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高速铣削加工淬硬模具/模具钢的优化策略摘要：在高速淬硬模具加工特征分析的基础上，研究了钢加工的优化策略。这是先前提出的在端铣切削力恒定控制热机制的进一步推广。目标函数的加工成本和相关的优化算法的基础上加工时间和下料长度计算方法。约束满足特定的加工策略时，高速加工淬硬模具钢，摆线刀具路径模式在槽铣削避免过热和进料速率适配以避免超负荷方面，也进行了讨论。作为个案研究，该工具选择问题时，加工模具的一部分与多个加工特征调查。关键词：优化算法；淬硬模具/钢；加工成本；加工特征；1简单介绍自从上世纪90年代以来,模具在对硬加工/粗加工和精加工制造方面发生了变化的趋势，因此引进先进的切割工具如AlTiN涂层微晶粒硬质合金端铣刀1。如今，高速加工淬硬模具和模具钢已是一个成熟的技术，在许多具体的加工方案和战略的制定方面都能使用它2。典型地，马-加工特征定义为独特的体积形状被删除，通过独特的马-加工业务（即切削刀具和刀具路径），提出缓解NC（数控）编程3。通常的刀具路径模式为每个特征类型，他们可以是标准化的，固定的。一次加工的特点及相关工具路径模式是固定的，它成为必要的优化其他操作参数的依据，因为当我们考虑生产力和工具成本时，后者有助于高达20%的总成本的模具和模具制造。这种优化是可能与加工特征和固定刀具路径有关，通过模式分析，从而降低了一些变数，必须同时考虑。生产率和成本可以被视为独立的切割条件变量，这些变量影响的生产力和成本或合并为目标函数的可计算和优化。本文的组织如下：关于加工成本及其相关的优化算法，在2节中提出了一个目标函数，符合低的案例研究使用，在3节提出了算法在端铣刀具选择模具零件的加工特点。面临的制约因素在试图满足特定加工策略时，高速加工淬硬模具/模具钢在同一节进行了讨论。结论中提出的部分4基于案例研究的结果。2优化策略关于生产力，涉及的加工过程中需要计算的时间。加工时间考虑切削时间和空气切割时间。基本上，确切的空气切割时间是通过增加的时间花费在每个芯片和在刀具路径切割空气时间的总时间，通常可根据固定的刀具路径模式容易计算，在切割长度里的第i个芯片是基于工件和刀具之间的接触几何计算，和fzei是刀具进给切削芯片时的进给量。在端铣凹轮廓的情况下，Li,fzei等参数在图1所示。在模具加工中，刀具寿命Lf通常是由一个工具从事切割直到它失败的总长度测量。Lf的价值可以直接从刀具制造商或通过刀具的寿命试验中得到。如果要考虑在任何给定的时间上刀具寿命总的切割长度，现在可以通过添加所有芯片长度下的削减到所考虑的时间点综合来考虑，然后，Lt到Lf的比率表示的刀具寿命已经被消耗。优化策略可以减少加工时间或最大限度地为某一工作的工具提供寿命。一个更一般的目标函数是马加工成本，这是两者的结合。加工过程中涉及的各种项目费用；但在这项研究中我们只考虑马加工时间成本和模具成本，这是确定的模具加工过程中存在的主要成本。加工一个工件的总成本（C）是Cm是每单位时间机器的成本，ct是每个工具的价格。通过最小的优化建议我们在节省机器时间和降低成本直接找到一个理想的平衡。3选择高速铣削淬硬模具/模具钢的案例研究作为一个案例研究，当对具有多个加工特征的加工模具零件进行研究时，我们会面临刀具的选择问题。假设需要在模具上加工两个槽的长度在100毫米，深度分别为10毫米和50毫米，宽度为15毫米（图2）。工件材料为JISSKC61，模具钢的硬度HRC53。用槽铣刀来实现AlTiN涂层微观晶粒硬质合金六叶片。端面铣刀使用6，8，10，12，14和18毫米的直径。目的是为了寻求一个最佳的工具达到去除两槽的最小加工成本。该在一定的约束条件下提出了该模型和计算，讨论如下：必须满足在模具行业的具体加工策略和方法，在雅高舞与国家最先进的技术条件下高速加工硬化模具钢。（1）槽铣削刀具路径与控制模式。从加工的角度来看，按照铣削加工的特点，通常可以分为5类：孔，凹槽，开口凹槽，模具表面，轴套。在图中加工槽中，是属于那种开口凹槽，其特征是两边开口使切割工具可以从任意一边进入。一个传统的方式的槽端包括使用材料中端铣刀的全直径。在这种情况下，齿轮会产生接触，旋转半周产生热量，在降温的情况下再旋转半周。刀具寿命会由于过多的热量积聚在切削齿而急剧减少，如果切削齿的冷却时间不够，那只能根据热机制，用以前工作中提出的方法来端铣4-5。很有必要寻求特定的加工策略来提高刀具寿命减少切削热积累。问题的关键在于工具和齿轮部分之间接触的限制。连续相同周期的摆线刀具路径轨迹模式，如图3所示，这样的设计替代了高速端铣硬刚（6），通过一个有限的倾斜，使接触弧最小化，在适当的进给速度和主轴转速的情况下，可以大量去除材料产生的多余热量。图3（2）进料速率保持恒定的切削力。另一个作为硬化模具钢铣削的基础是在安全极限状态下持续保持切削力，特别是在粗加工或中间粗加工操作时，如果过度切削力，不久后会发生碎裂。削一尖端可导致切削刃对剩余的切削不完整。这使得该工具使用很快。一个简单的来保持恒定的切削力的方法是适应沿刀具路径的进给速度。该策略的基本原理是根据工具的接触几何与二阶模型来解决瞬时进给速度，这在以前的作品7-8中提出了，其中Y表示在XY平面的平均切削力值，对Y轴的控制力可以从经验中获得。x1和x2是最大未变形切屑厚度，tmi为切割片长度。六个系数（0，12）是通过使用最小二乘法进行一组试验确定预处理得到。在这些约束条件下，进行了模拟最佳刀具直径特征的实验，槽的宽度B，需要加工。图4是加工B-D平面的等高线图，加工时使用0.5毫米的间距和9600r/min主轴转速。目标切割力等于不同直径的刀具切割同一主轴转速时测得的值。刀具寿命Lf=112毫米/叶片，加工时间成本cm=750元人民币/小时，根据我们的工业合作伙伴的经验来确定。刀的费用是按市场价格来结算。图4在图中B-D两平面中的黑色虚线是加工成本的轮廓线。4表示实现最小成本缝隙宽度B的最佳刀具直径，例如，一个10毫米刀应该用来切割50毫米宽槽，而6毫米切割15毫米宽槽，换句话说，每个刀具直径的选择是单独考虑每个加工功能需要来选定的。如图也看到，黑色虚线位于两平面的左端意味着，在槽端铣加工时首选直径6，8和10毫米的小端面铣刀。必须指出的是，模拟是在假定槽可以去掉一层中的所有端铣刀的情况下进行的。在深槽的情况下，更多需要一个小直径铣刀，由此产生的加工成本的增加会在图4的右端将最优刀具直径的位置表示出来。此外，模拟假设是在槽窄的情况下进行的，所以摆线刀具路径模式需要使用。然而对一宽槽来说，摆线刀具路径模式从一部然后到另一侧的刀具路径模式将节省时间，从而进行多种可行的组合。在模具制造业的实践中，一个单端铣刀的一部分普遍预期完将完成所有加工特征，考虑到时间换刀和所有相关的刀具和刀柄的准备。这意味着工具的选择不应承担每一加工特征，应该作为一个整体特征。图5说明了加工成本中涉及的两个槽的加工工艺，通过分别使用6，8和10毫米的刀具。加工成本时，在相同的图上使用6毫米端铣刀去掉一个宽度为15毫米和10毫米槽铣刀，删除一个50毫米宽的缝隙在。在底部列的数据表示加工成本去除50毫米宽的槽，而在列中的数据表示加工成本去除15毫米宽槽。通过以上数据列，他们的总和，分别是总加工成本。图5：端铣两个加工成本管理工具的选择在图5中看到的，加工成本有两个切值小于一刀。这是一个结果，与模拟图4意见一致。图5还显示，如果只有一个刀是必要的，8毫米的刀具可以比10毫米或6毫米刀提供较少的加工成本。两个刀具选择和最优刀具选择的加工成本差异在4.2元人民币之间。然而，马加工费用仅包括加工时间和刀具的磨损成本。如果刀具交换和传输时间成本和相关的削减制备等在内的成本，那么预计成本差异，可以补偿。4结论通过对高速加工淬硬模具钢优化策略的研究，我们提出了关于加工成本和相关的优化算法的基础上加工时间和切割长度计算的目标函数，讨论了约束满足特定的加工策略时，高速加工淬硬模具钢，在槽铣削摆线刀具路径模式时，避免过热和进料速率适配来避免超负荷的问题。作为一个案例研究中，刀具的选择问题时，加工模具零件的加工特征进行了多次仿真结果表明：（1）加工成本最小的优化建议，是在期望的平衡时间和降低成本加工工具之间（2）所提出的优化算法，得到了在两平面加工成本的轮廓图，它可以用来寻找最佳的刀具直径，为一个给定的缝隙宽度槽端铣是必需的（3）当所有的优化加工特点是考虑到作为一个整体时，可以实现妥协与工具的选择比较，并且每个加工特征分别进行考虑。参考文献1TaylanAtlan,BlainLilly,andY.C.Yen,Manufacturingofdiesandmolds,Ann.CIRP,50(2001),No.2,p.405.2EdKwasnickandRobKeenan,High-speedmachiningofhardeneddieandmoldsteels:atotalconcept,MoldmakingTechnol.Mag.,2002,No.11,p.1.3X.R.Yan,KazuoYamazaki,J.C.Liu,etal.,Autonomousmillingprocessanalysisandmachiningknow-howda-tabasegenerationforoperationplanning,inProceedingsofthe2000Japan-USASymposiumonFlexibleAutomationConference,Michigan,2000,p.7.4Y.Tang,Theoreticalmodelingofcuttingtemperatureinhigh-speedendmillingprocessfordie/moldmachining,J.Univ.Sci.Technol.Beijing,12(2005),No.1,p.90.5Y.TangandYoshiakiKakino,StudyonheatregulatingstrategyinNCendmillingforhardmetalmachining,J.Univ.Sci.Technol.Beijing,12(2005),No.2,p.187.6W.L.Wang,Y.Tang,YoshiakiKakino,etal.,Optimiza-tionofslotendmillingprocessbyfixedcycleanalysisforDie/Moldmachining,inProceedingsofthe6thInterna-tionalConferenceonMechatronicsTechnology(ICMT2002),Kitakyushu,2002,p.213.7Y.Kakino,H.Ohtsuka,H.Nakagawa,etal.,NCProgram-mingforconstantcutti
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