模具加工的特点是单件小批量、几何形状复杂,因此加工周期长,生产效率低。在传统的模具加工工艺中,精加工淬硬模具通常采用电火花加工和人工修光工艺,后期加工花费了大量时间。缩短加工时间和降低生产成本是发展模具加工技术的主要目标。模具专家罗百辉表示,近年来,模具加工工艺方面有了许多新技术,如高速切削、CAD/CAE 设计仿真、快速原型制模、电火花铣削成型加工和复合加工等,其中最引人注目、效果最好的是高速切削加工。
高速切削加工模具是利用机床的高转速和高进给速度,以切削方式完成模具的多个生产工序。高速切削加工模具的优越性主要表现在以下几个方面:
①高速切削粗加工和半精加工,大大提高金属切除率。
②采用高速切削机床、 数控刀具和工艺,可加工淬硬材料。对于小型模具,在材料热处理后,粗、精加工可以在一次装夹中完成;对于大型模具,在热处理前粗加工和半精加工,热处理淬硬后精加工。
③高速高精度硬切削代替光整加工,减少大量耗时的手工修磨,比电火花加工提高效率50% 。
④硬切削加工最后成型表面,提高表面质量、形状精度(不仅表面粗糙度低,而且表面光亮度高),用于复杂曲面的模具加工更具优势。
⑤避免了电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹现象,大大减少了模具精加工后的表面损伤,提高模具寿命20%。
⑥工件发热少、切削力减小,热变形小,结合CAD/CAM技术用于快速加工电极,特别是形状复杂、薄壁类易变形的电极。
高速切削的优势对模具加工的吸引力是不言而喻的,但与此同时,模具的高速切削加工成本高、对刀具的使用要求高、需要有复杂的计算机编程技术做支持、设备运行成本高,因此,由于资金、技术等方面的原因,国内对高速切削加工模具的应用还不多,目前亟需要解决如何选择和应用高速加工模具的机床、高速切削刀具、合理的加工工艺、刀具轨迹编程层以及工艺实验等一系列问题。
加工模具的高速切削机床
选择用于高速切削模具的高速机床时要注意以下问题:
(1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具,主轴转速达到15000~20000rmp以上。主轴转速在10000rpm以下的机床可以进行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主轴。
(2)机床快速进给对快速空行程要求不太高。但要具有比较高的加工进给速度(30~60m/min)和高加减速度。
(3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
(4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高速切削模具的软件。
在模具生产中五轴机床的应用逐渐增加,配合高速切削加工模具具有以下优点:①可以改变刀具切削角度,切削条件好,减少刀具(立铣刀、数控刀片、丝攻等)磨损,有利于保护刀具和延长刀具寿命;②加工路线灵活,减少刀具干涉,可以加工表面形状复杂的模具以及深腔模具;③加工范围大、适合多种类型模具加工。
五轴机床通常有工作台式和铣头式五轴机床两类,可以针对模具类型进行选择。铣头式五轴机床中,可更换铣头和更换电主轴头的五轴机床可分别用于模具的粗、精加工。
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