Производство форм: Часто задаваемые вопросы

Метод формирования – Можно выбрать два основных типа материала:

A) Сталь для горячей обработки инструментов, которая может выдерживать относительно высокие температуры литья под давлением, ковки и экструзии.

B) Холоднотянутые инструментальные стали, используемые для вырубки и резки, холодной формовки, холодного экструзии, холодной ковки и порошковой формовки.

Пластики – Некоторые пластики производят коррозионные побочные продукты, такие как ПВХ.

Коррозия также может происходить из-за таких факторов, как конденсация при длительном простое, коррозионные газы, кислоты, охлаждение/нагрев, вода или условия хранения.

В этих случаях рекомендуется нержавеющая сталь для форм.

Размер формы – Большие формы часто используют предварительно закаленную сталь. Для малых форм часто используется твердая закаленная сталь.

Циклы использования форм – Формы, предназначенные для длительного использования (>1,000,000 циклов), должны быть изготовлены из стали с высокой твердостью с твердостью 48-65 HRC. Формы, предназначенные для умеренного и длительного использования (100,000 до 1,000,000 циклов), должны быть изготовлены из предварительно закаленной стали с твердостью 30-45 HRC.

Краткосрочное использование (Шероховатость поверхности – Многие производители пластиковых форм заинтересованы в хорошей шероховатости поверхности. При добавлении серы для улучшения обрабатываемости металла качество поверхности ухудшается. Стали с высоким содержанием серы также становятся более хрупкими.)

Химический состав стали имеет значение.

Чем выше содержание легирующих элементов в стали, тем сложнее ее обрабатывать.

С увеличением содержания углерода обрабатываемость металла уменьшается.

Структура стали также очень важна для обрабатываемости металла.

Разные структуры включают: кованые, литые, экструзионные, прокатные и обработанные. Ковки и литье имеют очень сложные для обработки поверхности.

Твердость является важным фактором, влияющим на обрабатываемость металлов. Общее правило гласит, что чем тверже сталь, тем сложнее ее обрабатывать. Режущие инструменты из быстрорежущей стали (HSS) могут обрабатывать материалы с твердостью до 330-400 HB; быстрорежущая сталь с покрытием из нитрида титана (TiN) может обрабатывать материалы с твердостью до 45 HRC; а для материалов с твердостью 65-70 HRC… Например, необходимо использовать цементированный карбид, керамику, церметы и кубический нитрид бора (CBN).

Неметаллическое легирование, как правило, негативно сказывается на сроке службы инструмента. Например, Al2O3 (оксид алюминия), чистая керамика, обладает сильными абразивными свойствами.

Наконец, остаточные напряжения могут вызвать проблемы с производительностью резания металла. Обычно рекомендуется проводить снятие напряжения после черновой обработки.

Грубо говоря, распределение затрат выглядит следующим образом:

Обработка 65%

Материал заготовки 20%

Термическая обработка 5%

Сборка/регулировка 10%

Это ясно демонстрирует важность хорошей производительности резки металла и отличных общих решений для резки для экономичного производства форм.

В общем, это: Чем выше твердость и прочность чугуна, тем ниже его металлообрабатывающие характеристики, и тем меньше ожидаемый срок службы вставок и инструментов.

Чугун, используемый для производства металлообработки, как правило, обладает хорошими характеристиками металлообработки для большинства типов применения. Обрабатываемость металлов связана с их структурой; более твердый перлитный чугун труднее обрабатывать.

Флокированный графитный чугун и ковкий чугун обладают отличной обрабатываемостью, в то время как литейный чугун с высокой пластичностью имеет довольно плохую обрабатываемость.

Основные виды износа, с которыми сталкиваются при обработке чугуна, это абразивный, адгезионный и диффузионный износ. Абразивный износ в основном вызван карбидами, песчаными включениями и жесткой оболочкой отливки.

Износ от адгезии с нарастающими краями происходит при низких температурах и скоростях резания. Ферритная часть чугуна наиболее легко сварена с режущим инструментом, но это можно преодолеть, увеличив скорость и температуру резания.

С другой стороны, износ от диффузии зависит от температуры и происходит при высоких скоростях резания, особенно при использовании высокопрочных чугунных марок.

Эти сорта имеют высокую стойкость к деформации, что приводит к высоким температурам. Этот износ связан с взаимодействием между чугуном и режущим инструментом, что требует обработки некоторых видов чугуна на высоких скоростях с использованием керамических или кубических нитридов бора (CBN) для достижения хорошего срока службы инструмента и качества поверхности.

Типичные свойства инструмента, которые обычно требуются для обработки чугуна, это: высокая термическая твердость и химическая стабильность являются желательными, но они также зависят от процесса, заготовки и условий резания; режущая кромка должна обладать прочностью, стойкостью к термическому износу и прочностью кромки. Удовлетворенность резкой чугуна зависит от того, как развивается износ режущей кромки: быстрое затупление означает образование термических трещин и выемок, что приводит к преждевременному разрушению режущей кромки, повреждению заготовки, плохому качеству поверхности и чрезмерной волнистости. Нормальный износ боковой поверхности, поддержание сбалансированной и остроконечной режущей кромки — это то, что обычно необходимо достичь.

Процесс резки следует разделить как минимум на три типа процессов: черновая обработка, полусборка и финишная обработка, а иногда даже суперфинишная обработка (в основном для приложений с высокоскоростной резкой). Остаточная фрезеровка, конечно, выполняется после полусборки для подготовки к финишной обработке. Крайне важно стремиться оставить равномерно распределенный припуск для следующего процесса на каждом этапе. Если направление траектории инструмента и нагрузка редко меняются быстро, срок службы инструмента можно продлить и сделать более предсказуемым. Если возможно, финишные процессы следует выполнять на специализированных станках. Это улучшает геометрическую точность и качество формы за более короткое время наладки и сборки.

Обработка: Циркулярные вставные фрезы, фрезы с шаровым концом и фрезы с большим радиусом кончика.

Полуобработка: Циркулярные фрезы с вставками (циркулярные фрезы с вставками диаметром от 10 до 25 мм), шаровые фрезы.

Обработка: Циркулярные вставные фрезы, фрезы с шаровым концом.

Меление остаточных материалов: Циркулярные вставные концевые фрезы, шаровые концевые фрезы, прямые концевые фрезы.

Оптимизация процесса резания путем выбора конкретных размеров инструментов, форм канавок и комбинаций классов, а также параметров резания и соответствующих стратегий фрезерования имеет решающее значение.

Одной из самых важных целей в процессе резки является создание равномерно распределенного припуска на обработку для каждого инструмента на каждом этапе.

Это означает, что должны использоваться инструменты различного диаметра (от наибольшего к наименьшему), особенно в процессах черновой и полуполировочной обработки. Основным стандартом всегда должно быть приближение к окончательной форме формы как можно ближе на каждом этапе операции.

Обеспечение равномерно распределенного припуска на обработку для каждого инструмента гарантирует consistently высокую производительность и безопасный процесс резания.

Когда ap/ae (осевая глубина резания/радиальная глубина резания) остается постоянной, скорость резания и подача также могут поддерживаться на consistently высоком уровне.

Это приводит к минимальным изменениям в механическом действии и рабочей нагрузке на режущем крае, что, в свою очередь, генерирует меньше тепла и усталости, тем самым увеличивая срок службы инструмента.

Если последующие операции являются полуобработкой, особенно все операции отделки, то можно выполнять безлюдную или частично безлюдную обработку.

Постоянный припуск на обработку также является основным стандартом для приложений высокоскоростной резки.

Еще одним полезным эффектом постоянного припуска на обработку является минимальное негативное воздействие на компоненты станков — направляющие, шариковые винты и подшипники шпинделя.

Если используется фреза с квадратным плечом для черновой фрезеровки полости, на стадии полуторной обработки необходимо удалить большое количество ступенчатого припуска.

Это приведет к изменениям в резательных силах, что приведет к изгибу инструмента. Результатом являются неравномерные припуски при финишной обработке, что влияет на геометрическую точность формы.

Использование фрез с квадратными плечами (с треугольными вставками) с низкой прочностью на кончике приводит к непредсказуемым эффектам резания.

Треугольные или ромбовидные вставки также создают большие радиальные резательные силы и являются менее экономичными инструментами для черновой обработки из-за меньшего количества режущих кромок.

С другой стороны, круглые вставки могут обрабатывать различные материалы и в различных направлениях. Их использование приводит к более плавным переходам между соседними траекториями инструмента и оставляет меньшие и более равномерные припуски на обработку для полусфинишной обработки.

Одной из характеристик круглых вставок является то, что они производят переменную толщину стружки. Это позволяет им использовать более высокие скорости подачи, чем большинство других вставок.

Основной угол резания круглых вставок варьируется от почти нуля (очень мелкие резы) до 90 градусов, что приводит к очень плавному процессу резания. При максимальной глубине резания основной угол резания составляет 45 градусов, а при контурном резании вдоль прямой стены с внешним кругом он составляет 90 градусов.

Это также объясняет, почему круглые вставные инструменты имеют высокую прочность — нагрузка при резании увеличивается постепенно. Для черновой и полупрофильной обработки всегда следует использовать круглые вставные фрезы. При правильном программировании круглые вставные фрезы могут в значительной степени заменить шаровые фрезы.

Круглые вставки с низким биением, в сочетании с тонко заточенными вставками, положительными углами резания и легкими профилями канавок, также могут использоваться для полуторной обработки и некоторых операций финишной обработки.

В резании базовый расчет эффективной скорости резания по фактическому или эффективному диаметру всегда имеет решающее значение.

Поскольку подача стола зависит от скорости шпинделя при заданной скорости резания, если эффективная скорость не рассчитана, подача стола будет рассчитана неправильно.

Если при расчете скорости резания используется номинальное значение диаметра инструмента (Dc), то эффективная или фактическая скорость резания будет значительно ниже расчетной скорости, когда глубина резания мала.

Это относится к инструментам, таким как круглые вставки (особенно в диапазоне малых диаметров), фрезы с шаровыми концами и фрезы с большим радиусом кончика. Следовательно, рассчитанная подача также значительно ниже, что серьезно снижает производительность. Более того, условия резания инструмента находятся ниже его возможностей и рекомендованного диапазона применения.

При выполнении 3D резки диаметр резания варьируется и связан с геометрией формы.

Одно из решений этой проблемы заключается в определении крутых стенок формы и мелкогабаритных областей детали. Хороший компромисс и результат могут быть достигнуты путем разработки специализированных CAM-программ и параметров резания для каждой области.