近年、欧米などの先進国では高速切削技術がますます広く使用されています。金型加工を例にとると、多数の高速切削工作機械が徐々に電気加工設備に取って代わり、金型キャビティの効率的な精密加工を行っています。現在、国内の金型製造加工は主に通常の機械加工と放電加工に基づいています。このプロセスは面倒で非効率的で、サイクルが長く、現在の市場でますます加速する製品更新の傾向の下ではますます無能に見えます。高速切削技術は、その高速性、高品質、直接的な能力により、金型製造サイクルの短縮とコスト削減に明るい応用展望を持っています。 プロセス硬化鋼.
高速切削技術は、1930年代にドイツのカール・サロモン博士が提唱した高速切削理論に遡ります。従来の切削と比較すると、高速切削は切削速度と加工効率が高く、加工後の表面品質が高く、硬度50～60HRCの硬化材料を直接加工して「研削ではなく切削」を実現できます。
従来の金型加工における EDM と比較して、高速切削は電極設計と加工のプロセスを節約し、加工精度が大幅に向上します。フィッターの研磨と研削作業が大幅に削減されるか、完全になくなり、加工効率が大幅に向上します。統計によると、平均的な複雑さの金型の場合、高速切削により加工サイクルが少なくとも 40% またはそれ以上短縮されます。特に複雑な形状 (深い溝や狭いスリットなど) の金型キャビティ表面でも、EDM は依然として必要であり、高速フライス加工により、より高品質の EDM グラファイト電極を得ることもできます。
高速切削における金型の表面粗さに関する研究
表面粗さは金型表面品質の非常に重要な指標です。高速切削が表面粗さに与える影響は、実験によって明らかにすることができます。実験条件：切削材は金型鋼 3Cr2Mo、工具材は SG4 セラミック、工具径は 100mm、主偏向角は 75°、軸方向すくい角と半径方向すくい角はともに 0°、刃は 1 枚。実験では、切削速度、送り速度、軸方向と半径方向の切削深さを変更して、表面粗さへの影響を観察します。
実験結果から、切削速度が増加すると、粗さが減少する傾向があることがわかります。速度が1000mm / minに達すると、表面粗さは最小値に達し、研削効果が十分に達成されます。高速切削の過程では、切削速度の増加により、工具とワークピースの接触時間と押し出し時間が短縮され、ワークピースの塑性変形が減少します。
切削速度が速いと構成刃先が形成されにくくなり、表面品質が向上します。一方、スピンドルの回転速度が速いと、切削中の工作機械の励振周波数も非常に高くなり、加工システムの固有周波数よりもはるかに大きくなるため、共振の可能性が低くなり、加工精度と表面品質が向上します。実験では、切削速度が1000mm/分を超えると、Raは再び上昇傾向を示しましたが、これは主に工具の研削によるものです。
切削速度に比べて、高速切削では送り速度、軸方向の切削深さ、および半径方向の切削深さが増加すると、表面粗さが増加する傾向があります。したがって、実際の高速切削の切削パラメータを選択するときは、より高い切削速度を選択し、より小さい送り速度と切削深さが表面粗さの改善につながることが実験から結論付けられます。
金型高速切削技術
金型加工技術を決定する際、切削方法は高速切削の要件を考慮する必要があります。ダウンミリングを使用するようにしてください。ダウンミリングでは、工具がワークピースに切り込むときに生成されるチップの厚さが最も大きく、その後徐々に減少します。リバースミリングでは、ちょうどその逆であるため、リバースミリングでは工具とワークピースの間の摩擦が大きく、ブレードに発生する熱はダウンミリングよりも大きくなります。ラジアル力も大幅に増加し、工具の寿命が短くなります。
金型を加工するときは、直接垂直下向き送り方式を避けてください。斜め送りまたはスパイラル送りの使用は、金型キャビティの高速加工のニーズに適しています。斜め送り方式は、軸方向の切削深さを徐々に増加させて、設定された軸方向の切削深さの値にします。フライス加工力が徐々に増加し、ツールとスピンドルへの影響が小さく、刃欠けの現象を大幅に軽減できます。スパイラル送りは、ワークピースの上部から始まり、ワークピースに螺旋状に下降します。連続加工方式を採用しているため、加工精度を確保するのが比較的簡単で、速度の急激な変化がないため、より高速で加工できます。
高速切削における工具経路設定は、工具経路設定に対してより高い要求を突き付けます。高速切削では切削速度と送り速度が非常に速いため、工具経路が不合理であれば、切削工程中に切削負荷が急激に変化し、加工に影響を及ぼし、加工品質を損ない、工具や設備を損傷する可能性が高くなります。この損傷は、通常の切削よりもはるかに深刻です。したがって、高速切削では、異なる加工対象物や形状に応じて対応する工具経路を選択する必要があり、盲目的に高速と高効率を追求すべきではありません。
金型キャビティの加工では、工具の移動軌跡は単純な直線ではなく、曲線の動きがほとんどです。このとき、高速移動によってもたらされる慣性効果に特に注意する必要があります。切削方向が変わるとき、その変化は突然ではなく、徐々に起こります。たとえば、金型キャビティの角を切削するときは、円弧遷移を使用してステアリングをスムーズにするようにしてください。同時に、送り速度を適切に下げることができれば、効果はより良くなります。このような設定により、システムへの影響を軽減し、オーバーカットによる工具やワークピースの損傷を回避できます。
従来のキャビティコーナーの加工方法では、直線切削が一般的です。コーナーに近づくと、移動速度が遅くなり、同時に送り反転が完了します。この間、ツールの動きは不連続であり、断続的なプロセスで多くの摩擦と熱が発生します。コーナーを円弧遷移に設定した後、CNC工作機械の円弧補間動作は連続プロセスであり、ツールの断続的な動きがないため、ツールとワークピースの接触長さと接触時間が短縮され、過熱による金型の表面品質の低下を回避できます。
高速切削では、工具の軌跡を安定させ、急激な速度変化を避ける必要があります。急激な加速や減速は切削厚さの瞬間的な変化を引き起こし、切削力の変化につながり、加工が不安定になり、ワークピースの加工品質が低下します。現代の多くのCAMソフトウェアは切削速度を最適化する機能を提供しているため、速度変化が加工に与える影響を減らすために、ニーズに応じて適切な切削速度と加速および減速戦略を選択する必要があります。
金型キャビティ加工における高速切削の使用は、金型製造の加工効率を大幅に向上させ、国内金型産業の発展に良い見通しをもたらします。高速切削の実際の応用では、従来の加工とは異なり、金型の具体的な要求と高速切削の特性に応じて合理的な切削パラメータを選択し、適切な加工技術と組み合わせて、高速切削の利点を十分に発揮する必要があります。
