【纯干货】解惑：模具加工中25个普遍的问题解析

  模具被称为工业之母，是用来制作成型物品的工具，按材质不同可分为五金模具、塑胶模具及一些特殊模具，比如我们3D玻璃热弯成型需要用到石墨模具。有了模具，我们才可以做出产品，可以说，模具的加工至关重要，那么，我们在加工中会遇到哪一些问题，今天我们来了解一下模具工艺流程中遇到的25个常见的问题。

  B)冷加工工具钢，它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。

  一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。在这一些状况下，推荐使用不锈钢材料的钢。

  长期使用（ 1 000 000次）的应使用高硬度钢，其硬度为48－65 HRC。中等长时间使用（100 000到1 000 000次）的应使用预硬钢，其硬度为30－45 HRC。短时间使用（100 000次）的应使用软钢，其硬度为160－250 HB。

  许多塑料制造商对好的表面粗糙度感兴趣。当添加硫改善金属切削性能时，表面上的质量会因此下降。硫含量高的钢也变得更脆。

  这一点很重要。钢的合金成分越高，就越难加工。当碳含量增加时，金属切削性能就下降。

  不同的结构包括：锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。锻件和铸件有非常难于加工的表面。

  而对于硬度为65-70 HRC的材料，则一定要使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼（CBN）。

  非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。例如Al2O3 （氧化铝），它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。

  由上表能够准确的看出良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对经济生产的重要性。

  扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。

  这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。

  取决于切削刃的磨损怎么样发展，快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面上的质量差、过大的波纹度等。正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是通常要努力做到的。

  粗加工、半精加工和精加工，有时更不可思议的是超精加工（大部分是高速切削应用）。

  残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点很重要。如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并更加可预测。如果可能，就应在专用机床上进行精加工工序。这会在更短的调试和装配时间内提高的几何精度和质量。

  半精加工工序：圆刀片铣刀（直径范围为10－25 mm的圆刀片铣刀），球头立铣刀。

  通过选择专门的刀具尺寸、槽形和牌号组合，以及切削参数和合适的铣削策略，来优化切削工艺，这非常重要。

  切削过程中一个最重要的目标是在每一个工序中为每一种刀具创建均匀分布的加工余量。这就是说，一定要使用不同直径的刀具（从大到小），特别是在粗加工和半精加工工序中。任何一个时间里主要的标准应是在每个工序中与的最终形状尽可能地相近。

  当ap/ae（轴向切削深度/径向切削深度）不变时，切削速度和进给率也可恒定地保持在较高水准上。这样，切削刃上的机械作用和工作负载变化就小，因此产生的热量和疲劳也少，来提升了刀具寿命。如果后面的工序是一些半精加工工序，特别是所有精加工工序，就可进行无人加工或部分无人加工。

  如果使用方肩铣刀进行型腔的粗铣削，在半精加工中就要去除大量的台阶状切削余量。这将使切削力发生明显的变化，使刀具弯曲。

  如果使用刀尖强度较弱的方肩铣刀（带三角形刀片），就会产生不可预测的切削效应。三角形或菱形刀片还会产生更大的径向切削力，并且由于刀片切削刃的数量较少。

  而圆刀片可在很多材料中和各个方向上进行铣削，若使用它，在相邻刀路之间过渡较平滑，也可以为半精加工留下较小的和较均匀的加工余量。圆刀片的特性之一是他们产生的切屑厚度是可变的。这就使它们可使用比大多数其它刀片更高的进给率。圆刀片的主偏角从几乎为零（非常浅的切削）改变到90度，切削作用很平稳。在切削的最大深度处，主偏角为45度，当沿带外圆的直壁仿形切削时，主偏角为90度。这也说明了为什么圆刀片刀具的强度大——切削负载是逐渐增大的。粗加工和半粗加工应该总将圆刀片铣刀，如CoroMill 200（见制造样本C-1102:1）作为首选。在5轴切削中，圆刀片很适合，特别是它没有一点限制。

  通过使用良好的编程，圆刀片铣刀在很大程度上可代替球头立铣刀。跳动量小的圆刀片与精磨的的、正前角和轻切削槽形相结合，也能够适用于半精加工和一些精加工工序。

  切削中，实际或有效直径上的有效切削速度的基本计算总是很重要。因为台面进给量取决于一定切削速度下的转速，如果未计算有效速度，台面进给量就会计算错误。

  如果在计算切削速度时使用刀具的名义直径值（Dc），当切削深度浅时，有效或实际切削速度要比计算速度低得多。如圆刀片CoroMill 200刀具（特别是在小直径范围）、球头立铣刀、大刀尖圆弧半径立铣刀和CoroMill 390立铣刀之类的刀具（这些刀具请参见山特维克可乐满的制造样本 C-1102:1）。由此，计算得到的进给率也低得多，这严重降低了生产率。更重要的是，刀具的切削条件低于它的能力和推荐应用范围。

  当进行3D切削时，切削时的直径在变化，它与的几何形状有关。此问题的一个解决方案是定义的陡壁区域和几何形状浅的零件区域。如果对每个区域编制专门的CAM程序和切削参数，就能够达到良好的折中和结果。

  使用高速铣对淬硬钢进行精加工时，切削深度应不超过0.2/0.2 mm（ap/ae：轴向切削深度/径向切削深度）。这是为了尽最大可能避免刀柄/切削刀具的过大弯曲和保持所加工拥有小的公差和高精度。

  当使用整体硬质合金刀具时，采用有最大核心直径（最大抗弯刚性）的刀具很重要。一条经验法则是，如果将刀具的直径提高20％，例如从10 mm提高到12 mm，刀具的弯曲将减小50％。也能说，如果将刀具悬伸/伸出部分缩短20％，刀具的弯曲将减小50％。大直径和锥度的刀柄进一步提升了刚度。当使用可转位刀片的球头立铣刀（见制造样本 C-1102:1）时，如果刀柄用整体硬质合金制造，抗弯刚性能大大的提升3－4倍。

  当切削刃刚进行切削时，在顺铣中，切屑厚度可达到其最大值。而在逆铣中，为最小值。一般来说，在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短，是因为在逆铣中产生的热量比在顺铣中明显地高。在逆铣中当切屑厚度从零增加到最大时，由于切削刃受到的摩擦比在顺铣中强，因此会产生更多的热量。逆铣中径向力也明显高，这对主轴轴承有不利影响。

  在顺铣中，切削刃主要受到的是压缩应力，这与逆铣中产生的拉力相比，对硬质合金刀片或整体硬质合金刀具的影响有利得多。当然也有例外。

  当使用整体硬质合金立铣刀进行侧铣（精加工）时，特别是在淬硬材料中，逆铣是首选。

  这更容易获得更小公差的壁直线度角。不同轴向走刀之间如果有不重合的话，接刀痕也非常小。这还在于切削力的方向。如果在切削中使用非常锋利的切削刃，切削力便趋向将刀“拉”向材料。能够正常的使用逆铣的另一个例子是，使用老式手动铣床进行铣削，老式铣床的丝杠有较大的间隙。逆铣产生消除间隙的切削力，使铣削动作更平稳。

  铣刀外圆沿等高线铣削常常得到高生产率，是因为在较大的刀具直径上，有更多的齿在切削。如果机床主轴的转速受到限制，等高线铣削将帮助保持切削速度和进给率。采用这种刀具路径，工作负载和方向的变化也小。在高速铣应用和淬硬材料加工中，这很重要。这是因为如果切削速度和进给量高的话，切削刃和切削过程便更容易受到工作负载和方向发生改变的不利影响，工作负载和方向的变化会引起切削力和刀具弯曲的变化。应尽可能避免沿陡壁的仿形铣削。下仿形铣削时，低切削速度下的切屑厚度大。在球头刀中央，还有刃口崩碎的危险。如果控制差，或机床无预读功能，就不能足够快地减速，最容易在中央发生刃口崩碎的危险。沿陡壁的上仿形铣削对切削过程较好一些，是因为在有利的切屑速度下，切屑厚度为其最大值。

  为了得到最长的刀具寿命，在铣削过程中应使切削刃尽可能长时间地保持连续切削。

  如果刀具进入和退出太频繁，刀具寿命会明显缩短。这会使切削刃上的热应力和热疲劳加剧。在切削区域有均匀和高的温度比有大的波动对现代硬质合金刀具更有利。仿形铣削路径常常是逆铣和顺铣的混合（之字形），这意味切削中会频繁地吃刀和退刀。这种刀具路径对质量也有不好的影响。每次吃刀意味刀具弯曲，在表面上便有抬起的标记。当刀具退出时，切削力和刀具的弯曲减小，在退出部分会有轻微的材料“过切削”。

  铣刀是多切削刃刀具，齿数（z）是可改变的，有一些因素能够在一定程度上帮助确定用于不同加工类型的齿距或齿数。材料、工件尺寸、总体稳定性、悬伸尺寸、表面上的质量要求和可用功率就是与加工有关的因素。与刀具有关的因素包括足够的每齿进给量、至少同时有两个齿在切削以及刀具的切屑容量，这些仅是其中的一小部分。

  是指有较多的齿和适当的容屑空间，可以以高金属去除率切削。通常用于铸铁和钢的中等负载铣削。密齿距是通用铣刀的首选，推荐用于混合生产。

  是指在铣刀圆周上有较少的齿和有大的容屑空间。疏齿距常常用于钢的粗加工到精加工，在钢加工中振动对加工结果影响很大。疏齿距是真正有效的问题解决方案，它是长悬伸铣削、低功率机床或其它必须减小切削力应用的首选。

  刀具的容屑空间非常小，能够正常的使用较高的工作台进给。这些刀具适合于间断的铸铁表面的切削、铸铁粗加工和钢的小余量切削，例如侧铣。它们也适合于一定要保持低切削速度的应用。铣刀还可以有均匀的或不等的齿距。后者是指刀具上齿的间隔不相等，这也是解决振动问题的有效方法。

  当存在振动问题时，推荐尽可能采用疏齿不等齿距铣刀。由于刀片少，振动加剧的可能性就小。小的刀具直径也可改善这样的一种情况。应使用能很好适应的槽形和牌号的组合——锋利的切削刃和韧性好的牌号组合。

  切削长度会受到铣刀位置的影响。刀具寿命常常与切削刃必须承担的切削长度有关。定位于工件中央的铣刀其切削长度短，如果使铣刀在任一方向偏离中心线，切削的弧就长。

  要记住，切削力是如何作用的，一定要达到一个折中。在刀具定位于工件的中央的情况下，当刀片切削刃进入或退出切削时，径向切削力的方向就随之改变。机床主轴的间隙也使振动加剧，导致刀片振动。

  通过使刀具偏离中央，就会得到恒定的和有利的切削力方向。悬伸越长，克服所有可能的振动也就越重要。

  当存在振动问题时，基本措施是减小切削力。这可利用正确的刀具、方法和切削参数达到。

  1. 选择疏齿距或不等齿距铣刀2. 使用正前角、小切削力刀片槽形3. 尽可能使用小铣刀，当使用减震接杆进行铣削时，这一点很重要。4. 使用小切削刃钝化半径（ER）的刀片从厚涂层到薄涂层。如需要可使用非涂层刀片。应使用基体为细晶颗粒的高韧性刀片牌号。5. 使用大的每齿进给

  降低转速，保持工作台进给量（等于较大的每齿进给量）。或保持转速并提升工作台进给量（较大的每齿进给量）。切勿减小每齿进给量！

  使用尽可能大的接柄尺寸，以获得最佳稳定性。使用锥度加长杆，以获得最大刚性。

  9. 使铣刀偏离工件中心10. 若使用偶数齿的刀具——可每隔一齿拆下一个刀片

  1.测量刀具/刀柄组件不平衡2.通过变更刀具、切削它以去除一些质量，或移动刀柄上的配重来降低不平衡3.经常必须重复这些步骤，包括再次检查刀具、再次精确调整，直到达到平衡

  其中之一是刀柄与主轴之间的配合问题。其原因是夹紧时常常有可测量的间隙，也可能是锥柄上有切屑或脏污。这会造成锥柄每次定位都不相同。即使刀具、刀柄和主轴在每个方面的状态都很好，但如果存在沾污，也会造成不平衡。为了平衡刀具，必须会增加切削过程中的成本，如果刀具平衡对减少相关成本很重要，就应并对每种的详细情况进行分析。

  但是，为了很好地平衡刀具，在选择正确的刀具时还有许多工作要做。以下几点是选择刀具时应给予考虑的：

  1.购买高质量的刀具与刀柄。应选择预先已消除了不平衡的刀柄2.最好使用短的和尽可能轻的刀具3.定期检验刀具和刀柄，检查是不是有疲劳螺纹和变形的征兆

  工艺能接受的刀具不平衡由工艺自身的情况来确定。这一些状况包括切削过程的切削力、机床的平衡状况及这两个因素彼此相互影响的程度。试验是找到最佳平衡的最好方法。用不同的不平衡值运行几次，例如从不平衡值为20克毫米或更低开始。每次运行后，再用更平衡的刀具重复试验。最佳平衡应该是这样的一个点：超过这个点后，进一步提升刀具平衡不会提高工件的表面上的质量；或是这样的一个点：在此点上工艺能易于保证规定的工件公差。

  关键是始终将重点放在工艺上，而不是将动平衡等级-G值或其它任意确定的平衡值作为目标。此目标应为达到效率尽可能高的工艺。这牵涉到权衡刀具平衡的成本和因此而获得的好处，因此应在成本与好处之间合理地进行平衡。

  高速加工时，离心力非常大，会导致主轴孔慢慢变大。这对一些V形法兰的刀柄会产生负面影响，因为V形法兰的刀柄仅在径向面上与主轴孔接触。主轴孔变大会使刀具在拉杆恒定的拉力作用下被拉入主轴。这甚至会引起刀具粘住或Z轴方向的尺寸精度降低。

  与主轴孔和端面同时接触的刀具，即径向和轴向同时配合的刀具更适用于高速下的切削。当主轴孔扩大时，端面接触可避免刀具在主轴孔内向上的移动。

  使用空心刀柄的刀具也容易受离心力的影响，但它们已设计成在高速下随主轴孔的增大而增大。刀具和主轴在径向和轴向都接触提供了良好的夹紧刚性，使刀具能够直接进行高速切削。

  有几种可用的不同刀具系统。先将刀柄加热使孔扩张，待它们冷却后刀具就被夹紧了，这就是过盈配合系统。对于高速切削来说，这是最好和最可靠的固定刀具方法。这首先是因为它的跳动量非常小；第二，这种连接能传递大扭矩；第三，它很容易构建定制刀具和刀具组件；最后，用这种方法组成的刀具组件有极高的总体刚性。

  传统的切削转角的方法是使用线）,在转角的过渡不连续。这就是说，当刀具到达角落时，由于线性轴的动力特性限制，刀具必须减速。在电机改变进给方向前，有一短暂的停顿，这会产生大量的热量和摩擦。很长的接触长度会导致切削力的不稳定，并常常使角落切削不足。典型的结果是振动——刀具越大和越长，或刀具总悬伸越大，振动越强。

  使用圆角半径比转角半径小的刀具。使用圆弧插补生成角落。这种加工方法在块的边界处不会产生停顿，这就是说，刀具的运动提供了光滑和连续的过渡，产生振动的可能性大大地降低了。

  另一种解决方案是通过圆弧插补产生比图纸上的规定稍大些的圆角半径。这是很有利的，这样，有时就可在粗加工中使用较大的刀具，以保持高生产率。

  不推荐这种方法：这要增加一种刀具，同时此刀具也要占据刀具室内空间。单从切削的观点看，刀具通过预钻削孔时因切削力而产生不利的振动。当使用预钻削孔时，常常会导致刀具损坏。使用预钻削孔，也会增加切屑的再切削。

  以保证全部轴向深度都能得以切削。使用这种方法的缺点是排屑问题和使用圆刀片会产生非常长的切屑。

  这是一种非常好的方法，因为它可产生光滑的切削作用，而只要求很小的开始空间。

  目前有许多观点：高切削速度切削、高主轴速度切削、高进给切削、高速和高进给切削、高生产率切削等。

  HSM不是简单意义上的高切削速度。它应当被认为是用特定方法和生产设备做加工的工艺。

  高速切削无需高转速主轴切削。许多高速切削应用是以中等转速主轴并采用大尺寸刀具进行的。

  如果在高切削速度和高进给条件下对淬硬钢进行精加工，切削参数可为常规的4到6倍。

  在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味着高生产率切削。

  高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产所带来的成本。它主要使用在于精加工工序，常常是用于加工淬硬钢。另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提升整体竞争力。

  使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺计划，通过工艺计划提高机床和车间的利用率。

  另一方面，在高速切削应用中，切削量是浅的，切削刃的吃刀时间特别短。这就是说，进给比热传播的时间快。

  这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合，是高效和安全加工的先决条件之一。

  高速切削和轴向铣削也是良好的组合，它对主轴轴承的冲击小，使用这种办法能够使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。

  小尺寸零件的高生产率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。

  无论是什么人，技能如何，都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些，费时的人工抛光工作可显着减少。常常可减少达60-100%

  一些加工，如淬火、电解加工和电火花加工（EDM），可以大幅度减少。用切削代替电火花加工（EDM），常规使用的寿命和质量也得到提高。

  由于起始过程有高的加速度和减速度以及停止，导轨、滚珠丝杠和主轴轴承产生相对快的磨损。这常常导致较高的维护成本。

  2. 需要专门的工艺知识、编程设备和快速传送数据的接口3. 可能特别难找到和挑选高级技术员工4. 常有相当长的调试和出故障时间5. 加工中无需紧急停止，导致人为错误和软件或硬件故障会产生许多难以处理的后果6. 必须有良好的加工计划——“向饥饿的机床提供食物”7. 必须有安全保护措施

  使用带安全外罩及防碎片盖的机床。避免刀具的大悬伸。不要使用“重”刀具和接杆。按时进行检查刀具、接杆和螺栓是否有疲劳裂纹。仅使用注明最高主轴速度的刀具。不要使用整体高速钢（HSS）刀具！

  1. 高精度磨削，径向跳动低于3微米2. 尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。3. 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小，切削刃和接触长度应尽可能短。4. 超尺寸、锥度刀柄，这在小直径时很重要。5. 细晶粒基体和为得到高耐磨性的TiAlN涂层。6. 用于风冷或冷却液的内冷却孔。7. 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。8. 对称刀具，最好是设计保证平衡。9. 使用可转位刀片的刀具：10. 设计保证的平衡。11. 在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。12.适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。13. 刀具体上有适当的间隙，以避免刀具弯曲（切削力）消失时产生摩擦。14. 送风或冷却液的冷却孔（立铣刀）。15. 刀具体上标明允许的最大转速。