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（1）選擇模具鋼時什么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，它用于下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形。 塑料-一些塑料會產(chǎn)生腐蝕性副產(chǎn)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(chǎn)生腐蝕。在這些情況下，推薦使用不銹鋼材料的模具鋼。 模具尺寸－大尺寸模具常常使用預(yù)硬鋼。整體淬硬鋼常常用于小尺寸模具。 模具使用次數(shù)－長期使用(>1000000次)的模具應(yīng)使用高硬度鋼，其硬度為48－65HRC。中等長時間使用(100000到1000000次)今日焦點(diǎn)： 的模具應(yīng)使用預(yù)硬鋼，其硬度為30－45HRC。短時間使用(<100000次)的模具應(yīng)使用軟鋼，其硬度為160－250HB。 表面粗糙度－許多塑料模具制造商對好的表面粗糙度感興趣。當(dāng)添加硫改善金屬切削性能時，表面質(zhì)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么？ 鋼的化學(xué)成分很重要。鋼的合金成分越高，就越難加工。當(dāng)碳含量增加時，金屬切削性能就下降。 鋼的結(jié)構(gòu)對金屬切削性能也非常重要。不同的結(jié)構(gòu)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于加工的表面。 硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。一般規(guī)律是鋼越硬，就越難加工。高速鋼(HSS)可用于加工硬度最高為330-400HB的材料；高速鋼+鈦化氮(TiN)涂層，可加工硬度最高為45HRC的材料；而對于硬度為65-70HRC的材料，則必須使用硬質(zhì)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(qiáng)的磨蝕性。 最后一個是殘余應(yīng)力，它能引起金屬切削性能問題。常常推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。 （3）模具制造的生產(chǎn)成本由哪些部分組成？ 粗略地說，成本的分布情況如下： 切削65% 工件材料20% 熱處理5% 裝配/調(diào)整10% 這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優(yōu)良的總體切削解決方案對模具的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要性。 （4）鑄鐵的切削特性是什么？ 一般來說，它是： 鑄鐵的硬度和強(qiáng)度越高，金屬切削性能越低，從刀片和刀具可預(yù)期的壽命越低。用于金屬切削生產(chǎn)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(jié)構(gòu)有關(guān)，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(yōu)良的切削屬性，而球墨鑄鐵相當(dāng)不好。 加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為：磨蝕、粘結(jié)和擴(kuò)散磨損。磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產(chǎn)生。有積屑瘤的粘結(jié)磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發(fā)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(kuò)散磨損與溫度有關(guān)，在高切削速度時產(chǎn)生，特別是使用高強(qiáng)度鑄鐵牌號時。這些牌號有很高的抗變型能力，導(dǎo)致了高溫。這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關(guān)，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(zhì)量。 一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為：高熱硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，但也與工序、工件和切削條件有關(guān)；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強(qiáng)度。切削鑄鐵的滿意程度取決于切削刃的磨損如何發(fā)展：快速變鈍意味著產(chǎn)生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質(zhì)量差、過大的波紋度等。正常的后刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。 （5）什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？ 切削過程至少應(yīng)分為3個工序類型： 粗加工、半精加工和精加工，有時甚至還有超精加工(大部分是高速切削應(yīng)用)。殘余量銑削當(dāng)然是在半精加工工序后為精加工而準(zhǔn)備的。在每一個工序中都應(yīng)努力做到為下一個工序留下均勻分布的余量，這一點(diǎn)非常重要。如果刀具路徑的方向和工作負(fù)載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，并更加可預(yù)測。如果可能，就應(yīng)在專用機(jī)床上進(jìn)行精加工工序。這會在更短的調(diào)試和裝配時間內(nèi)提高模具的幾何精度和質(zhì)量。 （6）在這些不同的工序中應(yīng)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(直徑范圍為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。 殘余量銑削工序：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(shù)和合適的銑削策略，來優(yōu)化切削工藝，這非常重要。 關(guān)于可使用的高生產(chǎn)率刀具，見模具制造用樣本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(biāo)是在每一個工序中為每一種刀具創(chuàng)建均勻分布的加工余量。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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是在每個工序中與模具的最終形狀盡可能地相近。 為每一種刀具提供均勻分布的加工余量保證了恒定而高的生產(chǎn)率和安全的切削過程。當(dāng)ap/ae(軸向切削深度/徑向切削深度)不變時，切削速度和進(jìn)給率也可恒定地保持在較高水平上。這樣，切削刃上的機(jī)械作用和工作負(fù)載變化就小，因此產(chǎn)生的熱量和疲勞也少，從而提高了刀具壽命。如果后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(jìn)行無人加工或部分無人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削應(yīng)用的基本標(biāo)準(zhǔn)。 恒定的加工余量的另一個有利的效應(yīng)是對機(jī)床——導(dǎo)軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。 （8）為什么最經(jīng)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(jìn)行型腔的粗銑削，在半精加工中就要去除大量的臺階狀切削余量。這將使切削力發(fā)生變化，使刀具彎曲。其結(jié)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(qiáng)度較弱的方肩銑刀(帶三角形刀片)，就會產(chǎn)生不可預(yù)測的切削效應(yīng)。三角形或菱形刀片還會產(chǎn)生更大的徑向切削力，并且由于刀片切削刃的數(shù)量較少，所以他們是經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(chǎn)生的切屑厚度是可變的。這就使它們可使用比大多數(shù)其它刀片更高的進(jìn)給率。 圓刀片的主偏角從幾乎為零(非常淺的切削)改變到90度，切削作用非常平穩(wěn)。在切削的最大深度處，主偏角為45度，當(dāng)沿帶外圓的直壁仿形切削時，主偏角為90度。這也說明了為什么圓刀片刀具的強(qiáng)度大——切削負(fù)載是逐漸增大的。粗加工和半粗加工應(yīng)該總將圓刀片銑刀，如CoroMill200(見模具制造樣本C-1102:1)作為首選。在5軸切削中，圓刀片非常適合，特別是它沒有任何限制。 通過使用良好的編程，圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。跳動量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結(jié)合，也可以用于半精加工和一些精加工工序。 （9）什么是有效切削速度(ve)和為什么它對高生產(chǎn)率非常重要？ 切削中，實(shí)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。由于臺面進(jìn)給量取決于一定切削速度下的轉(zhuǎn)速，如果未計算有效速度，臺面進(jìn)給量就會計算錯誤。 如果在計算切削速度時使用刀具的名義直徑值(Dc)，當(dāng)切削深度淺時，有效或?qū)嶋H切削速度要比計算速度低得多。如圓刀片CoroMill200刀具(特別是在小直徑范圍)、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和CoroMill390立銑刀之類的刀具(這些刀具請參見山特維克可樂滿的模具制造樣本C-1102:1)。由此，計算得到的進(jìn)給率也低得多，這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)率。更重要的是，刀具的切削條件低于它的能力和推薦應(yīng)用范圍。 當(dāng)進(jìn)行3D切削時，切削時的直徑在變化，它與模具的幾何形狀有關(guān)。此問題的一個解決方案是定義模具的陡壁區(qū)域和幾何形狀淺的零件區(qū)域。如果對每個區(qū)域編制專門的CAM程序和切削參數(shù)，就可以達(dá)到良好的折中和結(jié)果。 （10）對于成功的淬硬模具鋼銑削來說，重要的應(yīng)用參數(shù)有哪些？ 使用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時，一個需遵守的主要因素是采用淺切削。切削深度應(yīng)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(tǒng)和刀具也非常重要。當(dāng)使用整體硬質(zhì)合金刀具時，采用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。一條經(jīng)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(jìn)一步提高了剛度。當(dāng)使用可轉(zhuǎn)位刀片的球頭立銑刀(見模具制造樣本C-1102:1)時，如果刀柄用整體硬質(zhì)合金制造，抗彎剛性可以提高3－4倍。 當(dāng)用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時，選擇專用槽形和牌號也非常重要。選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。 （11）什么時候應(yīng)采用順銑，什么時候應(yīng)采用逆銑？ 主要建議是：盡可能多使用順銑。 當(dāng)切削刃剛進(jìn)行切削時，在順銑中，切屑厚度可達(dá)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(chǎn)生的熱量比在順銑中明顯地高。在逆銑中當(dāng)切屑厚度從零增加到最大時，由于切削刃受到的摩擦比在順銑中強(qiáng)，因此會產(chǎn)生更多的熱量。逆銑中徑向力也明顯高，這對主軸軸承有不利影響。 在順銑中，切削刃主要受到的是壓縮應(yīng)力，這與逆銑中產(chǎn)生的拉力相比，對硬質(zhì)合金刀片或整體硬質(zhì)合金刀具的影響有利得多。當(dāng)然也有例外。當(dāng)使用整體硬質(zhì)合金立銑刀(見模具樣本C-1102:1中的刀具)進(jìn)行側(cè)銑(精加工)時，特別是在淬硬材料中，逆銑是首選。這更容易獲得更小公差的壁直線度和更好的90度角。不同軸向走刀之間如果有不重合的話，接刀痕也非常小。這主要是因為切削力的方向。如果在切削中使用非常鋒利的切削刃，切削力便趨向?qū)⒌丁袄毕虿牧稀？梢允褂媚驺姷牧硪粋�例子是，使用老式手動銑床進(jìn)行銑削，老式銑床的絲杠有較大的間隙。逆銑產(chǎn)生消除間隙的切削力，使銑削動作更平穩(wěn)。 （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采用等高線銑削路徑。銑刀(例如球頭立銑刀，見模具制造樣本C-1102:1)外圓沿等高線銑削常常得到高生產(chǎn)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(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速受到限制，等高線銑削將幫助保持切削速度和進(jìn)給率。采用這種刀具路徑，工作負(fù)載和方向的變化也小。在高速銑應(yīng)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(jìn)給量高的話，切削刃和切削過程便更容易受到工作負(fù)載和方向改變的不利影響，工作負(fù)載和方向的變化會引起切削力和刀具彎曲的變化。應(yīng)盡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(jī)床無預(yù)讀功能，就不能足夠快地減速，最容易在中央發(fā)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。 為了得到最長的刀具壽命，在銑削過程中應(yīng)使切削刃盡可能長時間地保持連續(xù)切削。如果刀具進(jìn)入和退出太頻繁，刀具壽命會明顯縮短。這會使切削刃上的熱應(yīng)力和熱疲勞加劇。在切削區(qū)域有均勻和高的溫度比有大的波動對現(xiàn)代硬質(zhì)合金刀具更有利。仿形銑削路徑常常是逆銑和順銑的混合(之字形)，這意味切削中會頻繁地吃刀和退刀。這種刀具路徑對模具質(zhì)量也有不好的影響。每次吃刀意味刀具彎曲，在表面上便有抬起的標(biāo)記。當(dāng)?shù)毒咄顺鰰r，切削力和刀具的彎曲減小，在退出部分會有輕微的材料“過切削”。 （13）為什么有的銑刀上必須有不同的齒距？ 銑刀是多切削刃刀具，齒數(shù)(z)是可改變的，有一些因素可以幫助確定用于不同加工類型的齒距或齒數(shù)。材料、工件尺寸、總體穩(wěn)定性、懸伸尺寸、表面質(zhì)量要求和可用功率就是與加工有關(guān)的因素。與刀具有關(guān)的因素包括足夠的每齒進(jìn)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(diǎn)到下一個切削刃上同一個點(diǎn)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，見模具制造樣本C-1102:1。密齒距是指有較多的齒和適當(dāng)?shù)娜菪伎臻g，可以以高金屬去除率切削。一般用于鑄鐵和鋼的中等負(fù)載銑削。密齒距是通用銑刀的首選，推薦用于混合生產(chǎn)。 疏齒距是指在銑刀圓周上有較少的齒和有大的容屑空間。疏齒距常常用于鋼的粗加工到精加工，在鋼加工中振動對加工結(jié)果影響很大。疏齒距是真正有效的問題解決方案，它是長懸伸銑削、低功率機(jī)床或其它必須減小切削力應(yīng)用的首選。 超密齒距刀具的容屑空間非常小，可以使用較高的工作臺進(jìn)給。這些刀具適合于間斷的鑄鐵表面的切削、鑄鐵粗加工和鋼的小余量切削，例如側(cè)銑。它們也適合于必須保持低切削速度的應(yīng)用。銑刀還可以有均勻的或不等的齒距。后者是指刀具上齒的間隔不相等，這也是解決振動問題的有效方法。 當(dāng)存在振動問題時，推薦盡可能采用疏齒不等齒距銑刀。由于刀片少，振動加劇的可能性就小。小的刀具直徑也可改善這種情況。應(yīng)使用能很好適應(yīng)的槽形和牌號的組合——鋒利的切削刃和韌性好的牌號組合。 （14）為了獲得最佳性能，銑刀應(yīng)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(dān)的切削長度有關(guān)。定位于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(dá)到一個折中。在刀具定位于工件的中央的情況下，當(dāng)?shù)镀邢魅羞M(jìn)入或退出切削時，徑向切削力的方向就隨之改變。機(jī)床主軸的間隙也使振動加劇，導(dǎo)致刀片振動。 通過使刀具偏離中央，就會得到恒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(yīng)采取什么措施？ 當(dāng)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(shù)達(dá)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。 字串1 - 使用正前角、小切削力刀片槽形。 字串8 - 盡可能使用小銑刀。 當(dāng)使用減震接桿進(jìn)行銑削時，這一點(diǎn)特別重要。 字串7 - 使用小切削刃鈍化半徑（ER）的刀片。 從厚涂層到薄涂層。 如需要可使用非涂層刀片。 應(yīng)使用基體為細(xì)晶顆粒的高韌性刀片牌號。 - 使用大的每齒進(jìn)給。 降低轉(zhuǎn)速，保持工作臺進(jìn)給量（等于較大的每齒進(jìn)給量）。 或保持轉(zhuǎn)速并提高工作臺進(jìn)給量（較大的每齒進(jìn)給量）。 切勿減小每齒進(jìn)給量！ 字串7 - 減小徑向和軸向切削深度。 - 選擇穩(wěn)定的刀柄，如可樂滿Capto。 使用盡可能大的接柄尺寸，以獲得最佳穩(wěn)定性。 使用錐度加長桿，以獲得最大剛性。 - 對于大懸伸，使用與疏齒距不等齒距銑刀結(jié)合的減震接桿。 安裝銑刀時，使銑刀與減震接柄直接連接。 字串1 - 使銑刀偏離工件中心。 16) 為了使刀具平衡，應(yīng)采取的最重要措施有哪些？ 在整個切削過程中，為達(dá)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(zhì)量，或移動刀柄上的配重來降低不平衡。 字串2 - 經(jīng)常必須重復(fù)這些步驟，包括再次檢查刀具、再次精確調(diào)整，直到達(dá)到平衡。 刀具平衡還牽涉到幾個未討論過的工藝中的不穩(wěn)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(tài)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，如果刀具平衡對降低成本非常重要，就應(yīng)并對每種的具體情況進(jìn)行分析。 但是，為了很好地平衡刀具，在選擇正確的刀具時還有許多工作要做。以下幾點(diǎn)是選擇刀具時應(yīng)給予考慮的： - 購買高質(zhì)量的刀具與刀柄。應(yīng)選擇預(yù)先已消除了不平衡的刀柄。 - 最好使用短的和盡可能輕的刀具。 - 定期檢驗刀具和刀柄，檢查是否有疲勞螺紋和變形的征兆。 字串7 工藝能接受的刀具不平衡由工藝自身的情況來確定。這些情況包括切削過程的切削力、機(jī)床的平衡狀況及這兩個因素彼此相互影響的程度。試驗是找到最佳平衡的最好方法。用不同的不平衡值運(yùn)行幾次，例如從不平衡值為20克毫米或更低開始。每次運(yùn)行后，再用更加平衡的刀具重復(fù)試驗。最佳平衡應(yīng)該是這樣的一個點(diǎn)：超過這個點(diǎn)后，進(jìn)一步提高刀具平衡不會提高工件的表面質(zhì)量；或是這樣的一個點(diǎn)：在此點(diǎn)上工藝能易于保證規(guī)定的工件公差。 關(guān)鍵是始終將重點(diǎn)放在工藝上，而不是將動平衡等級-G值或其它任意確定的平衡值作為目標(biāo)。此目標(biāo)應(yīng)為達(dá)到效率盡可能高的工藝。這牽涉到權(quán)衡刀具平衡的成本和因此而獲得的好處，因此應(yīng)在成本與好處之間合理地進(jìn)行平衡。 |