淬硬模具的高速加工

    淬硬模具的高速加工還是一項(xiàng)新工藝，一些人還沒有掌握這項(xiàng)新技術(shù)，但是只要遵循一些基本的準(zhǔn)則就可以很好地應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，并能充分發(fā)揮它的優(yōu)越性，收到良好的效果。本文作者全面地介紹了其中主要的工藝因素：機(jī)床、刀具、刀柄和編程。

　　模具加工主要

有三種工藝：軟加工、硬加工和電加工，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)、硬度來決定采用哪種方法或者是它們的組合。

　　當(dāng)模具很大、很深時(shí)，淬火前的粗加工、半精加工用軟加工，淬火后的精加工用硬加工；小的、淺的模具可以在淬火后一次性銑成。如果模具壁很薄、模腔又很深，則采用電加工。

　　刀具的選擇

　　加工淬硬模具時(shí)，正確選擇銑刀很重要。有三種基本類型的銑刀：球頭銑刀、圓角平頭銑刀和尖角平頭銑刀。通常，首選刀具是球頭立銑刀。球頭的大圓弧形狀可以分散高速加工淬硬金屬時(shí)作用在刀刃上的切削力和切削熱，并且加工出來的曲面較接近所需的形狀。

　　如果模腔有一個(gè)大而平的底面，則在用球頭立銑刀粗加工后，應(yīng)使用圓角平頭銑刀，這種刀具對(duì)力和熱的分散效果比球頭立銑刀差。光角平頭銑刀用在加工需要清根的部位，是在球頭立銑刀或圓角平頭銑刀已切出了盡可能多的余量之后再進(jìn)行清根，這種刀具的光角很容易崩刃。

　　刀具的剛性很重要，為了增加小直徑銑刀的剛性，刀柄的直徑做得比刀具直徑大許多，以改善加工光潔度和延長刀具壽命；刀具裝夾的懸伸長度應(yīng)盡可能短。

　　其次，刀柄的形狀應(yīng)適應(yīng)模具的結(jié)構(gòu)。通常應(yīng)保持銑刀與工件的側(cè)面有半度的間隙，例如工件的側(cè)面是3°的斜面，則刀柄的外形做成5/2°，以獲取最大的剛性。如果工件的側(cè)面是90°的直面，則刀柄應(yīng)采用細(xì)頸結(jié)構(gòu)。

　　減少切削熱

　　過多的切削熱會(huì)使工件變形，降低加工精度。減少熱量的一個(gè)方法是控制每次走刀的間距。

　　對(duì)于粗加工，走刀間距S應(yīng)等于銑刀直徑的25%～40%。而對(duì)于精加工，走刀間距可根據(jù)給定的刀痕高度H進(jìn)行計(jì)算。

　　走刀間距的大小決定了每條刀刃在每一轉(zhuǎn)里參與切削的時(shí)間長短，或者說不參與切削的時(shí)間即冷卻時(shí)間的長短，因此決定了積聚在刀具里熱量的多少。走刀間距大，刀刃在每一轉(zhuǎn)里切削時(shí)間多，冷卻時(shí)間少，使熱量不斷積聚，刀具溫度升高；反之，小的走刀間距可限制熱量的產(chǎn)生和積聚。因此，通過調(diào)節(jié)走刀間距的大小，可以控制熱量和刀具的溫度，并進(jìn)一步提高切削速度而使切削溫度仍低于涂層能承受的最高溫度。

　　另一方面，還可以選擇新的涂層，使刀具能承受更高的切削溫度，即使用更高的切削速度。例如TiCN涂層的最高工件溫度是400℃(720F)，而TiAIN是800℃(1470F)，由于它耐熱性好，所以，TiAIN涂層更適用于高速加工淬硬的模具。

　　切削速度和進(jìn)給量也是控制熱量的關(guān)鍵因素，厚的切屑帶走的熱量多，留給工件的熱量較少。如果切屑太薄，刀具在工件上擠壓摩擦?xí)��?dǎo)致工件發(fā)熱。此外，大的切削截面可延長刀具壽命，提高生產(chǎn)效率。

　　刀具的耐用度和裝夾

　　用鈍的刀具必須及時(shí)更換，那么怎樣來判斷刀具的磨損呢?通�？赏ㄟ^肉眼來觀察：當(dāng)?shù)毒哂免g時(shí)，切削時(shí)刀頭部位會(huì)變紅，表明力和溫度都已超載。開始時(shí)這種灼紅的顏色只出現(xiàn)在刀尖的部位和材料切除量大的地方，時(shí)現(xiàn)時(shí)無，到磨鈍時(shí)可以看到刀頭部位持續(xù)發(fā)紅。為便于看清這種紅色，觀察時(shí)可把機(jī)床照明關(guān)掉。

　　正確裝夾銑刀對(duì)于淬硬模具加工十分重要，這涉及刀柄的公差、刀柄與刀夾的配合、安裝后的徑跳等因素。刀柄與刀夾適當(dāng)?shù)呐浜瞎�差可保證夾持的剛性、精度和一致性。為此，刀柄的制造公差應(yīng)是－0.0025mm到－0.005mm，結(jié)構(gòu)應(yīng)適合熱縮裝夾；而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公差高達(dá)－0.0125mm，這會(huì)導(dǎo)致過大的徑向跳動(dòng)。此外，刀柄的圓度至少應(yīng)保持在±0.00625mm。

　　裝夾后的徑向跳動(dòng)造成切削負(fù)荷不均勻，有的刀刃負(fù)荷大，而另一部分刀刃負(fù)荷小，后者是淬硬模具加工最忌諱的。由徑跳引起的振動(dòng)會(huì)造成機(jī)床的顫振和刀具崩刃，因此要嚴(yán)格控制刀具的徑跳，并應(yīng)注意不要把刀柄拋光，因?yàn)榈侗鷴伖鈺?huì)降低夾持的可靠性。

　　高性能的機(jī)床

　　在高效加工淬硬模具時(shí)，不應(yīng)忽略對(duì)機(jī)床的要求，盡管淬硬工件也可以在一臺(tái)落后的低速的機(jī)床上加工，但效率很低。如果機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速較低，那么其進(jìn)給速度相應(yīng)也低，因此使用剛性好的、精度高的機(jī)床才能取得好的效果。

　　模具加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，在考慮購買新機(jī)床時(shí)要關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)的性能，在高的進(jìn)給速度時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具備高的加、減速補(bǔ)償能力。機(jī)床的加工效率還與數(shù)據(jù)處理的速度、伺服系統(tǒng)響應(yīng)的快慢、插值運(yùn)算的速度、反饋系統(tǒng)的分辨率和運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量等因素有關(guān)。

　　編程要點(diǎn)

　　加工模具時(shí)，刀具切入的方式即刀具受力的狀況取決于數(shù)控編程，因此，編程是高效加工淬硬鋼的關(guān)鍵之一。刀具切入模具的路徑應(yīng)采用螺旋插補(bǔ)，這樣的切入過程較平穩(wěn)。在不能采用從側(cè)面或螺旋切入的場合，應(yīng)采用斜波切入，避免軸向切入。編程還決定了徑向走刀的大小和切削深度。

　　總之，要實(shí)現(xiàn)淬硬鋼的高效加工，需要合理地應(yīng)用機(jī)床、刀具、刀夾和編程技術(shù)，把每一個(gè)因素都考慮周到才能達(dá)到預(yù)期的理想效果。