模具製造領域的一些常見問題解答

1) 選擇模具鋼時什麼是最重要的和最具有決定性意義的因素？

成形方法 － 可從兩種基本材料類型中選擇。
A) 熱加工工具鋼，它能承受模鑄、鍛造和擠壓時的相對高的溫度。
B) 冷加工工具鋼，它用於下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形。

塑料-一些塑料會產生腐蝕性副產品，例如PVC塑料。長時間的停工引起的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲存條件等因素也會產生腐蝕。 在這些情況下，推薦使用不鏽鋼材料的模具鋼。
模具尺寸 － 大尺寸模具常常使用預硬鋼。 整體淬硬鋼常常用於小尺寸模具。
模具使用次數 － 長期使用（> 1 000 000次）的模具應使用高硬度鋼，其硬度為48－65 HRC。 中等長時間使用（100 000到1 000 000次）的模具應使用預硬鋼，其硬度為30－45 HRC。 短時間使用（ 表面粗糙度 － 許多塑料模具製造商對好的表面粗糙度感興趣。 當添加硫改善金屬切削性能時，表面質量會因此下降。 硫含量高的鋼也變得更脆。

2) 影響材料可切削性的首要因素是什麼？

鋼的化學成分很重要。 鋼的合金成分越高，就越難加工。 當碳含量增加時，金屬切削性能就下降。
鋼的結構對金屬切削性能也非常重要。 不同的結構包括： 鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。 鍛件和鑄件有非常難於加工的表面。

硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。 一般規律是鋼越硬，就越難加工。 高速鋼（HSS）可用於加工硬度最高為330-400 HB的材料；高速鋼+鈦化氮（TiN）塗層，可加工硬度最高為45 HRC的材料； 而對於硬度為65-70 HRC的材料，則必須使用硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。 例如Al2O3 （氧化鋁），它是純陶瓷，有很強的磨蝕性。
最後一個是殘餘應力，它能引起金屬切削性能問題。 常常推薦在粗加工後進行應力釋放工序。

3) 模具製造的生產成本由哪些部分組成？

粗略地說，成本的分布情況如下：
切削 65％
工件材料 20％
熱處理 5％
裝配/調整 10％
這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優良的總體切削解決方案對模具的經濟生產的重要性。

4) 鑄鐵的切削特性是什麼？

一般來說，它是：
鑄鐵的硬度和強度越高，金屬切削性能越低，從刀片和刀具可預期的壽命越低。 用於金屬切削生產的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。 金屬切削性能與結構有關，較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。 片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優良的切削屬性，而球墨鑄鐵相當不好。

加工鑄鐵時遇到的主要磨損類型為：磨蝕、粘結和擴散磨損。 磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產生。 有積屑瘤的粘結磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發生。 鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上，但這可用提高切削速度和溫度來克服。
在另一方面，擴散磨損與溫度有關，在高切削速度時產生，特別是使用高強度鑄鐵牌號時。 這些牌號有很高的抗變型能力，導致了高溫。 這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關，這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以獲得良好的刀具壽命和表面質量。

一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為： 高熱硬度和化學穩定性，但也與工序、工件和切削條件有關；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強度。 切削鑄鐵的滿意程度取決於切削刃的磨損如何發展： 快速變鈍意味著產生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質量差、過大的波紋度等。 正常的後刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。

5) 什麼是模具製造中主要的、共同的加工工序？

切削過程至少應分為3個工序類型：
粗加工、半精加工和精加工，有時甚至還有超精加工（大部分是高速切削應用）。 殘餘量銑削當然是在半精加工工序後為精加工而準備的。 在每一個工序中都應努力做到為下一個工序留下均勻分布的餘量，這一點非常重要。 如果刀具路徑的方向和工作負載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，並更加可預測。 如果可能，就應在專用工具機上進行精加工工序。 這會在更短的調試和裝配時間內提高模具的幾何精度和質量。

6) 在這些不同的工序中應主要使用何種刀具？

粗加工工序： 圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。
半精加工工序： 圓刀片銑刀（直徑範圍為10－25 mm的圓刀片銑刀），球頭立銑刀。
精加工工序： 圓刀片銑刀、球頭立銑刀。
殘餘量銑削工序：圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。
通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合，以及切削參數和合適的銑削策略，來優化切削工藝，這非常重要。

7) 在切削工藝中有沒有一個最重要的因素？

切削過程中一個最重要的目標是在每一個工序中為每一種刀具創建均勻分布的加工餘量。 這就是說，必須使用不同直徑的刀具（從大到小），特別是在粗加工和半精加工工序中。 任何時候主要的標準應是在每個工序中與模具的最終形狀儘可能地相近。
為每一種刀具提供均勻分布的加工餘量保證了恆定而高的生產率和安全的切削過程。 當ap/ae（軸向切削深度/徑向切削深度）不變時，切削速度和進給率也可恆定地保持在較高水平上。 這樣，切削刃上的機械作用和工作負載變化就小，因此產生的熱量和疲勞也少，從而提高了刀具壽命。 如果後面的工序是一些半精加工工序，特別是所有精加工工序，就可進行無人加工或部分無人加工。 恆定的材料加工餘量也是高速切削應用的基本標準。
恆定的加工餘量的另一個有利的效應是對工具機——導軌、球絲槓和主軸軸承的不利影響小。

8) 為什麼最經常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選？

如果使用方肩銑刀進行型腔的粗銑削，在半精加工中就要去除大量的台階狀切削餘量。 這將使切削力發生變化，使刀具彎曲。 其結果是給精加工留下不均勻的加工餘量，從而影響模具的幾何精度。 如果使用刀尖強度較弱的方肩銑刀（帶三角形刀片），就會產生不可預測的切削效應。 三角形或菱形刀片還會產生更大的徑向切削力，並且由於刀片切削刃的數量較少，所以他們是經濟性較差的粗加工刀具。
另一方面，圓刀片可在各種材料中和各個方向上進行銑削，如果使用它，在相鄰刀路之間過渡較平滑，也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工餘量。 圓刀片的特性之一是他們產生的切屑厚度是可變的。 這就使它們可使用比大多數其它刀片更高的進給率。 圓刀片的主偏角從幾乎為零（非常淺的切削）改變到90度，切削作用非常平穩。 在切削的最大深度處，主偏角為45度，當沿帶外圓的直壁仿形切削時，主偏角為90度。 這也說明了為什麼圓刀片刀具的強度大——切削負載是逐漸增大的。 粗加工和半粗加工應該總將圓刀片銑刀，通過使用良好的編程，圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。 跳動量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結合，也可以用於半精加工和一些精加工工序。

9) 什麼是有效切削速度（ve）和為什麼它對高生產率非常重要？

切削中，實際或有效直徑上的有效切削速度的基本計算總是非常重要。 由於台面進給量取決於一定切削速度下的轉速，如果未計算有效速度，台面進給量就會計算錯誤。
如果在計算切削速度時使用刀具的名義直徑值（Dc），當切削深度淺時，有效或實際切削速度要比計算速度低得多。如圓刀片（特別是在小直徑範圍）、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀之類的刀具。由此，計算得到的進給率也低得多，這嚴重降低了生產率。 更重要的是，刀具的切削條件低於它的能力和推薦應用範圍。
當進行3D切削時，切削時的直徑在變化，它與模具的幾何形狀有關。 此問題的一個解決方案是定義模具的陡壁區域和幾何形狀淺的零件區域。 如果對每個區域編制專門的CAM程序和切削參數，就可以達到良好的折中和結果。