模具是制作业中应用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模,就无法生产出被广泛利用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中,没有高程度的模具,就没有高质量的产品,它对企业提高生产效率、下降生产本钱也有重要的作用。据国外更新统计分析,金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此,模具产业也被称为“皇冠产业”。如今,模具制作已成为制作技巧的一个重要组成部分。 制作模具的材料通常是一类难加工材料,目前国内模具型腔一般都釆用电火花加工(EDM)成型。但电加工的生产效率很低,不论在模具开发速度方面还是模具制作质量方面,都不能满足现代批量生产的请求。 高速加工技巧的呈现,为模具制作技巧开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工,是加快模具开发速度、提高模具制作质量的必定趋势。 模具高速加工的优胜性 不论是冲压模具还是塑料模具(包含注射模、挤压模、吹塑模等),为了提高其应用寿命,构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制作(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,很难用惯例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更好措施就是釆用特种加工。 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(包含成形加工和线切割)在模具制作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作质量提出了越来越高的请求,於是电火花加工存在的标题就逐渐***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-机械性能会受到必定程度的损伤,经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请求,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,制作质量不稳固,在很多场合,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,在国外模具产业中开端逐渐利用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工,并且取得了很好的后果。和电火花加工相比,高速加工的重要长处是: 产品德量好—高速切削以高於惯例切速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;切削过程中产生的尽大多数热量(95%以上)被切屑敏捷带走,工件的热变形小;高速加工过程中,机床主轴以更高的转速(10000~80000 r/min)运转,激振频率远阔别开了“机床—刀具—工件”系统的固有频率範围,零件加工过程安稳无冲击。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程度,故经常可省往後续的很多精加工工序。 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”技巧(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,它既不要做电更,经常也不需要後续的手工研磨与抛光,又轻易实现加工过程主动化。因此,高速加工技巧的利用,使模具的开发速度大为提高。 能加工外形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,切削过程变得比拟轻松。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辨为0.2mm、0.3mm和0.4mm,薄壁高度为20mm。 近几年来,高速加工技巧在国外已广泛用於模具产业。在产业发达国家,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调换。高速加工在国际模具***中的主流地位已经确立。本来一些从事电加工设备制作的着名公司(如瑞士Agie公司),已敏感地看到这一技巧发展趋势,为了不被模具设备巿场淘汰出局,已釆取了与高速机床制作厂家(如瑞士Mikron)联手合并的措施。 发展前景 高速加工的加工精度高、表面质量好,生产效率很高,在模具产业中的利用后果非常好,传统的电加工工艺无法与之匹敌,完整符合现代制作技巧“率、高精度和高度主动化”的发展方向,有广阔的利用前景。 当然,电火花成形加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面的精密加工还是有用的。高速加工还不能完整代替电火花成形加工,两者应当扬长避短,相辅相成。同时应当看到,高速加工的一次性设备投资比拟大,并不是所有模具厂都能蒙受,而且中国目前还有大批的小型模具厂和电加工作坊存在,短期内高速加工对电加工还不会造成太大的要挟。但是应当看到,高速加工在发达国家模具制作产业中已处于主流地位,目前更以其宏大的上风,激烈地冲击传统的电加工工艺,模具产业大范围设备更新的时代即将到来,有远见、有实力的企业家应当高速加工这个当今世界模具制作的主流技巧,主动迎接新技巧革命的挑衅。
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