机械毕业设计387英文翻译外文文献翻译386
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编号： 毕业设计 (论文 )外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 戴瑶 学 号： 1000110401 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 杨晓清 职 称： 讲师 2014 年 5 月 24 日 nts模具的制造 Taylan Altan” (1),布莱恩 Lillg Y.C.Yen 制造工程技术研究中心 包括 工业部门、焊接、和系统工程 俄亥俄州立大学哥伦布 ,俄亥俄州 ,美国 ， Taylan Altan(1),哥伦布 ,俄亥俄州 ,美国 。 nts 摘要 设计及制造模具 代表 着 整个产业链的重要环节 ，因为几乎所有的大规模生产离散部分是 生产过程 中 形成的模具。因此 ,质量、成本和加工完成 的模具生产 中很 大的 影响经济 及批量生产零件。 特别是在汽车行业。因此 ,模具制造商被迫制定和实施的最新技术 ，和一部分工艺设计包括 建模、快速原型制造、快速工具 ,优化刀具轨迹生成高速切削和加工、机械和切割工具、表面涂层和修复以及 EDM 和 ECM。本文从 ClRP 中查找资料 ，试模过程。 是在这个领域 的 重大进展和实际应用。 关键词 :模具； 制造nts 桂林电子科技大学 第 1 页 /共 38 页 引言 作者要感谢 那些在这次审查论文中做回应的所有 同事 ,即 Klocke教授 WZL 亚琛 ,教授。 Tonshoff IFW 汉诺威 ,韦特海姆教授 ,伊斯卡有限公司 (以色列 ),教授。 Kruth 和 Lauwers 天主教大学鲁汶教授拉希 挪威特隆赫姆 ,盖革和教授恩格尔 -融通的埃朗根博士 ,教授。维内特 -在多特蒙德 ,利奥波德博士 GFE 开 ,雷茨尼克先生 挤压磨练 Corp . Gunasekera -俄亥俄大学教授 ,教授绿色大苹果 英国巴斯大学、布埃诺教授 Fundacion Tekniker 弗劳恩霍夫 IWU Neugebauer和朗博士 ,教授开。也由于我们同事和感谢 ERCINSM以及 Klocke 教授的同事 IFW WZL,Tonshoff 教授 ,他帮助我们收集数据的引用和准备。此外 ,我们感谢我们收到的 许多参与者 的 2001 机械模具会议 nts 桂林电子科技大学 第 2 页 /共 38 页 1 背景 工业产品的生产需要生产离散 sub-assembled 和组装，组装为子产品准备好客户。几乎所有制造的的大批量生产的模具和离散零件要求所使用的模具生产过程如锻造，冲压，铸造，注塑成型。因此 ,设计和制造模具和模具代表整个生产链的一个非常重要的方面。这可以如下观测所示 : 类似于机床 ,模具和模具可能相比于整体，整个生产计划的价值代表一个小投资。然而 ,他们是至关重要的。如机床，在确定铅倍，质量和离散零件成本。 制造和尝试新的模具的关键是在确定的可行性和整个生产程序的时间。 例如 ,在制 造汽车通过 inmold 内部组件纹理复杂的模具 ,使用 costup 到 050 万美元 ,可能需要 6到 9个月的试演和健壮的使用生产过程开发设备。考虑到 OEM的要求样品部分 ,在生产设备 (不生产原型 ),6 - 9 个月之前开始生产 (SOP)的一个新的汽车模型 ,模具的重要性使变得明显。 该模具的质量直接影响到生产的零部件质量。杰出的例子是用于注塑透镜的模具或模具，用于汽车传动部件精密锻造。 1.1 技术的意义 上面列出的观察说明 ,模具和模具制造的一个关键位置组件在几乎所有的产业 ,但特别是在运输、消费电子产品和消费品行业。模具制造 影响整个生产周期的有效性 ,在整个生产链中必须考虑这种技术这是一个非常重要环节。 模和模具制造涵盖了范围广泛的活动 ,包括 :a)制造新模具和夹具 。 b)制造模具 的维护和修改 。 c)技术援助和为客户制造原型 ,图 11。过程开发和模具试验以及模具维护尤为重要 ,因为它们占用昂贵的生产设备和影响交货期。这些活动必须有 非常严格的计划和完成期限。这种需求使调度在制模车间 是 一项极具挑战性的任务。汽车行业不断试图减少对新车型的开发时间给模具制造商带来巨大的压力 ,这样就 需要新的生产系统 2。 1.2 各类模具 利用模具和模具的四个 主要过程 a）需要不同的技术设计和生产。 b)使用不同的术语 ,图 23。例如 ,压铸模具有更多的深度和 薄的肋腔 ,无法轻易比注塑模具加工。结果 5倍电火花机用于压铸行业比注塑行业。 另一个例子是，近 50%，为电火花线切割机的使用在冲裁模只有 5%的这些机器用于制造挤压模具。 如图 2所示 ,大型拉深和冲压模具是由加工铸铁或钢结构 ,而锻造模具 ,压铸和塑料成型是由工具钢块 ,涉及相当大的粗加工操作。注塑模具和压铸模具允许相当复杂零件的生产与削弱空洞的几何图形。因此 ,这些工具通常有多个运动幻灯片和冲头及冷却通道 ,使生产过程复杂化。 模具是由功能（腔，插芯，冲头）和支持组件 (导销，支架，模板）。常常支持组件和许多洞只需要二维或 2% D加工 ,但可能需要 50 - 60%的总生产时间。这一事实常被忽视 ,但必须考虑有效加工操nts 桂林电子科技大学 第 3 页 /共 38 页 作的计划。 而金属切削和电火花的主要方法是用于模具和模具制造、挤压、微机械加工和化学腐蚀方法也用于制造模具为各种应用程序。 产品设计开发 工艺布局模具开 发 模具制造 产品调试，使用和 回收 3D-CAD 过程模拟 过程模拟 激光切削 有限元模拟 快速模具 CAD/CAM系统 端组件 虚拟样机技术 逆向工程 加工策略 质量 控制 快速原型 反向同步 强大的模具开发 模具 逆向工程 基于特征的加工 链的轮廓 同步工程 图 1:模具和模具加工产品的位置生命周期 1。 1.3 模具制造的经济学 根据最近的一项调查 4,在所有工业化国家的模具制造中面临着类似的重大问题 ,即 : 1 由于价格和利润率的下降 ,以至于需要强大力度的控制和降低成本。 2 要求比以前 （少约 50%） 的时间建立 模具。 3 需要扩展的客户服务包括 (数据处理、建议原型零件 ,在过程开发援助 )。 4 缺乏熟练工人成本 ,导致需要向员工提供新技术的培训。 5 全球化导致增加外国竞争 ,尤其是来自发展中国家技能水平增加 ,工资相对较低的情况。 优先级根据国家不同调查 ;例如在北美和德国模具制造商主要关心外国的竞争 ,日本企业集中精力开发新市场。在所有国家 ,然而 ,接受“新技术”被公认为是一个必要的组件 ,可能导致创新和集成 ,验收 至关重要。 5。据悉 ,不仅包括新技术制造技术 (高速铣削 ,硬加工、自动化、流程建模等等 )而且预处理和 制造后 ,如成本估算与控制、文档、培训和运营管理。因此 ,两个基本组件实现 模具 行业的竞争地位 :a）能力的 人员 。 b)利用 161年优化和创新的生产技术。 边界条件消隐工具 材料 X155CrVMo12-1 高几何比率 HS6-5-3(PM 小的几何形状和厚度薄的特点 HM K40 质量要求高 硬度 57-63HRC 通过线切割或坐标成型磨削生产 注塑模具和压铸磨具 材料 高深度 /小半径 nts 桂林电子科技大学 第 4 页 /共 38 页 40CrMnMo7 非常高的质量要求 X38CrMoV5-1 使用细而长铣刀 伸强度 R=1000-1500N/MM2 主轴转速和控制器的性能有很高要求 硬度 48-58HRC 铣削和电火花加工 拉深模 材料 扁平的几何形状 /大半径 GG25CrMo 未知匹配 许可 GGG-70 上主轴转速，进料速率和控制器的性能高要求 锌基压铸合金 硬度 220-270 B30 通过铣削可能悉数加工 图 2:在模具和模具工件特征 3。 对于一个成功的制模操作，成功的模具制造商的建议，它是必要的： 1、建立量化成本估算的方法。在这个行业成本估算通常基于“过去的经验”和“感觉”的模具制造商 ,与“相似的”模具。由于估计的准确性 ,可能决定利润或损失 ,可能在 20%以下 7。 2、确定模具制造的整个过程链 ,从调查到交货给客户。 3、识别所有成本参数和量化成本因素 ,最终通过回 顾历史 (数据收集对工作时间、合同、成本会计 )。 4、建立一个合同的基础上 ,项目合同不只是提供额外费用 8。为了保持期限 ,关注合同的初始化 ,而不是模具的装配 ,涉及到相当多的人力和很难改变一个时间表 5、向客户提供服务主要在年初数据管理和生产过程中 ,也在过程开发复杂的模具 ,可能需要相当多的试验时间。 成功的模具制造商质量是给定的。工作的时间进度 ,或存储时间 ,可以较低的批量生产的一个重要因素 ,如模具。在这个应用程序中据估计 ,70%的“总生产时间”由存储时不添加到产品价值。这种情况只能通过提高加工能力 ,提高机器利用率 ,奥兰德提高部分的效率处理操作 9。减少工作的时间 ,许多商店已经分离无干涉刀位轨迹生成高技术死于工程和模具的设计。而后者是工程部门完成的 ,刀位轨迹生成完成车间的机器上的操作员。 2模具和流程设计 在使用模具或模具制造离散部分 ,这部分设计必须符合这一过程以保证生产高质量的零件在低成本和短交货期。因此 ,同时部分和过程的设计 ,这通常是在实践中并非如此。这个目标只能通过设计师与产品之间良好的沟通工具 ,可以在不同的公司 (OEM和供应商 )位置。 nts 桂林电子科技大学 第 5 页 /共 38 页 原始设备制造商 一级供应商 下级供应商 图 3:CAD系统扩散链 (10)。 使用不同的 CAD系统和 供应商沟通在供应链进一步复杂化。图 3中 ,来自 (10),显示了 CAD系统的扩散在前三层的北美汽车工业。因为模具和模具制造企业往往是三或四线供应商 ,可靠地将 CAD数据的“互操作性问题”之间的公司在这个行业尤为突出。 众所周知，设计实际上只占一小部分， 5到 15%的一部分，总的生产成本。然而，在设计阶段作出的决定已在制造和生命周期成本的一个产品的深远影响。除了满足功能要求，该部分的设计必须考虑： a）选定的制造工艺及其局限性， b）设备和模具的 要求， c）过程的能力，如尺寸，几何形状，公差，和生产速率，和 d）处理条件下的物料特性。通常的设计需要一个新的现有的流程工具、改性发展。在这种情况下模具发展和尝试可以长或更长的时间，为模具制造所需的时间。 组装准备几何部分 ,通常以电子形式 ,必须用于开发模具或模具几何图形以及选择工艺参数。图 4所示 ,使用锻造为例 ,信息的流动和活动在计算机辅助模具和工艺设计 11。过程 ,如冲压、热、冷锻可能需要几个操作从最初简单的钢坯或空白表 ,直到完成一部分。因此 ,可能需要几个模具。在流程 ,传入的材料是无形的 ,如粉末压实、注塑、 压铸、一套模具或模具设计。模具设计本质上是一种体验式的活动。然而 ,很明显增强利用流程建模技术 : 1、 估计材料流动和模具应力。 2、 建立最佳工艺参数（机和挤压速度，模具和材料温度，保持压力，时间等）。 3、 模具设计的特点，有必要执行过程（锻造，草图在冲压，压料面和拉延筋在注射成型中的浇口和分流道和压铸）。 4、 确定产品和模具尺寸的预测和消除缺陷，而一个强大的过程中获得nts 桂林电子科技大学 第 6 页 /共 38 页 调整工艺参数 。 过程建模中的应用，采用三维有限元法为基础的软件，现在被认为是常规的（ i）永久模具和压铸，（ ii）注射，注气，压缩和吹塑，和（ iii）金属板材成形 。在锻造，而二维模拟被广泛的应用，三维应用程序被引入先进技术公司。研究正在进行“反向模拟法”设计的锻坯 12 。有限元仿真结果的例子是在锻造和冲压 图 6 11 5图见 。在金属切削有限元模拟中的应用已受到许多公司介绍，但它仍然是在 RBD的阶段。最有可能的是，这个应用程序将被广泛接受，在接下来的两到四年，还扩展到了金属切削操作完整的三维模拟。之前，他们可以应用在工业环境中，仿真过程中必须进一步发展。 a)复合聚合物成型（模内层压，玻璃纤维增强聚合物基复合材料的压缩成型）。 b）的夹心板的金属材料。复合材料的变 形规律的公式表征代表相当大的技术挑战和仍在发展阶段。 3原型和快速模具 3.1添加剂制造和快速成型模具和模具生产 添加剂的制备方法通常被称为“快速原型（ RP）类”或“实体自由成形制造”（ SFF）过程有相当的发展在过去的十年。虽然他们最初销售作为辅助设计的可视化和成型技术，近年来这些技术的最有前途的应用已经在净形模具快速制造领域过程。一个优秀的评论是在第四十八次大会 13 CLRP主题的论文。 nts 桂林电子科技大学 第 7 页 /共 38 页 图 4：产品流程图，模具和工艺设计（例如：锻造） 11 图 5：汽车曲轴锻造三维有限元软件模拟 11 。 所有的当前使用的过程遵循相同的基本序列步骤构建一个组件。这一过程始nts 桂林电子科技大学 第 8 页 /共 38 页 于 CAD实体模型的一个部分或工具插入 ,这通常是转移到 RP机器 STL格式。这个数据结构减少了实体模型定义一组三角形面表面的部分。这个 STL文件然后“切片”电机控制器软件 ,最初是一个三维对象转化为二维层的有序集合。然后是重建的 ,一次一层 14 图 6:在冲压有限元仿真的例子。通过优化压边力 (BHF)控制 ,有可能形成一个无皱纹的一部分 11。 RP工艺不同形式构建材料使用的特定方法 ,以及构 建材料本身。到目前为止 ,最常见的建设材料是液体 (有限元 ),一个挤压固体 (熔融烧结 )。用于形状的原材料的技术通常使用 laser-activated化学变化 (有限元 ),激光烧结 (镜头 ,SLS),挤压 (FDM),或一个粘合剂粘结剂 (3 d打印 )。 RP工艺不同，使用特定的方法形成的建筑材料，以及在构建材料本身。到目前为止，最常见的建筑材料是液体（ SL），挤出的固体（熔融烧结）。该技术用于形状的原材料通常使用激光激活化学变化（ SL），激光烧结（镜头， SLS），挤压成型（ FDM），或粘合剂（ 3D印刷）。 3.2设计 和可视化工具 :新发展 nts 桂林电子科技大学 第 9 页 /共 38 页 在 RP市场的主要推力是低成本的 3D打印机”的发展，这是专为办公使用，并专为可视化辅助部分设计师。所有这些过程的目的是为低成本成型方法生产相对脆弱的部分，允许一部分设计师产生一个快速设计迭代步数，并以较低的成本。这些过程不是目前能够生产零件能够承受重大压力。 3.3快速生产模具 快速模具和模具使用添加剂的生产流程可以减少时间和成本将新产品引入市场的大幅减少设计迭代和成型周期。添加剂过程也有其他优势 ,比如建立保形冷却线在模具型腔的能力 ,和一些系统的定制材料属性的一部分 ,因为它是建立。 “快 速工具”的概念包括三个不同阶段 :原型工具 ,“桥”的工具 ,工具有限公司生产运行。原型工具正是其名称所暗示的 :死亡或模具设计来测试一个新的组件设计 ,新材料 ,或者一个新进程。在这种情况下 ,工具本身并不打算生产超过几百个零件、刀具寿命 ,循环时间 ,一部分弹射通常不是设计问题。慢得多周期和手动弹射通常用来简化工具设计和节省宝贵的时间和生产原型工具。因为原型工具的成本可以并入总加工成本和摊销在整个产品生命的最终产品 ,成本不是一个主要关心的。另一方面 ,产品开发约束要求的时间生产工具必须很短 ,通常只有数天或数周。 “ 桥工具 ” 是应用于模具和模具设计成持续或许成千上万的产品周期。这些工具允许一个新产品进入市场初期 ,虽然仍在制造生产工具。虽然这些工具不需要生产工具的耐用性 ,并且可能不是优化的工艺参数 ,它们必须能够承受数千周期 ,同时生产级公差。同样 ,这些工具的成本可以并入整个生产运行的总加工成本。 最后，最苛刻的应用工具的短期生产运行。与精益生产和大规模定制的到来，需要制作工具，可以在小批量生产的质量部分，这样做的成本效益，已经成为许多行业的一个重大问题。通常它是不清楚是否是更好的建立一个单一的模具或模具生产数量有限的部分，在过去的几 年里传播，还是建立更便宜，不耐久的工具，抛弃它在每个生产周期的结束，并建立一个新的工具，当另一个生产运行计划。这第二种观点认为，“模具数据”：作为 CAD模型转向功能的工具变得越来越复杂和耗时少的方法，有一点是要从一个非常昂贵的工具获得生产数量有限的部分。更好更便宜的工具和丢弃另建，每一次新的生产运行是必要的。为本的理念成为更广泛的接受，工业部件建造小很多，如军事和航空航天，可能更倾向于采用净成形过程。 Rosochowski和 Matuszak15提出了快速模具的分类过程 ,如图 7所示 ,基于实际使用的工具 ,而不是使用特定的流程。他们快速加工过程划分为三个主要群体 :那些用于铸造生产模式 ,这些用于生产模式对软、硬工具 (“间接”工具 ),和那些生产生产工具直接由 RP方法 (“直接”工具 )。很好地概述当前的工业用途数中给nts 桂林电子科技大学 第 10 页 /共 38 页 出了这些技术 16。 铸件图样 虽然为铸造生产模式不是一般被视为“快速工具” ,事实上 ,几个 RP工艺应用于模式砂铸造、熔模铸造、包括 FDM(熔融沉积造型 ),SLS(选择性激光烧结 )和LOM(分层物体制造 )。模式通常是 蜡 ,但复杂的模式从聚碳酸酯的 SLS烧结过程也被使用 15 最近 ,一种新的方法开发生产大型 (1.5 * 0.75 m3)砂快速模具和核心。这种技术使用一个喷墨技术喷砂粘合剂层 ,其次是反应物 ,放下选择性 ,导致一个精确 ,强壮 ,砂型或核心。这个过程比选择性激光烧结 ,据说快十倍 ,还可以创建对熔模铸造蜡模型 17。 RP方法也被用来形成模具生产泡沫模式低泡沫铸造过程。相当复杂的技术在汽车行业生产模具用于聚苯乙烯泡沫模式利用 LOM、 RTV硅胶 ,高温铝填充环氧树脂。 LOM和 RTV硅相结合产生了一个模型，给出了一个复杂的部分 18 优良的表面细节。 间接方法 在注射成型中的 RP工艺是最常用的生产的模具插入 模式，与流道几何连接。该模具插入填充硅，这就允许固化。硅正然后用于铸造环氧工具，它通常可以承受几百注射成型周期。 由于环氧模具的部分，他们可以提供数量有限，有找到其他技术来铸造的工具来自 RP方法大师在行业很感兴趣。一种方法是由一个汽车制造商发展到陶瓷模具喷熔工具钢，这是从 RP模型制作。到目前为止这个方法是用来产生比较小（ 600毫米 600mm）的工具集。然而，工作正在取得进展，扩大汽车车身板 17 生产钣金工艺模具。 另一个相关的方法被称为快速凝固。它包括喷涂熔融金属，在这种情况下 H13工具钢，对陶瓷大 师。那所得到的工具钢壳显示出优良的强度，硬度的方法，要求开发商，和表面光洁度。第一个工具产生的这个过程是由于去 2001 19 在七月在线。 其他几个技术使用 SC称为“间接”方法在金属制品的工具集。这些方法几乎都被应用于注塑模具，由于相对良性的生产环境。安斯利和龚在滑铸造不锈钢模具采用 RP大师的模具 20 的方法报告。韦弗等人。报告在法生产工具的模型集。有机硅树脂作为中间材料，与金属粉末和聚合物泥浆再铸全硅。固化后，该工具是脱脂和烧结，产生一个工具集的性质接近硬化工具钢 21 。一个类似的过程中 已经使用了好几年。它使用一个专有的三 种金属混合材料 ，使硅酮大师。这种技术细节可在 22 。 直接的方法 nts 桂林电子科技大学 第 11 页 /共 38 页 这些过程都使用 RP技术制作的模具或模具直接从 CAD模型，而无需使用额外的图形转移技术。直接加工最常用的方法涉及一个“绿色”的一部分，是通过选择性激光烧结（ SLS）或三维打印（ 3DP）方法。 SLS 23 沉积一层覆膜金属粉末，然后用激光选择性烧结。随着三维印刷一层粉末首先被沉积，然后粘合剂，粘合剂的选择应用。基于粉末的主要优点是系统的，粉的，不是用来形成部分提供了悬挂结构支持。在这种方式中，随形冷 却通道和削弱可以创建不需要额外的支持材料。一个很好的概述最近的工作削弱可以创建没有额外的各种直接加工方法需要在 24 。 在最近的概述的发展直接工具使用 SLS加工过程 ,Klocke指出精密的百分之的毫米现在是可能的 ,以实现表面装饰 (经过后处理 )R,= 15点或更好。相当复杂的部分可以用这些工具 25。 大量的工作已经进入了选择性激光烧结（ SLS）作为一个过程建立模具直接从 CAD模型。细节可用于板材成形模具 26 ， DTM快速钢过程 27 和快速模具的过程 28 。此外， RBD的发展进一步提 高 SLS过程本身，特别是对粉末沉积 29 和影响的激光功率和扫描速度对表面沉积 30 孔隙微观结构。 全面实用的快速原型和快速模具的审查在最近的一次发布 14。 4凹、凸模 /芯加工 参与制造注塑模具的典型步骤如图 8 31 。一个注塑件的成本构成图 9中给出的。这个例子说明了相当大的成本降低的潜力存在于粗、精模具加工。 4.1刀具路径的生成和优化 今天几乎所有的模具制造商使用高速切削加工（ HSC或 HSM）在凹、凸模制造。HSM不仅需要特定的机床（刚性，高主轴转速，进给速度高，软件与前瞻能力，较高 的加速和减速）和切割工具（各种复合涂层，刀具刃的几何形状，高性能的刀具材料，即 PCBN陶瓷超细碳化物）而且专用数控刀具路径编程策略。这是目前公认的不仅是研究机构也通过各种 CAM系统供应商。 . 设计（塑料零件的几何形状）通过 OEM或注射腐朽 过程模拟（模具）的注塑机或模具制造 对模具钢块先粗加工，通过钢供应商 型腔的粗加工（铣，钻）的模具制造 半精加工和精加工（铣，电火花加工的模具制造商） 抛光和装配，模具制造商 尝试完成模具，由模具制作 预生产资格，由模具制作，注塑机和 OEM nts 桂林电子科技大学 第 12 页 /共 38 页 图 8:操作参与制定一个典型模具 31。 图 9:成本组件 (%)制造汽车注塑部分的一个例子 (假设 250000个零件生产在一个钢模具 )31。 芯片负载和切割速度常数 关于这一主题的早期研究集中在工具的优化路径的三维铣削雕刻表面与球头钢厂。基本方法是保持切割速度和芯片负载大约持续通过控制主轴转速和进给速率。计算机代码开发 ,基于这一原则 ,允许减少铣时间 20 - 30%,根据模具几何同时增加铣刀刀具寿命 (32、 33)。最近 ,过程模拟和加料速度保持恒定的芯片采用负载已经开发和应用于五轴数控加工雕刻表面使用环以及球头 立铣刀刀具(34、 35)。特别是在粗铣操作进给速率采用有助于避免不可接受过度工具挠度和偏离理论设计图面。五轴铣削仿真允许操作员检查不同的铣削策略的影响和改进过程的可靠性 ,同时降低加工时间。 五轴铣削数控程序优化的模具和模具也建议 36。在这种方法中使用多个流程模型的技术优化数控程序。一个软件模块开发 ,扩展了商业 CAD / CAM系统的功能。数控五轴加工的刀具轨迹生成也被优化的一个研究小组 37。这种“扩展 CAM系统”对多轴铣集刀具轨迹生成、转换和轴数控仿真。每个生成的系统执行立即验证刀具位置 ,以防发生碰 撞时 (如机器和部分之间 ),它需要适当的操作运用避碰算法。因此 ,五轴加工的系统便于使用 ,并允许工具的变化倾向在刀具轨迹生成期间为了实现最佳的组合扇贝身高、工件精度、表面粗糙度和加工成本 38。 切割速度的影响和超前角在球头铣削刀具磨损也调查在最近的一项研究 39策略优化数控程序也进行了综述。结果表明 ,通过应用适当的硬铣加工策略 ,可以实现高达 30%的成本节省。 一些刀具路径的优化策略正在实施的 HSC机床 40 控制器。在球头立铣刀铣削，恒定的主轴转速可以产生各种表面速度取决于对工件的刀具接触点。有效的刀 具半径（ Ri和 RZ）和接触角的变化，（切削速度在恒定转速的影响），如图 10所示。nts 桂林电子科技大学 第 13 页 /共 38 页 特征的建筑 cncmachine控制器可以计算基于刀具路径的角度球接触半径和覆盖的主轴转速保持恒定的切削速度在三维铣削。因此，主轴速度伺服控制的参数，如 X， Y，和 2个运动。此外，进给速度进行修正以保持恒定的切削载荷，类似于R& D的研究进行的各种实验室前。该控制器的功能允许程序指定一个所需的切割速度，让控制表面速度目标不断的计算工具的工作。 图 10:切割速度的原理说明球头铣刀与接触角的变化 40 所谓“切角”的能力被认为是在发展的最新阶段，将允许一个加工中心铣出一个“尖锐”的角落里，只能通过电火花产生的今天。如图 11所示，为主轴旋转，位置，即轴位置，主轴的不断变化，配合在 X和 Y的一种特殊的三角形的机床运动进行切割操作的必要。 nts 桂林电子科技大学 第 14 页 /共 38 页 图 11示意图的旋转序列的“切角刀（使用一个特殊的三角形工具和中心线的位置是在工具旋转连续变化的） 40 。 刀具路径策略 在最近的研究中，对锻造和冲压模具，注塑模具已经制造使用的高速应用的“循环”策略在型腔加工，如图 12 41 看到。在 这里，该工具是从一个侧面交替移动（ AB）的加工槽的另一边（ CD）表示，随着主轴轴线的路径。因此，减少工件的刀具接触时间和工具允许冷却。 TiAlN涂层硬质合金刀具，圆柱头端的粗切削（ 6， 8和 10毫米直径的 4齿）以及加工球头（ 2， 4，和 10毫米的我 2和 4齿），用于机床铸铁（ GG 25）和三个不同的工具钢（ 38 HRC 48）使用高速铣床（ 24000 rpm主轴）。这项研究的结果同意与已知的加工策略在 HSM在切割过程中所产生的热量被丢弃的芯片和工具冷却因为一个单一的旋转过程中与工件接触有限。 图 12：生成的刀 具路径轨迹为圆形战略” 41 。 良好的硬铣审查策略 42。作者指出 ,在 HSM硬模和模具钢材的硬质合金工具 ,对于一个给定的刀具半径 ,R,接触弧 ,一个 ,是由径向宽度减少 ,。因此 ,“ a”的增加而增加 ,和铣刀的切削刃保持更长时间的减少 ,导致热量建立和刀具寿命减少。因此 ,有推荐值 ,这取决于铣刀直径和工件硬度。所谓 HSM皮策略用于铣槽到工件材料。如图 13所示 ,通过维护一个有限的径向宽度减少 (,),工具和工件之间的接触弧降低 42。结合适当的饲料和速度 (直径推荐工具 ,工件硬度和槽尺寸 )、端铣刀可以删除大量的 材料没有产生过多的热量 ,增加刀具磨损。在图 13中 ,为便于说明被夸大了。这个图显示了一个视图向槽的平面由机器主轴。 高速切削螺旋策略，如图 14所示，是广泛用于立式铣床为材料，即开始从一nts 桂林电子科技大学 第 15 页 /共 38 页 块粗糙型腔加工模具钢的使用对于一个给定的孔的直径和材料硬度刀具直径和轴向切削深度 /革命的经验为基础的价值观。在斜坡，即在铣槽形成材料进场时必须从上方的部分，一定的值被推荐为斜坡的角度和轴向切深， ap，这取决于材料的硬度。 数控程序的修改策略也已经被开发出来 ,这样工具挠度铣雕刻表面可以弥补。因此 ,复杂表面的几何定义可以保持在接近 公差。作为一个例子 ,一个软件模块开发和集成的多轴加工程序 43。这个软件预测切削力 ,估计工具挠度和对数控程序执行必要的修正。因此 ,这种方法特别有用在铣削瘦和长时间的工具。 图 13：“削”策略来降低弧通过维持一个有限的径向接触切削宽度， 42。 4.2高速硬切削 -概述 在传统的模具制造业务，型腔加工一般约 0.3毫米超大尺寸。模具然后硬化，这可能会导致一些失真，然后加工到最终尺寸。今天在 dielmold制造趋势是难加工，在粗加工和精加工，电火花加工和更换没尽可能。因此，减少必要的机 组 UPS的数目和增加吞吐量。高速铣削淬硬模具钢，使这一趋势的可行性和经济性。 nts 桂林电子科技大学 第 16 页 /共 38 页 图 14：高速切削螺旋立铣成策略工件材料 42 。 高速淬硬模具加工的主要目的是通过改善表面光洁度和变形减小台阶。因此，提高质量和降低成本。高速加工淬硬模具（ 40至 62 HRC）具有近似范围内，如下要求和特点： 进给率； 15 rnfmin或更高时，适当的压缩空气或冷却液雾的设置，通常通过主轴。 主轴转速； 10000至 50000取决于刀具直径。 表面切削速度： 300米 /分钟到 1000米 /分钟，这取决于模具钢的硬度和切削负载。 高速度控制与高速数据和期望数据能力避免匮乏。期待能力轨道表面的几何形状，使机器加速和减速，有效保持规定的表面轮廓。 在 0.8的范围内的机床高加速和减速能力 1.2米 /秒。 4.3模具冲压加工 大型模具对板料成形制造的粗糙和精加工铸铁或钢死结构。在铸铁的加工 ,涂涂碳化物、立方氮化硼 ,罪和碳化物是最常用的工具。最近 ,各种立方氮化硼的成绩和涂层的性能研究了碳化物 44。铣削实验进行选取高速卧式加工中心。工具几何形状和刀具规格如图 15所示。使用镀锡硬质合金工具代替裸硬质合金工具提升 25%的生产力的切割速度等工具增 加了 500%以上。此外 ,钛镀膜 插入了至少三倍长锡 或者 TiCN-镀膜 插入无论切割速度 ,图 16。然而 ,PCBN插入超过了涂层硬质合金插入。测试是流产后 = 1.6平方米的表面积是加工和 PCBN刀具磨损 2测量VBmax = 60点和 PCBN 0 VBmax = 85点。磨损和热疲劳是主要的磨损机制。高 CBN含量和高硬度表现出良好的耐磨性 。 . 4.4加工模具和模具工具钢块 nts 桂林电子科技大学 第 17 页 /共 38 页 一般模具的注塑成型，吹塑成型和压缩成型，以及压铸模具，锻造管件液压成形，是从一块工具钢制造的（在特殊情况下的模具也由铝或铜合金）。在这些应用 中，大量的材料必须由粗加工去除。因此，工具钢的切削加工性，加上高速铣削硬和许多不同的方面，是一个重要的问题，尤其是粗加工。在最近的研究中，三模具钢的切削加工性与硫的含量不同，但相同的硬度（ HB 300）是由不同的切削条件 31 研究。它被发现的）影响铣削过程的主要参数（使用硬质合金插在一个 40毫米的圆环面刀具）是切削速度和每齿，径向和轴向切深进给， b）硫对模具钢的加入带来约在刀具寿命增加了 50%，和 c）时在高的进给速度加工中刀具寿命增加 75%可以得到。 高速原理和硬加工仍部分理解。各实验室研究进行了解基 本的物理现象 ,确定芯片形成、切削速度和温度的影响。加工硬化钢 ,提高切割速度芯片形成从连续的锯齿状的芯片形式变化。因此 ,减少部队可能降低 ,刀具寿命可能增加提供工具边缘的温度可以保持在允许的范围内 45。评价切削功率的切割速度的函数(100年至 3000年 mlmin)显示 ,似乎有一个材料特定的切割速度 ,切割功率达到最大值。以增加速度超过该值时 ,切削力仍约常数和切割速度的功率线性增加 (46)。 nts 桂林电子科技大学 第 18 页 /共 38 页 图 16:总结所有刀具寿命实验的珠光体铸铁 (符号解释在图 15)44。 一个很好的例子：硬化模具铣削加工是在最 近的研究讨论了 47 。调查的重点是锻造涡轮和压气机叶片模具（模具材料 1.2343热处理 53 HRC 1600的 NLMM的极限强度）， 185 125毫米和 600 330毫米的表面尺寸。本次调查的结果说明了许多方面的高速铣削在工业实践中所面临的，即： 模具制造商提供了大量的信息对刀具寿命试验结果。然而，这个信息是很难适用于特定的条件，不知道具体的测试条件，即料，速度，进给，倾角，等。 成功的高速铣削加工中的应用，团队（三维设计工程师合作，数控铣床操作员）和文件（除了程序文件包括铣削策略，铣床和工作参数，试 验结果）是必不可少的。 它是投资更多的工程时间的重要（计算，编程）开始生产一种新模来确定“最佳”的加工条件。因此，它可能是不保守和使用低进给率导致长时间加工时间。 在粗加工中最好使用较小的刀具直径和增加的进给率。因此，更均匀的加工余量是左，这有利于精铣。作为一个结果，所需的时间，可能需要增加但粗加工完成时间将使总加工时间可降低降低。 粗加工的预硬化模具块需要比加工在软状态更多的时间。不过，当粗、精加工硬化状态，一种新的工具，建立了。 对于难加工的决定必须为每个应用程序单独，在目前的情况下，在硬化状态的 HSC铣削可以做上粗加工和精加工，采用全硬质合金球头米尔斯和插入，如图17。 这方面的经验是，许多先进的锻造技术在北美国和日本的商店非常相似。提高耐磨性及模具寿命，模具往往表面高温合金的焊接。在过去，这种表面焊接模具加工，新的或修复后，进行了电火花加工。最近，专门设计的 PCBN刀片的刀具进行高速焊接表面加工等 48， 39 。不同刀具材料证明研究具体的 PCBN等级（适当的工具边缘制备和加工策略）提供了很长的寿命和成本的硬焊表面的有效加工。 加工注塑模具和压铸模具目前的特别的挑战，因为这些应用程序有多薄，深腔加工 。在过去的生产模具的战略包括粗加工，精加工的电火花加工硬化。为了节省设置时间和减少总的制造时间，它是理想的粗糙和一设置在硬化状态完成机。因此，有必要开发技术的铣削深腔使用长的硬质合金铣刀和适当的切削条件。研究，进行加工硬化模具（ 1400到 1500 N / mm的强度）铸造，说明了许多的困难和救济具有长而薄的铣刀铣削相关。一个软件模块的开发为选定的刀具的几何形状， 49 刀具条件估计。研究和其他研究表明，适当的参数选择的电火花加工过程，可以在许多应用程序取代 43 。 nts 桂林电子科技大学 第 19 页 /共 38 页 图 17:开发和减少加工时间一 个锻模 46。 4.5机床和刀具 机床 众所周知 ,高速铣床 ,加工必须硬 ,有很高的加速和减速功能。这是特别重要的在小模具 ,模具加工 ,是罕见的大 ,相对平坦表面减少。因此 ,该工具必须不断加速和减速机指定的轮廓。例如 ,一个典型的高速铣床的反应 (牧野 ),用于模具和模具制造、加工时测量特定的表面雕刻。 20米 /分钟的编程进给速率所需的机器几乎 70毫米达到 thedesired速度。说 ,温和的饲料利率在 5米 /分钟 ,itneeded大约 4毫米送达到目标速度 50。而加速和减速芯片负载不能维护和减少 ,因为在大多数机器 ,主轴 继续以同样的速度旋转 ,这可能会导致“摩擦”行动的工具 ,增加刀具磨损。在选定的雕刻加工表面 ,结果表明 ,增加了名义上的进给速率可能不会导致比例减少加工时间 ,因为实际的进给速率是由机器动力学。如图 18所示 ,加倍的名义进给速率对加工时间有不同的影响 ,根据考虑范围。当然 ,这一结果只适用于特定的加工几何 ,但说明了机器惯性总加工时间的重要性。类似的研究表明机械惯性和模具几何的重要性减少加工时间 (45) nts 桂林电子科技大学 第 20 页 /共 38 页 图 18：实际的和计算（使用软件 OPTIMILL）对选定的加工时间曲面 49 。 直线电机驱动器 的使用在大型铣床 ,用于生产汽车冲压模具 ,已经是众所周知的。这一趋势似乎在增加线性驱动器在铣床中的应用。机器使用并行运动学和运动提供了工具昆虫的概念正在评估在不同的实验室。虽然这些机器似乎适合模具和模具制造 ,没有证明这样的机器工业模具制造的工业应用实践。 最近一个机床创新的概念已开发的大型冲压模具的快速修复 39,51 。本加工单元可以不以死亡为修复带来的新闻，从而提供“现场加工能力。提供多轴力与刚架，该机具有混合并行和串行运动学结构，图 19 。原型本机具有五轴力和实用模具修理条件下评价，图 20。 nts 桂林电子科技大学 第 21 页 /共 38 页 图 19:移动式加工单元的概念 (39) 图 20:移动式铣床用于模具修复 (51) nts 桂林电子科技大学 第 22 页 /共 38 页 刀具的几何形状 此外，该机床的特点，影响成功的因素是高速铣削刀具材料的选择，涂层和几何形状，根据切削条件。 例如 ,工具硬加工圆角半径是 5到 30点的范围。在粗加工的锻模 8毫米直径球头立铣刀每齿饲料 fz = 0.087毫米 ,平均芯片厚度“ h” ,是下午 5.751。在逐渐增加加料速度和饲料每齿 0.12毫米和芯片负载到 8.2点 ,可以提高生产效率约为 40%。这实现了 ,因为有效的切割速度 ,基于深度削减” ;而跨过的距离” ,“ ,通常远远低于所选择的切削速度 ,基于主轴转速和刀直径。在硬铣工具圆角半径的尺寸 (约30点粗 ,10点完成 ),芯片的厚度 (大约 25到 50点粗和已经成立 10点完成 )非常小。因此 ,它是必要的估计与实际切削速度和工作 ,这估计是对名义切削速度的 1.8倍 ,为了确定一个可靠的工艺窗口 ,如图 21。因此 ,基于经验数据完成槽加工硬化工具钢 ,典型的切削速度 vc = 300 rdmin,可以增加了风险投资 = 500 rdmin。在另一个例子 ,通过增加芯片负载估计 h = 1点切割速度翻倍 ,可以四生产力 (52)。 图 21：几何条件和比例”的数值随切削速度， V，因素，功能跨越距离” 52 。 应用的高速硬铣削加工要求粗 )必须进行一个大型金属去除率和 b)结果的机nts 桂林电子科技大学 第 23 页 /共 38 页 械加工面很近终点几何和叶子一个相对统一的完成机械加工余量 (0.05到 0.5毫米 )。因此 ,有效的应用 HSM替代插入几何图形。工具与圆形或八角形的插入 ,可比深处的大幅削减 ,雕刻表面轮廓比圆柱铣刀反过来最有效的侵吞和开槽 53。轮插入提供最大力量和代表一个优秀的解决方案不同的铣削条件 54。这些插入的芯片厚度随深度削减和加料速度必须达到合适的芯 片厚度增加 ,金属去除率。应用的高速硬铣削加工要求粗 )必须进行一个大型金属去除率和 b)结果的机械加工面很近终点几何和叶子一个相对统一的完成机械加工余量 (0.05到 0.5毫米 )。因此 ,有效的应用 HSM替代插入几何图形。工具与圆形或八角形的插入 ,可比深处的大幅削减 ,雕刻表面轮廓比圆柱铣刀反过来最有效的侵吞和开槽 53。轮插入提供最大力量和代表一个优秀的解决方案不同的铣削条件 54。这些插入的芯片厚度随深度削减和加料速度必须达到合适的芯片厚度增加 ,金属去除率。 模具加工需要广泛的选择，为大型和小型面对刀具地区， 加工深墙和肩膀，以及加工长，既深且窄槽 55 。因此，工具是必要的投入或斜坡下操作，铣，以及钻井包括深钻，铰孔，攻丝、倒角。 主要结构面，肩，和铣槽包括平坦的正面插入，插入地面和模制芯片机和螺旋，与改性前、后面临的非平面的插入，并提供改进的性能。工具生产商提供端与米尔斯不同的仿形铣床操作可互换的头。螺旋切削刃的概念，最近开发的，用于固体铣刀以及插入，如图 22。该几何体和螺旋曲线刃以及弯曲的前、后面临的工具上的恒定的耙和间隙结果在铣削。此外，每个切削刃逐渐渗入与切削力逐渐增加工件。平方，多用螺旋刀片适用于 90度肩，面对开槽 55。 图 22：螺旋刃的概念 55。 八角插入、图 23为铁道部经济面临提供切削刃 ,承担 ,开槽 ,开槽倒角的应用程序。这些插入基于“增大化现实”技术可提供一系列的萧条减少芯片之间的接nts 桂林电子科技大学 第 24 页 /共 38 页 触面积和插入倾斜面 ,插入 a)减少热流 ,b)减少摩擦 ,c)提高刀具寿命。图 23展示了示意图的热量流入和工具。热产生的摩擦和变形从卷曲芯片流入工具和水平箭头所示。萧条的工具减少工具 /工件接触和热流的工具。此外 ,斜箭头所表示的示意图 ,对流热损失的工具也增加。据称 ,积极的倾角 ,结合这些萧条也会 降低切削力 ,提高芯片流。如图 24所示 ,八边形和圆形插入可用于各种铣削应用程序。 通常约 8毫米直径 ,球鼻铣削刀具由亚微米衬底提高韧性和 PVD涂层 (TiCN TiAIN)硬度和高耐磨性。对于大直径铣刀 ,插入和越来越多的使用。高速铣削切削速度较高 ,通常建议固体铣削刀具。然而 ,在某些情况下 ,螺旋夹紧或叶片类型插入也可以使用。 工具材料和涂料 工具范围从 12毫米到 35毫米直径，硬质合金刀片的工具被证明是有效的。TiCN涂层有足够的加工模具钢小于 42 HRC， TiAlN涂层用于 42 HRC以上。对于直径 12毫米的工具 而下，亚微米硬质合金与 8至 12%的钴 TiAlN涂层是最适合的。它也注意到，由不同的供应商提供的工具之间的质量差异已经减少 9。 图 23：槽型芯片供改善刀具寿命 55 。 nts 桂林电子科技大学 第 25 页 /共 38 页 图 24：用八角形和圆形刀片 55 多功能铣选项。 其他的调查中得到了相似的结果。结果发现，在使用 TiAlN涂层，刀具寿命增加然后减少与增加的 Ti / Al比。钛 /铝的最佳组合为 0.35（ Ti）到 0.65（铝）。该涂层（钛 0.35铝 0.65 N）提供了更好的刀具寿命比类似的高速铣削条件下加工57 HRC模 具钢 TiCN，图 25 52 。 CBN硬车削的应用是众所周知的。过程有可能降低制造成本通过消除或减少研磨和通过消除润滑剂的使用。为了实现 PCBN的潜力 ,努力将必须考虑的各个方面 ,包括机床、保持工作 ,工具补偿 ,插入材料等级和边缘质量和稳定性 56。这些问题以及可实现的表面完整性和准确性形式综述了最近出版 57。 工具持有人 在高速铣削主轴转速高，刀柄平衡是避免刀具过早失效和获得良好的表面光洁度很重要。用完的建议是小于 5时。经验表明，每个晚上 10点跳动，一般
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