In den letzten Jahren wurde die Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie in Industrieländern wie Europa und den Vereinigten Staaten immer häufiger eingesetzt. Am Beispiel der Formenbearbeitung ersetzen viele Hochgeschwindigkeitsschneidmaschinen nach und nach elektrische Bearbeitungsgeräte, um eine effiziente und präzise Bearbeitung von Formhohlräumen durchzuführen. Derzeit basiert die Herstellung und Bearbeitung von Formen im Inland hauptsächlich auf gewöhnlicher Bearbeitung und EDM. Der Prozess ist umständlich, ineffizient und hat einen langen Zyklus. Angesichts des Trends zu immer schnelleren Produktaktualisierungen auf dem aktuellen Markt scheint er zunehmend ungeeignet. Die Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie bietet aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit, hohen Qualität und der Fähigkeit, direkt zu arbeiten, eine vielversprechende Anwendungsperspektive bei der Verkürzung der Formenherstellungszyklen und der Kostensenkung. prozessgehärteter Stahl.
Die Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie geht auf die Hochgeschwindigkeitsschneidtheorie zurück, die in den 1930er Jahren von Dr. Carl Salomon aus Deutschland vorgeschlagen wurde. Im Vergleich zum herkömmlichen Schneiden weist das Hochgeschwindigkeitsschneiden eine höhere Schnittgeschwindigkeit und Verarbeitungseffizienz auf. Außerdem ist die Oberflächenqualität nach der Verarbeitung hoch und gehärtete Materialien mit einer Härte von 50–60 HRC können direkt verarbeitet werden, um „Schneiden statt Schleifen“ zu erreichen.
Im Vergleich zum EDM bei der herkömmlichen Formenbearbeitung spart das Hochgeschwindigkeitsschneiden den Prozess der Elektrodenkonstruktion und -bearbeitung ein und die Bearbeitungsgenauigkeit wird erheblich verbessert. Die Polier- und Schleifarbeiten der Monteure werden erheblich reduziert oder sogar eliminiert und die Bearbeitungseffizienz wird erheblich verbessert. Statistiken zeigen, dass bei Formen mittlerer Komplexität das Hochgeschwindigkeitsschneiden den Bearbeitungszyklus um mindestens 40% oder sogar mehr verkürzen kann. Selbst für einige Formhohlraumoberflächen mit besonders komplexen Formen (wie tiefe Rillen und schmale Schlitze) ist immer noch EDM erforderlich, und Hochgeschwindigkeitsfräsen kann auch dazu beitragen, EDM-Graphitelektroden höherer Qualität zu erhalten.
Untersuchung der Oberflächenrauheit von Matrizen beim Hochgeschwindigkeitsschneiden
Die Oberflächenrauheit ist ein sehr wichtiger Indikator für die Qualität der Formoberfläche. Die Wirkung des Hochgeschwindigkeitsschneidens auf die Oberflächenrauheit kann durch Experimente verdeutlicht werden. Versuchsbedingungen: Schneidmaterial ist Formstahl 3Cr2Mo, Werkzeugmaterial ist SG4-Keramik, Werkzeugdurchmesser ist 100 mm, Hauptablenkungswinkel ist 75°, axialer Spanwinkel und radialer Spanwinkel sind beide 0°, Einzelschneide. Im Experiment wird die Wirkung auf die Oberflächenrauheit durch Änderung der Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, axialen und radialen Schnitttiefe beobachtet.
Aus den Versuchsergebnissen ist ersichtlich, dass mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit die Rauheit tendenziell abnimmt. Wenn die Geschwindigkeit 1000 mm/min erreicht, erreicht die Oberflächenrauheit den Mindestwert und der Schleifeffekt ist vollständig erreicht. Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden verkürzt sich die Kontakt- und Extrusionszeit zwischen Werkzeug und Werkstück aufgrund der erhöhten Schnittgeschwindigkeit und die plastische Verformung des Werkstücks wird verringert.
Eine hohe Schnittgeschwindigkeit begünstigt außerdem nicht die Bildung von Aufbauschneiden, sodass eine bessere Oberflächenqualität erzielt werden kann. Andererseits führt die hohe Drehzahl der Spindel auch dazu, dass die Anregungsfrequenz der Werkzeugmaschine während des Schneidens sehr hoch ist, was viel größer ist als die Eigenfrequenz des Prozesssystems, wodurch die Möglichkeit einer Resonanz verringert wird, was einer Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität förderlich ist. Im Experiment zeigt Ra bei einer Schnittgeschwindigkeit von über 1000 mm/min wieder einen Aufwärtstrend, was hauptsächlich durch das Schleifen des Werkzeugs verursacht wird.
Im Verhältnis zur Schnittgeschwindigkeit führt eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit, der axialen Schnitttiefe und der radialen Schnitttiefe beim Hochgeschwindigkeitsschneiden tendenziell zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit. Aus dem Experiment kann daher geschlossen werden, dass bei der Auswahl der Schnittparameter für das tatsächliche Hochgeschwindigkeitsschneiden eine höhere Schnittgeschwindigkeit gewählt werden sollte und eine geringere Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe eher zur Verbesserung der Oberflächenrauheit beitragen.
Hochgeschwindigkeits-Schneidtechnologie für Formen
Bei der Bestimmung der Formverarbeitungstechnologie sollte die Schneidmethode die Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsschneidens berücksichtigen. Versuchen Sie, Gleichlauffräsen zu verwenden. Beim Gleichlauffräsen ist die Spandicke, die entsteht, wenn das Werkzeug gerade in das Werkstück schneidet, am größten und nimmt dann allmählich ab. Beim Rückwärtsfräsen ist es genau umgekehrt, sodass die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück beim Rückwärtsfräsen größer ist und die an der Klinge erzeugte Wärme höher ist als beim Gleichlauffräsen. Die Radialkraft wird ebenfalls stark erhöht, was die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt.
Vermeiden Sie beim Bearbeiten der Form die direkte vertikale Zufuhr nach unten. Die Verwendung von Schräg- oder Spiralzuführung ist für die Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung der Formhöhle besser geeignet. Bei der Schrägzuführung wird die axiale Schnitttiefe schrittweise auf den eingestellten Wert für die axiale Schnitttiefe erhöht. Die Fräskraft wird schrittweise erhöht und die Auswirkungen auf das Werkzeug und die Spindel sind gering, was das Phänomen des Absplitterns der Klinge erheblich reduzieren kann. Die Spiralzuführung beginnt an der Oberseite des Werkstücks und verläuft spiralförmig nach unten in das Werkstück. Aufgrund der angewandten kontinuierlichen Verarbeitungsmethode ist es relativ einfach, die Verarbeitungsgenauigkeit sicherzustellen, und es gibt keine plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen, sodass mit einer höheren Geschwindigkeit verarbeitet werden kann.
Die Werkzeugwegeinstellung beim Hochgeschwindigkeitsschneiden stellt höhere Anforderungen an die Werkzeugwegeinstellung. Da beim Hochgeschwindigkeitsschneiden die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit sehr hoch sind, kann es bei einer unangemessenen Werkzeugbahn sehr leicht zu einer plötzlichen Änderung der Schnittlast während des Schneidvorgangs kommen, was sich auf die Verarbeitung auswirkt, die Verarbeitungsqualität beeinträchtigt und das Werkzeug und sogar die Ausrüstung beschädigt. Dieser Schaden ist viel schwerwiegender als beim normalen Schneiden. Daher sollte beim Hochgeschwindigkeitsschneiden der entsprechende Werkzeugweg entsprechend den unterschiedlichen Verarbeitungsobjekten und -formen ausgewählt werden, und hohe Geschwindigkeit und hohe Effizienz sollten nicht blind verfolgt werden.
Bei der Bearbeitung von Formhohlräumen sind die meisten Werkzeugbewegungsbahnen keine einfachen geraden Linien, sondern gekrümmte Bewegungen. Dabei sollte dem Trägheitseffekt, der durch Hochgeschwindigkeitsbewegungen entsteht, besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wenn sich die Schnittrichtung ändert, erfolgt die Änderung eher allmählich als plötzlich. Versuchen Sie beispielsweise beim Schneiden der Ecken des Formhohlraums, einen Bogenübergang zu verwenden, um die Lenkung sanft zu gestalten. Gleichzeitig ist der Effekt besser, wenn Sie die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend reduzieren können. Eine solche Einstellung kann die Auswirkungen auf das System verringern und Schäden am Werkzeug oder Werkstück durch Überschneiden vermeiden.
Bei der herkömmlichen Bearbeitungsmethode für Hohlraumecken wird im Allgemeinen geradliniges Schneiden verwendet. Beim Annähern an die Ecke verlangsamt sich die Bewegungsgeschwindigkeit und gleichzeitig wird die Vorschubumkehr abgeschlossen. Während dieser Zeit ist die Werkzeugbewegung diskontinuierlich und im intermittierenden Prozess wird viel Reibung und Wärme erzeugt. Nach dem Einstellen des Übergangs von der Ecke zum Bogen ist die Bogeninterpolationsbewegung der CNC-Werkzeugmaschine ein kontinuierlicher Prozess und es erfolgt keine intermittierende Bewegung des Werkzeugs, wodurch die Kontaktlänge und -zeit zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verringert und die Oberflächenqualität der Form aufgrund von Überhitzung vermieden wird.
Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden muss die Werkzeugbahn stabil gehalten und plötzliche Geschwindigkeitsänderungen vermieden werden. Denn plötzliches Beschleunigen oder Abbremsen führt zu sofortigen Änderungen der Schnittdicke, was wiederum zu Änderungen der Schnittkraft führt, die Bearbeitung instabil macht und dadurch die Qualität der Werkstückbearbeitung verringert. Viele moderne CAM-Softwares bieten die Funktion zur Optimierung der Schnittgeschwindigkeit, daher ist es notwendig, je nach Bedarf geeignete Strategien für Schnittgeschwindigkeit sowie Beschleunigung und Abbremsung auszuwählen, um die Auswirkungen von Geschwindigkeitsänderungen auf die Bearbeitung zu verringern.
Der Einsatz von Hochgeschwindigkeitsschneiden bei der Bearbeitung von Formhohlräumen kann die Verarbeitungseffizienz der Formenherstellung erheblich verbessern und bietet gute Wachstumsaussichten für die heimische Formenindustrie. Bei der tatsächlichen Anwendung des Hochgeschwindigkeitsschneidens ist es im Gegensatz zur herkömmlichen Verarbeitung erforderlich, angemessene Schneidparameter entsprechend den spezifischen Anforderungen der Form und den Eigenschaften des Hochgeschwindigkeitsschneidens auszuwählen und mit der entsprechenden Verarbeitungstechnologie zu kombinieren, um die Vorteile des Hochgeschwindigkeitsschneidens voll auszuschöpfen.
