模具加工方法_高速切削

网络功能正逐渐成为现代数控机床、数控系统的特征之一。诸如现代数控机床的远程故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作（危险环境的加工）、远程培训等都是以网络功能为基础的。互联网络化美国波音公司利用数字文件作为制造载体，首次利用网络功能实现了无图纸制造波音777新型客机。图示为波音公司利用计算机辅助设计对777客机的零部件进行信息化处理。互联网络化第二章模具工作零件的其它成形方法本章要点挤压成形铸造成形合成树脂模具随着模具制造技术的发展和模具新材料的出现，对于凸模、凹模等模具工作零件，除采用切削加工和特种加工方法进行加工外，还可以采用挤压成形、铸造等方法进行加工。掌握冷挤压成形，了解热挤压成形、了解锌合金模具，知道超塑成形原理和应用，了解铍铜合金模具的工艺过程，了解铸造成形的工艺过程，了解合成树脂模具的制造。本章知识要点第一节挤压成形一、冷挤压成形1、原理：在常温下，将淬硬的工艺凸模压入模坯，使坯料产生塑性变形，以获得与工艺凸模工作表面形状相同的内成形表面。2、特点1）可以加工形状复杂的型腔，尤其适用于加工某些难以进行切削加工的形状复杂的型腔。2）挤压过程简单迅速，生产率高。3）加工精度高，表面粗糙度小。4）冷挤压的型腔，材料纤维未被切断，金属组织更为紧密，型腔强度高。3．冷挤压方式（1）封闭式冷挤压是将坯料放在冷挤压模套内进行挤压加工，挤压力大。应用：精度高、深度大、体积小的型腔。（2）敞开式冷挤压在挤压形腔毛坯外面不加模套。应用：精度要求不高的情况。4．冷挤压的工艺准备（1）冷挤压设备的选择小型专用油压机压力：F=pA（2）工艺凸模和模套设计1）工艺凸模足够的强度、硬度和耐磨性T10T12ACrWMnCr12MoV等①工作部分L1段应与型腔设计尺寸一致，其精度比型腔精度高一级，Ra0.4~0.08。长度取型腔深度的1.1~1.3倍。端部圆角半径r不应小于0.2mm。1∶50的脱模斜度。②导向部分一般取D=1.5d；③过渡部分采用较大半径的圆弧平滑过渡，一般R≥5mm。2）模套单层模套双层模套（3）模坯准备模坯材料应具有低的硬度和高的塑性，型腔成形后其热处理变形应尽可能小。如：铝及铝合金、铜及铜合金、10、20、20Cr、T10A3Cr2W8V,挤压前进行退火处理。模坯的形状尺寸应考虑模具的设计尺寸要求和工艺要求，防止开裂、翘曲。D=（2~2.5）dh=（2.5~3）h1为了减小挤压力，可在模坯底部加工减荷穴。封闭式冷挤压坯料的外形轮廓，一般为圆柱体或圆锥体5．冷挤压时的润滑为了提高型腔的表面质量和便于脱模，以及减小工艺凸模和模坯之间的摩擦力，从而减少工艺凸模破坏的可能性，应当在凸模与坯料之间施以必要的润滑。1）浸入硫酸铜溶液、后涂上凡士林或润滑剂2）镀铜或镀锌二、热挤压成形将毛坯加热到锻造温度，用预先准备好的工艺凸模压入毛坯而挤压出型腔的制模方法称为热挤压法或热反印法。1．工艺凸模采用T7、T8或5CrMnMo等。其尺寸应按锻件尺寸放出锻件本身及型腔的收缩量，一般取1.5%~2.0%，并作出拔模斜度。2．热挤压工艺挤压吊钩锻模以锻件成品作工艺凸模—砂轮打磨表面涂润滑剂—加工出锻模上下模坯—加热保温—去氧化皮—将工艺凸模置于上下模坯之间——加压锻出型腔。3．后续加工退火——机械加工——淬火——磨光近年来发展了超塑性制模技术，也就是以超塑性金属为型腔材料，在超塑性状态下将工艺凸模压入坯料内部，以实现成型加工模具型腔的工艺方法。材料不会因大的塑性变形而断裂和硬化，是制造复杂形状模具型腔的有效方法。所谓超塑性是指某些金属材料，在一定条件下具有特别好的塑性。其伸长率可达100%～2000%，这种现象称之为超塑性。凡是伸长率能超过100%的材料，均称为超塑性材料。目前，用于模具制造的超塑性金属主要是近年研制的钢，如10Ni3MnCuAl钢，简称PMS钢。三、超塑成形1．超塑成形原理和应用2．超塑性合金ZnAl22的性能（1）超塑性处理工艺（2）强化处理工艺3．超塑性成形工艺（1）坯料准备形腔的坯料尺寸可按体积不变原理，根据形腔的结构尺寸进行计算。（2）工艺凸模1）材料：中碳钢、低碳钢、工具钢或HPb59-1等2）尺寸（3）护套（4）挤压设备及挤压力的计算可以在液压机上进行。（5）润滑减小摩擦阻力，降低单位挤压力，同时可以防止金属粘附，易于脱模，以获得理想的型腔尺寸和表面粗糙度。第二节铸造成形一、锌合金模具用锌合金材料制造工作零件的模具称为锌合金模具1．模具用锌合金的性能必须具有一定的强度、硬度和耐磨性。2．锌合金模具制造工艺（1）砂型铸造法（2）金属铸造法（3）石膏型铸造法1）熔化合金：融化温度在450~500℃。2）预热：150~200℃。3）浇注：420~450℃。浇注锌合金凹模的模框：可调式模框、厚模框例2图4-18是鼓风机叶片冲模，采用金属型铸造1）制作样件图a必须有足够的刚度和强度，以防止在存放或浇注时产生变形而影响模具精度。2）铸型制作将样件置于型砂内找正，撞实，分型面撒上分型砂，图b将另一砂箱置于砂型1上制成铸型，图c将上、下砂箱打开，把预先按尺寸制造的铁板模框放上，压上压铁防止移动图d、e3）浇注合金考虑冷凝时的收缩，浇注合金厚度为所需厚度的2~3倍。冷凝时用喷灯加热使其均匀凝固。完成图d的浇铸后取出样件，将其放入图e的模框内浇铸，即可制成鼓风机叶片冲模的工作零件。1．特点（1）导热性好（2）可缩短模具制造时间（3）热处理后强度均匀（4）耐腐蚀（5）铸造性好，可铸成复杂形状的模具（6）模型精度要求高（7）材料价格高（8）需要用压力铸造技术二、铍铜合金模具2．金属模型浇铸铍铜合金的示意图。工艺过程如下：三、陶瓷型铸造1．陶瓷层材料（1）耐火材料：刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂等。（2）粘接剂：硅酸乙酯水解液。（3）催化剂：氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化等。（4）脱模剂：上光蜡、变压器油、机油、有机硅油及凡林。（5）透气剂：双氧水2．工艺过程及特点（1）工艺过程1）母模制作用来制造陶瓷型的模型称为母模。2）砂套造型3）浇注和喷烧浇注喷烧合箱（2）陶瓷型铸造的特点1）铸件尺寸精度高，表面粗糙度小。2）投资少、生产准备周期短。3）可铸造大型精密铸件。第三节合成树脂模具的制造一、制造模具的树脂1．聚酯树脂机械强度高，成形方法容易，化学性能稳定。2．酚醛树脂脆，必须加入填料方能获得所要求的性能，价格低廉。3．环氧树脂收缩率最小，机械性能高，耐酸、碱、盐和有机溶剂等化学药品的侵蚀，但抗冲击性能低，质脆，需加填充剂、稀释剂等来改善其性能。4．塑料钢可作拉深模，其缺点是价格昂贵。现代意义上的快速成型技术始于70年代末期出现的立体光刻技术（SLA）,它是汹涌而来的数字化浪潮在加工领域中不可避免的延拓，连续的曲面被离散成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向上被离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件原型都可以加工出来，加工过程也大大简化了。快速原型创意测量计算机辅助设计计算机工艺设计计算机辅助制造数控加工构思草图快速原型现代产品开发模式图形文档数控代码工艺文档产品快速原型快速原型的英文缩写为RP，在RP出现的初期，其用途主要是加工产品原型，随着成型工艺、材料的进步以及快速制模技术的发展，RP已发展成能直接或间接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制造业中的位置,并且形成了一个不断扩大的RP/RT市场。据WholersAssociates的统计，全球RP设备已有近7000台，分布在58个国家。快速原型RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。快速原型例如：随着固态激光技术的突破，高达1000mw的紫外激光器应用在SLA设备中，使其成型速度得到大大提高，激光器的使用寿命由最初的2500小时延长到上万小时。RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。快速原型例如：新型高性能光敏树脂的出现，解决了SLA的收缩变形和强度等问题。EOS公司的EOSINT_M激光金属粉末烧结快速成型设备可直接成型金属零件或注塑模具。RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。快速原型例如：在软件方面，STL文件的处理软件不断专业化，使得各种文件的转换和STL文件的修复、处理、操作等功能日臻完善，形成了基于STL的CAD平台。从RP/RT技术的现状来看，未来几年的主要发展趋势如下：快速原型提高RP系统的速度、控制精度和可靠性开发专门用于检验设计、模拟制品可视化，而对尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求不高的概念机。研究开发成本低、易成形、变形小、强度高、耐久及无污染的成形材料。研究开发新的成形方法研究新的高精度快速模具工艺高速切削高速加工技术是自上个世纪80年代发展起来的一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通加工切削速度的5～10倍即可认为是高速加工。TOSHIBA四轴高速加工镗铣床FIDIA五轴高速铣床高速切削高速加工与传统的数控加工方法相比没有什么本质的区别，两者牵涉到同样的工艺参数，但其加工效果相对于传统的数控加工有着无可比拟的优越性：高速切削简化了传统加工工艺；经济效益显著提高。有利于提高生产率；有利于改善工件的加工精度和表面质量；有利于延长刀具的使用寿命和应用直径较小的刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。主要表现在：数控机床主轴高转速工作台高快速移动和高进给速度高速切削目前，高速加工涉及到的新技术主要有：高速切削高速加工是通过大幅度提高主轴转速和加工进给速度来实现的，为了适应这种高速切削加工，主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热等新技术；高速主轴五轴高速铣削头高速切削高速切削高速伺服进给系统高速加工通常要求在高主轴转速下，使用在很大范围内变化的高速进给。高速进给的需求已引起机床结构设计上的重大变化：采用直线伺服电机来代替传统的电机丝杠驱动；高速切削适于高速加工的数控系统高速加工数控系统需要具备更短的伺服周期和更高的分辨率，同时具有待加工轨迹监控功能和曲线插补功能，以保证在高速切削时，特别是在4-5轴坐标联动加工复杂曲面轮廓时仍具有良好的加工性能。高速切削刀具技术刀具性能和质量对高速切削加工具有重大影响，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。高速切削刀夹装置及快速刀具交换技术在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件加工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘交换装置已成为今后的发展方向。高速加工作为一种新的技术，其优点是显而易见的，它给传统的数控加工带来了一种革命性的变化，但是，目前既便是在加工机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对这一崭新技术的研究也还处在不断的摸索研究中。有许多问题有待于解决：如高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题；机床与刀具间的接口技术（刀具的公平衡、扭矩传输）；冷却润滑液的选择；CAD/CAM的程序后处理问题；高速加工时刀具轨迹的优化问题等等。国内在这一方面的研究采尚处于起步阶段，要赶上并尽快缩小与国外同行业间的差距，还有许多路要走。高速切削高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm，加工精度进入了亚微米世界。高精加工高精加工提高机械设备的制造精度和装配精度减小数控系统的控制误差提高数控系统的分辨率以微小程序段实现连续进给使CNC控制单位精细化提高位置检测精度位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制采用补偿技术齿隙补偿丝