從工藝特性比較電加工和高速切削制造模具
隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展蜡秽,市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的要求日趨精密缆镣、復(fù)雜试浙,而且改型頻繁寞蚌,而在制造業(yè)中田巴,用量大挟秤、影響廣的工具產(chǎn)品就是模具。
衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的高低的一個(gè)重要標(biāo)志之一管宵,就是看她的模具水平的高低悲尝。要有高質(zhì)量的產(chǎn)品,就必須有高水平的模具。目前模具完成了工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75%强媚,精加工的50%及塑料零件的90%。
目前迎硼,人類(lèi)社會(huì)正從鋼鐵時(shí)代向聚合物時(shí)代過(guò)渡闲窃。
工業(yè)產(chǎn)品及日常生活中使用工程塑料和橡膠制品遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鋼鐵制品。聚合物必須用模具成形骇诈。因此,模具的應(yīng)用量正在不斷的擴(kuò)大浊洞。另一方面,隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快枷餐,模具制作就成為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵苫亦。20世紀(jì)90年代初大型復(fù)雜的模具交貨期為24個(gè)月,到了90年代中期同類(lèi)模具的交貨期已改為12個(gè)月屋剑。目前诗眨,已縮短為半年左右趁桃。這對(duì)傳統(tǒng)的模具加工工藝和方法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
∮推 (1)傳統(tǒng)加工模式是用機(jī)械加工為主要手段來(lái)加工出模具的各個(gè)部分膏娃,一般在加工中心上完成。在加工過(guò)程中蚜再,大部分時(shí)間都用在半精加工和精加工上、且采用的都是高硬度旅峰、耐磨損的模具材料灯狠,使得加工難度增大,用時(shí)過(guò)長(zhǎng)黔晶,加工精度和表面質(zhì)量也難以保證。對(duì)于加工精度和表面質(zhì)量要求較高的工件衍震,還要用大量的時(shí)間通過(guò)人工慢慢地修正磨光樱蛤。在碰到小孔、薄壁昨凡、窄槽以及各種復(fù)雜異壁面的零部件加工時(shí)更加難以應(yīng)付。
∽臃俊(2)廣泛地采用電火花加工成形技術(shù)后就轧,根據(jù)電加工的工藝特性克服了傳統(tǒng)機(jī)械加工中的一些不足,即電加工首先是可以加工任何導(dǎo)電材料妒御,并且不受其機(jī)械強(qiáng)度和硬度的影響镇饺;其次加工時(shí)無(wú)“切削力”有利于加工小孔送讲、薄壁、窄槽以及各種復(fù)雜異壁面的零部件加工躺沽;再者可將脈沖參數(shù)即電規(guī)準(zhǔn)任意調(diào)節(jié)铜乱,在同一臺(tái)機(jī)床設(shè)備上可連續(xù)完成粗加工、半精加工和精加工即“一次過(guò)”馏舰,大大減小了多次裝夾所造成的誤差,有利于提高加工精度和表面質(zhì)量哩拒。雖然傳統(tǒng)的模具加工狀況得到了一定的改善尤痒,但在電火花加工中,常受到電火花加工工藝特性的制約烁焙,即:在電加工中要想提高工件的加工精度和表面質(zhì)量骄蝇,就必須調(diào)整相應(yīng)的電規(guī)準(zhǔn)操骡,從而降低加工速度。特別是精加工時(shí)減小一級(jí)表面粗糙度值册招,加工速度就要降低十幾倍,是造成模具加工效率降低的主要原因虑鼎。
〖础(3)高速切削技術(shù)的應(yīng)用炫彩,給模具生產(chǎn)加工注入了新的活力絮短。高速切削技術(shù)是以比常規(guī)度高10倍左右的切削速度對(duì)工件進(jìn)行切削的一種先進(jìn)技術(shù)污涤,稱(chēng)為高速切削昙激。它將車(chē)床的主軸轉(zhuǎn)速?gòu)脑瓉?lái)常用的800~1 000r/min提高到8 000~12 000r/min狰娱,銑床的主軸轉(zhuǎn)速?gòu)脑瓉?lái)常用的1 000~4 000r/min提高到12000~50 000r/min劈耽。工作臺(tái)的進(jìn)給速度也由原來(lái)的10~20m/min提高到48~240m/min堵生,啟動(dòng)速度也由原來(lái)的0.5g 提高到1.5~2g 最高可達(dá)15g 嘁梦。就連更換刀具的時(shí)間都已普遍控制在1s以?xún)?nèi)钾士。直線電動(dòng)機(jī)在機(jī)床上廣泛應(yīng)用,主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)应揉。
為了配合高速化的需求,數(shù)控機(jī)床的定位精度也由一般的0.01~0.02mm提高至0.008mm左右鳖昌,亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到了0.000 5mm左右低飒,納米級(jí)機(jī)床已達(dá)到0.005~0.01μm,最小的分辨率為1μm褥赊。數(shù)控系統(tǒng)中的兩軸的上插補(bǔ)技術(shù)也大大的提高。納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧已達(dá)到1μm的圓度速那,而且插補(bǔ)前多程序預(yù)讀大大提高了插補(bǔ)質(zhì)量尿背。
由于高速切削時(shí),切削力變化中幅度小荔烧,主軸的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削的高階頻率,切削振動(dòng)幾乎消失娜振。高速切削的切削熱95%~98%已被切屑帶走,傳入工件的切削熱幾乎為零鬓惶。有助于獲得低損傷的表面結(jié)構(gòu),大大提高了工件被加工的表面質(zhì)量心篡,即加工后的表面粗糙度值為Ra=0.6μm(最新資料顯示盒俏,Ra=0.03μm已不是神話(huà)),且能保持良好的表面物理性能及力學(xué)性能敷主。如電火花加工后的模具型腔內(nèi)表面(由于是瞬間高溫腐蝕形成的)是處于拉應(yīng)力狀態(tài)幸亭,而高速銑削加工后的相應(yīng)表面(由于是在常溫下,擠壓形成的)是處于壓應(yīng)力狀態(tài)早芭。
若將進(jìn)給速度與切削速度的比值保持不變,切削時(shí)間將隨著切削速度的提高而成倍減少诅蝶。單位功率所切削的材料體積顯著增加退个,根據(jù)有關(guān)資料调炬,高速銑削時(shí)當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速?gòu)? 000r/min提高到20 000r/min時(shí),切削力降低了30%刀荒,而材料的切除率卻增加了3倍匀谣,大大縮短了工件的加工時(shí)間资溃。
實(shí)踐證明,當(dāng)切削速度提高到常規(guī)切削速度的10倍時(shí)走柠,進(jìn)給速度提高到常規(guī)進(jìn)給速度的20倍督巍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的切削“禁區(qū)”時(shí),切削的機(jī)理發(fā)生了根本的變化单旺,使得單位工件的金屬切除率提高了30%~40%拔怜,切削力降低了30%以上,徑向力減小盏踢。高速切削時(shí),傳給工件的切削熱大幅下降交某,工件保持在常溫狀態(tài)下散骚,刀具壽命提高了70%傲醉,切削振動(dòng)幾乎消失,切削加工發(fā)生了本質(zhì)的飛躍硬毕,在常規(guī)切削加工中常受困擾的切削徑向力大,切削溫度高苞七,工件易變形等問(wèn)題得到了很好的解決挪丢,為模具生產(chǎn)適應(yīng)市場(chǎng)的需求提供了可靠的加工手段乾蓬。
綜上所述,高速銑削因受其加工工藝特性和刀刃具的制約歇盒,目前還無(wú)法取代電加工對(duì)脆性材料腐熊、小孔、薄壁查新、窄槽等和要求無(wú)“切削力”的復(fù)雜異形壁面的零部件加工洛怠,加上電加工設(shè)備與高速切削設(shè)備的費(fèi)用差。所以在當(dāng)今模具的生產(chǎn)加工中只能相互補(bǔ)充囤胯,逐步取代蚪缚。
但隨著科技發(fā)展和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng),高速銑削將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用酿傍,在模具加工中取代(大部分)電火花成形加工驱入。
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