模具制造：常见问题解答

成型方法 – 可以选择两种基本材料类型：

A) 热加工工具钢，能够承受压铸、锻造和挤压的相对高温。

B) 冷加工工具钢，用于冲压和剪切、冷成型、冷挤压、冷锻造和粉末成型。

塑料 - 一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC。

腐蚀还可能由于以下因素发生：长时间停机造成的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件。

在这些情况下，推荐使用不锈钢模具钢。

模具尺寸 – 大型模具通常使用预硬化钢。小型模具通常使用固态硬化钢。

模具使用周期 - 计划长期使用的模具（>1,000,000次）应使用硬度为48-65 HRC的高硬度钢。计划中到长期使用的模具（100,000到1,000,000次）应采用硬度为30-45 HRC的预硬化钢。

短期使用（表面粗糙度 - 许多塑料模具制造商对良好的表面粗糙度感兴趣。在添加硫以改善金属加工性能的同时，表面质量下降。含硫量高的钢材也变得更加脆弱。）

钢的化学成分很重要。

钢的合金含量越高，加工就越困难。

随着碳含量的增加，金属的可加工性降低。

钢的结构对金属的可加工性也非常重要。

不同的结构包括：锻造、铸造、挤压、轧制和机械加工。锻件和铸件具有非常难以加工的表面。

硬度是影响金属加工性能的重要因素。一般规则是，钢材越硬，加工难度越大。高速钢（HSS）可以用于加工硬度高达330-400 HB的材料；涂有氮化钛（TiN）涂层的高速钢可以加工硬度高达45 HRC的材料；而对于硬度在65-70 HRC的材料……例如，必须使用硬质合金、陶瓷、陶瓷金属复合材料和立方氮化硼（CBN）。

非金属掺杂通常对工具寿命产生负面影响。例如，Al2O3（铝土矿）是一种纯陶瓷，具有强烈的磨损特性。

最后，残余应力可能会导致金属切削性能问题。通常建议在粗加工后进行应力消除。

大致来说，成本分布如下：

加工 65%

工件材料 20%

热处理 5%

组装/调整 10%

这清楚地表明了良好的金属切削性能和出色的整体切削解决方案对于模具经济生产的重要性。

一般来说，铸铁的硬度和强度越高，其金属切削性能越低，刀具和刀片的预期寿命也越低。

铸铁用于金属切削生产通常对大多数类型的应用具有良好的金属切削性能。金属的可加工性与其结构有关；硬度较高的珠光体铸铁更难加工。

片状石墨铸铁和可锻铸铁具有优良的加工性能，而球墨铸铁的加工性能则相当差。

在加工铸铁时遇到的主要磨损类型是磨损、粘附和扩散磨损。磨损主要是由碳化物、砂夹杂物和硬铸件表皮引起的。

粘附磨损伴随堆积边缘在低切削温度和速度下发生。铸铁的铁素体部分最容易与切削工具焊接，但通过提高切削速度和温度可以克服这一问题。

另一方面，扩散磨损是温度依赖的，并且在高切削速度下发生，特别是在使用高强度铸铁等级时。

这些等级具有高抗变形能力，导致高温。这种磨损与铸铁与切削工具之间的相互作用有关，这需要使用陶瓷或立方氮化硼（CBN）工具以高速度加工某些铸铁，以实现良好的刀具寿命和表面光洁度。

典型的铸铁加工所需的工具特性一般包括：高热硬度和化学稳定性是理想的，但这些也依赖于工艺、工件和切削条件；切削刃必须具备韧性、耐热疲劳磨损能力和刃口强度。对铸铁切削的满意度取决于切削刃磨损的发展情况：快速钝化意味着热裂纹和缺口的形成，导致切削刃过早断裂、工件损坏、表面质量差和过度波浪。正常的侧面磨损，保持平衡和锋利的切削刃通常是需要实现的目标。

切割过程应至少分为三种类型的工序：粗加工、半精加工和精加工，有时甚至包括超精加工（主要用于高速切削应用）。残余铣削当然是在半精加工后进行，以准备精加工。在每个工序中，努力留下均匀分布的余量以供下一个工序使用是至关重要的。如果刀具路径方向和工作负荷很少快速变化，刀具寿命可以延长并变得更加可预测。如果可能，精加工工序应在专用机床上进行。这可以在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。

粗加工：圆形插入式立铣刀、球头铣刀和大刀尖半径的立铣刀。

半精加工：圆形刀片立铣刀（直径范围为10-25毫米的圆形刀片立铣刀）、球头铣刀。

精加工：圆形插入式端铣刀，球头铣刀。

残余材料铣削：圆形刀片立铣刀、球头铣刀、直头铣刀。

通过选择特定的刀具尺寸、槽形、等级组合，以及切削参数和适当的铣削策略来优化切削过程是至关重要的。

切割过程中的一个最重要目标是为每个工序中的每个工具创造均匀分布的加工余量。

这意味着必须使用不同直径的工具（从最大到最小），特别是在粗加工和半精加工过程中。所有时候的主要标准应该是在每个操作中尽可能接近模具的最终形状。

为每个工具提供均匀分布的加工余量可确保始终如一的高生产率和安全的切削过程。

当 ap/ae（切削深度/径向切削深度）保持不变时，切削速度和进给率也可以始终保持在较高水平。

这导致切削刃上的机械动作和工作负荷变化最小，从而产生更少的热量和疲劳，从而延长工具寿命。

如果后续操作是半精加工操作，特别是所有精加工操作，则可以进行无人或部分无人加工。

恒定的加工余量也是高速切削应用的基本标准。

持续的加工余量还有一个有益的效果，即对机床组件（导轨、滚珠丝杠和主轴轴承）产生的负面影响最小。

如果使用方肩铣刀对腔体进行粗铣，则在半精加工阶段必须去除大量阶梯切削余量。

这将导致切削力的变化，从而导致刀具弯曲。结果是在精加工中产生不均匀的加工余量，影响模具的几何精度。

使用方肩铣刀（带三角形刀片）且刀尖强度较弱会产生不可预测的切削效果。

三角形或菱形插入件也会产生更大的径向切削力，并且由于切削刃较少，它们是较不经济的粗加工工具。

另一方面，圆形刀具可以在各种材料和不同方向上进行铣削。使用它们可以实现相邻刀具路径之间更平滑的过渡，并为半精加工留下更小且更均匀的加工余量。

圆形刀片的一个特点是它们产生可变的切屑厚度。这使得它们能够使用比大多数其他刀片更高的进给速率。

圆形刀片的主要切削刃角度从几乎为零（非常浅的切削）到90度不等，从而实现非常平滑的切削动作。在最大切削深度时，主要切削刃角度为45度，而在沿直墙进行轮廓切削时，角度为90度。

这也解释了为什么圆形刀片工具具有高强度——切削负荷逐渐增加。对于粗加工和半粗加工，应该始终使用圆形刀片立铣刀。通过适当的编程，圆形刀片立铣刀可以在很大程度上替代球头铣刀。

低跳动的圆形刀片，结合精细磨削的刀片、正切削角和轻切削的槽型轮廓，也可以用于半精加工和某些精加工操作。

在切割中，有效切削速度与实际或有效直径的基本计算始终至关重要。

由于进给速度依赖于在给定切削速度下的主轴转速，如果不计算有效速度，进给速度将会被错误计算。

如果在计算切削速度时使用工具的公称直径值（Dc），当切削深度较浅时，实际切削速度将远低于计算速度。

这适用于圆形刀片（特别是在小直径范围内）、球头铣刀和大刀尖半径的铣刀等工具。因此，计算出的进给速率也大大降低，这严重降低了生产率。更重要的是，刀具的切削条件低于其能力和推荐应用范围。

在进行3D切割时，切割直径会有所不同，并且与模具的几何形状有关。

解决此问题的一种方法是定义模具的陡壁区域和零件的浅几何区域。通过为每个区域开发专门的CAM程序和切削参数，可以实现良好的折衷和结果。