用PCD和CBN刀具高速干銑削

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　孫季初 編譯 

　　即使對于日常使用的簡單物品(如牙刷或洗澡用具)設(shè)計人員也越來越多地采用難加工的具有任意曲面的三維模具。因而，刀具和模具制造業(yè)就不得不面臨著對用于鋼模電火花加工所必需的電極的設(shè)計和制造木斷提高的要求。人們經(jīng)常不用電火花加工的方法而直接通過高速硬銑來加工復(fù)雜的三維模具。除了合適的機床和加工工藝外決定性的首先是刀具在硬銑和加工石墨電極時的技術(shù)和經(jīng)濟效果。  

　　CAD-CAM一體化設(shè)計  

　　Quattroform股份有限公司，在Ettenheim/Baden的精密模具制造廠專門致力于具有復(fù)雜的三維幾何形狀的零件的注塑模的加工。這個企業(yè)設(shè)計和制造特別是用于多色和多組分注塑的注塑模。設(shè)計人員通過軟盤或遠距離數(shù)據(jù)傳輸(ISDN)得到要求的圖紙和數(shù)據(jù)。由此他們從CAD-AM系統(tǒng)上得到所需注塑模的總圖和單個零件圖。他們以并行工程的形式也越來越多地與用戶緊密地合作進行設(shè)計和方案制訂，以便優(yōu)化零件性能、鋼模加工和注塑過程。  

　　CNC程序通過網(wǎng)絡(luò)到達車間內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)。需要時，機床操作者可以從服務(wù)器中調(diào)出程序把它輸入機床數(shù)控系統(tǒng)的存儲器內(nèi)。如果操作者在機床上對程序進行了優(yōu)化，那么他便將新的程序通過網(wǎng)絡(luò)再送回服務(wù)器或者工藝和NC編程部門。由此確保始終提供NC程序的現(xiàn)行版本，并可以為所有參與編程和工藝制訂的員工使用。  

　　用CBN硬銑  

　　對于洗澡用具來說，Ettenheim的設(shè)計人員和模具制造者開發(fā)了鋼制模具。它幾乎完全是硬加工而成的。只有銑刀無法到達的、帶有小的過渡圓角的部分還用電火花加工。銑削后只需略作手工拋光，以便產(chǎn)生錚亮的表面。這里硬銑首先具有精度高的優(yōu)點。  
  
　　為了確保在注塑時或輕金屬壓鑄時模具在分型面處保持密封，在加工以后這一部位的精度必須高于0.01mm。在尺寸較小的注塑模中精度必須保持在5µm至3µm范圍內(nèi)。這只有用硬銑才能達到。  

　　這種方法還有這樣的優(yōu)點，即在銑削時直接形成硬的、封閉表面。取消了為去除因電火花加工后形成的所謂軟化層所進行的昂貴的、大多是手工的后續(xù)加工。  

　　用帶有立方氮化硼(CBN)刀片的銑刀精加工鋼模。圖2中所示的銑刀加工碎硬的鑄鋼時，能在切削速度為600m/min，單齒進給量高達0.2mm的條件下精加工。因此，模具制造者推薦可用比普通刀具高的切削速度和單齒進給量進行加工。經(jīng)驗表明這樣將達到更長的使用壽命和更好的表面質(zhì)量。因為CBN刀片易崩裂，必須盡可能選擇連續(xù)的。不中斷的切削的銑削方案。在精銑和硬銑大表面三維形面時，一般是很容易實現(xiàn)的。   
  
　　Lahr公司的CBN刀具可以提供直徑3mm至32mm的環(huán)面和球頭銑刀。直徑12mm以下的圓柱形刀柄由硬質(zhì)合金制成。這在高速銑削時特別合適，因為一方面硬質(zhì)合金吸振性好，另一方面在撞刀時刀具脆性斷裂，減小刀具碎片四處飛射的危險。  

小直徑環(huán)面銑刀特別適合于銑削窄而深的溝槽和小的圓角。對于高的表面質(zhì)量和安全的銑削來說，起決定性作用的是短的懸伸長度和裝夾在精細平衡過的刀桿內(nèi)(HSK-E)。銑刀安裝在液壓拉緊或熱收縮夾頭內(nèi)。這在徑向跳動精度很高的情況下能可靠地傳遞大的扭矩。  

　　用聚晶金剛石銑削石墨零件  

　　Ettenheim的模具制造廠利用相同尺寸的帶有聚晶金剛石(PCD)刀片的刀具銑削石墨電極。用硬質(zhì)合金刀具銑削石墨時，在短時間內(nèi)或者在較短的切削行程以后，刀刃就已經(jīng)嚴重磨損。因此，在銑削一批20件石墨電極時必須較早地并要經(jīng)常地更換銑刀。另外，由于刀具切削刃的磨損會導(dǎo)致超過0.01mm的形狀誤差和幾何誤差。  

　　因此，許多工藝專家用 PCD銑刀在瑞士 Mikron Nidau公司生產(chǎn)的高速切削銑床上銑削石墨電極。采用PCD銑刀的主要原因是聚晶金剛石刀具在銑削石墨時有很高的耐磨性。因此，現(xiàn)在可以不用換刀就能一次加工20件牙刷電極。其中由于刀刃磨損所引起的形狀和幾何誤差保持在小于0.01mm的范圍內(nèi)。  
  
　　Mikron公司用于硬銑石墨及銅電極加工的HSM700高速切削銑床與硬質(zhì)合金刀具相比，PCD銑刀可以達到10倍的使用壽命。與目前常用的實體硬質(zhì)合金的銑刀相比減少5至7次換刀。加工時間只有目前的三分之一至四分之一。可以在700m/min的切削速度和0.2mm至0.25mm單齒進給量的情況下精銑石墨電極。高速切削銑床精銑一個電極需要約25分鐘。  

　　機床具備一個帶PC的數(shù)控系統(tǒng)。10M字節(jié)的貯存容量可以貯存很多任意曲面的NC程序。只有1ms的語句更換時間使得有可能在很高的進給速度時銑削。通過計算機操作系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)可以通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與其他計算機直接交換數(shù)據(jù)。標準化的工件安裝和在交換工作臺上的多工件夾緊有利于縮短輔助時間和準備時間。  

　　盡管PCD刀具費用較高，Ettenheim的模具制造廠用這種刀具加工還是比較經(jīng)濟�？梢匀∠�硬質(zhì)合金刀具的刃磨和與此有關(guān)的場地費用。PCD刀刃非常鋒利，也就是說沒有刀棱圓角。這使得精加工可以達到所要求的小于0.01mm的尺寸和幾何形狀精度，而不需要費用高昂的后續(xù)手工加工，通過采用PCD和CBN刀具加工時間總共可以降低到目前的三分之一至四分之一。