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高速切削模具的刀具技术


   高速切削加工需配备适宜的刀具。硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为可能,促进了高速加工的发展。国外着名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具,不仅有高速切削普通结构钢的刀具,还有直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。目前国内高速加工刀具的开发与国外还有较大差距,而进口刀具的昂贵价格也成为阻碍高速切削模具应用的重要因素。
  
  加工模具的高速切削机床
  
  选择用于高速切削模具的高速机床时要注意以下问题:
  
  (1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具,主轴转速达到15000~20000rmp以上。主轴转速在10000rpm以下的机床可以进行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主轴。
  
  (2)机床快速进给对快速空行程要求不太高。但要具有比较高的加工进给速度(30~60m/min)和高加减速度。
  
  (3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
  
  (4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高速切削模具的软件。
  
  在模具生产中五轴机床的应用逐渐增加,配合高速切削加工模具具有以下优点:①可以改变刀具切削角度,切削条件好,减少刀具磨损,有利于保护刀具和延长刀具寿命;②加工路线灵活,减少刀具干涉,可以加工表面形状复杂的模具以及深腔模具;③加工范围大、适合多种类型模具加工。
  
  五轴机床通常有工作台式和铣头式五轴机床两类,可以针对模具类型进行选择。铣头式五轴机床中,可更换铣头和更换电主轴头的五轴机床可分别用于模具的粗、精加工。
  
  高速切削模具的刀具技术
  
  一般来说,要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实际统计,在使用碳氮化钛(TiCN)涂层的整体硬质合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀具线速度约为100m/min,而精加工和超精加工时,线速度超过了280m/min。据国内高速精加工模具的经验,采用小直径球头铣刀进行模具精加工时,线速度超过了400m/min。这对刀具材料(包括硬度、韧性、红硬性)、刀具形状(包括排屑性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高的要求。因此,在高速硬切削精加工模具时,不仅要选择高速度的机床,而且必须合理选用刀具和切削工艺。
  
  在高速加工模具时,要重点注意以下几个方面:①根据不同的加工对象,合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工,通常精加工刀具直径<10mm。根据被加工材料以及硬度,所选择的刀具直径也不同。在刀具材料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具润滑条件好,在切削模具钢时,具有比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损性能。③选择合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具要求比普通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。④采取多种方法提高刀具寿命,如合适的进给量、进刀方式、润滑方式等,以降低刀具成本。⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具,同时应注意刀具装夹后主轴系统的整体动平衡。

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