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模具高速加工技巧

模具是制作業(yè)中應(yīng)用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模,就無(wú)法生產(chǎn)出被廣泛利用和具有競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中,沒有高程度的模具,就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品,它對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、下降生產(chǎn)本錢也有重要的作用。據(jù)國(guó)外最新統(tǒng)計(jì)分析,金屬零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此,模具產(chǎn)業(yè)也被稱為“皇冠產(chǎn)業(yè)”。如今,模具制作已成為先進(jìn)制作技巧的一個(gè)重要組成部分。 制作模具的材料通常是一類難加工材料,目前國(guó)內(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工(EDM)成型。但電加工的生產(chǎn)效率很低,不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制作質(zhì)量方面,都不能滿足現(xiàn)代批量生產(chǎn)的請(qǐng)求。 高速加工技巧的呈現(xiàn),為模具制作技巧開辟了一條嶄新的道路。盡可能用高速加工來(lái)代替電加工,是加快模具開發(fā)速度、提高模具制作質(zhì)量的必定趨勢(shì)。 模具高速加工的優(yōu)勝性 不論是沖壓模具還是塑料模具(包含注射模、擠壓模、吹塑模等),為了提高其應(yīng)用壽命,構(gòu)成模具型腔的有關(guān)零件一般都用高強(qiáng)度的耐磨材料制作(如各種牌號(hào)的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和不銹鋼等),這些材料經(jīng)過熱處理後硬度很高,很難用慣例的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。幾十年來(lái),對(duì)付這類難加工材料的最好措施就是釆用特種加工。 在中國(guó),模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下,電火花加工(包含成形加工和線切割)在模具制作中一直起十分重要的作用。 生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,對(duì)模具的生產(chǎn)效率和制作質(zhì)量提出了越來(lái)越高的請(qǐng)求,於是電火花加工存在的標(biāo)題就逐漸***露出來(lái)。從物理本質(zhì)上說,電火花加工是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝,加工過程非常之緩慢;在電火花對(duì)工件表面進(jìn)行局部高溫放電燒蝕過程中,工件材料表面的物理-機(jī)械性能會(huì)受到必定程度的損傷,經(jīng)常會(huì)在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋,表面粗糙度也達(dá)不到模具的請(qǐng)求,因而經(jīng)過電加工後的型腔類零件一般還要進(jìn)行費(fèi)力、費(fèi)時(shí)的手工研磨和拋光。因此,電火花加工的生產(chǎn)效率很低,制作質(zhì)量不穩(wěn)固,在很多場(chǎng)合,模具已成為影響新產(chǎn)品開發(fā)速度的一個(gè)關(guān)鍵因素。 20世紀(jì)90年代以來(lái),在國(guó)外模具產(chǎn)業(yè)中開端逐漸利用高速切削(HSC)方法進(jìn)行型腔的加工,并且取得了很好的后果。和電火花加工相比,高速加工的重要長(zhǎng)處是: 產(chǎn)品德量好—高速切削以高於慣例切速10倍左右的切削速度對(duì)零件進(jìn)行高速加工,毛坯材料的馀量還來(lái)不及充分變形就在瞬間被切離工件,工件表面的殘馀應(yīng)力非常小;切削過程中產(chǎn)生的盡大多數(shù)熱量(95%以上)被切屑敏捷帶走,工件的熱變形小;高速加工過程中,機(jī)床主軸以極高的轉(zhuǎn)速(10000~80000 r/min)運(yùn)轉(zhuǎn),激振頻率遠(yuǎn)闊別開了“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率範(fàn)圍,零件加工過程安穩(wěn)無(wú)沖擊。因此零件的加工精度高,表面質(zhì)量好,粗糙度可達(dá)Ra 0.6μm以上。經(jīng)過高速銑削的型腔,表面質(zhì)量能達(dá)到磨削的程度,故經(jīng)常可省往後續(xù)的很多精加工工序。 生產(chǎn)效率高—用高速加工中心或高速銑床加工模具,可以在工件一次裝夾中,完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機(jī)械加工,即所謂“一次過”技巧(One Pass Machining),切削速度很高,加工過程本身的效率比電加工要高出好幾倍。除此以外,它既不要做電極,經(jīng)常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光,又輕易實(shí)現(xiàn)加工過程主動(dòng)化。因此,高速加工技巧的利用,使模具的開發(fā)速度大為提高。 能加工外形復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件—由高速切削機(jī)理可知,高速切削時(shí),切削力大為減少,切削過程變得比擬輕松。高速切削可以加工淬火鋼,材料硬度可高達(dá)60HRC以上,加工過程甚至可以不用切削液,這就是所謂的硬切削(Hard Machining)和乾切削(Dry Machining)。尤其可貴的是,在高速加工中,橫向切削力(Py)很小,這就有利於加工復(fù)雜模具型腔中一些細(xì)筋和薄壁,其壁厚甚至可以小於1mm。圖1所示為高速加工方法加工出的零件,其各個(gè)薄壁的壁厚分辨為0.2mm、0.3mm和0.4mm,薄壁高度為20mm。 近幾年來(lái),高速加工技巧在國(guó)外已廣泛用於模具產(chǎn)業(yè)。在產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,據(jù)統(tǒng)計(jì)目前有85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所調(diào)換。高速加工在國(guó)際模具***中的主流地位已經(jīng)確立。本來(lái)一些從事電加工設(shè)備制作的著名公司(如瑞士Agie公司),已敏感地看到這一技巧發(fā)展趨勢(shì),為了不被模具設(shè)備巿場(chǎng)淘汰出局,已釆取了與高速機(jī)床制作廠家(如瑞士Mikron)聯(lián)手合并的措施。 發(fā)展前景 高速加工的加工精度高、表面質(zhì)量好,生產(chǎn)效率很高,在模具產(chǎn)業(yè)中的利用后果非常好,傳統(tǒng)的電加工工藝無(wú)法與之匹敵,完整符合現(xiàn)代制作技巧“高效率、高精度和高度主動(dòng)化”的發(fā)展方向,有廣闊的利用前景。 當(dāng)然,電火花成形加工對(duì)一些尖角、窄槽、深小孔和過于復(fù)雜的型腔表面的精密加工還是有用的。高速加工還不能完整代替電火花成形加工,兩者應(yīng)當(dāng)揚(yáng)長(zhǎng)避短,相輔相成。同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到,高速加工的一次性設(shè)備投資比擬大,并不是所有模具廠都能蒙受,而且中國(guó)目前還有大批的小型模具廠和電加工作坊存在,短期內(nèi)高速加工對(duì)電加工還不會(huì)造成太大的要挾。但是應(yīng)當(dāng)看到,高速加工在發(fā)達(dá)國(guó)家模具制作產(chǎn)業(yè)中已處于主流地位,目前更以其宏大的上風(fēng),激烈地沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝,模具產(chǎn)業(yè)大范圍設(shè)備更新的時(shí)代即將到來(lái),有遠(yuǎn)見、有實(shí)力的企業(yè)家應(yīng)當(dāng)首選高速加工這個(gè)當(dāng)今世界模具制作的主流技巧,主動(dòng)迎接新技巧革命的挑釁。

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