模具高速加工的优越性

模具高速加工的优越性
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不论是冲压模具还是塑料模具(包括注射模、挤压模、吹塑模等),为了提高其使用寿命,构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造(如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等),这些材料经过热处理後硬度很高,很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来,对付这类难加工材料的最好办法就是釆用特种加工。 精密塑胶模具
在中国,模具的型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下,电火花加工(包括成形加工和线切割)在模具制造中一直起十分重要的作用。
生产的发展和产品更新换代速度的加快,对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求,於是电火花加工存在的问题就逐渐暴露出来。从物理本质上说,电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺,加工过程非常之缓慢;在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中,工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤,常常会在型腔表面产生微细裂纹,表面粗糙度也达不到模具的要求,因而经过电加工後的型腔类零件一般还要进行费力、费时的手工研磨和抛光。因此,电火花加工的生产效率很低,制造质量不稳定,在许多场合,模具已成为影响新产品开发速度的一个关键因素。
20世纪90年代以来,在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工,并且取得了很好的效果。和电火花加工相比,高速加工的主要优点是:
产品质量好—高速切削以高於常规切速10倍左右的切削速度对零件进行高速加工,毛坯材料的馀量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件,工件表面的残馀应力非常小;切削过程中产生的绝大多数热量(95%以上)被切屑迅速带走,工件的热变形小;高速加工过程中,机床主轴以极高的转速(10000"80000 r/min)运转,激振频率远远离开了“机床—刀具—工件”系统的固有频率範围,零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高,表面质量好,粗糙度可达Ra 0.6μm以上。经过高速铣削的型腔,表面质量能达到磨削的水平,故常常可省去後续的许多精加工工序。
生产效率高—用高速加工中心或高速铣床加工模具,可以在工件一次装夹中,完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工,即所谓“一次过”技术(One Pass Machining),切削速度很高,加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外,它既不要做电极,常常也不需要後续的手工研磨与抛光,又容易实现加工过程自动化。因此,高速加工技术的应用,使模具的开发速度大为提高。
能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件—由高速切削机理可知,高速切削时,切削力大为减少,切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢,材料硬度可高达60HRC以上,加工过程甚至可以不用切削液,这就是所谓的硬切削(Hard Machining)和乾切削(Dry Machining)。尤其可贵的是,在高速加工中,横向切削力(Py)很小,这就有利於加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁,其壁厚甚至可以小於1mm。图1所示为高速加工方法加工出的零件,其各个薄壁的壁厚分别为0.2mm、0.3mm和0.4mm,薄壁高度为20mm。
近几年来,高速加工技术在国外已广泛用於模具工业。在工业发达国家,据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。原来一些从事电加工设备制造的着名公司(如瑞士Agie公司),已敏感地看到这一技术发展趋势,为了不被模具设备巿场淘汰出局,已釆取了与高速机床制造厂家(如瑞士Mikron)联手合并的措施。