模具制造領域的25個常見問題解答

模具制造領域的25個常見問題解答

模具制造領域的25個常見問題解答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（>

1

000

000次）的模具應使用高硬度鋼，其硬度為48－65

HRC。

中等長時間使用（100

000到1

000

000次）的模具應使用預硬鋼，其硬度為30－45

HRC。

短時間使用（<100

000次）的模具應使用軟鋼，其硬度為160－250

HB。

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么？

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330-400

HB的材料；高速鋼+鈦化氮（TiN）涂層，可加工硬度最高為45

HRC的材料；

而對于硬度為65-70

HRC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。

最后一個是殘余應力，它能引起金屬切削性能問題。

常常推薦在粗加工后進行應力釋放工序。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(yōu)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(chǎn)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(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，擴散磨損與溫度有關，在高切削速度時產(chǎn)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。

一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為：

高熱硬度和化學穩(wěn)定性，但也與工序、工件和切削條件有關；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。

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用）。

殘余量銑削當然是在半精加工工序后為精加工而準備的。

在每一個工序中都應努力做到為下一個工序留下均勻分布的余量，這一點非常重要。

如果刀具路徑的方向和工作負載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，并更加可預測。

如果可能，就應在專用機床上進行精加工工序。

這會在更短的調試和裝配時間內提高模具的幾何精度和質量。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（直徑范圍為10－25

mm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。

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(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。

任何時候主要的標準應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恒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(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用的基本標準。

恒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(chǎn)生不可預測的切削效應。

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

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(shù)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。

-

盡可能使用小銑刀。

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。

從厚涂層到薄涂層。

如需要可使用非涂層刀片。

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，保持工作臺進給量（等于較大的每齒進給量）。

或保持轉速并提高工作臺進給量（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(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(shù)齒的刀具——可每隔一齒拆下一個刀片。

16)

為了使刀具平衡，應采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(jīng)常必須重復這些步驟，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(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，就應并對每種的具體情況進行分析。

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。以下幾點是選擇刀具時應給予考慮的：

-

購買高質量的刀具與刀柄。應選擇預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。

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行幾次，例如從不平衡值為20克毫米或更低開始。每次運行后，再用更加平衡的刀具重復試驗。最佳平衡應該是這樣的一個點：超過這個點后，進一步提高刀具平衡不會提高工件的表面質量；或是這樣的一個點：在此點上工藝能易于保證規(guī)定的工件公差。

關鍵是始終將重點放在工藝上，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。此目標應為達到效率盡可能高的工藝。這牽涉到權衡刀具平衡的成本和因此而獲得的好處，因此應在成本與好處之間合理地進行平衡。

關于刀具平衡更詳細的技術信息，

請與當?shù)氐目蓸窛M代表聯(lián)系。

17)

在常規(guī)和高速切削應用中，為了得到盡可能好的效果，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(chǎn)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桿恒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。

與主軸孔和端面同時接觸的刀具，即徑向和軸向同時配合的刀具更適用于高速下的切削。當主軸孔擴大時，端面接觸可避免刀具在主軸孔內向上的移動。使用空心刀柄的刀具也容易受離心力的影響，但它們已設計成在高速下隨主軸孔的增大而增大。刀具和主軸在徑向和軸向都接觸提供了良好的夾緊剛性，使刀具可以進行高速切削。采用獨有的橢圓三棱短錐設計的可樂滿Capto接口在傳遞扭矩和高生產(chǎn)率切削時，具有更優(yōu)秀的性能。

高主軸轉速時主軸表面接觸的對照表主軸轉速

ISO

40

HSK

50A

Coromant

Capto

C50

100%

100%

100%

20

000

100%

95%

100%25

000

37%

91%

99%30

000

31%

83%

95%

35

000

26%

72%

91%

40

000

26%

67%

84%

當安排高速切削時，應盡量使用由對稱的刀具和刀柄組合而成的刀具系統(tǒng)。有幾種可用的不同刀具系統(tǒng)。先將刀柄加熱使孔擴張，待它們冷卻后刀具就被夾緊了，這就是過盈配合系統(tǒng)。對于高速切削來說，這是最好和最可靠的固定刀具方法。這首先是因為它的跳動量非常??；第二，這種連接能傳遞大扭矩；第三，它很容易構建定制刀具和刀具組件；最后，用這種方法組成的刀具組件有極高的總體剛性。

另一種出眾并非常通用的刀具夾緊裝置是可樂滿高精度強力夾頭——CoroGrip。這種刀柄系統(tǒng)覆蓋了從粗加工到超精加工的所有應用。一個夾頭可夾緊使用直柄、惠氏刻槽或側壓式刀柄的面銑刀到鉆頭的所有類型的刀具。標準彈簧夾套，如可用液壓（HydroGrip）、BIG、Nikken、NT的彈簧夾套，均可用于CoroGrip夾頭。在4XD處的跳動量僅為0.002

–

0.006

mm。夾緊力和扭矩傳遞特別高，其平衡設計使它用于高速切削（<

40

000轉/分）時有非常完美的性能。18)

我應怎樣切削轉角才能沒有振動的危險？

傳統(tǒng)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(xù)。這就是說，當?shù)毒叩竭_角落時，由于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(chǎn)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(wěn)定，并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。

此問題的最佳解決方案：

&8226;

使用圓角半徑比轉角半徑小的刀具。使用圓弧插補生成角落。這種加工方法在塊的邊界處不會產(chǎn)生停頓，這就是說，刀具的運動提供了光滑和連續(xù)的過渡，產(chǎn)生振動的可能性大大地降低了。

&8226;

另一種解決方案是通過圓弧插補產(chǎn)生比圖紙上的規(guī)定稍大些的圓角半徑。這是很有利的，這樣，有時就可在粗加工中使用較大的刀具，以保持高生產(chǎn)率。

&8226;

在角落處余下的加工余量可以采用較小的刀具進行固定銑削或圓弧插補切削。

19)

什么是開始切削型腔的最佳方法？

共有4種主要方法：

&8226;

起始孔的預鉆削，角落也可預鉆削。不推薦這種方法：

這需要增加一種刀具，同時此刀具也要占據(jù)刀具室內空間。單從切削的觀點看，刀具通過預鉆削孔時因切削力而產(chǎn)生不利的振動。當使用預鉆削孔時，常常會導致刀具損壞。使用預鉆削孔，也會增加切屑的再切削。

&8226;

如果使用球頭立銑刀或圓刀片刀具，通常采用啄銑，以保證全部軸向深度都能得以切削。使用這種方法的缺點是排屑問題和使用圓刀片會產(chǎn)生非常長的切屑。

&8226;

最佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的線性坡走切削，以達到全部軸向深度的切削。

最后，可以以螺旋形式進行圓插補銑。這是一種非常好的方法，因為它可產(chǎn)生光滑的切削作用，而只要求很小的開始空間。20)

高速切削的定義是什么？

對于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。

讓我們看一下這些定義中的幾個：

&8226;

高切削速度切削

&8226;

高主軸速度切削

&8226;

高進給切削

&8226;

高速和高進給切削

&8226;

高生產(chǎn)率切削

我們對高速切削的定義描述如下：

&8226;

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(chǎn)設備進行加工的工藝。

&8226;

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并采用大尺寸刀具進行的。

&8226;

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(shù)可為常規(guī)的4到6倍。

&8226;

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(chǎn)率切削。

&8226;

零件形狀變得越來越復雜，高速切削也就顯得越來越重要。

&8226;

現(xiàn)在，高速切削主要應用于錐度40的機床上。21)

高速切削的目標是什么？

高速切削的主要目標之一是通過高生產(chǎn)率來降低生產(chǎn)成本。它主要應用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具鋼。另一個目標是通過縮短生產(chǎn)時間和交貨時間提高整體競爭力。

達到這些目標的主要因素為：

&8226;

一次（更少此數(shù)）裝夾的模具加工。

&8226;

通過切削改善模具的幾何精度，同時可減少手工勞動和縮短試模時間。

&8226;

使用CAM系統(tǒng)和面向車間的編程來幫助制定工藝計劃，通過工藝計劃提高機床和車間的利用率。

22)

高速切削的實際優(yōu)點是什么？

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恒定的加工余量相結合，是高效和安全加工的先決條件之一。

由于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，它對主軸軸承的沖擊小，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(chǎn)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(jīng)濟性。

高速切削可在一般精加工中獲得高生產(chǎn)率，可獲得杰出的表面質量。表面質量常低于Ra

0.2

um。

采用高速切削，使對薄壁零件的切削成為可能。使用高速切削，吃刀時間短，沖擊和彎曲減小了。

模具的幾何精度提高了，組裝就容易和更快了。無論是什么人，技能如何，都能獲得CAM/CNC生產(chǎn)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后勤供應。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。

采用高速切削，可通過CAD/CAM很快改變設計，特別是在不需要生產(chǎn)新電極的情況下。

23)

高速切削有風險或缺點嗎？&8226;

由于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(chǎn)生相對快的磨損。這常常導致較高的維護成本。

&8226;

需要專門的工藝知識、編程設備和快速傳送數(shù)據(jù)的接口。

&8226;

可能很難找到和挑選高級技術員工。

&8226;

常有相當長的調試和出故障時間。

&8226;

加工中無需緊急停止，導致人為錯誤和軟件或硬件故障會產(chǎn)生許多嚴重后果。

&8226;

必須有良好的加工計劃——“向饑餓的機床提供食物”。

&8226;

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。

僅使用注明最高主軸速度的刀具。不要使用整體高速鋼（HSS）刀具！

24)

高速切削對機床有哪些要求？對ISO/BT

40號機