整体硬质合金铣铰刀(关于高温合金锻模模具的加工策略)

Posted 2023-05-27

篇首语：守株待兔只能得一餐饱，主动出击方能丰衣足食。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了整体硬质合金铣铰刀(关于高温合金锻模模具的加工策略)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

整体硬质合金铣铰刀(关于高温合金锻模模具的加工策略)

文 / 程仙红·江西景航航空锻铸有限公司模具厂

锻模模具在机械制造行业的应用非常广泛，而高温合金锻模模具的加工工艺本身就是一项难度系数相对较高的工作，若想提高锻模模具的加工效率更是需要一定的技能改革与创新。本论文以高温合金锻模模具的加工为例，对相关概念进行阐述，在分析传统锻模模具加工工艺弊端的基础上研究加工刀具选择及切削参数设置，通过实验分析，确定最佳的切削工艺参数组合：切削速度、切削深度、切削宽度、进给量，给出相应的高温合金锻模模具加工的策略，为后续的生产加工解决难题，减低刀具使用成本，提高加工效率，为高温合金材料模具的加工找到最佳工艺参数，编制优化工艺流程。

高温合金锻模模具传统加工的分析

模具加工工艺问题分析

高温合金模具加工是本单位初次接触，根据对模具材料与结构的分析，参考普通锻模模具的加工工艺，编写了模具加工工艺流程如图1所示。

图1 模具加工工艺流程

⑴钻工。钻螺孔、沉孔及导柱孔，在钻孔过程中由于材料特性，普通钻头无法实施钻孔，遇到硬质点更无法加工，更换合金钻头后，加工也非常困难，仅两个φ 50mm的导柱孔就加工了40小时，比普通材料同等直径的孔加工多20倍。

⑵铣工。铣上下面及基面，由于没有使用冷却方式，造成刀具严重。

⑶数控铣。铣型槽、毛边槽、钳口、阻料沟及48mm×48mm×26mm的方形沉台，由于数控铣转速达不到高速旋转的要求，出现加工型槽及阻料沟，采用小直径刀具时无法提高加工速度，影响了加工效率。

⑷钳工。由于没有合金铰刀，钻导柱孔无法保证配合精度，导致钳工花大量时间修配导柱孔，而且由于数控铣加工的型槽表面质量较差，钳工修型槽时间所需工时也很多。

⑸油模工。由于高温合金材料的特性，油石无法油研型槽。

由于对模具结构及材料的了解不够细化，没有通过对模具造型分析模具的整体结构，了解模具的尺寸精度，没有意识到高温合金锻模模具的加工是一项技术性强，难度高的工艺，导致模具工艺编写不合理，影响了加工质量与加工进度。

刀具选用问题分析

最初采用的是普通钻头，钻头磨损很快，修磨一次钻头，钻孔深度仅5mm，造成人、机疲劳，严重影响加工效率。铣刀主要用可转位刀（牛鼻刀）去除粗加工余量，半精加工与精加工用球头刀；采用的是国产株洲普通硬质合金刀片（YD05），每粒刀片加工时间约10min，既费刀片，效率又低。

加工参数的问题分析

由于初次接触高温合金模具的加工，对材料特性不了解，刀具的频繁更换，导致各工序的加工参数调试时间过长，影响了加工质量与加工效率。

高温合金锻模模具优化后加工工艺的分析

铸态高温合金锻模模具结构的分析

传统的高温合金模具的加工缺乏对模具结构进行详细的分析，了解各个零部件之间的尺寸与构造，对模具结构尺寸掌握不精细，无法深入理解模具的设计意图与工艺性能，以图2所示的模具模型为例，对其尺寸与构造进行分析，根据锻模模具的加工参数，确定模具加工工艺的尺寸并进行相关的实验。通过对模具结构的分析，结构比较复杂，成形部分由上下模块组成，有两个导柱孔、四个螺丝沉孔、双型槽、过桥上有R1.5mmx2的阻尼沟，加工难度非常大。

图2 模具结构图

模具加工工步的实验分析

通过对第一块模具加工的经验总结，对加工工艺路线进行了优化，各工序的加工内容有所变化，分工更合理，并且增加了电加工工序，取消了油模工，具体加工工步图如图3所示。在模具正式加工之前，可以先利用VERICUT软件事先对模具加工工艺进行实验仿真模拟，以便于在实际加工的过程中发现问题、寻找不足。

图3 加工工步图

提高高温合金锻模模具加工效率的策略分析

设置加工策略

工艺路线的安排，重点体现在以下四方面：

⑴钻孔是模具加工难度最大的工作。先由数控确定孔的中心位置，钻好中心孔，为了提高加工质量，导柱孔可先钻φ 35mm的荒孔，再由数控铣加工至尺寸，为后序钳工配导柱节约了时间。

⑵加工高温合金时吃刀抗力大，故机床、刀具、夹具必须具有足够的刚性，尤其是粗加工，首先考虑普通机床加工。普通铣床主轴刚性好，可使用直径比较大的盘铣刀，因此上、下模垫块及上、下模块的上下面先由普通铣床去除余量，单面留1mm余量，再利用数控铣床上进行精加工。这样可以有效的提高加工效率（表1）。根据模具尺寸的要求分模面见光即可，将余量留在底面，加工型腔时在分模面对刀保证型腔深度。

表1 铣工与数控铣加工上下面的对比

⑶主要工序是数控加工，合理的安排数控铣与雕刻机分工合作，先由数控铣将顶杆孔、导柱孔、毛边槽及钳口加工到位，再将型槽及阻尼沟转至雕刻机上进行加工，利用雕刻机的高速切削功能，加工复杂型槽与R1.5mm的阻尼沟比数铣加工，效率可提高5倍，而且加工精度及表面质量远比数控加工好。

⑷已经钻过通孔的48mm×48mm×26mm的方形沉台，选用电脉冲加工是最佳选择，避免数控铣小刀清角；同时取消了油模工工序，采购抛光轮由钳工抛光，加工工艺的优化大大提高廖瑞加工效率。

选用合理的切削参数

根据高温合金的性能和切削过程中的特点，加工时应考虑以下几个方面:

⑴切削参数。在切削高温合金时切削速度与刀具耐用度的关系具有较明显的驼峰性，切削速度过高或过低时刀具磨损均较快。一般采用低转速、小走刀量、大的削深度加工（表2）。

表2 数控铣和雕刻机的加工参数

⑵刀具几何参数。一般刀具前角应略小（0～10°），后角应较大（10°～15°），主偏角应尽可能小些（45°～75°），原则是选择较小前角、较大后角、较小主偏角的刀刀片。为避免刀尖烧损和崩刃，刀尖采用圆弧过渡；钻头使用全合刃金钻头，相比普通钻头效率提高了50%。

⑶数控铣刀采用进口钨钴类硬质合金刀具。瑞典山特维克（HIP）和日本三菱（HTi20T），此两种硬质合金刀片具有高硬度和耐磨性，耐热性和导热性较好，而且有较好的抗粘结性。刀片选用时刀口不能有崩刃、裂纹、缺口，刀具要锋利。

⑷加工高温合金时，不论何种切削，都必须连续不断地加注冷却润滑液，严禁加工中断流忽冷忽热而造成刀具崩刃，采取柴油加机油混合冷却（比例10：1）。

优化数控加工程序

优化数控加工程序及走刀路径方式，主要从以下五个方面进行改进。

⑴利用VERICUT软件进行夹具建模，在模拟中能明确看出是否有碰撞或过切现象。

⑵粗、精铣加工程序分开，粗加工用数控铣床程序，精加工用雕刻机程序。

⑶加工毛边槽选用偏置区域清除策略加工，精加工导柱孔则选用最佳等高策略加工，铣阻料沟选用R1.5mm的成形球头刀沿沟槽中心轮廓加工。根据不同结构、不同精度要求选用不同的加工策略，这样既能保证模具加工质量，又能提高加工效率。

⑷调整加工参数，不同的刀具、机床选用不一样的加工参数（表2）。

⑸根据型槽结构分段采取不同的加工路径方式，由平行加工三维偏置加工及等高加工等几个方式组合而成。

加工中应注意的事项

由于此材料加工硬化倾向严重，所以最后一刀切削深度要不小于0.1mm，且所有的切削加工工序都要求实现均匀的切削进给，避免手动进给。在切削过程中，不允许刀具中途停顿，以免加剧刀具磨损。对于有型面要求的零件，成形刀无法直接加工成形，应尽可能使刀具在数控机床上按设定的轨迹进行加工，或先用一般刀具进行粗加工，最后留少许余量用成形刀精加工，以保证型面要求。

加工效果对比

同等结构的模具加工工时由原来的321小时缩短至225小时（图4），提高了加工效率，缩短了制模周期。

图4 优化前后对比

高温合金模具加工工艺的拓展

针对铸态（K403）高温合金材料通过现场加工实践、对比，将机床、刀具等多种相关因素固化，得出一组可指导现场实际加工的有效参数。参考以上总结的参数，后期连续加工了三套不同结构的圆锥形挤压模模具（图5），增加了车工工序，总结出了车削加工参数（表3）及刀具前角、机床转速和切屑用量对刀具耐用度的关系（图6），并保证了一次试模合格。