參數(shù):
尺寸:
材料硬度: 56HRC;
粗加工: 20 000r / min , 4
精加工: 30 000r / min , 3
最小半徑: Rlmm ; Rl
表面粗糙度: Ra≈0.6μm ;
加工時(shí)間: 78min。
2 .半精加工和精加工一次完成加工淬硬鋼模具
圖10-14是淬硬的鋼模具,硬度高達(dá) 60HRC。采用高速切削加工,半精加工和精加工一次完成,可有效降低表面粗糙度,不僅節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間,較之電火花加工,也降低了成本。
材料:硬度為 60HRC 的 Stavax 材料;
尺寸:
粗銑: 23 000r / min , 7
精銑: 36 000r / min , 5
加工時(shí)間: 157min;
用φlmm 銑刀銑切螺紋輪廓;
表面質(zhì)量最佳;
不再需要鉗工工序。
3 .高速加工電火花加工用工具電極
高速加工圖10-15中的石墨電極,比普通加工快 12 倍,而且不需要手工修整。高速加工銅電極,粗銑:主軸轉(zhuǎn)速 35 000r / min ,進(jìn)給速度
4 .高速加工小模具
在小模具加工中,常有大曲率的凹凸表面。為了不損傷模具,一般不能采用五軸加工,而用三軸球頭銑刀加工。通常銑削加工只能切出大致形狀,然后用手工修整。在鋼件模具加工中,高速銑用來半精加工和精加工。采用小直徑的銑刀高速銑削,可以提高模具輪廓精度,為手工修整提供了更好的條件。如圖10-17所示的生產(chǎn)旋鈕開關(guān)用的模具.
技術(shù)數(shù)據(jù):
尺寸: 50mrn X 50mrnX
粗銑:24 000r / min , 7
精銑:35000r / min , 7
加工時(shí)間: 39min;
表面粗糙度: Ra0.4μm ;
不再需要鉗工工序;
縮短加工時(shí)間。
5.高速加工模具模型
有時(shí)為了實(shí)驗(yàn)和分析形狀比較復(fù)雜的模具,要先做一個(gè)模型。做模型可以用比較軟的材料,如鋁等。采用高速數(shù)控銑床或加工中心,結(jié)合 CAD / CAM 技術(shù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)加工完成,同時(shí)還可以考察加工過程。
由于高速加工模具有一系列的優(yōu)點(diǎn),下面我們用一個(gè)模具制造廠的實(shí)例來看看高速加工所帶來的效益。
美國現(xiàn)代工具系統(tǒng)( Modern Tooling Systems )模具公司(簡(jiǎn)稱 MTS )在使用高速切削技術(shù)后,使公司得到很大發(fā)展。他們認(rèn)為高速切削技術(shù)是模具加工的支柱技術(shù)。
MTS 公司 1990 年開始轉(zhuǎn)向高速加工,F(xiàn)在,他們已經(jīng)在壓模制造方面小有名氣。該公司生產(chǎn)注射模具、反作用注射模具( RIM )、吹模、沖模等各種模具。該公司主管說,高速切削減少了生產(chǎn)中鉗工手工操作時(shí)間,使工廠的模具工業(yè)得到迅速發(fā)展。
該公司采用的高速機(jī)床主要參數(shù)如下:
控制系統(tǒng): Fidia CNC 30 ;
主軸轉(zhuǎn)速:25000r / min;
進(jìn)給速度:
加工的最大模具為 2000mmX1500mmX76Omm 。
要求表面質(zhì)量很高的小模具也用這個(gè)機(jī)床加工。
該公司認(rèn)為,花大價(jià)錢購買新機(jī)床的目的是減少手工精加工和拋光,提高生產(chǎn)率。使用結(jié)果表明,用小直徑刀具小切削量加工,可以得到非常好的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度,而且高速加工還省去了三分之一到二分之一的手工勞動(dòng)時(shí)間。圖10-18是一個(gè)加工載貨汽車外殼模具實(shí)例.
加工參數(shù):
粗加工刀具:直徑 25 .
精加工刀具:直徑 smm 的球頭銑刀;
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速: 9000r / min ;
進(jìn)給速度:
達(dá)到表面粗糙度1μm 。
粗加工后不再用手工修整,只用油石拋光,手工操作時(shí)間減少了40%。
該公司使用高速切削生產(chǎn)各種模具,取得了很好的效益。在總結(jié)高速切削加工模具的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)中,他們得出了如下結(jié)論:
1 )高速加工使工廠有可能減少或取消 EDM (電火花)加工。現(xiàn)在可以采用小直徑刀具加工長而細(xì)的槽,也不要再做電極。
2 )減少了手工操作和 EDM ,降低了模具生產(chǎn)的輔助時(shí)間,特別是壓模制造,提高生產(chǎn)量,降低成本。目前該公司每年的生產(chǎn)量達(dá)到 20 000 ~150000 副模具。以前該公司不大生產(chǎn)模具,由于有了高速加工,公司在這個(gè)領(lǐng)域有了很大發(fā)展。由于成本和供貨期的要求,制造鋁模型的優(yōu)點(diǎn)是可以用來驗(yàn)證產(chǎn)品和加工過程,使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。生產(chǎn)鋁模型就像加工零件,可以用來實(shí)驗(yàn)和分析,而高速切削方法加工鋁模型很方便。
3 )對(duì)于具有復(fù)雜曲面的模具和其他零件,利用高速切削可加工淬硬鋼的特點(diǎn),可用做精加工,取得以銑代磨的加工效果。為了避免刀具發(fā)生干涉,往往采用球頭端銑刀加工復(fù)雜曲面。球頭銑刀在加工時(shí)刀具刃口的線速度很低,加工出來的工件表面粗糙度很差,需要后續(xù)工序用手工修光或用電加工方法修光,要花費(fèi)很多時(shí)間,特別是內(nèi)加工修光,還要先做復(fù)雜的電極,而且修光工序往往破壞了模具的形狀精度。采用高速切削后,不僅可以達(dá)到要求的表面質(zhì)量,還省掉了修光工序,質(zhì)量和效率都大大提高。
但是,用高速切削加工淬硬鋼,對(duì)加工工藝和切削參數(shù)的選擇要求較高,所采用的刀具也要精心選擇。目前,比較成功的例子是采用 CBN 刀具進(jìn)行加工。
MTS 模具公司在高速切削模具方面取得了很大成功,樹立了提高生產(chǎn)率的典范。
在我國,模具生產(chǎn)同樣是量大、面廣,因此高速切削技術(shù)在模具行業(yè)的推廣使用,有非常巨大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間。
為了追求最終的高精度,一般希望在淬火以后進(jìn)行精加工。在以前,對(duì)付淬硬模具唯一可以采用的加工手段是電加工。但是放電燒蝕是微切屑加工,效率極低。高速銑削淬硬鋼效率可以高出幾十倍而成為電加工的換代工藝。但是,對(duì)那些大型模具上具有深且窄的槽、小曲率半徑圓弧曲面和清角等,高速銑削還是無能為力,因此不可能全部替代電加工。但可以用高速銑削進(jìn)行粗、半精加工,用電加工做最后加工,仍可縮短模具加工周期。
硬銑削作為高效加工模具的新方法,在模具制造中得到了廣泛應(yīng)用。下面就用幾個(gè)實(shí)例具體介紹高速銑削硬模具的工藝方法。
瑞士 Mikron 公司用 HSM700 高速銑加工的模具零件,見圖 10 一 19 。
高速銑削和傳統(tǒng)加工工藝比較:
采用傳統(tǒng)工藝過程為:粗加工一線切割一淬火一 EDM 成形一拋光,加工工時(shí)為 50 ~6Oh;
采用 HSM 工藝過程為:粗加工一淬火一 HSC 一拋光,加工工時(shí)僅為 14 . 5h , 提高工效近4倍。
技術(shù)數(shù)據(jù):
尺寸:
材料在未淬硬條件下的預(yù)加工;
普通方法的總加工工時(shí)
― 淬火
― 加工電極 55h;
― 電火花加工
― 拋光
高速切削方法的總加工工時(shí):14 . 5h;
減少加工工時(shí):75 %。
高速切削淬硬鋼模具,可以省去電火花加工。數(shù)據(jù)表明了和電火花傳統(tǒng)工藝的對(duì)比結(jié)果。高速加工表面質(zhì)量極佳,又可大幅度降低成本,可代替電火花加工方法,完全消除了因電火花加工所產(chǎn)生的微小裂紋,延長鑄模的使用壽命。
美國肯納金屬公司高速銑削加工扳手模具,如圖10-20所示。
刀具直徑和材料:直徑
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速: 15 000r / min ;
加工時(shí)間: 22min ;
粗、精銑一次完成,比起傳統(tǒng)的電加工工藝,加工時(shí)間大大縮短。
國外某公司制作連桿鍛模,用電火花加工型腔需 12~15h ,電極制作 2h 。改用高速硬銑削后,采用 Torus 立銑刀對(duì)硬度 60HRC 的淬硬工具鋼進(jìn)行加工,其相關(guān)工藝參數(shù)如表10-5 所示。整個(gè)鍛模加工只需3h20min ,工效提高4~5倍,加工表面粗糙度 Ra0. 5 ~0.6μm,質(zhì)量完全符合要求。
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