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新型銑削方法有助提高模具加工效率

作為現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝——模具的設(shè)計與生產(chǎn)周期、產(chǎn)品精度和使用壽命，也日益成為企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)周期是否具有優(yōu)勢的決定因素。所以中國的模具制造業(yè)迎來的是良好的發(fā)展機(jī)遇，同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代模具制造水平的高低、周期的長短取決于多方面技術(shù)的支持，主要包括模具的工藝設(shè)計、直接影響模具設(shè)計和制造水準(zhǔn)的軟件、模具制造的設(shè)備、加工模具的切削刀具、模具的最后精修工藝、備件配件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化、直至模具設(shè)計制造工程技術(shù)人員的技能水平等諸多方面。本文關(guān)注的是模具的加工效率，將從刀具選用和切削工藝選擇方面做一些探討。

高速銑削方法

圖1  高速銑削方法

加工特征：采用小的徑向切削深度（嚙合量）ae（降低切削熱產(chǎn)生）；采用小的平均斷屑厚度切削hm（降低切削熱產(chǎn)生）；采用小的軸向切削深度（余量）ap（降低切削熱產(chǎn)生）；采用更耐磨的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級（因為紅硬性好的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級在高的線速度下以及工件硬度高但線速度相同時，具有更好的刀具壽命）；盡量采用比較鋒利的切削刃和槽型設(shè)計；采用加冷卻液的加工方法使其及時帶走因高速切削而產(chǎn)生的大量切削熱。（可能因此影響刀具壽命，但是綜合經(jīng)濟(jì)性反而提高）。

用此方法帶來的優(yōu)點是：大大減少后續(xù)拋光所需時間，減少（甚至取消）電火花加工所需時間，縮短3D造型所需時間，節(jié)省加工輔助材料的無畏消耗，良好的質(zhì)量和表面粗糙度Ra，避免或延緩變形，生產(chǎn)效率高，切削熱量產(chǎn)生低，從而減少對工件質(zhì)量的影響。

用此方法需要注意的事項：對編程要求提高，不過隨著軟件的發(fā)展會愈來愈沒問題；對操作人員素質(zhì)要求提高；由于工藝新穎，需要時間學(xué)習(xí)、優(yōu)化；必須確保萬無一失（新的軟件仿真、模擬技術(shù)提供強(qiáng)大支援）；適用于計劃性良好和有足夠利潤的中高端產(chǎn)品； 要求系統(tǒng)的同軸度好，刀具徑向跳動量小。

大量的試驗結(jié)果表明：刀具每增加約10 μm的徑向跳動量，其使用壽命就會出現(xiàn)20%~50%的下降。適用于高速銑削的刀具夾持產(chǎn)品有熱脹式刀柄、D型精密夾頭刀柄和液壓刀柄。

熱脹式刀柄的最高轉(zhuǎn)速為45000 r/min。D型精密彈簧夾頭刀柄的最高轉(zhuǎn)速為100 000r/min。HSK-A63型液壓刀柄的轉(zhuǎn)速上限為40 000 r/min，3倍刀具直徑處的徑向跳動量為3μm。

圖2  擺線銑削方法

“剝皮”銑削方法

加工特征：采用較小的徑向切削深度（嚙合量），較大或大的軸向切削深度，高切削線速度，螺旋切削刃設(shè)計要求，不僅起到粗加工的效果，還可以省卻半精加工過程?！皵[線”銑削方法是與“剝皮”銑削方法類似的一種加工方法。它通過降低切削徑向深度（嚙合量）arc，減少切削熱的產(chǎn)生和積聚。采用小的切削徑向深度（嚙合量），采用實際較大的銑削擺動直徑。由于刀具切削過程中切削熱有效分散，刃口得到充分冷卻所以允許采用比常規(guī)方法更大的軸向切削深度或更高切削線速度。

高進(jìn)給銑削方法

圖3  高進(jìn)給銑刀與圓刀片銑刀相比較

其加工特征為：采用較小的軸向切削深度，采用非常高的每齒進(jìn)給量，采用較高的切削線速度。不僅起到粗加工的效果，還可以省卻半精加工過程。在預(yù)硬模具鋼或難加工模具鋼零件加工中，如果采用山高的F15M刀片材質(zhì)等級結(jié)合這種高進(jìn)給銑削工藝，加工效果會特別好。

1.采用高進(jìn)給銑削的優(yōu)點

（1）盡管采用較小的軸向切削深度，似乎加工效率還不如用傳統(tǒng)圓刀片，但實際上由于采用了比傳統(tǒng)大得多的每齒進(jìn)給量（尤其是當(dāng)加工大懸伸深模腔時傳統(tǒng)圓刀片銑刀軸向切深往往也不大），所以實際金屬切除率明顯提高。

（2）切削力方向以軸向力為主，有利刀具切削剛性提高，尤其當(dāng)加工大懸伸深模腔時，表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)圓刀片銑刀。

目前模具粗開型腔普遍使用的是圓刀片銑刀（俗稱牛鼻刀），圓刀片銑刀刀片的直徑基本采用的是10mm或12mm的，為了確保粗加工后的粗糙度不至于很差，走刀量一般不大于0.3mm/齒，而山高刀具采用標(biāo)準(zhǔn)凸三角弧形刀片設(shè)計的高進(jìn)給銑刀系列（R220/217.21）進(jìn)給量可達(dá)0.5~1.5mm/齒。盡管軸向切深一般只控制在0.6mm以下，但就以加工鋼件模具為例，實際金屬切除率可高達(dá)700cm³/min，加工時間比常規(guī)圓刀片銑刀節(jié)省2/3。不僅如此，由于這種銑刀比圓刀片銑刀有更低的徑向切削分力，所以即使刀桿比較長也不至于產(chǎn)生明顯的切削振動，刀片使用壽命得到提高。

2.加工案例

工件名稱：扳手手柄模具型腔，預(yù)硬模具鋼HRC56，山高第7組材料

刀桿型號：MM10-10045.0-007(Ф 10 mm)

刀片型號：MM10-10.50-HF-MD08, F15M  

切削參數(shù)： V_c = 200 m/min          N = 6350 r/min

f_z = 0.50 mm/齒   

V_f = 6350 mm/min

a_p = 0.5 mm 
  
a_e = 75% 

插銑銑削方法

圖4  插銑銑削方法

其加工特征如下：這種方法主要適用于大長徑比的加工或機(jī)床剛性差的工況；采用常規(guī)的切削線速度；不同工件材料均適用的一種加工選擇；常用作深腔模具及復(fù)雜模具的粗加工，金屬去除率很高，表現(xiàn)出難以匹敵的高效率。

隨著機(jī)床Z軸進(jìn)給功能的日趨普及和完善，插銑方法和插銑刀應(yīng)用越來越多，尤其在模具加工中經(jīng)常遇有深型腔和深凸模等刀具不得不采用大長徑比的工況。對于這樣的加工，如采用傳統(tǒng)的圓刀片銑刀進(jìn)行等高線銑削或仿形銑削，為避免切削振動只能采用較小的切削深度、小進(jìn)給量、有效切削刃數(shù)量少的低效率加工方法；而改用插銑的方法，由于切削力基本上完全沿主軸方向，所以刀具剛性極佳，切削效率比傳統(tǒng)方法至少提高2~3倍，刀片使用壽命也明顯改善。

以上介紹了應(yīng)用于模具銑削加工的現(xiàn)代銑削方法，但需要在實際應(yīng)用中結(jié)合模具自身的特點組合應(yīng)用，有利于提高加工效率，為降低加工成本打下扎實的基礎(chǔ)。當(dāng)模具制造的各個方面都取得長足的進(jìn)步后，我國將變成模具制造的強(qiáng)國。