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模具切削的原理特点及问题

点击次数:   更新时间:17/04/18 17:11:04     来源:www.bigidearegistry.com关闭分    享:

 切削加工是机械加工中应用最广泛的加工方法之一,而高速是它的重要发展方向,其中包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。高速切削能大幅度提高生产效率和单位时间内的材料切除率,改善加工表面质量,降低加工费用。  1高速切削技术概述高速切削是一个相对概念,如何定义,目前尚无共识。而且由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削范围,因而也很难就高速切削的速度范围给出一个确切的定义。高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造、高速主轴系统、快进系统、高性能刀具材料及刀具设计制造系统、高性能刀夹系统、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术均得到充分发展的基础之上综合而成的。  因此,高速切削加工是一个复杂的系统工程,涉及机床、刀具、工件加工工艺过程参数及切削机理等诸多方面。  2高速切削技术的特点高速切削之所以成为技术热点,得到广泛工业应用,是因为它相对传统加工具有显著的优越性,具体有以下优点。  2.1加工效率高高速切削加工允许使用较大的进给量,比常规切削加工提高5~10倍,单位时间材料切除率可提高3~6倍,加工时间可大大减少。这样可以用于加工需要大量切除金属的零件,特别是对于航空工业有十分重要的意义。比如机翼的加工,大多采用整体加工法,需要切除的材料占90%以上。  2.2切削力减小和常规切削相比,高速切削加工时切削力至少可降低30%,这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形,使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能。  2.3切削热对工件的影响减小高速切削加工过程极为迅速,95%以上的切削热量极少,零件不会由于温升导致翘曲或膨胀变形。高速切削特别适用于加工容易热变形的零件。对于加工熔点较低、易氧化的金属(如镁)来说,高速切削有一定意义。  2.4加工精度高因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的受迫振动,保证了较好的加工状态。由于切削力小,切削热影响小,使得刀具、工件变形小,保持了尺寸的精确性,另外也使得刀具工件间的摩擦变小,切削破坏层变薄,残余应力变小,实现了高精度、低表面粗糙度值加工。  2.5加工工序简化由于高速切削可以达到很高的加工精度和很低的表面粗糙度值,并且在一定的切削条件下,可以对硬表面进行加工,尤其是对硬度在40~60HRC之间的高硬度进行铣削,可以部分取代电火花加工,这一点对于模具加工具有十分重要的意义,使加工工序简化。其主要领域如附表所示。  3高速切削技术在模具制造中的应用高速切削所具有的一系列特色和生产效益方面的巨大潜力,早已成为德、美、日等国竞相研究的重要技术领域。如今美国波音公司、法国达索公司采用数控高速切削加工技术超高速铣削铝合金、钛合金整体薄壁结构构件。德国自1984年开始至今,由国家研究技术部(DFG)支助Darmstadt大学和41家公司对超高速切削机床的研究。日本尖端技术研究会把高速切削列为五大现代制造技术之一。如今,美、德、日、法、瑞、士、意大利生产的不同规格的各种商业化高速机床已经进入市场,应用于飞机、汽车及模具(http://www.51muju.com/ypnew_view.asp?id=1317)制造。  随着高速加工HSM(HighSpeedMachining)技术的引进模具工业,对传统的模具加工工艺产生了很大的影响,改变了模具加工工艺流程。由于模具型面一般都是十分复杂的自由曲面,并且硬度很高,采用常规的切削加工方法难以满足精度和形状要求。常规的加工方法是在退火后进行铣削加工,然后进行热处理、磨削或电火花加工,最后手工打磨、抛光,这样使得加工周期很长。特别是手工加工时间,要占整个加工周期很大一部分。  HSM可以达到模具加工的精度要求,减少甚至取消了手工加工,并且由于新型刀具材料(如PCD、PCBN、金属陶瓷等)的出现,HSM可以加工硬度达到60HRC,甚至更高硬度的工件,可以加工淬硬后的模具,取代电火花加工和磨削加工。  高速铣削加工在模具制造中具有高效高精度以及可加工高硬材料的优点,在工业发达国家已经得到了广泛的应用。目前我国高速切削技术还停留在较低的水平,机床所用的切削速度比先进工业国家低一个数量级,生产效率很低,经济效益不好。高速切削技术在模具工业中的应用更是凤毛麟角,因此大力发展高速切削,对我国的制造业发展具有十分重要的意义。  高速切削加工技术引进模具工业,主要应用于以下几个方面:①淬硬模具型腔的直接加工。利用高速切削可加工硬材料的特点直接加工淬硬后的模具型腔,提高了模具加工的质量和效率,可取代电火花加工。②EDM(电火花)电极加工。应用高速切削技术加工电极对提高电火花加工效率起到了很大作用。高速切削电极提高了电极的表面质量和精度,减少了后续加工工序。③快速样件制造。利用高速切削加工效率高的特点,可用于加工塑料和铝合金模型。通过CAD设计后快速生成3D实体模型,比快速原型制造效率高、质量好。④模具的快速修复。模具在使用过程中往往需要修复,以延长使用寿命,过去主要是靠电加工来完成,现在采用高速加工可以更快地完成该工作,而且可使用原NC程序,无须重新编制。  4高速切削存在的问题高速切削是切削加工发展的主要方向之一,它除依赖于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件、CAD/CAM等基础技术的发展外,自身亦存在着一系列亟待攻克的技术问题,如刀具磨损严重,高速切削刀具切入切出时破损问题,高速切削用刀具材料价格昂贵,铣、镗等回转刀具及主轴需要动平衡,刀具夹持要牢靠安全,主轴系统昂贵且寿命短,而且所用高速加工机床及其控制系统价格昂贵,使得高速切削的一次性投入较大,这些问题制约着高速切削的进一步推广应用。  5结束语高速切削技术是先进的制造技术,有广阔的应用前景。推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量,降低成本,而且可以带动一系列高新技术产业的发展。加强高速切削技术的基础研究,建立高速切削数据库、高速切削安全技术标准,提高机床和工具行业的开发创新能力,加快高速切削刀具系统、高速切削机床系统的研究开发与产业化,已是当务之急。

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