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(píng)估并不是來源于一些有利益關(guān)聯(lián)的機(jī)床制造廠，而是Fraunhofer（弗勞恩霍夫）生產(chǎn)技術(shù)研究所在2004年對(duì)德國600家模具制造企業(yè)進(jìn)行調(diào)查后所得出的令人興奮的結(jié)論！
目前，硬銑加工已在工具、模具制造業(yè)的較大范圍內(nèi)獲得應(yīng)用，工具和模具制造企業(yè)面對(duì)日益加大的競爭壓力，應(yīng)通過采用快速和柔性的加工工藝來應(yīng)對(duì)。大多數(shù)情況下，這種競爭壓力并非是加工時(shí)間本身。因?yàn)榧庸r(shí)間是可以通過采用現(xiàn)代化機(jī)床和技術(shù)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(shí)間，而且會(huì)增多物料的后勤工作，這在模具制造時(shí)會(huì)延長生產(chǎn)時(shí)間。通過各種不同的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)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(yè)。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(shí)還不會(huì)出現(xiàn)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。
這些例子表明，與模具制造業(yè)中的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程相比，硬銑具有很大的應(yīng)用潛力。所以對(duì)于本文開頭所述硬銑的應(yīng)用增長20%是完全可以實(shí)現(xiàn)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?yàn)樗械募庸ざ即嬖谥欠窠?jīng)濟(jì)的問題。如果加工高強(qiáng)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(fù)雜的零件。即使在今天，對(duì)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(jù)當(dāng)前一些實(shí)例對(duì)目前硬銑的可行性、當(dāng)今開發(fā)的重點(diǎn)和其今后的發(fā)展前景作一概述。
愈來愈小的模具——不斷小型化的發(fā)展趨勢
如今，壓鑄件上狹小和微小的模腔數(shù)量明顯在增多，要是同整個(gè)微型系統(tǒng)的技術(shù)產(chǎn)品加在一起來看，這種小型模具加工則是一個(gè)強(qiáng)勁增長的領(lǐng)域。此外，由于模具對(duì)精度和表面質(zhì)量要求極高，這是一種精密的壁龕產(chǎn)品。如果采用有效的加工工藝來加工這類產(chǎn)品，那么對(duì)于德國和歐洲的企業(yè)來說，恰恰是在未來提供了一個(gè)很大的潛在市場?；谀承┗镜目紤]，硬銑工藝對(duì)于制造微型結(jié)構(gòu)的模具來說，有著很大的優(yōu)勢。僅僅一個(gè)事實(shí)是，構(gòu)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(jī)床領(lǐng)域的新發(fā)展，在當(dāng)今即使加工大型模腔，可以可靠地保持小于±0.01mm的公差。對(duì)于特殊的應(yīng)用情況，機(jī)床也能較好地確保1μm的精度。在今天，直徑為0.1mm的硬質(zhì)銑刀已列入產(chǎn)品目錄，個(gè)別也有更小直徑的產(chǎn)品。對(duì)于淬硬材料的加工，當(dāng)然是采用涂層，這已經(jīng)通過很多實(shí)驗(yàn)得到了確認(rèn)。
如果加工深槽，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(fā)生了競爭。在這種情況下，在典型的模具制造中，大多數(shù)情況都會(huì)因?yàn)橛欣蛩厥沟闷髽I(yè)決定采用銑削替代電火花加工。但是，小型模腔銑削的優(yōu)點(diǎn)首先在于可獲得較好的表面質(zhì)量和簡化的生產(chǎn)工藝流程。這對(duì)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(shí)這些特性則往往會(huì)導(dǎo)致刀具耐用度的很快降低和不好的加工效果。Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所曾采用由微細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的涂層刀具進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)。粉末冶金的細(xì)密組織是使硬銑產(chǎn)生一系列變化的原因。碳化物細(xì)密的分布之優(yōu)點(diǎn)是，在銑削時(shí)不會(huì)像加工傳統(tǒng)材料中粗大和條狀分布的碳化物，而使切削刃突然加重負(fù)載。在切削傳統(tǒng)的冶煉冷作工具鋼時(shí)，粗大和條狀碳化物常常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的崩刃，由此使刀具過早的損壞。在加工粉末冶金的材質(zhì)時(shí)，由于大量的碳化物而產(chǎn)生磨粒磨損和強(qiáng)烈的粘結(jié)，從而加快了刀具磨損。這也是為什么銑刀（特別在精加工時(shí)）耐用度迅速降低的原因。 此外，材料的韌性會(huì)造成切屑對(duì)刀具切削刃的粘結(jié)，而這種粘結(jié)通過周期性的切屑滑離也會(huì)明顯增加切削振動(dòng)。此外，如果刀具的幾何角度不合適，還會(huì)加劇形成毛刺。特別是在采用很小的刀具加工槽時(shí)，這被證明是進(jìn)行可靠加工的很大障礙。 總的來說，在粗加工時(shí)，粉末冶金工具鋼與傳統(tǒng)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(jìn)行加工時(shí)所采用的切削用量，加工時(shí)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(yōu)點(diǎn)。
5軸加工或還只是“3+2”？
有關(guān)采用5軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床來加工模具型腔所具有的很多優(yōu)點(diǎn)，早在上世紀(jì)九十年代初已進(jìn)行過介紹并為人們所認(rèn)識(shí)。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(wěn)定的工藝過程。但環(huán)顧當(dāng)今的眾多模具企業(yè)，發(fā)現(xiàn)只是在個(gè)別情況下才能看到真正的5軸聯(lián)動(dòng)加工。是不是在許多場合下，可使用的機(jī)床設(shè)備大多數(shù)是3軸或最多是采用添加第4個(gè)軸或第5個(gè)軸來進(jìn)行加工？
這里所述的內(nèi)容，也是由歐洲委員會(huì)推動(dòng)和為期2年的“Hard Precision”項(xiàng)目的目標(biāo)之一。這個(gè)項(xiàng)目已于2005年12月份在Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所正式啟動(dòng)。為開展這一項(xiàng)目，由包括來自全歐洲的研究所、機(jī)床制造廠和CAM軟件公司、刀具生產(chǎn)廠和涂層公司、測量設(shè)備和夾具制造廠以及工具和模具的不同行業(yè)的最終用戶組成臨時(shí)性聯(lián)合組織，以進(jìn)行廣泛合作。目標(biāo)是成功地使5軸硬銑能用來既經(jīng)濟(jì)又精密地加工淬硬的工具和模具。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了采用新穎的全流體靜壓支承的機(jī)床外，還要重視研究硬銑的整個(gè)加工工藝流程，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)確定的目標(biāo)。
硬銑作為加工工藝流程的一部分
在生產(chǎn)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(dǎo)致運(yùn)用工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的工藝知識(shí)也愈來愈復(fù)雜。當(dāng)今，CAM系統(tǒng)通過儲(chǔ)存參數(shù)和刀具數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫可以幫助這種決策。正確選擇NC編程的銑削戰(zhàn)略，對(duì)加工的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。因此，恰恰在對(duì)于工藝設(shè)計(jì)時(shí)采用硬銑加工時(shí)，必須給予特別重視——考慮所要求的構(gòu)件特征是與考慮刀具和機(jī)床上所承受的負(fù)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(yīng)用還將有進(jìn)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(yīng)用。
來自:德國Form+Werkzeug雜志
