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高效模具铣刀用于模具加工_电子信息工程毕业论文

发布时间:2014-10-25 来源:人大经济论坛
高速加工(HSM)由Salomon发现至今得到了巨大的发展和现代企业的认可,但随着近几年研究的不断深入,人们发现Salomon的高速试验曲线在大部分材料的切削过程中根本无法获得,高速加工应用成功的领域也仅仅局限于铝合金、HRC60以上的预淬钢、石墨电极等几种材料的切削加工。在刀具材料没有根本性突破前,这种局面难以被打破。而模具行业往往需要大去除率加工的材料基本是HRC22~38之间的钢材和铸铁。这些加工一方面要求极大的金属去除率来减少占机时间,另一方面在大悬伸加工时要求低的切削振动。新型的模具铣刀的设计思路是采用新的技术高性能切削(HPM)。 一、模具材料种类、特性简介 为便于对后面高效模具加工刀具介绍的理解,有必要对模具材料及加工方式作一个简单介绍。 (一)模具类型 模具主要分为以下几个类型:大型汽车外覆盖件冲压模具、普通塑胶注塑模具、PVC注塑模具、吹塑模具、五金冲压及板金模具、热挤压模具、热锻模具等等。 (二)模具材料 每种不同的模具以及同一模具的不同部位所采用的材料有相当大的差别,其加工特性也有很大的区别。模具材料的种类极为繁多,这里只介绍与本文相关的被加工材料。 1.C45W中碳钢:牌号为S50C~S55C45钢,香港称为王牌钢,此钢材的硬度为HB170~220,模具有70%~80%的加工采用这种钢材,适用于大多数加工对象。 2.40CrMnMo7预硬塑胶模具钢:硬度HRC28~40,很适合做一些中低价模具的镶件,有些大批量生产的模具模架也采用此钢材,好处是硬度比中碳钢高,变形也比中碳钢稳定,这种钢在塑胶模具上被广泛采用,较为普遍的品牌有718S、718H、738H、NAK80、NAK55等,这种钢材的应用占模具的15%~20%左右,其加工难度大于45钢,主要为型芯和型腔加工。 3.fc250-fc350,fcd500-fcd700:材料中添加了Cu、Ni、Mo等合金,通过对总碳量、Si、Mn、P、S、Mg等组成元素进行控制,在分子结构上由于晶体易于变形,使之易于马氏体化。 一直以来,国内汽车行业所使用的模具材料主要包括铸态和锻态两大类。铸态材料常用的牌号为HT300、钼铬铸铁、铸态风冷钢(7CrSiMnMoV);铸铁材质主要用于模具基体,铸钢材质则用于镶块。锻态材质常用的牌号为锻态风冷钢(7CrSiMnMoV)、Cr12MoV,主要用于制造汽车外覆盖件模具。 二、汽车外覆盖件模具粗加工用球头铣刀 近年来,工业领域使用的刀具产品样式不断变化,且绝大多数企业本着降低制造成本的生产理念,要求生产高精度、高品质的产品。这种现象在汽车行业加工领域也不例外。针对客户的要求,株钻刀具技术公司采取的策略是不断提高刀具使用寿命以及缩短加工时间。株钻公司最新推出了几种新型高效刀具,在车门、保险杠、车架等零部件的冲压模加工时,能够大大提高刀具使用寿命、降低加工成本。其中BMR03系列刀具就是其中之一。 该款刀具适用于汽车外覆盖件模具粗加工时的型面轮廓强力仿形切削,一般来说,D50、D40的刀具进行型面开粗,D30的刀具进行型面的半精加工和圆弧过渡面的清根加工,被加工工件的材质主要是以上介绍的冷作模具钢和钼铬合金铸铁,为了降低成本,有些低档卡车模具也采用GCr15钢和灰口铸铁,甚至采用A3钢堆焊的毛坯生产。因此要求该刀具有极高的综合切削性能:(一)适用于各种被加工材质的刀片槽型和结构;(二)优秀的抗冲击性能,强力铣削加工时不能出现切削刃意外崩缺;(三)长的刀具使用寿命,一般客户希望能够在不更换刀片情况下不间断地加工完一个型面,对于加工一个大型模具意味着4~12 小时的加工寿命;(四)低的切削振动,这是制约加工效率提高最难逾越的因素;(五)高的形状精度和高负荷加工下刀具的精度保持性;(六)高的刀体可靠性。 该刀片的槽型是综合考量各种实际切削因素,并且通过长达两年的用户试验,不断优化而最终定型的。具体而言,主要在以下几个方面进行了优化设计。 比传统刀具更高的精度,刀片安装在刀体上后,与理想球体的理论误差应尽可小,而且曲线不能太复杂,以免造成研磨困难。株钻球头铣刀的球形刃设计精度(所有系列)均为≤0.005mm,制造轮廓误差≤0.05mm(ZOLLER测刀仪检测)。 中心刀片的刀尖设计保证更低的切削振动和抗冲击性能,过中心区域切削速度极低(接近于零)。切削阻力极大,非常容易出现刀尖崩缺现象。必须进行大量试验室试验和客户实际试验来提高刀片性能。举例来说,其中有一项为切削阻力和切削振动对比试验,试验方案如下:试验刀具为A、B两种国外D40球头铣刀,被加工材料为P20HRC35,切削参数:Vn=3000,ap=0.5mm,ae=1mm,f=3000mm/min,测试仪器:KISTLER动态电荷测力仪。 由试验结果可知: (一)在其他条件相同的情形下,f=0.5mm/z时,A刀具的最大主切削力Fx=400N,最大主切削力Fx=50N,最大振幅为350N,平均切削力为230N; (二)在其他条件相同的情形下,f=0.8mm/z时,A刀具的最大主切削力Fx=600N,最大主切削力Fx=80N,最大振幅为520N,平均切削力为290N; (三)在其他条件相同的情形下,f=0.5mm/z时,B刀具的最大主切削力Fx=800N,最大主切削力Fx=160N,最大振幅为640N,平均切削力为400N; (四)在其他条件相同的情形下,f=0.8mm/z时,B刀具的最大主切削力Fx=1000N,最大主切削力Fx=200N,最大振幅为800N,平均切削力为500N。 由以上四点可知,在1mm的小切深情况下,在所有切削条件相同的情况下,B刀具的刀尖受力情况明显比A差很多,平均受力大了几乎一倍,刀具在同等频率下振动的振幅也明显大得多,而上述切削参数在大多场合都是正常切削参数,这说明在刀具刀尖的处理上A刀具的设计方案明显优越。而B刀具由于切削阻力和切削振动太大,且刀尖的切削前角仅为-20°,刀尖过于单薄,刀具的过中心刀尖非常容易崩缺。 因此刀尖的形状设计非常重要,对刀具的实际切削效果有显著的影响。实际上优化设计刀尖形状和参数是一个非常繁杂的过程,要平衡诸多因素,如切削振动、刃部强度、刀具使用的工艺特点、刀片材料特性、本身的工艺性等等,很难一蹴而就,要往返多次不断完善。
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