模具製造：常見問題

成型方法 – 可以選擇兩種基本材料類型：

A) 熱加工工具鋼，能夠承受壓鑄、鍛造和擠壓的相對高溫。

B) 冷加工工具鋼，用於沖裁和剪切、冷成型、冷擠壓、冷鍛造和粉末成型。

塑料 – 某些塑料會產生腐蝕性副產品，例如 PVC。

腐蝕也可能由於長時間停機所產生的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲存條件等因素而發生。

在這些情況下，建議使用不銹鋼模具鋼。

模具尺寸 – 大型模具通常使用預硬化鋼。小型模具則常使用實心硬化鋼。

模具使用週期 – 針對長期使用（>1,000,000 週期）的模具應使用硬度為 48-65 HRC 的高硬度鋼。針對中等至長期使用（100,000 至 1,000,000 週期）的模具應使用硬度為 30-45 HRC 的預硬化鋼。

短期使用（表面粗糙度 – 許多塑料模具製造商對良好的表面粗糙度感興趣。在添加硫以改善金屬可加工性時，表面質量會下降。含硫量高的鋼材也會變得更加脆弱。）

鋼的化學成分是重要的。

鋼的合金含量越高，加工就越困難。

隨著碳含量的增加，金屬的可加工性降低。

鋼的結構對金屬的可加工性也非常重要。

不同的結構包括：鍛造、鑄造、擠壓、轧制和機加工。鍛件和鑄件具有非常難以加工的表面。

硬度是影響金屬加工性的重要因素。一般規則是，鋼材越硬，加工難度越大。高速鋼（HSS）可用於加工硬度高達330-400 HB的材料；具有氮化鈦（TiN）塗層的高速鋼可加工硬度高達45 HRC的材料；而對於硬度在65-70 HRC的材料……例如，必須使用硬質合金、陶瓷、陶瓷金屬複合材料和立方氮化硼（CBN）。

非金屬摻雜通常對工具壽命有負面影響。例如，Al2O3（鋁土礦），一種純陶瓷，具有強烈的磨蝕性。

最後，殘餘應力可能會對金屬切削性能造成問題。通常建議在粗加工後進行應力釋放。

大致來說，成本分配如下：

加工 65%

工件材料 20%

熱處理 5%

組裝/調整 10%

這清楚地展示了良好的金屬切削性能和優秀的整體切削解決方案對於經濟生產模具的重要性。

一般來說，鑄鐵的硬度和強度越高，其金屬切削性能越低，刀具和刀片的預期壽命也越低。

鑄鐵在金屬切削生產中通常對大多數類型的應用具有良好的金屬切削性能。金屬的可加工性與其結構有關；硬度較高的珠光體鑄鐵更難加工。

片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵具有優良的可加工性，而延展性鑄鐵則相當差。

在加工鑄鐵時，遇到的主要磨損類型有磨耗、黏附和擴散磨損。磨耗主要是由碳化物、砂夾雜物和硬鑄件表皮引起的。

在低切削溫度和速度下，會發生帶有堆積邊緣的黏著磨損。鑄鐵的鐵素體部分最容易與切削工具焊接，但這可以通過提高切削速度和溫度來克服。

另一方面，擴散磨損是溫度依賴的，並且在高切削速度下發生，特別是在使用高強度鑄鐵等級時。

這些等級對變形具有高抗性，導致高溫。這種磨損與鑄鐵和切削工具之間的相互作用有關，這需要使用陶瓷或立方氮化硼（CBN）工具以高速度加工某些鑄鐵，以實現良好的工具壽命和表面光潔度。

典型的鑄鐵加工工具特性通常要求：高熱硬度和化學穩定性是理想的，但這些也依賴於加工過程、工件和切削條件；切削刃必須具備韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。對於鑄鐵切削的滿意度取決於切削刃磨損的發展情況：快速鈍化意味著熱裂紋和缺口的形成，導致切削刃過早斷裂、工件損壞、表面質量差和過度波浪。正常的側磨損，保持平衡且鋒利的切削刃通常是需要達成的目標。

切削過程應至少分為三種類型的過程：粗加工、半精加工和精加工，有時甚至還包括超精加工（主要用於高速切削應用）。殘餘銑削當然是在半精加工之後進行，以準備進行精加工。在每個過程中，努力為下一個過程留下均勻分佈的餘量是至關重要的。如果刀具路徑方向和工作負荷很少快速變化，刀具壽命可以延長並變得更可預測。如果可能，精加工過程應在專用機床上進行。這樣可以在更短的調試和組裝時間內提高模具的幾何精度和質量。

粗加工：圓形插入式端銑刀、球頭銑刀，以及大尖半徑的端銑刀。

半精加工：圓形刀片立銑刀（直徑範圍為10-25毫米的圓形刀片立銑刀）、球頭銑刀。

精加工：圓形插入式端銷刀、球頭銷刀。

殘留材料銑削：圓形刀頭立銑刀、球頭銑刀、直頭銑刀。

通過選擇特定的工具尺寸、槽形、等級組合，以及切削參數和適當的銑削策略來優化切削過程是至關重要的。

在切削過程中，最重要的目標之一是為每個工具在每個工序中創造均勻分佈的加工餘量。

這意味著必須使用不同直徑的工具（從最大到最小），特別是在粗加工和半精加工過程中。所有時候的主要標準應該是在每個操作中盡可能接近模具的最終形狀。

為每個工具提供均勻分佈的加工餘量可確保持續高效的生產力和安全的切削過程。

當 ap/ae（切削深度/徑向切削深度）保持不變時，切削速度和進給速率也可以保持在高水平。

這導致切削刃上的機械動作和工作負荷變化最小，因此產生較少的熱量和疲勞，從而延長工具壽命。

如果後續操作是半精加工操作，特別是所有的精加工操作，那麼可以進行無人或部分無人加工。

恆定的加工餘量也是高速切削應用的基本標準。

另一個持續加工餘量的有益效果是對機床部件——導軌、滾珠螺桿和主軸軸承的負面影響最小。

如果使用方肩立銑刀對腔體進行粗加工，則在半精加工階段必須去除大量的階梯切削餘量。

這將導致切削力的變化，進而引起工具彎曲。結果是在精加工中產生不均勻的加工餘量，影響模具的幾何精度。

使用方肩端銑刀（帶有三角形刀片）且刀尖強度較弱會產生不可預測的切削效果。

三角形或菱形插入件也會產生更大的徑向切削力，並且由於切削刃較少，這些工具的粗加工效率較低。

另一方面，圓形插入件可以在各種材料和各種方向上進行銑削。使用它們可以實現相鄰刀具路徑之間更平滑的過渡，並為半精加工留下更小且更均勻的加工餘量。

圓形刀片的一個特點是它們產生可變的切屑厚度。這使得它們能夠使用比大多數其他刀片更高的進給速率。

圓形刀具的主要切削刃角度從幾乎為零（非常淺的切削）到90度不等，這導致了非常平滑的切削動作。在最大切削深度時，主要切削刃角度為45度，而在沿著直牆進行輪廓切削時，則為90度。

這也解釋了為什麼圓形刀具具有高強度——切削負荷逐漸增加。對於粗加工和半粗加工，應始終使用圓形刀具立銑刀。通過適當的編程，圓形刀具立銑刀可以在很大程度上取代球頭銑刀。

圓形刀片具有低跳動，結合精細磨削的刀片、正切削角度和輕切削的溝槽輪廓，也可以用於半精加工和某些精加工操作。

在切削中，有效切削速度對於實際或有效直徑的基本計算始終至關重要。

由於工作台進給取決於在特定切削速度下的主軸轉速，如果不計算有效速度，工作台進給將會被錯誤計算。

如果在計算切削速度時使用工具的名義直徑值 (Dc)，則當切削深度較淺時，實際或有效的切削速度將遠低於計算速度。

這適用於圓形插入工具（特別是在小直徑範圍內）、球頭銑刀和具有大刀尖半徑的銑刀。因此，計算出的進給速率也低得多，這嚴重降低了生產力。更重要的是，工具的切削條件低於其能力和建議的應用範圍。

在進行3D切割時，切割直徑會有所變化，並且與模具的幾何形狀有關。

解決此問題的一個方案是定義模具的陡壁區域和零件的淺幾何區域。通過為每個區域開發專門的CAM程序和切削參數，可以達成良好的折衷和結果。