模具精加工綜述
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:3628
模具型腔的精加工工序是模具加工的最后一道工序,是直接影響模具質(zhì)量好壞的最重要的一環(huán),它占整個(gè)模具加工量的30%~40%左右,因此倍受國(guó)內(nèi)外專家的重視。在我國(guó)盡管模具加工的大部分工序(車、銑、刨、磨、電火花、線切割等)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,但模具的精整加工大部分仍采用手工加工的方式,在一定程度上嚴(yán)重影響了我國(guó)模具的發(fā)展。
所謂精整加工就是在保證零件型面精度的前提下,降低零件表面粗糙度的加工方法。目前常用的方法有:手工拋光、超聲波拋光、化學(xué)與電化學(xué)拋光等等。在這些方法中,手工拋光是最常用的精整方法,因?yàn)槭止伖膺\(yùn)動(dòng)靈活,可以加工任何復(fù)雜的型腔,但同時(shí)該方法的勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品的質(zhì)量沒(méi)有保障。而其它方法雖然效果也不錯(cuò),從產(chǎn)品的質(zhì)量、加工的效率到工人的強(qiáng)度都有很大的改善,但由于模具型腔的復(fù)雜性、多樣性、不規(guī)則性,使得這些加工工具很難完全沿著工件的輪廓線加工,有時(shí)受到這些型腔空間的限制,所以很多精整加工方法只能在某些領(lǐng)域有自己的用武之地,卻很難廣泛地推廣使用。
國(guó)外大多數(shù)模具廠家都采用模具設(shè)計(jì)、加工甚至裝配一體化,也就是模具CAD/CAM/CAE的一體化,利用模具CAD軟件和反求工程進(jìn)行設(shè)計(jì);利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行裝配試模,發(fā)現(xiàn)干涉及時(shí)調(diào)整,在沒(méi)有問(wèn)題的條件下,才進(jìn)行加工;在加工過(guò)程中,利用加工中心和CAD/CAM,把整個(gè)加工過(guò)程一體化,也就是工件一次安裝就完成零件的加工,所以工件的精度可以得到保證。
盡管如此,模具型腔表面的精加工問(wèn)題仍是個(gè)世界難題,這主要是由于存在以下幾方面的問(wèn)題:
◆模具型腔的多樣化和不規(guī)則性。在很多場(chǎng)合下,模具的型腔表面都是三維不規(guī)則的自由曲面,由于這些曲面的形狀各異,這給光整加工時(shí)的刀具或磨具的運(yùn)動(dòng)軌跡及進(jìn)給帶來(lái)很大的麻煩。即使用現(xiàn)代的數(shù)控加工技術(shù)來(lái)控制刀具或磨具的運(yùn)動(dòng),也給數(shù)控程序的編制帶來(lái)很大的困難,所以這是導(dǎo)致模具光整加工難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本原因。
◆用于模具光整加工的刀具或磨具的自適應(yīng)性和柔性差。由于模具型面的特殊性,要求加工它的刀具或磨具要有很好的自我調(diào)整的能力,也就是所謂的自適應(yīng)性,要隨著加工輪廓形狀的改變而改變自己的運(yùn)行軌跡,當(dāng)然這里指的是微調(diào)。這就要求加工模具型腔的工具具有一定范圍的可塑性,即柔性。
◆模具表面的精度和光潔度要求較高。這也是模具自身的特點(diǎn)決定的,模具作為加工工件的模型,它的精度高低直接決定了工件精度的好壞,也對(duì)自身的壽命、耐腐蝕性、耐磨性以及加工后能否順利把工件從模具中取出都起到至關(guān)重要的作用。即使有些加工方法本身加工精度很高,但用在模具加工上,卻由于在提高模具表面光潔度的同時(shí)又很難保證工件的原始形位公差,結(jié)果也不理想。
目前,我國(guó)對(duì)模具型腔精加工方法仍然是機(jī)械加工和電加工兩大方面,并且電加工越來(lái)越占優(yōu)勢(shì)。此外,就是模具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用,但由于模具本身的特點(diǎn),形狀復(fù)雜難于規(guī)范化,所以型腔模CAD/CAM的開(kāi)發(fā)不如沖模及塑料模在CAD/CAM上開(kāi)發(fā)得那么成熟。盡管如此,這仍是型腔模加工方法的一個(gè)發(fā)展方向。在這些加工方法中,發(fā)展較快的是機(jī)械加工中的銑削技術(shù)、磨削技術(shù)和電加工中的電火花成形加工技術(shù),分別簡(jiǎn)介如下。
1、銑削加工技術(shù)的崛起——高速銑削加工
銑削加工是型腔模的重要加工手段,特別適用于中、大型鍛模的加工。近年來(lái)銑削加工獲得了迅速的發(fā)展,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
◆高精度化:認(rèn)為銑削加工是普通加工的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。機(jī)床的定位精度從80年代的±12mm/800mm,已提高到90年代的±2~5mm/全行程,采用了精密機(jī)床的熱平衡結(jié)構(gòu)以及主軸冷卻等措施來(lái)控制熱變形,其控制分辨率已由原來(lái)的1mm提高到0.2mm。這樣使加工精度由原來(lái)的±10mm提高到±2~5mm,精密級(jí)可達(dá)±1.5mm,使銑削加工機(jī)床進(jìn)入了精密機(jī)床的領(lǐng)域。
◆加工效率高速化:隨著刀具、電機(jī)、軸承、數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)步,高速銑削技術(shù)迅速崛起。目前主軸轉(zhuǎn)速已從4000~6000r/min提高到14200r/min,切削進(jìn)給速度提高到1~6m/min,快速進(jìn)給速度由8~12m/min提高到30~40m/min,換刀時(shí)間由5~10s降到1~3s,這就大幅度提高了加工效率。高速銑削與普通的加工方式相比,加工效率可提高5~10倍。
◆銑削材料的高硬度化:高速銑削技術(shù)與新型刀具(金屬陶瓷刀具、PCBN刀具、特殊硬質(zhì)合金刀具等)相結(jié)合,可對(duì)硬度為36~52HRC的工件進(jìn)行加工,甚至可加工60HRC的工件。
高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了模具加工技術(shù)的進(jìn)步,特別是對(duì)汽車,家電行業(yè)等中、大型型腔模具制造方面注入了新的活力。
2、電火花成形加工面臨新的挑戰(zhàn)
高速銑削技術(shù)發(fā)展了,作為型腔模加工另一重要手段的電火花成形加工的發(fā)展也相當(dāng)完美,但作為一個(gè)加工體系,確實(shí)面臨著高速銑削加工的新挑戰(zhàn)。
◆電火花成形加工的技術(shù)進(jìn)步:由于微精加工脈沖電源、工作液、混硅粉加工工藝等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,使電火花成形加工表面粗糙度達(dá)到Rmax0.6~0.8mm,而且可以進(jìn)行大面積加工。并且由于電極損耗不斷降低(最小達(dá)0.1%)以及對(duì)微加工的加工余量精確控制等,可以說(shuō)電火花成形加工已進(jìn)入了精密加工領(lǐng)域。
◆電火花成形加工面臨的挑戰(zhàn):由于高速銑削能加工硬度36~52HRC甚至60HRC的材料,幾乎所有型腔模材料都能加工,改變了高硬度材料只有采用電加工的局面。高速銑削的加工效率與電火花加工的效率相比為4:1,有的甚至是電火花成形加工的7~8倍,而且節(jié)省了電極的制造。高速銑削還具有一定加工精度和較好的表面粗糙度。國(guó)外認(rèn)為,在型腔模的加工領(lǐng)域里,高速銑削可以替代電火花加工,這不是沒(méi)有根據(jù)的。由于這樣,在應(yīng)用領(lǐng)域方面,特別是在汽車等行業(yè),電火花成形加工有被高速銑削擠出來(lái)的危險(xiǎn)。不過(guò)電火花成形加工在加工深槽、窄縫、筋肋、紋理等方面有其不可替代的優(yōu)越性。但總的說(shuō)來(lái)。電火花成形在加工的應(yīng)用領(lǐng)域縮小了,一部分市場(chǎng)被別的加工設(shè)備占領(lǐng)了,特別是對(duì)大型電火花成形加工機(jī)床的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生更大的影響。
◆電火花成形加工的發(fā)展戰(zhàn)略:電火花成形加工是幾十年形成的一個(gè)加工體系,本身也在不斷地發(fā)展,針對(duì)銑削加工技術(shù)的發(fā)展,最近出現(xiàn)了“電火花銑削加工”技術(shù)與之相抗衡?傮w來(lái)說(shuō),“電火花銑削加工”是以提高電火花成形加工效率為目標(biāo),采用成形(石墨電極),以水作為工作液的電火花成形加工,與以油作為工作液相比,其加工效率提高2~3倍,國(guó)外稱之為“電火花銑削加工”,這代表了它的發(fā)展方向。但與高速銑削加工相比其整體加工效率還有較大差距。采用高速旋轉(zhuǎn)的主軸,帶動(dòng)棒狀(管狀)電極旋轉(zhuǎn),配合工作臺(tái)及主軸的數(shù)控軌跡運(yùn)動(dòng)及伺服進(jìn)給,其加工成形方式類似于機(jī)械銑削加工。這種“電火花銑削加工”可以在電極庫(kù)中存放不同直徑的標(biāo)準(zhǔn)管電極,而在數(shù)控進(jìn)給中成形,這大大簡(jiǎn)化了電極的設(shè)計(jì)、制造、管理等。這是一種新的發(fā)展策略,但同樣存在加工效率低的問(wèn)題。預(yù)計(jì)“電火花銑削加工”將有新的進(jìn)展,與高速銑削加工會(huì)進(jìn)行激烈的競(jìng)爭(zhēng)。
隨著電子、電器、通訊、計(jì)算機(jī)等行業(yè)的迅速發(fā)展,精密、微細(xì)、復(fù)雜模具的加工越來(lái)越多,市場(chǎng)越來(lái)越大,這些模具的加工正是電火花成形加工的優(yōu)勢(shì)。因此,在競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí),應(yīng)充分發(fā)揮電火花成形加工的優(yōu)勢(shì),即應(yīng)重點(diǎn)向精密、復(fù)雜、微細(xì)模具加工方向轉(zhuǎn)移,這是電火花成形加工發(fā)展的又一重要方向。
3、磨削加工仍是精密模具加工的主要手段
磨削加工是一種精密加工技術(shù),到目前為止,磨削加工精度已經(jīng)很高了,最高可達(dá)1~2mm,加工的表面質(zhì)量也非常好,其表面的粗糙度一般在Ra0.04~0.32μm,并且利用磨削加工,加工出的表面沒(méi)有軟化層、變質(zhì)層等缺陷,所以廣泛用于精密模具的加工中。隨著磨床種類的增多,如坐標(biāo)磨床、成形磨床、光曲磨床以及專用模加工磨床等,特別是數(shù)控程度的提高,使加工的范圍越來(lái)越大,精度越來(lái)越高。不僅能加工冷沖模,而且也能加工各種型腔模,如鍛模、塑料模等,所以說(shuō),磨削加工仍是精密模具加工的主要手段。下面重點(diǎn)介紹磁粒研磨技術(shù)。
1)磁粒研磨技術(shù)的原理
磁力研磨就是在磁場(chǎng)中放入磁性磨料,磁性磨料在磁場(chǎng)力的作用下形成磁粒刷,當(dāng)工件在磁場(chǎng)中相對(duì)磁極做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),磁粒刷將對(duì)工件表面進(jìn)行研磨。由于形成的磁粒刷有很好的自適應(yīng)性和柔性,因此非常有利于加工復(fù)雜型面。
2)磁粒研磨的特點(diǎn)
◆工件不與磁極相接觸,磁極的磨損量較小,磁極的形狀誤差對(duì)加工表面的形狀精度影響較小。
◆磁極的結(jié)構(gòu)形狀不同,會(huì)影響加工區(qū)域磁場(chǎng)的分布狀況,因而影響加工表面的質(zhì)量和加工效率。
◆磁性磨料刷既有一定的剛性,同時(shí)又具有一定的柔性,可以隨加工表面形狀的變化而變形,因此它可以加工形狀極為復(fù)雜的表面。
◆研磨的壓力可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié),研磨過(guò)程比較容易控制。
◆受磁場(chǎng)力的作用,磨料不易飛散,磨料的耐用度高可反復(fù)使用,磨料的損耗少,工作環(huán)境比較清潔。
◆采用金剛石粉作為磨料時(shí),可對(duì)陶瓷等超硬的非金屬進(jìn)行加工。
◆加工設(shè)備簡(jiǎn)單,成本較低。
該技術(shù)在國(guó)外研究得較多,在國(guó)內(nèi)研究的人還很少,筆者認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展如能和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合必將給模具型腔的加工帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。
21世紀(jì)模具制造業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化,追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計(jì)及制造周期、降低生產(chǎn)成本、最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力以滿足用戶需求。具體表現(xiàn)為以下7個(gè)特征:
◆集成化技術(shù);
◆智能化技術(shù);
◆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用;
◆多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù);
◆虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)的應(yīng)用;
◆反求技術(shù)的應(yīng)用;
◆快速成形技術(shù)。
-
數(shù)控機(jī)床車刀維護(hù)與保養(yǎng)的主要內(nèi)容
數(shù)控機(jī)床車刀維護(hù)與保養(yǎng)主要包括液壓系統(tǒng)、主軸潤(rùn)滑系統(tǒng)、導(dǎo)軌潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)。日檢就是根據(jù)各系統(tǒng)的正常情況來(lái)加以檢測(cè)。如當(dāng)進(jìn)行主軸潤(rùn)滑系統(tǒng)的過(guò)程檢測(cè)時(shí),電源燈應(yīng)亮,油壓泵應(yīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),若電源燈不亮,則應(yīng)保持主軸停止?fàn)顟B(tài),與機(jī)械工程師
2015-08-03 -
數(shù)控車床對(duì)刀原理及對(duì)刀方法分析
對(duì)刀的含義的就是要在數(shù)控車床正常工作之前,先要確定好每一把刀具的位置,這樣才能保證車床的工作質(zhì)量,在確定位置的時(shí)候就是要求刀偏值,也即在工件坐標(biāo)系與數(shù)控車床坐標(biāo)系中確定具體刀位點(diǎn),這就需要選擇合適的數(shù)控車床參考點(diǎn),并做好一系列的相關(guān)工作。
2015-07-30 -
數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類
(1) 數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具特點(diǎn)數(shù)控車床所采用的可轉(zhuǎn)位車刀,其幾何參數(shù)是通過(guò)刀片結(jié)構(gòu)形狀和刀體上刀片槽座的方位安裝組合形成的,與通用車床相比一般無(wú)本質(zhì)的區(qū)別,其基本結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)是相同的。但數(shù)控車床的加工工序是自動(dòng)完成的,因此對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀的要
2015-07-21 -
數(shù)控機(jī)床刀柄系統(tǒng)的選擇方法
工具系統(tǒng)的選擇是數(shù)控機(jī)床配置中的重要內(nèi)容之一,因?yàn)楣ぞ呦到y(tǒng)不僅影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率,而且直接影響零件的加工質(zhì)量。根據(jù)數(shù)控機(jī)床(或加工中心)的性能與數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)優(yōu)化刀具與刀柄系統(tǒng),可以取得事半功倍的效果。 一、數(shù)控機(jī)床常用刀柄的分類
2015-07-06