高速加工在模具加工中的應(yīng)用

1、高速加工在模具加工中的應(yīng)用【摘 要】隨著我國(guó)汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)cnc機(jī)床、cnc加工技術(shù)的要求也隨之在不斷提高。汽車反光燈模具其不能拋光的特殊性（如果 cnc 加工完成后進(jìn)行拋光，由于拋光會(huì)使得模具變形影響反光燈的折射和反光效果），高速加工在此類模具的加工中就顯得尤其突出。【關(guān)鍵詞】：高速加工 汽車反光燈模具加工 一、任務(wù)來(lái)源當(dāng)今的整個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈，包括 cnc 加工中心的競(jìng)爭(zhēng)也是非常激烈的，如何在最短的時(shí)間內(nèi)為客戶花最低的成本創(chuàng)造出最高的效益，成為機(jī)械制造商們絞盡腦汁研究的重要課題。早在60多年前，德國(guó)一位金屬切削科學(xué)家salomon博士第一提出高速加工的理論：隨著切削線速度的增

2、加，溫度及刀具磨損會(huì)劇烈增加；當(dāng)切削線速度 達(dá)到某臨界值時(shí)，切削溫度及切削力會(huì)減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。我們學(xué)校購(gòu)置了mikron五軸加工中心后，通過(guò)了大量的加工各式各樣的工件從而積累了許多有關(guān)高速加工的經(jīng)驗(yàn)。高速加工中心自上個(gè)世紀(jì)九十年代末來(lái)到中國(guó)經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展高速加工技術(shù)在我國(guó)日趨成熟，但在許多領(lǐng)域卻未能得到很好的應(yīng)用。如果將高速加工這一門技術(shù)充分地集成到加工工藝鏈中，使其益處得以體現(xiàn)，最終獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，是我們職業(yè)教育的一個(gè)重要課題。二、過(guò)程分析我們通過(guò)加工一汽車反光燈模具案例來(lái)分享高速加工這一門技術(shù):1. 工件尺寸及材質(zhì)：工件尺寸: 808050 mm工件材質(zhì): s1

3、36 (hrc52)2. 工藝分析:1）傳統(tǒng)加工工藝: 備料cnc 粗加工熱處理磨床磨工件尺寸到位cnc 半精加工cnc 精加工拋光成品2）高速加工工藝: 備料(直接備所需要尺寸和硬度的材料) cnc 加工(粗加工到精加工一次性裝夾、加工完成) 成品3. 高速加工可行性分析:1） 加工用機(jī)床: 瑞士 mikron 的 hsm500機(jī)床的技術(shù)參數(shù) 行程: 500(x)450(y)350(z) mm 工作臺(tái)面積: 550450 mm 最快進(jìn)給速度: 40m/min 加速度: 1.7 g(m/s2) 主軸最高轉(zhuǎn)速: 42000 rpm/min 刀庫(kù)容量: 36 控制系統(tǒng): (海德漢) heidenh

4、ain itnc 530 三軸配備玻璃光柵尺，采用全閉環(huán)控制2） 加工刀具、加工策略及加工參數(shù):分析3d模型的r角，最小r角是r3.5mm。選擇加工的刀具是：d8r4 球刀開(kāi)粗、d6r3球刀續(xù)粗和d5r2.5球刀精加工。加工策略及切削參數(shù)一覽表:drznvfaeaptmanufacturing stepcuttingtoolmmmm-min-1mm/minmmmmminroughingd8r48421760042001.50.3551minroughingd6r36322670048000.20.242 minroughingd6r36322670066000.20.05finishingd5

5、r2.552.524200025200.050.05113 mintotal processing time206 min注釋: n轉(zhuǎn)速 vf進(jìn)給速度 ae徑向進(jìn)給量 ap軸向進(jìn)給量工件ap刀具ae3）加工過(guò)程分析a. 開(kāi)粗采用挖槽方式去除大余量:高速加工對(duì)切削刀具的基本要求有幾點(diǎn):a.高硬度，高剛性,高耐磨性b.高熱硬性，高化學(xué)穩(wěn)定 c.抗熱沖擊能力強(qiáng)因?yàn)榧饨嵌算姷兜募饨遣痪哂锌拐饎?dòng)及抗熱應(yīng)力的效果，所以使用具有r角的端銑刀進(jìn)行粗加工是比較有利的。事實(shí)證明30度的螺旋角對(duì)于鐵屑的順利排除比較理想。我們選用一把 d8r4 的球刀用來(lái)粗加工，刀具螺旋角是 30，前角是-10。根據(jù)高速加工的含義:

6、在高速加工時(shí)，因切削速度快，切削時(shí)切削區(qū)會(huì)產(chǎn)生高溫，使鐵屑溫度上升，導(dǎo)致切削阻力下降。在切削的時(shí)候由于刀具前刀面和被切削的工件材料之間存在摩擦生熱（這是我們的祖先在很早以前就發(fā)現(xiàn)了的自然規(guī)律），摩擦越快產(chǎn)生的溫度越高。高速加工就是利用高的轉(zhuǎn)速使前刀面和切削區(qū)域的材料產(chǎn)生摩擦，在切削的瞬間切削區(qū)域的材料因摩擦產(chǎn)生高溫軟化，再進(jìn)行切削就輕松容易了。關(guān)鍵是要掌握 如何避開(kāi)傳統(tǒng)加工區(qū)和死區(qū)，進(jìn)入高速加工區(qū)。 vc 示意圖nd高速加工區(qū)如何確定值得我們進(jìn)一步去研究和探討。研究表明高速加工時(shí)切屑刀尖區(qū)域的溫度可到達(dá)8001000，刀具涂層開(kāi)始氧化溫度可達(dá)1100左右。miracle（al,ti）n普通合金

7、刀硬度（hv）310028001600開(kāi)始氧化溫度（）1100840結(jié)合力（n）1）10080摩擦系數(shù) 2）（800）0.420.53作為高速加工刀具的硬度、所能承受的溫度要求都比較高、讓我們能有足夠的條件空間進(jìn)行切削、而刀具的摩擦系數(shù)也是高速加工其中的重要因素之一。在傳統(tǒng)加工時(shí)，由于受到主軸轉(zhuǎn)速低的限制，只能受限于低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給的“硬碰硬”的切削方式進(jìn)行加工，加工效率較低，而且刀具的直徑也不能太小，加工的工件材料硬度也不能高。如果轉(zhuǎn)速太高了，且又沒(méi)有超過(guò)臨界值時(shí)，刀具就會(huì)磨損嚴(yán)重。現(xiàn)在的刀具制造商在生產(chǎn)刀具的時(shí)候，都會(huì)根據(jù)刀具的材質(zhì)、刀具涂層的材料等進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)切削不同硬度的工件材料從中總

8、結(jié)出在切削各個(gè)硬度段時(shí)的最佳 vc值。我們根據(jù)這些vc值來(lái)確定主軸轉(zhuǎn)速n。vc值是高速加工中的一個(gè) 重要決定因素，為我們能有效地避開(kāi)傳統(tǒng)加工區(qū)和死區(qū)，進(jìn)入高速加工區(qū)進(jìn)行加工提供了重要依據(jù)。加工示意圖及高速加工中熱量的分布圖:傳統(tǒng)切削的展角hsm的展角熔化區(qū) 高切削速度令切削阻力上升 阻力上升后使鐵屑與刀具接觸面的溫 度上升 溫度上升使鐵屑軟化 熱量傳送: 刀具 (約 10%) 工件 (約 20%) 鐵屑 (約 70%)刀面刀具刀底工件在高速加工時(shí)，由于摩擦速度快被切削出來(lái)的切屑比較卷。因?yàn)楦咚偌庸ひ@得加工所需要的“熱”，在切削區(qū)域被切削的材料和前刀面之間的摩擦較大，切屑所受到的擠壓也比較大，

9、才能產(chǎn)生加工需求的熱量。切屑由于摩擦、受熱和擠壓，所以較傳統(tǒng)加工而言高速加工的切屑所形成的展角要大。高速加工中主軸的轉(zhuǎn)速很高，當(dāng)切屑被剝離工件的瞬間即被甩離出去，所以停留在工件的熱量很少。熱量的分布為:切屑約占70；工件約占 20；刀 具約占10。工件的熱變形小，有利于保證加工精度和表面質(zhì)量，刀具的熱應(yīng)力小，減少了刀具磨損。刀具參數(shù)列表：確定刀具的切削用量為: ap0.35 mm ae=1.5 mm計(jì)算出參與切削的有效刀具直徑:deff= 2 ap(dap) mm=3.27mm根據(jù)切削參數(shù)vc=180m/min，計(jì)算出轉(zhuǎn)速是: n=vc1000deff rpm17530 rpm根據(jù)轉(zhuǎn)速、fz=

10、0.12mm，計(jì)算進(jìn)給速度:vf=nfzzmm/min4207mm/min注釋: d刀具直徑 fz每刃進(jìn)給量 z刃數(shù)高速加工普遍采用油霧冷卻方式，而避免了用切削液或直接吹氣冷卻。切削液冷卻的缺點(diǎn)是:由于高速加工是利用“熱”來(lái)加工，切削液會(huì)起到過(guò)冷卻的作用影響熱能的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)工件還會(huì)被淬火材料變硬；使用切削液刀具涂層因?yàn)槭艿絼×业臒釢q冷縮的作用刀具涂層容易脫落，直接影響了刀具的使用壽命。油霧冷卻的好處是：油霧是由壓縮空氣和油霧切削油混合共同作用的，能將切屑迅速吹離加工區(qū)域，同時(shí)油霧在刀具表面起到的潤(rùn)滑作用還可以防止粘屑，預(yù)防切屑瘤的產(chǎn)生，減少了刀具磨損，而直接吹氣冷卻是沒(méi)有潤(rùn)滑作用的。b續(xù)粗：

11、清除開(kāi)粗剩余的余量，為精加工均勻余量。加工方式是兩條 45交替平行銑削。第一條 45平行銑削留量 0.3mm，目的是清除開(kāi)粗剩余的不均勻的余量； 第二條 135平行銑削留量 0.05mm，目的是為精加工均勻余量。之所以采用兩刀路是為了避免開(kāi)粗留量不均勻、余量太大對(duì)刀具的磨損。加工參數(shù): ap=0.2mm ae=0.2 mm vc=180m/minfz=0.09mm/fz=0.12mmc. 精加工:采用 0平行銑削，單條刀路的銑削方向是從較低點(diǎn)a點(diǎn)向較高 b 點(diǎn)銑削，采用順銑的方式銑削。好處有：銑削時(shí)是側(cè)刃先到，刀具向上運(yùn)動(dòng)可避免刀具向下運(yùn)動(dòng)時(shí)刀尖和刀刃受到的切削應(yīng)力，減少刀具磨損，提高表面質(zhì)量

12、。b 點(diǎn)a 點(diǎn)整體切削方向加工參數(shù):ap0.05mmae=0.05 mmvc=180 m/minfz=0.03 mm加工過(guò)程圖:加工過(guò)程中影響表面質(zhì)量的其他幾個(gè)重要因素:a. 刀具 質(zhì)量較差的銑刀幾何結(jié)構(gòu)圖視角sasba a中心, 1a-a剖面(放大) centre, 1橫刃在磨削時(shí)形成兩個(gè)尖點(diǎn)，在銑削時(shí)兩尖點(diǎn)由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)圓；或者如果兩尖點(diǎn)的高度不同時(shí)形成的運(yùn)動(dòng)軌跡就是兩個(gè)圓，不利于加工的表 面質(zhì)量；而且刀尖容易崩掉。質(zhì)量較好的銑刀幾何結(jié)構(gòu)圖視角切削刃 sasbsc刀具的刀刃輪廓是標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，橫刃應(yīng)該是在刀刃圓弧上的一段圓弧，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)刀尖的軌跡是一個(gè)點(diǎn)，有助于獲得更高的尺寸精度

13、和表面質(zhì)量。b. 刀具的徑向跳動(dòng)4 3vf 刀具無(wú)徑向跳動(dòng)缺陷1n1 22 rth4 3vf 刀具徑向跳動(dòng)明顯超差n1 21 2 rthrth每刃切削量刃 1刃 2刃 3刃 4由于刀具徑向跳動(dòng)，在銑削時(shí)產(chǎn)生的峰值差rth會(huì)增大，直接影響了加工的表面質(zhì)量，應(yīng)該盡量避免刀具徑向跳動(dòng)的存在。采用熱鎖型刀頭可以有效的改善刀具的徑向跳動(dòng)。c. 切削速度2,0動(dòng)態(tài)粗糙度1,5dd rth = 2 -態(tài)粗糙度2 2- d- br4rthbr動(dòng)dd rth = 2braprth = 0,57 msource: xuaprd2- b24rth1,00,5rth =0,57m0200400 600 800 1000切削速度vcm/min切削速度、刀路之間的步距對(duì)加工表面質(zhì)量也會(huì)有很大影響，切削速度跟每 刃進(jìn)給量fz有直接關(guān)系，所以精加工時(shí)fz不宜過(guò)大。 刀具磨損的情況:加工的表面質(zhì)量效果:加工表面粗糙度ra值的檢測(cè)數(shù)據(jù):三、結(jié)束語(yǔ)本文結(jié)合了本人在現(xiàn)實(shí)工作中的相關(guān)經(jīng)