对高速侧铣淬硬模具钢影响因素的分析

 
1.简介
         制造模具淬硬钢的高速铣削正在使用,在过去十年的厂家. 其主要目标是尽量减少制造时间和成本,使表面质量会更好的同时其成本也比较低,其目的是减少涂装作业,如磨削, 电火花加工( EDM )或手动抛光。
    控制表面涂装加工意味着一个重要挑战,厂商 特别是当它的意图是纳入高速加工技术在制造业的淬硬模具钢 ,其硬度58至64 hrc . 一个优选的主要切削条件是重要的,以取得较高的精度和良好的表面质量,以及减少手工操作装配和制造成本。
    高速加工技术不应被认为只是一个过程, 必须适应高切削速度和宽高比料量. 高切削条件等,每种材料 ,每种类型的工具和每个工序, 为了获得高性能的加工具有佳表面涂装,平衡刀具寿命. 所以,举例来说,当生产大型冲压模具, 好能取得佳的表面涂装尽可能少的时间是可能的,但控制过程中,以便彻底整理操作是其中之一, 无中间工艺过程,为了改变这种工具,由于其磨损归根于加工毛坯的材料。
实验方法的设计就是一个生产模型,用于切割件的粗糙度取得过程. 因此,对于一个特定的过程,它可以参考已知的模式,并据此在初加工或行动期间,发现和解决一些问题,是一个重要的部分。
起初, 这项研究已被选定的基本方铣削作业的标本,因为这是一个很平常的运作,在制造模具. 对于将来的作品,其他类型的加工将予以研究。
用作这项研究的材料是模具钢Bohler K340, 这可能是一种有效的替代典型材料模具: 该钢为与Bohler k110 (标准W Nr.1.2379 ) ,具有相同的硬度, 韧性和性能较高,便于制造, 有更多的可靠性和性能,材料的新应用,如高强度钢材,例如 制造业构件汽车工业。
 
2 . 生产条件
为了获得可靠设计的实验,对它的变化控制是重要的, 因此,这一结果影响到了失控的因素. 在这项研究中,适当的刀架,刀具, 切削条件和加工工艺已选定以获得良好的表面涂装,侧铣刀 圆柱铣刀. 正确的设置过程是很重要的.
图 1(如左)显示80mm × 80mm × 29mm方形工件.进行8个不同的实验,在同一工件 两对每一侧面. 在每一个实验中,刀具加工长度达30毫米,切内外5mm半径. 所有中进行试验,在Y轴方向的定位. 在确定工件夹紧,自动校正短差的侧面, 一些专家强调,半精加工操作是一个非常关键的过程,至于后的整理运作 特别是当它是高速加工. 基于这个原因,然后进行侧铣作业 表面各个工件已经定位,以保证一个统一的基准和初步控制的表面质量不会 影响到后加工.先前所提到的,使用的材料是淬硬模具钢k340 (硬度61-62 hrc ) 其化学成分是: C和1.10% ; 硅0.90% ; 锰0.40% ; 铬8.30% ;矾0.50% 。
     刀具是一个涂层为硬质合金的铣刀.参照vcmdd0600从厂商mmc轧制工具. 主要特点是:直径切断, 6毫米; 长度减少13毫米; 直径6毫米; 总长度50毫米; 工具悬置, 15毫米; 螺旋角, 45◦; 径向滑动角, -13◦; 直径公差, -0.015 ~ -0.038毫米; 涂料为(铝,钛,硅)的氮化物 ; 硬度3200hv ; 氧化的温度:1160◦这项研究涉及与侧铣作业相关的制造商的刀具,介于这种运作情况,建议减少铣削加工方法. 一种新的工具用于每一个工件,以防止这一刀具磨损的影响,表面涂装, 自实施这项磨损粗糙度取得并不是研究这方面的工作. 部分已经生产的高速立式加工中心(图3 )参考dn40 - cth20 - 75科莱c20 - 6p从厂商的MST (图4 )这项研究,由于的刀具是很实用的, 机械性能胜于普通的MST刀具。工件表面粗糙度是衡量一个泰勒霍布森形式系列的轮廓. 评价长度4.8mm ( 6mm × 0.8毫米)的使用, 一个名义上是2米规格点,配合使用了0.8高斯停产滤波器和带宽比为 300:1,定义为Ra粗糙度参数. 一针式速度为0.5毫米/秒,配合使用一个静态0.8mn,而针式锥角用的是90◦. 确定性是制造 小于( 2% + 0.004米)时为9999 . 粗糙度参数,它被选定为技术响应变量,其确定按照ISO 4287:1999标准 为粗糙度的算术平均值来评价粗糙度轮廓( 9999 ) . 粗糙度为测量每次进行实验前后的平均点的加工区。
 
3 . 实验设计
    设计选定了分数阶乘24-1的三个核心点 它提供保护,防止弯曲,因此进行共11个实验.在此研究中使用该软件5.0版. 表1显示了设计因素及其相应选定变化层次.给定切削条件 ,都是从切削工具的制造和 从我们自己的实践经验. 高水平的切割速度一直受限于研究材料的硬度, 为了获得一个可接受的性能的工具. 有较高的切削速度,可能会更好,但刀具磨损将大大增加,这样穿会影响表面质量及模具尺寸, 由于相应的公差,从对某个刀具磨损会感到不满意. 图5 （如右）显示了测量和控制的工具的磨损.
    因为已知的实验设计( DOE )技术是一种强大的工具,使我们能够分析影响某些其他指定的变量,通常称为因变数. 这些反应变量的未知函数是原设计的变数,这也称为设计因素. 其中使用广泛的实验设计,是因为设计中包括尝试各种可能的组合的变数和水平. 不过,如果一些设计因素是主要的,因为在这种情况下, 而某些强制的互动是微不足道的,这样做是因为我们指望得到一个微不足道的影响,某些参数的反应变数. 假如阶模式是不适合的过程,这将扩大设计加上点.表2表明设计矩阵的分式因子设计,以及相应的实验.
表1因素和选定的低水平,
大轴向深度, 6 ~12mm
径向深度R    05~0.3rd ( mm )
进给量 f     0.02 ~0.06mm
切削速度vc   75~100   ( m / min )
 
4 .分析
     表3显示,每年估计的影响及其相互作用. 它也说明了标准差,每一格的影响,而这些措施,其抽样误差. 变异测试表的统计意义每个效果比较平均平方针对所涉 实验误差. 在这一实验中,有5效果P值小于0.05 , 这意味着他们有很有可能为95.00% .此外,有关的缺乏加工余量的测试让我们确定,选定模型,足以
形容的观测数据, 抑或应该使用更为复杂的模型， 试验是通过对比的变化对现
表2实验参数设计统计
行模式残值的变化观测相关设定的因素. 由于p值大于或等于0.05 。该模式似
乎有足够的观测数据,在95.00%置信水平. 另外, R2的统计资料显示,该模型适
于解释98.97%的变化Ra, 调整R2的统计是96.57%.
表3分析影响表面质量因素
从前面的分析, 显然,径向铣削深度效应已经很低,因此,可排除。另外, 两产品的轴向铣削深度和切削速度是微不足道的,因为它们的p-值等于0.25 它已被排除. 得到的结果，列于表4，这意味着径向切削深度可以选择高值. 尽管如此, 它的不便加工大的厚度,并可能导致缺乏尺寸精度的后果 对技术要求进行切削作业. 由于尺寸精度并不是分析的主要方向，Ra取其高值,. 在显示的情况表4中,有五个P值小于0.05 , 因此,也可以不同于95.00%水平. 另外, 缺少合适的测试结果表明, P值大于0.05 ,故在曲率拟议的模式没有证据, R2值的统计资料显示,该模型适于解释98.94%的变化RA和调整R2统计是97.88% . 同时,也可以看出,目前并无迹象显示调整的型号为9999 ,是表达了公式:
  Ra = −0.829318 + 0.0433333Ad + 56.875fz + 0.0014Vc
−2.20833Adfz − 0.12fzVc (1)
显示了规范化帕累托图表：Rd参数显示了主要作用,在粗糙度产生变化专案中, fz及VC 是起主导作用. 注意好是维持Ad和VC本身高水平, 与进给量低水平.实验显示了相互作用对9999粗糙度产生变化的：Ad、fz和Vc . 值得注意的是:非互动因素Ad、fz和Vc. 我们可以看到,在表4 中,小的P值对应的Ad、fz互动 因此,它是重要的. 这一事实可以看出,通过分析图形显示的结果.如直线表现在fz和Vc段更为平行. 图片10和11表明, 影响加工质量的AD和fz , 为小和VC大 , (图像尺寸, 6.324mm × 4.717毫米)实例的毛坯加工后得出相应的实验加工件数k340 - 2 ,这些切削条件:深度, 12毫米; rd ,0.3毫米; fz 0 .06毫米/ z (料量6 , 2865毫米/分钟, 0.360毫米/ rev ) ;Vc 1 50米/分钟. 据指出,在表面均匀. 距离垂直的线速度大约为一个进给每牙 ,并以平均峰间距( sm )表示粗糙度参数. 粗糙度参数值得到有:, 0.00067㎜和SM , 0.36312mm.
图片13  (图像尺寸, 1.048mm × 0.783mm)展示面扩大图象大小为6 , 在表面上显示的图片12 . 可以看出外观横向线路,但有可能造成的形状误差,推出的公差直径 ( -0.015 , -0.038毫米)左右. 图片14  (图像尺寸, 6.324mm × 4.717毫米)显示另一个例子表面涂装相应的两个实验k340 - 3 . 参数值粗糙度得到有:Ra , 0.0016mm和SM , 0.12399mm. 图片15 (图像尺寸1.048mm × 0.783毫米)显示了同样的工件放大图像尺寸为6 . 切削条件的结果如下:深度, 12毫米; rd , 0.05毫米; fz , 0.02毫米/ z ( f , 955毫米/分钟; f , 0.120毫米/ rev ) ; Vc, 150米/分钟( s , 7958 rpm )
 
5.结论
    这项研究工作提出了研究的算术平均粗糙度,取得在高速铣削方面的材料 Bohler k340 ,有可能替代传统的钢材用于制造模具, 由于它具有良好的韧性性能,并提供了更好的加工性能,而且亚美尼亚粗糙度时已考虑到, 因为它是世界上使用普遍的加工方法,在模具行业特点的表面涂装.据透露,有可能利用一阶段设计来预测的加工后的表面粗糙度.在研究层面的因素,影响大的参数Ra的进给每牙( fz ) ,轴向深度( Ad )和切削速度( Vc) .从主效果图中可以看出,轴向切深 和切削速度,降低粗糙度值都达到了. 同时,减少进给量,此因素影响大. 据指出,在测试值,比较两组表面粗糙度是微不足道的. 这就是为什么选择Rd高值,以减少加工成本. 但是,如果Rd上升,那么表面质量下降,因此接触面积增加. 这意味着加工难度增加,而且所需铣削次数也随之增多. 同样的结果,得到了切削速度Vc. 因此,在目前的研究显然参数进给量fz必须保持较小,并尽可能减少其他因素达到所需的表面质量. 但是,不便采用较高的要求. 在进一步的研究,我们会继续研究其他各类普通机械加工工艺为制造模具, 提供相应的适当的加工切削条件。
 
鸣谢
这项初步的研究是一个机械工程的一部分,由西班牙科技部与欧洲地区发展基金会提出”预测毛坯加工模具制造钢用在高速铣削”项目的科学考察和技术开发, 作者们感谢在巴塞罗那的CIM中心的协作, 同时感谢科勒机械加工贸易公司提出的宝贵意见和对该研究不懈的支持。

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