模具制造的25個為什么
影響材料可切削性的首要因素是什么？
鋼的化學(xué)成分很重要。 鋼的合金成分越高，就越難加工。 當(dāng)碳含量增加時，金屬切削性能就下降。
鋼的結(jié)構(gòu)對金屬切削性能也非常重要。 不同的結(jié)構(gòu)包括： 鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。 鍛件和鑄件有非常難于加工的表面。
硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。 一般規(guī)律是鋼越硬，就越難加工。 高速鋼（HSS）可用于加工硬度最高為330-400 HB的材料；高速鋼+鈦化氮（TiN）涂層，可加工硬度最高為45 HRC的材料； 而對于硬度為65-70 HRC的材料，則必須使用硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。 例如Al2O3 （氧化鋁），它是純陶瓷，有很強的磨蝕性。
最后一個是殘余應(yīng)力，它能引起金屬切削性能問題。 常常推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。
粗略地說，成本的分布情況如下：
切削 65％
工件材料 20％
熱處理 5％
裝配/調(diào)整 10％
這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優(yōu)良的總體切削解決方案對模具的經(jīng)濟生產(chǎn)的重要性。
4) 鑄鐵的切削特性是什么？
一般來說，它是：
鑄鐵的硬度和強度越高，金屬切削性能越低，從刀片和刀具可預(yù)期的壽命越低。 用于金屬切削生產(chǎn)的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。 金屬切削性能與結(jié)構(gòu)有關(guān)，較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。 片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優(yōu)良的切削屬性，而球墨鑄鐵相當(dāng)不好。
加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為： 磨蝕、粘結(jié)和擴散磨損。 磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產(chǎn)生。 有積屑瘤的粘結(jié)磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發(fā)生。 鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上，但這可用提高切削速度和溫度來克服。
在另一方面，擴散磨損與溫度有關(guān)，在高切削速度時產(chǎn)生，特別是使用高強度鑄鐵牌號時。 這些牌號有很高的抗變型能力，導(dǎo)致了高溫。 這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關(guān)，這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以獲得良好的刀具壽命和表面質(zhì)量。
一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為： 高熱硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，但也與工序、工件和切削條件有關(guān)；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。 切削鑄鐵的滿意程度取決于切削刃的磨損如何發(fā)展： 快速變鈍意味著產(chǎn)生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質(zhì)量差、過大的波紋度等。 正常的后刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。
5)什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？
切削過程至少應(yīng)分為3個工序類型：
粗加工、半精加工和精加工，有時甚至還有超精加工（大部分是高速切削應(yīng)用）。殘余量銑削當(dāng)然是在半精加工工序后為精加工而準(zhǔn)備的。在每一個工序中都應(yīng)努力做到為下一個工序留下均勻分布的余量，這一點非常重要。如果刀具路徑的方向和工作負(fù)載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，并更加可預(yù)測。如果可能，就應(yīng)在專用機床上進(jìn)行精加工工序。這會在更短的調(diào)試和裝配時間內(nèi)提高模具的幾何精度和質(zhì)量。
6)在這些不同的工序中應(yīng)主要使用何種刀具？
粗加工工序：圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。
半精加工工序：圓刀片銑刀（直徑范圍為10－25mm的圓刀片銑刀），球頭立銑刀。
精加工工序：圓刀片銑刀、球頭立銑刀。
殘余量銑削工序：圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。
通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合，以及切削參數(shù)和合適的銑削策略，來優(yōu)化切削工藝，這非常重要。
7)在切削工藝中有沒有一個最重要的因素？
切削過程中一個最重要的目標(biāo)是在每一個工序中為每一種刀具創(chuàng)建均勻分布的加工余量。這就是說，必須使用不同直徑的刀具（從大到小），特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時候主要的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是在每個工序中與模具的最終形狀盡可能地相近。
為每一種刀具提供均勻分布的加工余量保證了恒定而高的生產(chǎn)率和安全的切削過程。當(dāng)ap/ae（軸向切削深度/徑向切削深度）不變時，切削速度和進(jìn)給率也可恒定地保持在較高水平上。這樣，切削刃上的機械作用和工作負(fù)載變化就小，因此產(chǎn)生的熱量和疲勞也少，從而提高了刀具壽命。如果后面的工序是一些半精加工工序，特別是所有精加工工序，就可進(jìn)行無人加工或部分無人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削應(yīng)用的基本標(biāo)準(zhǔn)。
恒定的加工余量的另一個有利的效應(yīng)是對機床——導(dǎo)軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。
8)為什么最經(jīng)常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選？
如果使用方肩銑刀進(jìn)行型腔的粗銑削，在半精加工中就要去除大量的臺階狀切削余量。這將使切削力發(fā)生變化，使刀具彎曲。其結(jié)果是給精加工留下不均勻的加工余量，從而影響模具的幾何精度。如果使用刀尖強度較弱的方肩銑刀（帶三角形刀片），就會產(chǎn)生不可預(yù)測的切削效應(yīng)。三角形或菱形刀片還會產(chǎn)生更大的徑向切削力，并且由于刀片切削刃的數(shù)量較少，所以他們是經(jīng)濟性較差的粗加工刀具。
另一方面，圓刀片可在各種材料中和各個方向上進(jìn)行銑削，如果使用它，在相鄰刀路之間過渡較平滑，也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工余量。
圓刀片的特性之一是他們產(chǎn)生的切屑厚度是可變的。這就使它們可使用比大多數(shù)其它刀片更高的進(jìn)給率。圓刀片的主偏角從幾乎為零（非常淺的切削）改變到90度，切削作用非常平穩(wěn)。在切削的最大深度處，主偏角為45度，當(dāng)沿帶外圓的直壁仿形切削時，主偏角為90度。這也說明了為什么圓刀片刀具的強度大——切削負(fù)載是逐漸增大的。粗加工和半粗加工應(yīng)該總將圓刀片銑刀，如CoroMill200（見模具制造樣本C-1102:1）作為首選。在5軸切削中，圓刀片非常適合，特別是它沒有任何限制。
通過使用良好的編程，圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。跳動量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結(jié)合，也可以用于半精加工和一些精加工工序。
9)什么是有效切削速度（ve）和為什么它對高生產(chǎn)率非常重要？
切削中，實際或有效直徑上的有效切削速度的基本計算總是非常重要。由于臺面進(jìn)給量取決于一定切削速度下的轉(zhuǎn)速，如果未計算有效速度，臺面進(jìn)給量就會計算錯誤。
如果在計算切削速度時使用刀具的名義直徑值（Dc），當(dāng)切削深度淺時，有效或?qū)嶋H切削速度要比計算速度低得多。如圓刀片CoroMill200刀具（特別是在小直徑范圍）、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和CoroMill390立銑刀之類的刀具（這些刀具請參見山特維克可樂滿的模具制造樣本C-1102:1）。由此，計算得到的進(jìn)給率也低得多，這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)率。更重要的是，刀具的切削條件低于它的能力和推薦應(yīng)用范圍。
當(dāng)進(jìn)行3D切削時，切削時的直徑在變化，它與模具的幾何形狀有關(guān)。此問題的一個解決方案是定義模具的陡壁區(qū)域和幾何形狀淺的零件區(qū)域。如果對每個區(qū)域編制專門的CAM程序和切削參數(shù)，就可以達(dá)到良好的折中和結(jié)果。
10)對于成功的淬硬模具鋼銑削來說，重要的應(yīng)用參數(shù)有哪些？
使用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時，一個需遵守的主要因素是采用淺切削。切削深度應(yīng)不超過0.2/0.2mm（ap/ae：軸向切削深度/徑向切削深度）。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。
選擇剛性很好的夾緊系統(tǒng)和刀具也非常重要。當(dāng)使用整體硬質(zhì)合金刀具時，采用有最大核心直徑（最大抗彎剛性）的刀具非常重要。一條經(jīng)驗法則是，如果將刀具的直徑提高20％，例如從10mm提高到12mm，刀具的彎曲將減小50％。也可以說，如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20％，刀具的彎曲將減小50％。大直徑和錐度的刀柄進(jìn)一步提高了剛度。當(dāng)使用可轉(zhuǎn)位刀片的球頭立銑刀（見模具制造樣本C-1102:1）時，如果刀柄用整體硬質(zhì)合金制造，抗彎剛性可以提高3－4倍。
當(dāng)用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時，選擇專用槽形和牌號也非常重要。選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的涂層也非常重要
