發布日期：2022-10-09 點擊率：110
今后幾年，高速加工，更確切地說是硬加工在工具和模具制造的加工工藝所占的比重將增長20%，這一評估并不是來源于一些有利益關聯的機床制造廠，而是Fraunhofer（弗勞恩霍夫）生產技術研究所在2004年對德國600家模具制造企業進行調查后所得出的令人興奮的結論！
目前，硬銑加工已在工具、模具制造業的較大范圍內獲得應用，工具和模具制造企業面對日益加大的競爭壓力，應通過采用快速和柔性的加工工藝來應對。大多數情況下，這種競爭壓力并非是加工時間本身。因為加工時間是可以通過采用現代化機床和銑刀技術來縮短的。而問題卻在于安排在前面和中間的工藝過程，例如淬火，淬火處理需要很多時間，而且會增多物料的后勤工作，這在模具制造時會延長生產時間。通過各種不同的實驗表明，經過硬銑的工件表面可以大大減少人工修磨，也就是可以減少例如拋光這樣的作業。這樣的效果，主要在于硬銑可以獲得比磨削加工更均勻的微觀幾何表面，此外，硬銑時還不會出現表面層的熱影響，而這種表面層熱影響，在電火花加工中被稱之為“白色表層”，且這種白色表層必須通過人工的修磨才來去除。
圖1 硬銑: 硬加工粉末冶金制造的工具鋼時，對機床和銑刀有特殊的要求，
本圖是對模具（57HRC）進行硬精銑
這些例子表明，與模具制造業中的傳統生產工藝流程相比，硬銑具有很大的應用潛力。所以對于本文開頭所述硬銑的應用增長20%是完全可以實現的。盡管如此，也不是所有的情況采用硬銑都是可行的或是有效果的。因為所有的加工都存在著是否經濟的問題。如果加工高強度特殊材料，加工花紋圖案和極小的零件或是幾何形狀特別復雜的零件。即使在今天，對于可以采用的加工工藝還是有一定的適用范圍。因此，本文根據當前一些實例對目前硬銑的可行性、當今開發的重點和其今后的發展前景作一概述。
愈來愈小的模具——不斷小型化的發展趨勢
如今，壓鑄件上狹小和微小的模腔數量明顯在增多，要是同整個微型系統的技術產品加在一起來看，這種小型模具加工則是一個強勁增長的領域。此外，由于模具對精度和表面質量要求極高，這是一種精密的壁龕產品。如果采用有效的加工工藝來加工這類產品，那么對于德國和歐洲的企業來說，恰恰是在未來提供了一個很大的潛在市場。基于某些基本的考慮，硬銑工藝對于制造微型結構的模具來說，有著很大的優勢。僅僅一個事實是，構件可以在一次裝夾下完成加工，從而顯著提高加工精度。按這種加工方式，可明顯減少為了工件換夾所需附加的加工余量。由于機床領域的新發展，在當今即使加工大型模腔，可以可靠地保持小于±0.01mm的公差。對于特殊的應用情況，機床也能較好地確保1μm的精度。在今天，直徑為0.1mm的硬質合金銑刀已列入產品目錄，個別也有更小直徑的產品。對于淬硬材料的加工，當然是采用涂層刀具，這已經通過很多實驗得到了確認。
圖2 較小的區別：0.3mm和4mm直徑的硬質合金銑刀
如果加工深的槽，就需采用小直徑的刀具，這樣，銑削加工與電火花加工驟然發生了競爭。在這種情況下，在典型的模具制造中，大多數情況都會因為有利因素使得企業決定采用銑削替代電火花加工。但是，小型模腔銑削的優點首先在于可獲得較好的表面質量和簡化的生產工藝流程。這對于小型模具的加工顯然是非常有益的。
高硬度工具鋼——粉末冶金工具鋼的加工
通過粉末冶金制造的工具鋼，由于其良好的性能，可明顯提高熱硬度、耐磨性和韌性。這些是作為工具鋼使用的重要性能，然而在加工時這些特性則往往會導致刀具耐用度的很快降低和不好的加工效果。Fraunhofer生產技術研究所曾采用由精細顆粒硬質合金的涂層刀具進行切削實驗。粉末冶金的細密組織是使硬銑產生一系列變化的原因。碳化物細密的分布之優點是，在銑削時不會像加工傳統材料中粗大和條狀分布的碳化物，而使切削刃突然加重負載。在切削傳統的冶煉冷作工具鋼時，粗大和條狀碳化物常常會導致嚴重的崩刃，由此使刀具過早的損壞。在加工粉末冶金的材質時，由于大量的碳化物而產生磨粒磨損和強烈的粘結，從而加快了刀具磨損。這也是為什么銑刀（特別在精加工時）耐用度迅速降低的原因。
此外，材料的韌性會造成切屑對刀具切削刃的粘結，而這種粘結通過周期性的切屑滑離也會明顯增加切削振動。此外，如果刀具的幾何角度不合適，還會加劇成形毛刺。特別是在采用很小的刀具加工槽時，這被證明是進行可靠加工的很大障礙。
總的來說，在粗加工時，粉末冶金工具鋼與傳統冶煉的工具鋼相比，具有良好的切削性能。如果采用較小的切削厚度，這也許是在精加工或是在用極小直徑的刀具進行加工時所采用的切削用量，加工時將加劇磨粒磨損，顯然這樣便抵消了材料良好切削性能所帶來的優點。
5軸加工或還只是“3+2”？
有關采用5軸聯動控制的機床來加工模具型腔所具有的很多優點，早在上世紀九十年代初已進行過介紹并為人們所認識。5軸加工首先是要求較寬的行距，懸伸長度短而剛性高的銑刀，幾乎可以加工任意幾何形狀的模具，并具有顯著穩定的工藝過程。但環顧當今的眾多模具企業，發現只是在個別情況下才能看到真正的5軸聯動加工。是不是在許多場合下，可使用的機床設備大多數是3軸或最多是采用添加第4個軸或第5個軸來進行加工？
圖3 較大的應用潛力：就銑削工藝未來應用潛力對企業所進行的調查表明,
采用高速銑和硬銑削是發展的趨勢
事實上，因為5軸聯動加工的編程比較費事，且在許多情況下沒有足夠的技術訣竅，這樣，在通盤考慮時便會局限于其經濟性，致使3軸加工看來仍是比較合適的。此外，至今還沒有成熟的CAM戰略，使得5軸聯動硬銑加工成為企業合理得選擇。而這種5軸聯動硬銑特別適合于粗加工和半精加工，在加工時，保持刀具恒定的切削條件和負載條件具有特別重要的意義。
但是，在對一些企業進行考察時，發現了一個令人感興趣的前景：目前渦輪葉片（特別是所謂的整體葉片毛坯，即一種整體葉輪）就是針對類似的邊緣條件進行開發的。因此，在不久的將來，必須著手研究和開發模具加工工藝，進一步減少編程費用，即使只是加工一個模具型腔，也要改善其加工的經濟性。
這里所述的內容，也是由歐洲委員會推動和為期2年的“Hard Precision”項目的目標之一。這個項目已于2005年12月份在Fraunhofer生產技術研究所正式啟動。為開展這項目，由包括來自全歐洲的研究所，機床制造廠和CAM軟件公司，刀具生產廠和涂層公司，測量設備和夾具制造廠以及工具和模具的不同行業的最終用戶組成臨時性聯合組織，以進行廣泛合作。目標是成功地使5軸硬銑能用來既經濟又精密地加工淬硬的工具和模具。要實現這一目標，除了采用新穎的全流體靜壓支承的機床外，還要重視研究硬銑的整個加工工藝流程，只有這樣，才能實現確定的目標。
圖4 保護措施：為了減少磨損，用來進行硬銑的極細小的銑刀應進行涂層。
（圖片來源：Fraunhofer生產技術研究所）
硬銑作為加工工藝流程的一部分
通過采用新的機床、新的控制系統和改進的工藝技術，以使硬銑這樣的單個加工工藝更加具有綜合性，而通過合適的生產規劃，NC編程和在企業的生產工藝流程中集成銑削，使企業獲得更強的競爭優勢。
在生產中，采用的工件材料不僅種類多，工具和模具的品種也很繁多，這導致運用工藝優化設計的工藝知識也愈來愈復雜。當今，CAM系統通過儲存參數和刀具數據的數據庫可以幫助這種決策。正確選擇NC編程的銑削戰略，對加工的質量和經濟性有很大影響。因此，恰恰在對于工藝設計時采用硬銑加工時，必須給予特別重視——考慮所要求的構件特征是與考慮刀具和機床上所承受的負載是一樣的。如果考慮到了這些邊緣條件，那么硬銑加工的應用還將有進一步增長的可能，即使是加工狹槽，硬銑工藝也將獲得推廣應用。
該文摘自德國Form+Werkzeug雜志
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