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日志

在模具制造领域的十个常见问题解答

已有 760 次阅读2011-11-16 17:56 |个人分类:我的技术|系统分类:技术

1.影响材料可切削性的首要因素是什么?
    钢的化学成分很重要。钢的合金成分越高,就越难加工。当碳含量增加时,金属切削性能就下降。钢的结构对金属切削性能也非常重要。不同的结构包括:锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和己切削加工过的。锻件和铸件有非常难于加工的表面。硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。一般规律是钢越硬,就越难加工。高速钢(HSS)可用于加工硬度最高为330-400HB的材料:高速钢+钛化氮(TiN)涂层,可加工硬度最高为45HRC的材料;而对于硬度为65-70HRC的材料,则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN)。
   非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响、例如Al2O3(三氧化二铝),它是纯陶瓷,有很强的磨蚀性。最后一个残余应力,它能引起金属切削性能问题。常常推荐粗加工后进行应力释放工序。
2.什么是模具制造中主要的、共同的加工工序?
    切削过程至少应分为3个工序类型:
    粗加工、半精加工和精加工,有时甚至还有超精加工(大部分是高速切削应用)。残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量,这一点非常重要。如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化,刀具的寿命就可能延长,并更加可预测。如果可能,就应在专用机床上进行精加工工序。这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。
3. 在切削工艺中有没有一个最重要的因素?
    切削过程中一个最重要的目标是在每一个工序中为每一种刀具创建均匀分布的加工余量。这就是说,必须使用不同直径的刀具(从大到小),特别是在粗加工和半精加工工序中。任何时候主要的标准应是在每个工序中与模具的最终形状尽可能地相近。
    为每一种刀具提供均匀分布的加工余量保证了恒定而高的生产率和安全的切削过程。当ap/ae(轴向切削深度/径向切削深度)不变时,切削速度和进给率也可恒定地保持在较高水平上。这样,切削刃上的机械作用和工作负载变化就小,因此产生的热量和疲劳也少,从而提高了刀具寿命。如果后面的工序是一些半精加工工序,特别是所有精加工工序,就可进行无人加工或部分无人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削应用的基本标准。恒定的加工余量的另一个有利的效应是对机床导轨、球丝杠和主轴轴承的不利影响小。
4.什么时候应采用顺铣,什么时候应采用逆铣?
    主要建议是:尽可能多使用顺铣。
    当切削刃刚进行切削时,在顺铣中,切屑厚度可达到其最大值。而在逆铣中,为最小值。一般来说,在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短,这是因为在逆铣中产生的热量比在顺铣中明显地高。在逆铣中当切屑厚度从零增加到最大时,由于切削刃受到的摩擦比在顺铣中强,因此会产生更多的热量。逆铣中径向力也明显高,这对主轴轴承有不利影响。
    在顺铣中,切削刃主要受到的是压缩应力,这与逆铣中产生的拉力相比,对硬质合金刀片或整体硬质合金刀具的影响有利得多。当然也有例外。当使用整体硬质合金立铣刀进行侧铣(精加工)时,特别是在淬硬材料中,逆铣是首选。这更容易获得更小公差的壁直线度和更好的90度角。不同轴向走刀之间如果有不重合的话,接刀痕也非常小。这主要是因为切削力的方向。如果在切削中使用非常锋利的切削刃,切削力便趋向将刀“拉”向材料。可以使用逆铣的另一个例子是,使用老式手动铣床进行铣削,老式铣床的丝杠有较大的间隙。逆铣产生消除间隙的切削力,使铣削动作更平稳。
     
5.为了获得最佳性能,铣刀应怎样定位?
    切削长度会受到铣刀位置的影响。刀具寿命常常与切削刃必须承担的切削长度有关。定位于工件中央的铣刀其切削长度短,如果使铣刀在任一方向偏离中心线,切削的弧就长。要记住,切削力是如何作用的,必须达到一个折中。在刀具定位于工件的中央的情况下,当刀片切削刃进入或退出切削时,径向切削力的方向就随之改变。机床主轴的间隙也使振动加剧,导致刀片振动。
    通过使用偏离中央,就会得到恒定的和有利的切削方向。悬伸越长,克服所有可能的振动也就越重要。
6.我应怎样切削转角才能没有振动的危险?
    传统的切削转角的方法是使用线性切削(G1),在转角的过渡不连续。这就是说,当刀具到达角落时,由于线性轴的动力特性限制,刀具必须减速。在电机改变进给方向前,有一短暂的停顿,这会产生大量的热量和摩擦。很长的接触长度会导致切削力的不稳定,并常常使角落切削不足。典型的结果是振动刀具越大和越长,或刀具总悬伸越大,振动越强。
此问题的最佳解决方案:
● 使用圆角半径比转角半径小的刀具。使用圆弧插补生成角落。这种加工方法在块的边界处不会产生停顿,这就是说,刀具的运动提供了光滑和连续的过渡,产生振动的可能性大大地降低了。
● 另一种解决方案是通过圆弧插补产生比图纸上的规定稍大些的圆角半径。这是很有利的,这样,有时就可在粗加工中使用较大的刀具,以保持高生产率。
● 在角落处余下的加工余量可以采用较小的刀具进固定铣削或圆弧插补切削。
7.什么是开始切削型腔的最佳方法?
共有4种主要方法:
● 起始孔的预钻削,角落也可预钻削。不推荐这种方法:这需要增加一种刀具,同时此刀具也要占据刀具室内空间。单从切削的观点看,刀具通过预钻削孔时因切削力而产生不利的振动。当使用预钻削孔时,常常会导致刀具损坏。使用预钻削孔,也会增加切屑的再切削。
● 如果使用球头立铣刀或圆刀片刀具,通常采用啄铣,以保证全部轴向深度都得以切削。使用这种方法的缺点是排屑问题和使用圆刀片会产生非常长的切屑。
● 最佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的线性坡走切削,以达到全部轴向深度的切削。最后,可以以螺旋形式进行圆插补铣。这是一种非常好的方法,因为它可产生光滑的切削作用,而只要求很小的开始空间。
8.高速切削的目标是什么?
高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本。它主要应用于精加工工序,常常用于加工淬硬模具钢。另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。
达到这些目标的主要因素为:
● 一次(更少次数)装夹的模具加工。
● 通过切削改善模具的几何精度,同时可减少手工劳动和缩短试模时间。
● 使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺计划,通过工艺计划提高机床和车间的利用率。
   
9.高速切削的实际优点是什么?
    刀具和工件可保持低温度,这在许多情况下延长了刀具寿命。另一方面,在高速切削应用中,切削量是浅的,切削刃的吃刀时间特别短。这就是说,进给比热传播的时间快。
    低切削力得到小而一致的刀具弯曲。这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合,是高效和安全加工的先决条件之一。
    由于高速切削中典型的切削深度是浅的,刀具和主轴上的径向力低。这减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损。高速切削和轴向铣削也是良好的组合,它对主轴轴承的冲击小,使用这种方法可以使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。
    小尺寸零件的高生产率切削,如粗加工、半粗加工和精加工,在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。
    高速切削可在一般精加工中获得高生产率,可获得杰出的表面质量。表面质量常低于Ra0.2um。
    采用高速切削,使对薄壁零件的切削成为可能。使用高速切削,吃刀时间短,冲击和弯曲减小了。
    模具的几何精度提高了,组装就容易和更快了。无论是什么人,技能如何,都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些,费时的人工抛光工作可显著减少。常常可减少达60-100%!
    一些加工,如淬火、电解加工和电火花加工(EDM),可以大大减少。这就可降低投资成本和简化后勤供应。用切削代替电火花加工(EDM),模具使用寿命和质量也得到提高。
    采用高速切削,可通过CAD/CAM很快改变设计,特别是在不需要生产新电极的情况下。
10.高速切削对切削刀具的典型特性或要求有哪些?
整体硬质合金:
● 高精度磨削,径向跳动低于3微米。
● 尽可能小的凸出和悬伸,最大的刚性,尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。
● 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小,切削刃和接触长度应尽可能短。
● 超尺寸、锥度刀柄,这在小直径时特别重要。
● 细晶粒基体和为了得到高耐磨性的TiAIN涂层。
● 用于风冷或冷却液的内冷却孔。
● 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。
● 对称刀具,最好是设计保证平衡。

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