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模具加工如何选择铣刀和铣削方式

选择合适的铣削刀具,在面铣模具加工中采用滚动切入法,以及在条件适合时用铣刀进行孔模具加工,制造商可以在无需投资购买新设备的情况下,大幅提高生产能力,提高模具加工效率而节省大量时间和成本。 

 在选择适合模具加工任务的铣刀时,必须考虑被模具加工零件的几何形状、尺寸和工件材质的各种问题。

 铣刀主偏角

 主偏角为切削刃与切削平面的夹角。主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。

 铣刀的主偏角越小,其径向切削力越小,抗振性也越好,但切削深度也随之减小。

 铣刀的主偏角

 在铣削带方肩的平面时选用 90°主偏角。该类刀具通用性好,在单件、小批量模具加工中选用。由于该类刀具的径向切削力等于切削力,进给抗力大,易振动,因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。

 在模具加工带方肩的平面时,也可选用88°主偏角的铣刀。较之90°主偏角铣刀,其切削性能有一定改善。90°方肩铣刀进行平面铣削的情况也十分常见。在某些情况下,这 种选择有其合理性。铣削的工件形状不规则,或铸件表面会导致切深量发生变化,方肩铣刀可能是最佳选择。但在其他情况下,选用标准的45° 面铣刀可能会获益更多。

90°主偏角铣刀,

 当铣刀的切入角小于90°时,由于切屑变薄,轴向切屑厚度会小于 铣刀的进给率,则铣刀切入角将对其适用的每齿进给量产生很大的影响。

 在面铣模具加工中,切入角为45°的面铣刀会使切屑变得更薄。随着切入角的减小,切屑厚度会小于每齿进给量,而这反过来可以使进给率提高到原来的1.4倍。 45°主偏角铣刀的径向切削力大幅度减小,约等于轴向切削力,切削载荷分布在较长的切削刃上,具有很好的抗振性,适用于镗铣床主轴悬 伸较长的模具加工场合。用该类刀具模具加工平面时,刀片破损率低,耐用度高; 在模具加工铸铁件时,工件边缘不易产生崩刃。      

45°主偏角铣刀

 铣刀尺寸选择

 标准可转位面铣刀直径规格为Φ16~Φ630mm。铣刀的直径应根据 铣削宽度、深度选择,一般铣前深度、宽度越大,铣刀直径也应越大。粗铣时,铣床铣刀直径要小些;精铣时,铣刀直径要大些,尽量包容工件整 个模具加工宽度,减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。 

 在对大型零件进行面铣模具加工时,都是使用直径较小的铣刀,这就为提高生产率留下了很大余地。在理想情况下,铣刀应有70%的切削刃参与切削。 用铣刀铣孔时,刀具尺寸变得尤为重要。相对于孔径而言,铣刀的直径太小,则模具加工时可能会在孔的中心形成 一个料芯。当料芯落下时,可能会损坏工件或刀具。铣刀直径过大,则会损 坏刀具本身和工件,因为铣刀不在中心切削,可能会在刀具底部发生碰撞。

铣刀应有70%的切削刃参与切削

 铣削方式选择

 改进铣削模具加工的另一种方式是优化面铣刀的铣削策略。在对平面铣削进行模具加工编程 时,用户必须首先考虑刀具切入工件的方式。通常,铣刀都是简单地直接切入工件(图 1)。这种切入方式通常会伴随很大的冲击噪声,这是因为当刀片退出切削时,铣刀所产生的切屑最厚所致。由于刀片对工件材料形成很大的冲击,往往会引起振动,并产生会缩短刀具寿命的拉应力。

铣削方式选择

图1 面铣刀直接切入工件会引起振动和产生拉应力

旋转切入法

图2 旋转切入法可以减小振动和作用于刀具的拉应力

 一种更好的进刀方式是采用滚动切入 法,即在不降低进给率和切削速度的情况 下,铣刀滚动切入工件(图2)。这意味着铣刀必须顺时针旋转,确保其以顺铣方式进行加 工。这样形成的切屑由厚到薄,从而可以减 小振动和作用于刀具的拉应力,并将更多切削热传入切屑中。通过改变铣刀每次切入工 件的方式,可使刀具寿命延长1-2倍。为了实现这种进刀方式,刀具路径的编程半径应 采用铣刀直径的1/2,并增大从刀具到工件的 偏置距离。

 虽然滚动切入法主要用于改进刀具切入工件的方式,但相同的模具加工原理也可应用于铣削的其他阶段。对于大面积的平面铣削模具加工,常用的编程方式是让刀具沿工件的全长逐次走刀铣削,并在相反方向上完成下一次切削。 为了保持恒定的径向吃刀量,消除振动,采用螺旋下刀和滚动铣削工件转角相结合的走刀方式通常效果更好。

图3 螺旋刀轨有助于消除振动和延长刀具寿命

 机械师们对振动引起的切削噪声都很熟悉,它通常发生在刀具切入工件时,或刀具在吃刀状态下进行90°急剧转向时。滚动铣削工件转角可以消除这种噪声和延长刀具寿命。一般来说,工件的转角半径应为铣刀直径的75%-100%,这样可以缩短铣刀的吃刀弧长和减小振动,并允许采用更高的进给率。

 为了延长刀具寿命,在面铣模具加工中,应尽量避免刀具从工件上的孔或中断部位通过(如果可能的话)。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时,刀具在孔的一侧是顺铣,而在孔的另一侧是逆铣,这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具路径编程时绕过孔和凹腔,就可以避免发生这种情况。

图4 顺铣和逆铣

 越来越多的制造商利用铣刀以螺旋插补或圆周插补方式来模具加工孔。虽然这种方法的模具加工速度比钻孔略逊一筹,但对于许多模具加工来说却更具优势。

 在不规则表面上钻孔时,钻头可能很难沿中心线钻入工件,从而导致钻头在工件表面发生偏移。此外,钻头每模具加工25mm的孔径,就需要大约10马力的功率,这就意味着,在小功率机床上钻孔时,可能达不到所需的最佳功率值。此外,某些零件上需要模具加工许多不同尺寸的孔,如果机床的刀库容量有限,采用铣孔方式则可避免机床因更换刀具而频繁停机。

 用铣刀铣孔时,刀具尺寸变得尤为重要。如果相对于孔径而言,铣刀的直径太小,则模具加工时可能会在孔的中心形成一个料芯(图5)。当该料芯落下时,可能会损坏工件或刀具。如果铣刀直径过大,则会损坏刀具本身和工件,因为铣刀不在中心切削,可能会在刀具底部发生碰撞(图6)。

图5 铣孔时采用直径太小的铣刀会在孔的中心形成可能会损坏刀具和工件的料芯

图6 铣孔时采用直径太大的铣刀会在刀具底部发生碰撞

 为了延长刀具寿命,在面铣模具加工中,应尽量避免刀具从工件上的孔或 中断部位通过。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时,刀具在孔的一侧是顺铣,而在孔的另一侧是逆铣,这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具 路径编程时绕过孔和凹腔,就可以避免发生这种情况。 

 通过选择合适的铣刀角度,尺寸和进刀方式,使刀具以振动和拉应力最小的方式切入工件材料,并知道在哪种情况下铣孔比钻孔模具加工更有效,制造商就能高效率、低成本地将工件毛坯模具加工成精美的零件。

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