1)影響材料可切削性的首要因素是什么?
鋼的化學(xué)成分很重要。鋼的合金成分越高,就越難加工。當(dāng)碳含量增加時(shí),金屬切削性能就下降。
鋼的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬切削性能也非常重要。不同的結(jié)構(gòu)包括:鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過(guò)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(gè)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330-400HB的材料;高速鋼+鈦化氮(TiN)涂層,可加工硬度最高為45HRC的材料;而對(duì)于硬度為65-70HRC的材料,則必須使用硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼(CBN)。
非金屬參雜一般對(duì)刀具壽命有不良影響。例如Al2O3(氧化鋁),它是純陶瓷,有很強(qiáng)的磨蝕性。
最后一個(gè)是殘余應(yīng)力,它能引起金屬切削性能問(wèn)題。常常推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。
2)鑄鐵的切削特性是什么?
一般來(lái)說(shuō),它是:
鑄鐵的硬度和強(qiáng)度越高,金屬切削性能越低,從刀片和刀具可預(yù)期的壽命越低。用于金屬切削生產(chǎn)的鑄鐵其大部分類(lèi)型的金屬切削性能一般都很好。金屬切削性能與結(jié)構(gòu)有關(guān),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(dāng)不好。
加工鑄鐵時(shí)遇到的主要磨損類(lèi)型為:磨蝕、粘結(jié)和擴(kuò)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(jié)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(lái)克服。
在另一方面,擴(kuò)散磨損與溫度有關(guān),在高切削速度時(shí)產(chǎn)生,特別是使用高強(qiáng)度鑄鐵牌號(hào)時(shí)。這些牌號(hào)有很高的抗變型能力,導(dǎo)致了高溫。這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關(guān),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(zhì)量。
一般對(duì)加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為:高熱硬度和化學(xué)穩(wěn)定性,但也與工序、工件和切削條件有關(guān);要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強(qiáng)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(guò)早斷裂、工件破損、表面質(zhì)量差、過(guò)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。
3)什么是模具制造中主要的、共同的加工工序?
切削過(guò)程至少應(yīng)分為3個(gè)工序類(lèi)型:
粗加工、半精加工和精加工,有時(shí)甚至還有超精加工(大部分是高速切削應(yīng)用)。殘余量銑削當(dāng)然是在半精加工工序后為精加工而準(zhǔn)備的。在每一個(gè)工序中都應(yīng)努力做到為下一個(gè)工序留下均勻分布的余量,這一點(diǎn)非常重要。如果刀具路徑的方向和工作負(fù)載很少有快速的變化,刀具的壽命就可能延長(zhǎng),并更加可預(yù)測(cè)。如果可能,就應(yīng)在專(zhuān)用機(jī)床上進(jìn)行精加工工序。這會(huì)在更短的調(diào)試和裝配時(shí)間內(nèi)提高模具的幾何精度和質(zhì)量。
(4)在這些不同的工序中應(yīng)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10-25mm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(guò)選擇專(zhuān)門(mén)的刀具尺寸、槽形和牌號(hào)組合,以及切削參數(shù)和合適的銑削策略,來(lái)優(yōu)化切削工藝,這非常重要。
關(guān)于可使用的高生產(chǎn)率刀具,見(jiàn)模具制造用樣本C-1102:1
(5)在切削工藝中有沒(méi)有一個(gè)最重要的因素?
切削過(guò)程中一個(gè)最重要的目標(biāo)是在每一個(gè)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(shuō),必須使用不同直徑的刀具(從大到?。?,特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時(shí)候主要的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是在每個(gè)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(guò)程。當(dāng)ap/ae(軸向切削深度/徑向切削深度)不變時(shí),切削速度和進(jìn)給率也可恒定地保持在較高水平上。這樣,切削刃上的機(jī)械作用和工作負(fù)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(jìn)行無(wú)人加工或部分無(wú)人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削應(yīng)用的基本標(biāo)準(zhǔn)。
恒定的加工余量的另一個(gè)有利的效應(yīng)是對(duì)機(jī)床——導(dǎo)軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。
(6)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(jìn)行型腔的粗銑削,在半精加工中就要去除大量的臺(tái)階狀切削余量。這將使切削力發(fā)生變化,使刀具彎曲。其結(jié)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(qiáng)度較弱的方肩銑刀(帶三角形刀片),就會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的切削效應(yīng)。三角形或菱形刀片還會(huì)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(jì)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(gè)方向上進(jìn)行銑削,如果使用它,在相鄰刀路之間過(guò)渡較平滑,也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工余量。圓刀片的特性之一是他們產(chǎn)生的切屑厚度是可變的。這就使它們可使用比大多數(shù)其它刀片更高的進(jìn)給率。
圓刀片的主偏角從幾乎為零(非常淺的切削)改變到90度,切削作用非常平穩(wěn)。在切削的最大深度處,主偏角為45度,當(dāng)沿帶外圓的直壁仿形切削時(shí),主偏角為90度。這也說(shuō)明了為什么圓刀片刀具的強(qiáng)度大——切削負(fù)載是逐漸增大的。粗加工和半粗加工應(yīng)該總將圓刀片銑刀,如CoroMill200(見(jiàn)模具制造樣本C-1102:1)作為首選。在5軸切削中,圓刀片非常適合,特別是它沒(méi)有任何限制。
通過(guò)使用良好的編程,圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。跳動(dòng)量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結(jié)合,也可以用于半精加工和一些精加工工序。
(7)什么是有效切削速度(ve)和為什么它對(duì)高生產(chǎn)率效直徑上的有效切削速度的基本計(jì)算總是非常重要。由于臺(tái)面進(jìn)給量取決于一定切削速度下的轉(zhuǎn)速,如果未計(jì)算有效速度,臺(tái)面進(jìn)給量就會(huì)計(jì)算錯(cuò)誤。
如果在計(jì)算切削速度時(shí)使用刀具的名義直徑值(Dc),當(dāng)切削深度淺時(shí),有效或?qū)嶋H切削速度要比計(jì)算速度低得多。如圓刀片CoroMill200刀具(特別是在小直徑范圍)、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和CoroMill390立銑刀之類(lèi)的刀具(這些刀具請(qǐng)參見(jiàn)山特維克可樂(lè)滿的模具制造樣本C-1102:1)。由此,計(jì)算得到的進(jìn)給率也低得多,這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)率。更重要的是,刀具的切削條件低于它的能力和推薦應(yīng)用范圍。