模具制造中的数控铣削加工刀具技术

通过熟悉模具的工艺和步骤，根据模具的材料，搭配科学的刀具，对加工的凸凹模进行分析，选择合理的切削参数，制定合理的刀具策略进行切削控制。

一

前言

工业模具种类繁多，包括铸造模具、精密铸造模具、五金模具、塑料模具、轮胎模具、高低压铸造模具、热流道模具、粉末合金模具等。模具制造过程的核心是数控加工，而数控刀具是数控加工的重要组成部分。俗话说“三分技术，七分刀具”，可见数控加工刀具的重要性。

2

模具的材料特性

模具材料包括碳素工具钢、合金工具钢、合金结构钢、铸铁、不锈钢、高温合金、有色金属和淬火钢等。这些材料涉及机械加工的六组材料，模具材料又分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等。六种大型模具材料和适用刀具材料的切削特性见表1[1]。

三

模铣凸轮的加工策略和标准刀具

加工策略和刀具是相互对应的，科学的选择有助于保证效率、质量和成本。待加工的模具如图1所示。根据相关标准，制定模具加工步骤，选择相应的刀具。

模具的定位导柱、顶杆孔等功能孔需要用孔加工工具加工。孔加工工具及其图表见表3。根据2D、3D、仿形铣削和多轴加工的刀具策略，选择不同的刀具进行钻孔、螺旋钻孔、倒角钻孔、整圆铣削和螺纹铣削。

加工模具时，每一步的切削方式是选择刀具和切削路径的关键因素。加工模具时，刀具如图2所示，具体策略和图示见表4。图2中标记的数字对应于表4中的序列号。

四

工具的选择

4.1考虑因素

模具铣削刀具选择要考虑的因素有:①根据机床主轴接口(BT、HSK、NT、Capto等)选择刀柄形式。).②选择刀具结构(面铣刀、快速进给铣刀、方肩铣刀、整体合金铣刀、圆头刀、球头刀、倒角刀、钻孔刀等。)根据模具的铣削策略和工步的大小。③根据模具结构和尺寸，分析模具型腔、凸模转角和R角，确定最小切刀和最大切刀。用于第二次粗加工的第二刀具的直径是第一次粗加工刀具的1/2，用于第三次粗加工的第三刀具的直径是第二刀具的1/2。以此类推，清理模具型腔和凸模拐角处的材料，利用精加工策略进行高速精加工。刀具一般以④为准，一般结合垂直或水平R角选择垂直或水平拐角处的角度清洁工具。

4.2不同模具加工的刀具选择案例

(1)汽车冲床加工(见图3)汽车冲床的材料(见图3)为Cr12，其硬度为28 ~ 31 HRC。采用湿法加工，无需后热处理。加工该模具时的刀具选择见表5。

(2)汽车冲压加工的铸造模具(见图4)采用铸铝。工件尺寸为500mm×300mm×160mm，垂直圆角半径为4mm，水平圆角半径为3mm，毛坯余量为8mm。消失模铸造技术用于湿法加工。加工该模具时的工具选择见表6[2]。

(3)汽车冲压加工的型腔压板的凹模(见图5)材质为HT300，尺寸为500mm×400mm×150mm。由三轴立式加工中心湿式加工，调质处理后加工。加工该芯片时，工具选择见表7。

五

新一代模具工具

目前，世界各大刀具厂在刀具细分市场不断创新，每年都推出有竞争力的刀具，以提高质量，提高效率，降低成本。可更换刀具系列得到了各大刀具制造商的积极推广，其应用越来越广泛。刀杆可采用合金材料，阻尼刀杆和合金阻尼刀杆的悬挂可达12次，大大降低了加工时的振动，表面质量提高了几个数量级。最新工具在刀柄的材料和结构上进行了质量优化。粗加工和二次粗加工时，可以快速更换刀头。端铣刀头、圆头铣刀头、倒角铣刀头和铰刀头可以共用一个刀柄，大大降低了刀具投资，适合模具加工。

在模具加工中，刀杆悬臂应遵循最粗刀杆和最短刀杆的原则。当直径与突出量发生冲突时，可采用合金刀杆、可更换刀杆和阻尼刀杆，以降低加工时振动的频率和概率，从而保证加工效率、成本和表面质量。刀具按材质可分为钢刀、合金刀、普通阻尼刀、合金阻尼刀和其他阻尼刀(3D打印刀等。).直径3 ~ 4倍时选用钢刀杆，直径5 ~ 6倍时选用合金刀杆，直径7 ~ 8倍时选用阻尼刀杆，直径10 ~ 14倍时选用合金阻尼刀杆[3]。

对模具加工用刀柄进行了结构创新设计，部分创新刀柄如表8所示。

先进刀具的高效率是指提高切削三要素的能力，即提高切削速度、反馈ap和进给fz(或进给速度vf)。先进刀具的质量改进是指减少失效模式、优化减振效果和提高表面质量。根据六大材料组和具体切削条件(特别是航空铝合金的薄壁零件容易粘刀，钛合金和镍基合金容易磨损失效)，制作专用刀具。对于热处理后硬度在60HRC以上的模具材料的加工，一些创新工具如表9所示[4]。

六

结束语

学习模具的CAM软件和刀具的合理选择是模具工程师的必修课。通过全面了解模具工艺和步骤，根据要加工的模具材料，匹配科学合理的刀具；通过对加工的凹凸模具进行分析，制定合理的刀具轨迹、刀具策略和切削参数，选择合适的刀具类型进行加工，可以达到事半功倍的效果，达到提质增效降本的目的。