盒形件沖壓工藝分析及復(fù)合模設(shè)計(jì)-沖壓模具【含11張圖紙】

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Gunasekera -俄亥俄大學(xué)教授,教授綠色大蘋果英國巴斯大學(xué)、布埃諾教授Fundacion Tekniker弗勞恩霍夫IWU Neugebauer和朗博士,教授開。也由于我們同事和感謝ERCINSM以及Klocke教授的同事IFW WZL,Tonshoff教授,他幫助我們收集數(shù)據(jù)的引用和準(zhǔn)備。此外,我們感謝我們收到的許多參與者的2001機(jī)械模具會(huì)議1背景工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要生產(chǎn)離散sub-assembled和組裝，組裝為子產(chǎn)品準(zhǔn)備好客戶。幾乎所有制造的的大批量生產(chǎn)的模具和離散零件要求所使用的模具生產(chǎn)過程如鍛造，沖壓，鑄造，注塑成型。因此,設(shè)計(jì)和制造模具和模具代表整個(gè)生產(chǎn)鏈的一個(gè)非常重要的方面。這可以如下觀測所示:類似于機(jī)床,模具和模具可能相比于整體，整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的價(jià)值代表一個(gè)小投資。然而,他們是至關(guān)重要的。如機(jī)床，在確定鉛倍，質(zhì)量和離散零件成本。制造和嘗試新的模具的關(guān)鍵是在確定的可行性和整個(gè)生產(chǎn)程序的時(shí)間。例如,在制造汽車通過inmold內(nèi)部組件紋理復(fù)雜的模具,使用costup到050萬美元,可能需要6到9個(gè)月的試演和健壯的使用生產(chǎn)過程開發(fā)設(shè)備。考慮到OEM的要求樣品部分,在生產(chǎn)設(shè)備(不生產(chǎn)原型),6 - 9個(gè)月之前開始生產(chǎn)(SOP)的一個(gè)新的汽車模型,模具的重要性使變得明顯。該模具的質(zhì)量直接影響到生產(chǎn)的零部件質(zhì)量。杰出的例子是用于注塑透鏡的模具或模具，用于汽車傳動(dòng)部件精密鍛造。1.1技術(shù)的意義上面列出的觀察說明,模具和模具制造的一個(gè)關(guān)鍵位置組件在幾乎所有的產(chǎn)業(yè),但特別是在運(yùn)輸、消費(fèi)電子產(chǎn)品和消費(fèi)品行業(yè)。模具制造影響整個(gè)生產(chǎn)周期的有效性,在整個(gè)生產(chǎn)鏈中必須考慮這種技術(shù)這是一個(gè)非常重要環(huán)節(jié)。模和模具制造涵蓋了范圍廣泛的活動(dòng),包括:a)制造新模具和夾具。b)制造模具的維護(hù)和修改。c)技術(shù)援助和為客戶制造原型,圖11。過程開發(fā)和模具試驗(yàn)以及模具維護(hù)尤為重要,因?yàn)樗鼈冋加冒嘿F的生產(chǎn)設(shè)備和影響交貨期。這些活動(dòng)必須有非常嚴(yán)格的計(jì)劃和完成期限。這種需求使調(diào)度在制模車間是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。汽車行業(yè)不斷試圖減少對新車型的開發(fā)時(shí)間給模具制造商帶來巨大的壓力,這樣就需要新的生產(chǎn)系統(tǒng)2。1.2各類模具利用模具和模具的四個(gè)主要過程a）需要不同的技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。b)使用不同的術(shù)語,圖23。例如,壓鑄模具有更多的深度和薄的肋腔,無法輕易比注塑模具加工。結(jié)果5倍電火花機(jī)用于壓鑄行業(yè)比注塑行業(yè)。另一個(gè)例子是，近50%，為電火花線切割機(jī)的使用在沖裁模只有5%的這些機(jī)器用于制造擠壓模具。如圖2所示,大型拉深和沖壓模具是由加工鑄鐵或鋼結(jié)構(gòu),而鍛造模具,壓鑄和塑料成型是由工具鋼塊,涉及相當(dāng)大的粗加工操作。注塑模具和壓鑄模具允許相當(dāng)復(fù)雜零件的生產(chǎn)與削弱空洞的幾何圖形。因此,這些工具通常有多個(gè)運(yùn)動(dòng)幻燈片和沖頭及冷卻通道,使生產(chǎn)過程復(fù)雜化。模具是由功能（腔，插芯，沖頭）和支持組件(導(dǎo)銷，支架，模板）。常常支持組件和許多洞只需要二維或2% D加工,但可能需要50 - 60%的總生產(chǎn)時(shí)間。這一事實(shí)常被忽視,但必須考慮有效加工操作的計(jì)劃。而金屬切削和電火花的主要方法是用于模具和模具制造、擠壓、微機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕方法也用于制造模具為各種應(yīng)用程序。產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)工藝布局模具開發(fā)模具制造產(chǎn)品調(diào)試，使用和回收3D-CAD過程模擬過程模擬激光切削有限元模擬快速模具CAD/CAM系統(tǒng)端組件虛擬樣機(jī)技術(shù)逆向工程加工策略質(zhì)量控制快速原型反向同步強(qiáng)大的模具開發(fā)模具逆向工程基于特征的加工鏈的輪廓同步工程圖1:模具和模具加工產(chǎn)品的位置生命周期1。1.3模具制造的經(jīng)濟(jì)學(xué)根據(jù)最近的一項(xiàng)調(diào)查4,在所有工業(yè)化國家的模具制造中面臨著類似的重大問題,即:1 由于價(jià)格和利潤率的下降,以至于需要強(qiáng)大力度的控制和降低成本。2 要求比以前（少約50%）的時(shí)間建立模具。3 需要擴(kuò)展的客戶服務(wù)包括(數(shù)據(jù)處理、建議原型零件,在過程開發(fā)援助)。4 缺乏熟練工人成本,導(dǎo)致需要向員工提供新技術(shù)的培訓(xùn)。5 全球化導(dǎo)致增加外國競爭,尤其是來自發(fā)展中國家技能水平增加,工資相對較低的情況。優(yōu)先級(jí)根據(jù)國家不同調(diào)查;例如在北美和德國模具制造商主要關(guān)心外國的競爭,日本企業(yè)集中精力開發(fā)新市場。在所有國家,然而,接受“新技術(shù)”被公認(rèn)為是一個(gè)必要的組件,可能導(dǎo)致創(chuàng)新和集成,驗(yàn)收至關(guān)重要。5。據(jù)悉,不僅包括新技術(shù)制造技術(shù)(高速銑削,硬加工、自動(dòng)化、流程建模等等)而且預(yù)處理和制造后,如成本估算與控制、文檔、培訓(xùn)和運(yùn)營管理。因此,兩個(gè)基本組件實(shí)現(xiàn)模具行業(yè)的競爭地位:a）能力的人員。b)利用161年優(yōu)化和創(chuàng)新的生產(chǎn)技術(shù)。邊界條件消隱工具材料X155CrVMo12-1 高幾何比率HS6-5-3(PM小的幾何形狀和厚度薄的特點(diǎn)HM K40 質(zhì)量要求高硬度 57-63HRC通過線切割或坐標(biāo)成型磨削生產(chǎn)注塑模具和壓鑄磨具材料 高深度/小半徑40CrMnMo7 非常高的質(zhì)量要求X38CrMoV5-1 使用細(xì)而長銑刀伸強(qiáng)度R=1000-1500N/MM2 主軸轉(zhuǎn)速和控制器的性能有很高要求硬度48-58HRC 銑削和電火花加工拉深模材料扁平的幾何形狀/大半徑GG25CrMo未知匹配許可GGG-70上主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)料速率和控制器的性能高要求鋅基壓鑄合金硬度 220-270 B30 通過銑削可能悉數(shù)加工圖2:在模具和模具工件特征3。對于一個(gè)成功的制模操作，成功的模具制造商的建議，它是必要的：1、建立量化成本估算的方法。在這個(gè)行業(yè)成本估算通?；凇斑^去的經(jīng)驗(yàn)”和“感覺”的模具制造商,與“相似的”模具。由于估計(jì)的準(zhǔn)確性,可能決定利潤或損失,可能在20%以下7。2、確定模具制造的整個(gè)過程鏈,從調(diào)查到交貨給客戶。3、識(shí)別所有成本參數(shù)和量化成本因素,最終通過回顧歷史(數(shù)據(jù)收集對工作時(shí)間、合同、成本會(huì)計(jì))。4、建立一個(gè)合同的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目合同不只是提供額外費(fèi)用8。為了保持期限,關(guān)注合同的初始化,而不是模具的裝配,涉及到相當(dāng)多的人力和很難改變一個(gè)時(shí)間表5、向客戶提供服務(wù)主要在年初數(shù)據(jù)管理和生產(chǎn)過程中,也在過程開發(fā)復(fù)雜的模具,可能需要相當(dāng)多的試驗(yàn)時(shí)間。成功的模具制造商質(zhì)量是給定的。工作的時(shí)間進(jìn)度,或存儲(chǔ)時(shí)間,可以較低的批量生產(chǎn)的一個(gè)重要因素,如模具。在這個(gè)應(yīng)用程序中據(jù)估計(jì),70%的“總生產(chǎn)時(shí)間”由存儲(chǔ)時(shí)不添加到產(chǎn)品價(jià)值。這種情況只能通過提高加工能力,提高機(jī)器利用率,奧蘭德提高部分的效率處理操作9。減少工作的時(shí)間,許多商店已經(jīng)分離無干涉刀位軌跡生成高技術(shù)死于工程和模具的設(shè)計(jì)。而后者是工程部門完成的,刀位軌跡生成完成車間的機(jī)器上的操作員。2模具和流程設(shè)計(jì)在使用模具或模具制造離散部分,這部分設(shè)計(jì)必須符合這一過程以保證生產(chǎn)高質(zhì)量的零件在低成本和短交貨期。因此,同時(shí)部分和過程的設(shè)計(jì),這通常是在實(shí)踐中并非如此。這個(gè)目標(biāo)只能通過設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品之間良好的溝通工具,可以在不同的公司(OEM和供應(yīng)商)位置。原始設(shè)備制造商 一級(jí)供應(yīng)商 下級(jí)供應(yīng)商圖3:CAD系統(tǒng)擴(kuò)散鏈(10)。使用不同的CAD系統(tǒng)和供應(yīng)商溝通在供應(yīng)鏈進(jìn)一步復(fù)雜化。圖3中,來自(10),顯示了CAD系統(tǒng)的擴(kuò)散在前三層的北美汽車工業(yè)。因?yàn)槟＞吆湍＞咧圃炱髽I(yè)往往是三或四線供應(yīng)商,可靠地將CAD數(shù)據(jù)的“互操作性問題”之間的公司在這個(gè)行業(yè)尤為突出。眾所周知，設(shè)計(jì)實(shí)際上只占一小部分，5到15%的一部分，總的生產(chǎn)成本。然而，在設(shè)計(jì)階段作出的決定已在制造和生命周期成本的一個(gè)產(chǎn)品的深遠(yuǎn)影響。除了滿足功能要求，該部分的設(shè)計(jì)必須考慮：a）選定的制造工藝及其局限性，b）設(shè)備和模具的要求，c）過程的能力，如尺寸，幾何形狀，公差，和生產(chǎn)速率，和d）處理?xiàng)l件下的物料特性。通常的設(shè)計(jì)需要一個(gè)新的現(xiàn)有的流程工具、改性發(fā)展。在這種情況下模具發(fā)展和嘗試可以長或更長的時(shí)間，為模具制造所需的時(shí)間。組裝準(zhǔn)備幾何部分,通常以電子形式,必須用于開發(fā)模具或模具幾何圖形以及選擇工藝參數(shù)。圖4所示,使用鍛造為例,信息的流動(dòng)和活動(dòng)在計(jì)算機(jī)輔助模具和工藝設(shè)計(jì)11。過程,如沖壓、熱、冷鍛可能需要幾個(gè)操作從最初簡單的鋼坯或空白表,直到完成一部分。因此,可能需要幾個(gè)模具。在流程,傳入的材料是無形的,如粉末壓實(shí)、注塑、壓鑄、一套模具或模具設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一種體驗(yàn)式的活動(dòng)。然而,很明顯增強(qiáng)利用流程建模技術(shù):1、 估計(jì)材料流動(dòng)和模具應(yīng)力。2、 建立最佳工藝參數(shù)（機(jī)和擠壓速度，模具和材料溫度，保持壓力，時(shí)間等）。3、 模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，有必要執(zhí)行過程（鍛造，草圖在沖壓，壓料面和拉延筋在注射成型中的澆口和分流道和壓鑄）。4、 確定產(chǎn)品和模具尺寸的預(yù)測和消除缺陷，而一個(gè)強(qiáng)大的過程中獲得調(diào)整工藝參數(shù)。過程建模中的應(yīng)用，采用三維有限元法為基礎(chǔ)的軟件，現(xiàn)在被認(rèn)為是常規(guī)的（i）永久模具和壓鑄，（ii）注射，注氣，壓縮和吹塑，和（iii）金屬板材成形。在鍛造，而二維模擬被廣泛的應(yīng)用，三維應(yīng)用程序被引入先進(jìn)技術(shù)公司。研究正在進(jìn)行“反向模擬法”設(shè)計(jì)的鍛坯 12 。有限元仿真結(jié)果的例子是在鍛造和沖壓圖6 11 5圖見。在金屬切削有限元模擬中的應(yīng)用已受到許多公司介紹，但它仍然是在RBD的階段。最有可能的是，這個(gè)應(yīng)用程序?qū)⒈粡V泛接受，在接下來的兩到四年，還擴(kuò)展到了金屬切削操作完整的三維模擬。之前，他們可以應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中，仿真過程中必須進(jìn)一步發(fā)展。a)復(fù)合聚合物成型（模內(nèi)層壓，玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的壓縮成型）。b）的夾心板的金屬材料。復(fù)合材料的變形規(guī)律的公式表征代表相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)和仍在發(fā)展階段。3原型和快速模具3.1添加劑制造和快速成型模具和模具生產(chǎn)添加劑的制備方法通常被稱為“快速原型（RP）類”或“實(shí)體自由成形制造”（SFF）過程有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展在過去的十年。雖然他們最初銷售作為輔助設(shè)計(jì)的可視化和成型技術(shù)，近年來這些技術(shù)的最有前途的應(yīng)用已經(jīng)在凈形模具快速制造領(lǐng)域過程。一個(gè)優(yōu)秀的評論是在第四十八次大會(huì) 13 CLRP主題的論文。圖4：產(chǎn)品流程圖，模具和工藝設(shè)計(jì)（例如：鍛造） 11 圖5：汽車曲軸鍛造三維有限元軟件模擬 11 。所有的當(dāng)前使用的過程遵循相同的基本序列步驟構(gòu)建一個(gè)組件。這一過程始于CAD實(shí)體模型的一個(gè)部分或工具插入,這通常是轉(zhuǎn)移到RP機(jī)器STL格式。這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)減少了實(shí)體模型定義一組三角形面表面的部分。這個(gè)STL文件然后“切片”電機(jī)控制器軟件,最初是一個(gè)三維對象轉(zhuǎn)化為二維層的有序集合。然后是重建的,一次一層14圖6:在沖壓有限元仿真的例子。通過優(yōu)化壓邊力(BHF)控制,有可能形成一個(gè)無皺紋的一部分11。RP工藝不同形式構(gòu)建材料使用的特定方法,以及構(gòu)建材料本身。到目前為止,最常見的建設(shè)材料是液體(有限元),一個(gè)擠壓固體(熔融燒結(jié))。用于形狀的原材料的技術(shù)通常使用laser-activated化學(xué)變化(有限元),激光燒結(jié)(鏡頭,SLS),擠壓(FDM),或一個(gè)粘合劑粘結(jié)劑(3 d打印)。RP工藝不同，使用特定的方法形成的建筑材料，以及在構(gòu)建材料本身。到目前為止，最常見的建筑材料是液體（SL），擠出的固體（熔融燒結(jié)）。該技術(shù)用于形狀的原材料通常使用激光激活化學(xué)變化（SL），激光燒結(jié)（鏡頭，SLS），擠壓成型（FDM），或粘合劑（3D印刷）。3.2設(shè)計(jì)和可視化工具:新發(fā)展在RP市場的主要推力是低成本的3D打印機(jī)”的發(fā)展，這是專為辦公使用，并專為可視化輔助部分設(shè)計(jì)師。所有這些過程的目的是為低成本成型方法生產(chǎn)相對脆弱的部分，允許一部分設(shè)計(jì)師產(chǎn)生一個(gè)快速設(shè)計(jì)迭代步數(shù)，并以較低的成本。這些過程不是目前能夠生產(chǎn)零件能夠承受重大壓力。3.3快速生產(chǎn)模具快速模具和模具使用添加劑的生產(chǎn)流程可以減少時(shí)間和成本將新產(chǎn)品引入市場的大幅減少設(shè)計(jì)迭代和成型周期。添加劑過程也有其他優(yōu)勢,比如建立保形冷卻線在模具型腔的能力,和一些系統(tǒng)的定制材料屬性的一部分,因?yàn)樗墙?。“快速工具”的概念包括三個(gè)不同階段:原型工具,“橋”的工具,工具有限公司生產(chǎn)運(yùn)行。原型工具正是其名稱所暗示的:死亡或模具設(shè)計(jì)來測試一個(gè)新的組件設(shè)計(jì),新材料,或者一個(gè)新進(jìn)程。在這種情況下,工具本身并不打算生產(chǎn)超過幾百個(gè)零件、刀具壽命,循環(huán)時(shí)間,一部分彈射通常不是設(shè)計(jì)問題。慢得多周期和手動(dòng)彈射通常用來簡化工具設(shè)計(jì)和節(jié)省寶貴的時(shí)間和生產(chǎn)原型工具。因?yàn)樵凸ぞ叩某杀究梢圆⑷肟偧庸こ杀竞蛿備N在整個(gè)產(chǎn)品生命的最終產(chǎn)品,成本不是一個(gè)主要關(guān)心的。另一方面,產(chǎn)品開發(fā)約束要求的時(shí)間生產(chǎn)工具必須很短,通常只有數(shù)天或數(shù)周。“橋工具”是應(yīng)用于模具和模具設(shè)計(jì)成持續(xù)或許成千上萬的產(chǎn)品周期。這些工具允許一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)入市場初期,雖然仍在制造生產(chǎn)工具。雖然這些工具不需要生產(chǎn)工具的耐用性,并且可能不是優(yōu)化的工藝參數(shù),它們必須能夠承受數(shù)千周期,同時(shí)生產(chǎn)級(jí)公差。同樣,這些工具的成本可以并入整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行的總加工成本。最后，最苛刻的應(yīng)用工具的短期生產(chǎn)運(yùn)行。與精益生產(chǎn)和大規(guī)模定制的到來，需要制作工具，可以在小批量生產(chǎn)的質(zhì)量部分，這樣做的成本效益，已經(jīng)成為許多行業(yè)的一個(gè)重大問題。通常它是不清楚是否是更好的建立一個(gè)單一的模具或模具生產(chǎn)數(shù)量有限的部分，在過去的幾年里傳播，還是建立更便宜，不耐久的工具，拋棄它在每個(gè)生產(chǎn)周期的結(jié)束，并建立一個(gè)新的工具，當(dāng)另一個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃。這第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，“模具數(shù)據(jù)”：作為CAD模型轉(zhuǎn)向功能的工具變得越來越復(fù)雜和耗時(shí)少的方法，有一點(diǎn)是要從一個(gè)非常昂貴的工具獲得生產(chǎn)數(shù)量有限的部分。更好更便宜的工具和丟棄另建，每一次新的生產(chǎn)運(yùn)行是必要的。為本的理念成為更廣泛的接受，工業(yè)部件建造小很多，如軍事和航空航天，可能更傾向于采用凈成形過程。Rosochowski和Matuszak15提出了快速模具的分類過程,如圖7所示,基于實(shí)際使用的工具,而不是使用特定的流程。他們快速加工過程劃分為三個(gè)主要群體:那些用于鑄造生產(chǎn)模式,這些用于生產(chǎn)模式對軟、硬工具(“間接”工具),和那些生產(chǎn)生產(chǎn)工具直接由RP方法(“直接”工具)。很好地概述當(dāng)前的工業(yè)用途數(shù)中給出了這些技術(shù)16。鑄件圖樣雖然為鑄造生產(chǎn)模式不是一般被視為“快速工具”,事實(shí)上,幾個(gè)RP工藝應(yīng)用于模式砂鑄造、熔模鑄造、包括FDM(熔融沉積造型),SLS(選擇性激光燒結(jié))和LOM(分層物體制造)。模式通常是蠟,但復(fù)雜的模式從聚碳酸酯的SLS燒結(jié)過程也被使用15最近,一種新的方法開發(fā)生產(chǎn)大型(1.5 * 0.75 m3)砂快速模具和核心。這種技術(shù)使用一個(gè)噴墨技術(shù)噴砂粘合劑層,其次是反應(yīng)物,放下選擇性,導(dǎo)致一個(gè)精確,強(qiáng)壯,砂型或核心。這個(gè)過程比選擇性激光燒結(jié),據(jù)說快十倍,還可以創(chuàng)建對熔模鑄造蠟?zāi)Ｐ?7。RP方法也被用來形成模具生產(chǎn)泡沫模式低泡沫鑄造過程。相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)在汽車行業(yè)生產(chǎn)模具用于聚苯乙烯泡沫模式利用LOM、RTV硅膠,高溫鋁填充環(huán)氧樹脂。LOM和RTV硅相結(jié)合產(chǎn)生了一個(gè)模型，給出了一個(gè)復(fù)雜的部分 18 優(yōu)良的表面細(xì)節(jié)。間接方法在注射成型中的RP工藝是最常用的生產(chǎn)的模具插入模式，與流道幾何連接。該模具插入填充硅，這就允許固化。硅正然后用于鑄造環(huán)氧工具，它通?？梢猿惺軒装僮⑸涑尚椭芷?。由于環(huán)氧模具的部分，他們可以提供數(shù)量有限，有找到其他技術(shù)來鑄造的工具來自RP方法大師在行業(yè)很感興趣。一種方法是由一個(gè)汽車制造商發(fā)展到陶瓷模具噴熔工具鋼，這是從RP模型制作。到目前為止這個(gè)方法是用來產(chǎn)生比較?。?00毫米600mm）的工具集。然而，工作正在取得進(jìn)展，擴(kuò)大汽車車身板 17 生產(chǎn)鈑金工藝模具。另一個(gè)相關(guān)的方法被稱為快速凝固。它包括噴涂熔融金屬，在這種情況下H13工具鋼，對陶瓷大師。那所得到的工具鋼殼顯示出優(yōu)良的強(qiáng)度，硬度的方法，要求開發(fā)商，和表面光潔度。第一個(gè)工具產(chǎn)生的這個(gè)過程是由于去2001 19 在七月在線。其他幾個(gè)技術(shù)使用SC稱為“間接”方法在金屬制品的工具集。這些方法幾乎都被應(yīng)用于注塑模具，由于相對良性的生產(chǎn)環(huán)境。安斯利和龔在滑鑄造不銹鋼模具采用RP大師的模具 20 的方法報(bào)告。韋弗等人。報(bào)告在法生產(chǎn)工具的模型集。有機(jī)硅樹脂作為中間材料，與金屬粉末和聚合物泥漿再鑄全硅。固化后，該工具是脫脂和燒結(jié)，產(chǎn)生一個(gè)工具集的性質(zhì)接近硬化工具鋼 21 。一個(gè)類似的過程中已經(jīng)使用了好幾年。它使用一個(gè)專有的三種金屬混合材料，使硅酮大師。這種技術(shù)細(xì)節(jié)可在 22 。直接的方法這些過程都使用RP技術(shù)制作的模具或模具直接從CAD模型，而無需使用額外的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。直接加工最常用的方法涉及一個(gè)“綠色”的一部分，是通過選擇性激光燒結(jié)（SLS）或三維打?。?DP）方法。SLS 23 沉積一層覆膜金屬粉末，然后用激光選擇性燒結(jié)。隨著三維印刷一層粉末首先被沉積，然后粘合劑，粘合劑的選擇應(yīng)用?；诜勰┑闹饕獌?yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的，粉的，不是用來形成部分提供了懸掛結(jié)構(gòu)支持。在這種方式中，隨形冷卻通道和削弱可以創(chuàng)建不需要額外的支持材料。一個(gè)很好的概述最近的工作削弱可以創(chuàng)建沒有額外的各種直接加工方法需要在 24 。在最近的概述的發(fā)展直接工具使用SLS加工過程,Klocke指出精密的百分之的毫米現(xiàn)在是可能的,以實(shí)現(xiàn)表面裝飾(經(jīng)過后處理)R,= 15點(diǎn)或更好。相當(dāng)復(fù)雜的部分可以用這些工具25。大量的工作已經(jīng)進(jìn)入了選擇性激光燒結(jié)（SLS）作為一個(gè)過程建立模具直接從CAD模型。細(xì)節(jié)可用于板材成形模具 26 ，DTM快速鋼過程 27 和快速模具的過程 28 。此外，RBD的發(fā)展進(jìn)一步提高SLS過程本身，特別是對粉末沉積 29 和影響的激光功率和掃描速度對表面沉積 30 孔隙微觀結(jié)構(gòu)。全面實(shí)用的快速原型和快速模具的審查在最近的一次發(fā)布14。4凹、凸模/芯加工參與制造注塑模具的典型步驟如圖8 31 。一個(gè)注塑件的成本構(gòu)成圖9中給出的。這個(gè)例子說明了相當(dāng)大的成本降低的潛力存在于粗、精模具加工。4.1刀具路徑的生成和優(yōu)化今天幾乎所有的模具制造商使用高速切削加工（HSC或HSM）在凹、凸模制造。HSM不僅需要特定的機(jī)床（剛性，高主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度高，軟件與前瞻能力，較高的加速和減速）和切割工具（各種復(fù)合涂層，刀具刃的幾何形狀，高性能的刀具材料，即PCBN陶瓷超細(xì)碳化物）而且專用數(shù)控刀具路徑編程策略。這是目前公認(rèn)的不僅是研究機(jī)構(gòu)也通過各種CAM系統(tǒng)供應(yīng)商。.設(shè)計(jì)（塑料零件的幾何形狀）通過OEM或注射腐朽過程模擬（模具）的注塑機(jī)或模具制造對模具鋼塊先粗加工，通過鋼供應(yīng)商型腔的粗加工（銑，鉆）的模具制造半精加工和精加工（銑，電火花加工的模具制造商）拋光和裝配，模具制造商嘗試完成模具，由模具制作預(yù)生產(chǎn)資格，由模具制作，注塑機(jī)和OEM圖8:操作參與制定一個(gè)典型模具31。圖9:成本組件(%)制造汽車注塑部分的一個(gè)例子(假設(shè)250000個(gè)零件生產(chǎn)在一個(gè)鋼模具)31。芯片負(fù)載和切割速度常數(shù)關(guān)于這一主題的早期研究集中在工具的優(yōu)化路徑的三維銑削雕刻表面與球頭鋼廠。基本方法是保持切割速度和芯片負(fù)載大約持續(xù)通過控制主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率。計(jì)算機(jī)代碼開發(fā),基于這一原則,允許減少銑時(shí)間20 - 30%,根據(jù)模具幾何同時(shí)增加銑刀刀具壽命(32、33)。最近,過程模擬和加料速度保持恒定的芯片采用負(fù)載已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用于五軸數(shù)控加工雕刻表面使用環(huán)以及球頭立銑刀刀具(34、35)。特別是在粗銑操作進(jìn)給速率采用有助于避免不可接受過度工具撓度和偏離理論設(shè)計(jì)圖面。五軸銑削仿真允許操作員檢查不同的銑削策略的影響和改進(jìn)過程的可靠性,同時(shí)降低加工時(shí)間。五軸銑削數(shù)控程序優(yōu)化的模具和模具也建議36。在這種方法中使用多個(gè)流程模型的技術(shù)優(yōu)化數(shù)控程序。一個(gè)軟件模塊開發(fā),擴(kuò)展了商業(yè)CAD / CAM系統(tǒng)的功能。數(shù)控五軸加工的刀具軌跡生成也被優(yōu)化的一個(gè)研究小組37。這種“擴(kuò)展CAM系統(tǒng)”對多軸銑集刀具軌跡生成、轉(zhuǎn)換和軸數(shù)控仿真。每個(gè)生成的系統(tǒng)執(zhí)行立即驗(yàn)證刀具位置,以防發(fā)生碰撞時(shí)(如機(jī)器和部分之間),它需要適當(dāng)?shù)牟僮鬟\(yùn)用避碰算法。因此,五軸加工的系統(tǒng)便于使用,并允許工具的變化傾向在刀具軌跡生成期間為了實(shí)現(xiàn)最佳的組合扇貝身高、工件精度、表面粗糙度和加工成本38。切割速度的影響和超前角在球頭銑削刀具磨損也調(diào)查在最近的一項(xiàng)研究39策略優(yōu)化數(shù)控程序也進(jìn)行了綜述。結(jié)果表明,通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)挠层娂庸げ呗?可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)30%的成本節(jié)省。一些刀具路徑的優(yōu)化策略正在實(shí)施的HSC機(jī)床 40 控制器。在球頭立銑刀銑削，恒定的主軸轉(zhuǎn)速可以產(chǎn)生各種表面速度取決于對工件的刀具接觸點(diǎn)。有效的刀具半徑（Ri和RZ）和接觸角的變化，（切削速度在恒定轉(zhuǎn)速的影響），如圖10所示。特征的建筑cncmachine控制器可以計(jì)算基于刀具路徑的角度球接觸半徑和覆蓋的主軸轉(zhuǎn)速保持恒定的切削速度在三維銑削。因此，主軸速度伺服控制的參數(shù)，如X，Y，和2個(gè)運(yùn)動(dòng)。此外，進(jìn)給速度進(jìn)行修正以保持恒定的切削載荷，類似于R& D的研究進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)室前。該控制器的功能允許程序指定一個(gè)所需的切割速度，讓控制表面速度目標(biāo)不斷的計(jì)算工具的工作。圖10:切割速度的原理說明球頭銑刀與接觸角的變化40所謂“切角”的能力被認(rèn)為是在發(fā)展的最新階段，將允許一個(gè)加工中心銑出一個(gè)“尖銳”的角落里，只能通過電火花產(chǎn)生的今天。如圖11所示，為主軸旋轉(zhuǎn)，位置，即軸位置，主軸的不斷變化，配合在X和Y的一種特殊的三角形的機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割操作的必要。圖11示意圖的旋轉(zhuǎn)序列的“切角刀（使用一個(gè)特殊的三角形工具和中心線的位置是在工具旋轉(zhuǎn)連續(xù)變化的） 40 。刀具路徑策略在最近的研究中，對鍛造和沖壓模具，注塑模具已經(jīng)制造使用的高速應(yīng)用的“循環(huán)”策略在型腔加工，如圖12 41 看到。在這里，該工具是從一個(gè)側(cè)面交替移動(dòng)（AB）的加工槽的另一邊（CD）表示，隨著主軸軸線的路徑。因此，減少工件的刀具接觸時(shí)間和工具允許冷卻。TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀具，圓柱頭端的粗切削（6，8和10毫米直徑的4齒）以及加工球頭（2，4，和10毫米的我2和4齒），用于機(jī)床鑄鐵（GG 25）和三個(gè)不同的工具鋼（38 HRC 48）使用高速銑床（24000 rpm主軸）。這項(xiàng)研究的結(jié)果同意與已知的加工策略在HSM在切割過程中所產(chǎn)生的熱量被丟棄的芯片和工具冷卻因?yàn)橐粋€(gè)單一的旋轉(zhuǎn)過程中與工件接觸有限。圖12：生成的刀具路徑軌跡為圓形戰(zhàn)略” 41 。良好的硬銑審查策略42。作者指出,在HSM硬模和模具鋼材的硬質(zhì)合金工具,對于一個(gè)給定的刀具半徑,R,接觸弧,一個(gè),是由徑向?qū)挾葴p少,。因此,“a”的增加而增加,和銑刀的切削刃保持更長時(shí)間的減少,導(dǎo)致熱量建立和刀具壽命減少。因此,有推薦值,這取決于銑刀直徑和工件硬度。所謂HSM皮策略用于銑槽到工件材料。如圖13所示,通過維護(hù)一個(gè)有限的徑向?qū)挾葴p少(,),工具和工件之間的接觸弧降低42。結(jié)合適當(dāng)?shù)娘暳虾退俣?直徑推薦工具,工件硬度和槽尺寸)、端銑刀可以刪除大量的材料沒有產(chǎn)生過多的熱量,增加刀具磨損。在圖13中,為便于說明被夸大了。這個(gè)圖顯示了一個(gè)視圖向槽的平面由機(jī)器主軸。高速切削螺旋策略，如圖14所示，是廣泛用于立式銑床為材料，即開始從一塊粗糙型腔加工模具鋼的使用對于一個(gè)給定的孔的直徑和材料硬度刀具直徑和軸向切削深度/革命的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的價(jià)值觀。在斜坡，即在銑槽形成材料進(jìn)場時(shí)必須從上方的部分，一定的值被推薦為斜坡的角度和軸向切深，ap，這取決于材料的硬度。數(shù)控程序的修改策略也已經(jīng)被開發(fā)出來,這樣工具撓度銑雕刻表面可以彌補(bǔ)。因此,復(fù)雜表面的幾何定義可以保持在接近公差。作為一個(gè)例子,一個(gè)軟件模塊開發(fā)和集成的多軸加工程序43。這個(gè)軟件預(yù)測切削力,估計(jì)工具撓度和對數(shù)控程序執(zhí)行必要的修正。因此,這種方法特別有用在銑削瘦和長時(shí)間的工具。圖13：“削”策略來降低弧通過維持一個(gè)有限的徑向接觸切削寬度，42。4.2高速硬切削-概述在傳統(tǒng)的模具制造業(yè)務(wù)，型腔加工一般約0.3毫米超大尺寸。模具然后硬化，這可能會(huì)導(dǎo)致一些失真，然后加工到最終尺寸。今天在dielmold制造趨勢是難加工，在粗加工和精加工，電火花加工和更換沒盡可能。因此，減少必要的機(jī)組UPS的數(shù)目和增加吞吐量。高速銑削淬硬模具鋼，使這一趨勢的可行性和經(jīng)濟(jì)性。圖14：高速切削螺旋立銑成策略工件材料 42 。高速淬硬模具加工的主要目的是通過改善表面光潔度和變形減小臺(tái)階。因此，提高質(zhì)量和降低成本。高速加工淬硬模具（40至62 HRC）具有近似范圍內(nèi)，如下要求和特點(diǎn)：進(jìn)給率；15 rnfmin或更高時(shí)，適當(dāng)?shù)膲嚎s空氣或冷卻液霧的設(shè)置，通常通過主軸。主軸轉(zhuǎn)速；10000至50000取決于刀具直徑。表面切削速度：300米/分鐘到1000米/分鐘，這取決于模具鋼的硬度和切削負(fù)載。高速度控制與高速數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)能力避免匱乏。期待能力軌道表面的幾何形狀，使機(jī)器加速和減速，有效保持規(guī)定的表面輪廓。在0.8的范圍內(nèi)的機(jī)床高加速和減速能力1.2米/秒。4.3模具沖壓加工大型模具對板料成形制造的粗糙和精加工鑄鐵或鋼死結(jié)構(gòu)。在鑄鐵的加工,涂涂碳化物、立方氮化硼,罪和碳化物是最常用的工具。最近,各種立方氮化硼的成績和涂層的性能研究了碳化物44。銑削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選取高速臥式加工中心。工具幾何形狀和刀具規(guī)格如圖15所示。使用鍍錫硬質(zhì)合金工具代替裸硬質(zhì)合金工具提升25%的生產(chǎn)力的切割速度等工具增加了500%以上。此外,鈦鍍膜插入了至少三倍長錫或者TiCN-鍍膜插入無論切割速度,圖16。然而,PCBN插入超過了涂層硬質(zhì)合金插入。測試是流產(chǎn)后= 1.6平方米的表面積是加工和PCBN刀具磨損2測量VBmax = 60點(diǎn)和PCBN 0 VBmax = 85點(diǎn)。磨損和熱疲勞是主要的磨損機(jī)制。高CBN含量和高硬度表現(xiàn)出良好的耐磨性。. 4.4加工模具和模具工具鋼塊一般模具的注塑成型，吹塑成型和壓縮成型，以及壓鑄模具，鍛造管件液壓成形，是從一塊工具鋼制造的（在特殊情況下的模具也由鋁或銅合金）。在這些應(yīng)用中，大量的材料必須由粗加工去除。因此，工具鋼的切削加工性，加上高速銑削硬和許多不同的方面，是一個(gè)重要的問題，尤其是粗加工。在最近的研究中，三模具鋼的切削加工性與硫的含量不同，但相同的硬度（HB 300）是由不同的切削條件 31 研究。它被發(fā)現(xiàn)的）影響銑削過程的主要參數(shù)（使用硬質(zhì)合金插在一個(gè)40毫米的圓環(huán)面刀具）是切削速度和每齒，徑向和軸向切深進(jìn)給，b）硫?qū)δ＞咪摰募尤霂砑s在刀具壽命增加了50%，和c）時(shí)在高的進(jìn)給速度加工中刀具壽命增加75%可以得到。高速原理和硬加工仍部分理解。各實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行了解基本的物理現(xiàn)象,確定芯片形成、切削速度和溫度的影響。加工硬化鋼,提高切割速度芯片形成從連續(xù)的鋸齒狀的芯片形式變化。因此,減少部隊(duì)可能降低,刀具壽命可能增加提供工具邊緣的溫度可以保持在允許的范圍內(nèi)45。評價(jià)切削功率的切割速度的函數(shù)(100年至3000年mlmin)顯示,似乎有一個(gè)材料特定的切割速度,切割功率達(dá)到最大值。以增加速度超過該值時(shí),切削力仍約常數(shù)和切割速度的功率線性增加(46)。圖16:總結(jié)所有刀具壽命實(shí)驗(yàn)的珠光體鑄鐵(符號(hào)解釋在圖15)44。一個(gè)很好的例子：硬化模具銑削加工是在最近的研究討論了 47 。調(diào)查的重點(diǎn)是鍛造渦輪和壓氣機(jī)葉片模具（模具材料1.2343熱處理53 HRC 1600的NLMM的極限強(qiáng)度），185125毫米和600330毫米的表面尺寸。本次調(diào)查的結(jié)果說明了許多方面的高速銑削在工業(yè)實(shí)踐中所面臨的，即：模具制造商提供了大量的信息對刀具壽命試驗(yàn)結(jié)果。然而，這個(gè)信息是很難適用于特定的條件，不知道具體的測試條件，即料，速度，進(jìn)給，傾角，等。成功的高速銑削加工中的應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)（三維設(shè)計(jì)工程師合作，數(shù)控銑床操作員）和文件（除了程序文件包括銑削策略，銑床和工作參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果）是必不可少的。它是投資更多的工程時(shí)間的重要（計(jì)算，編程）開始生產(chǎn)一種新模來確定“最佳”的加工條件。因此，它可能是不保守和使用低進(jìn)給率導(dǎo)致長時(shí)間加工時(shí)間。在粗加工中最好使用較小的刀具直徑和增加的進(jìn)給率。因此，更均勻的加工余量是左，這有利于精銑。作為一個(gè)結(jié)果，所需的時(shí)間，可能需要增加但粗加工完成時(shí)間將使總加工時(shí)間可降低降低。粗加工的預(yù)硬化模具塊需要比加工在軟狀態(tài)更多的時(shí)間。不過，當(dāng)粗、精加工硬化狀態(tài)，一種新的工具，建立了。對于難加工的決定必須為每個(gè)應(yīng)用程序單獨(dú)，在目前的情況下，在硬化狀態(tài)的HSC銑削可以做上粗加工和精加工，采用全硬質(zhì)合金球頭米爾斯和插入，如圖17。這方面的經(jīng)驗(yàn)是，許多先進(jìn)的鍛造技術(shù)在北美國和日本的商店非常相似。提高耐磨性及模具壽命，模具往往表面高溫合金的焊接。在過去，這種表面焊接模具加工，新的或修復(fù)后，進(jìn)行了電火花加工。最近，專門設(shè)計(jì)的PCBN刀片的刀具進(jìn)行高速焊接表面加工等 48，39 。不同刀具材料證明研究具體的PCBN等級(jí)（適當(dāng)?shù)墓ぞ哌吘壷苽浜图庸げ呗裕┨峁┝撕荛L的壽命和成本的硬焊表面的有效加工。加工注塑模具和壓鑄模具目前的特別的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些應(yīng)用程序有多薄，深腔加工。在過去的生產(chǎn)模具的戰(zhàn)略包括粗加工，精加工的電火花加工硬化。為了節(jié)省設(shè)置時(shí)間和減少總的制造時(shí)間，它是理想的粗糙和一設(shè)置在硬化狀態(tài)完成機(jī)。因此，有必要開發(fā)技術(shù)的銑削深腔使用長的硬質(zhì)合金銑刀和適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。研究，進(jìn)行加工硬化模具（1400到1500 N / mm的強(qiáng)度）鑄造，說明了許多的困難和救濟(jì)具有長而薄的銑刀銑削相關(guān)。一個(gè)軟件模塊的開發(fā)為選定的刀具的幾何形狀， 49 刀具條件估計(jì)。研究和其他研究表明，適當(dāng)?shù)膮?shù)選擇的電火花加工過程，可以在許多應(yīng)用程序取代 43 。圖17:開發(fā)和減少加工時(shí)間一個(gè)鍛模46。4.5機(jī)床和刀具機(jī)床眾所周知,高速銑床,加工必須硬,有很高的加速和減速功能。這是特別重要的在小模具,模具加工,是罕見的大,相對平坦表面減少。因此,該工具必須不斷加速和減速機(jī)指定的輪廓。例如,一個(gè)典型的高速銑床的反應(yīng)(牧野),用于模具和模具制造、加工時(shí)測量特定的表面雕刻。20米/分鐘的編程進(jìn)給速率所需的機(jī)器幾乎70毫米達(dá)到thedesired速度。說,溫和的飼料利率在5米/分鐘,itneeded大約4毫米送達(dá)到目標(biāo)速度50。而加速和減速芯片負(fù)載不能維護(hù)和減少,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)機(jī)器,主軸繼續(xù)以同樣的速度旋轉(zhuǎn),這可能會(huì)導(dǎo)致“摩擦”行動(dòng)的工具,增加刀具磨損。在選定的雕刻加工表面,結(jié)果表明,增加了名義上的進(jìn)給速率可能不會(huì)導(dǎo)致比例減少加工時(shí)間,因?yàn)閷?shí)際的進(jìn)給速率是由機(jī)器動(dòng)力學(xué)。如圖18所示,加倍的名義進(jìn)給速率對加工時(shí)間有不同的影響,根據(jù)考慮范圍。當(dāng)然,這一結(jié)果只適用于特定的加工幾何,但說明了機(jī)器慣性總加工時(shí)間的重要性。類似的研究表明機(jī)械慣性和模具幾何的重要性減少加工時(shí)間(45)圖18：實(shí)際的和計(jì)算（使用軟件OPTIMILL）對選定的加工時(shí)間曲面 49 。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用在大型銑床,用于生產(chǎn)汽車沖壓模具,已經(jīng)是眾所周知的。這一趨勢似乎在增加線性驅(qū)動(dòng)器在銑床中的應(yīng)用。機(jī)器使用并行運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)提供了工具昆蟲的概念正在評估在不同的實(shí)驗(yàn)室。雖然這些機(jī)器似乎適合模具和模具制造,沒有證明這樣的機(jī)器工業(yè)模具制造的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐。最近一個(gè)機(jī)床創(chuàng)新的概念已開發(fā)的大型沖壓模具的快速修復(fù) 39,51 。本加工單元可以不以死亡為修復(fù)帶來的新聞，從而提供“現(xiàn)場加工能力。提供多軸力與剛架，該機(jī)具有混合并行和串行運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)，圖 19 。原型本機(jī)具有五軸力和實(shí)用模具修理?xiàng)l件下評價(jià)，圖20。圖19:移動(dòng)式加工單元的概念(39)圖20:移動(dòng)式銑床用于模具修復(fù)(51)刀具的幾何形狀此外，該機(jī)床的特點(diǎn)，影響成功的因素是高速銑削刀具材料的選擇，涂層和幾何形狀，根據(jù)切削條件。例如,工具硬加工圓角半徑是5到30點(diǎn)的范圍。在粗加工的鍛模8毫米直徑球頭立銑刀每齒飼料fz = 0.087毫米,平均芯片厚度“h”,是下午5.751。在逐漸增加加料速度和飼料每齒0.12毫米和芯片負(fù)載到8.2點(diǎn),可以提高生產(chǎn)效率約為40%。這實(shí)現(xiàn)了,因?yàn)橛行У那懈钏俣?基于深度削減”;而跨過的距離”,“,通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的切削速度,基于主軸轉(zhuǎn)速和刀直徑。在硬銑工具圓角半徑的尺寸(約30點(diǎn)粗,10點(diǎn)完成),芯片的厚度(大約25到50點(diǎn)粗和已經(jīng)成立10點(diǎn)完成)非常小。因此,它是必要的估計(jì)與實(shí)際切削速度和工作,這估計(jì)是對名義切削速度的1.8倍,為了確定一個(gè)可靠的工藝窗口,如圖21。因此,基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成槽加工硬化工具鋼,典型的切削速度vc = 300 rdmin,可以增加了風(fēng)險(xiǎn)投資= 500 rdmin。在另一個(gè)例子,通過增加芯片負(fù)載估計(jì)h = 1點(diǎn)切割速度翻倍,可以四生產(chǎn)力(52)。圖21：幾何條件和比例”的數(shù)值隨切削速度，V，因素，功能跨越距離” 52 。應(yīng)用的高速硬銑削加工要求粗)必須進(jìn)行一個(gè)大型金屬去除率和b)結(jié)果的機(jī)械加工面很近終點(diǎn)幾何和葉子一個(gè)相對統(tǒng)一的完成機(jī)械加工余量(0.05到0.5毫米)。因此,有效的應(yīng)用HSM替代插入幾何圖形。工具與圓形或八角形的插入,可比深處的大幅削減,雕刻表面輪廓比圓柱銑刀反過來最有效的侵吞和開槽53。輪插入提供最大力量和代表一個(gè)優(yōu)秀的解決方案不同的銑削條件54。這些插入的芯片厚度隨深度削減和加料速度必須達(dá)到合適的芯片厚度增加,金屬去除率。應(yīng)用的高速硬銑削加工要求粗)必須進(jìn)行一個(gè)大型金屬去除率和b)結(jié)果的機(jī)械加工面很近終點(diǎn)幾何和葉子一個(gè)相對統(tǒng)一的完成機(jī)械加工余量(0.05到0.5毫米)。因此,有效的應(yīng)用HSM替代插入幾何圖形。工具與圓形或八角形的插入,可比深處的大幅削減,雕刻表面輪廓比圓柱銑刀反過來最有效的侵吞和開槽53。輪插入提供最大力量和代表一個(gè)優(yōu)秀的解決方案不同的銑削條件54。這些插入的芯片厚度隨深度削減和加料速度必須達(dá)到合適的芯片厚度增加,金屬去除率。模具加工需要廣泛的選擇，為大型和小型面對刀具地區(qū)，加工深墻和肩膀，以及加工長，既深且窄槽 55 。因此，工具是必要的投入或斜坡下操作，銑，以及鉆井包括深鉆，鉸孔，攻絲、倒角。主要結(jié)構(gòu)面，肩，和銑槽包括平坦的正面插入，插入地面和模制芯片機(jī)和螺旋，與改性前、后面臨的非平面的插入，并提供改進(jìn)的性能。工具生產(chǎn)商提供端與米爾斯不同的仿形銑床操作可互換的頭。螺旋切削刃的概念，最近開發(fā)的，用于固體銑刀以及插入，如圖22。該幾何體和螺旋曲線刃以及彎曲的前、后面臨的工具上的恒定的耙和間隙結(jié)果在銑削。此外，每個(gè)切削刃逐漸滲入與切削力逐漸增加工件。平方，多用螺旋刀片適用于90度肩，面對開槽55。圖22：螺旋刃的概念55。八角插入、圖23為鐵道部經(jīng)濟(jì)面臨提供切削刃,承擔(dān),開槽,開槽倒角的應(yīng)用程序。這些插入基于“增大化現(xiàn)實(shí)”技術(shù)可提供一系列的蕭條減少芯片之間的接觸面積和插入傾斜面,插入a)減少熱流,b)減少摩擦,c)提高刀具壽命。圖23展示了示意圖的熱量流入和工具。熱產(chǎn)生的摩擦和變形從卷曲芯片流入工具和水平箭頭所示。蕭條的工具減少工具/工件接觸和熱流的工具。此外,斜箭頭所表示的示意圖,對流熱損失的工具也增加。據(jù)稱,積極的傾角,結(jié)合這些蕭條也會(huì)降低切削力,提高芯片流。如圖24所示,八邊形和圓形插入可用于各種銑削應(yīng)用程序。通常約8毫米直徑,球鼻銑削刀具由亞微米襯底提高韌性和PVD涂層(TiCN TiAIN)硬度和高耐磨性。對于大直徑銑刀,插入和越來越多的使用。高速銑削切削速度較高,通常建議固體銑削刀具。然而,在某些情況下,螺旋夾緊或葉片類型插入也可以使用。工具材料和涂料工具范圍從12毫米到35毫米直徑，硬質(zhì)合金刀片的工具被證明是有效的。TiCN涂層有足夠的加工模具鋼小于42 HRC，TiAlN涂層用于42 HRC以上。對于直徑12毫米的工具而下，亞微米硬質(zhì)合金與8至12%的鈷TiAlN涂層是最適合的。它也注意到，由不同的供應(yīng)商提供的工具之間的質(zhì)量差異已經(jīng)減少 9。圖23：槽型芯片供改善刀具壽命 55 。圖24：用八角形和圓形刀片 55 多功能銑選項(xiàng)。其他的調(diào)查中得到了相似的結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用TiAlN涂層，刀具壽命增加然后減少與增加的Ti / Al比。鈦/鋁的最佳組合為0.35（Ti）到0.65（鋁）。該涂層（鈦0.35鋁0.65 N）提供了更好的刀具壽命比類似的高速銑削條件下加工57 HRC模具鋼TiCN，圖25 52 。CBN硬車削的應(yīng)用是眾所周知的。過程有可能降低制造成本通過消除或減少研磨和通過消除潤滑劑的使用。為了實(shí)現(xiàn)PCBN的潛力,努力將必須考慮的各個(gè)方面,包括機(jī)床、保持工作,工具補(bǔ)償,插入材料等級(jí)和邊緣質(zhì)量和穩(wěn)定性56。這些問題以及可實(shí)現(xiàn)的表面完整性和準(zhǔn)確性形式綜述了最近出版57。工具持有人在高速銑削主軸轉(zhuǎn)速高，刀柄平衡是避免刀具過早失效和獲得良好的表面光潔度很重要。用完的建議是小于5時(shí)。經(jīng)驗(yàn)表明，每個(gè)晚上10點(diǎn)跳動(dòng)，一般來說，刀具壽命降低約百分之50。因此，熱縮持有人是最好的，容易平衡而液壓卡盤在中等轉(zhuǎn)速的 58 是可以接受的。此外，它是必要的，刀片和刀柄具有更好的尺寸公差。該工具的長度影響刀具的動(dòng)態(tài)行為，尤其是在刀桿的長徑比超過三比一。因此，隨著刀具的柄長刀具壽命降低。顯然，刀柄應(yīng)盡可能的短。插入的形狀也影響振動(dòng)通過改變切削刃角工作。輪插最易產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致45”角振動(dòng) 54 最傾向的插入。圖25：粗銑刀具磨損TiCN 57 HRC模具鋼（左）和TiAlN涂層（右） 52 。建模的加工操作最近它出版的回顧和總結(jié)了無數(shù)的建模技術(shù)來預(yù)測力，溫度和車削切屑形成，銑削，和其他金屬切削操作 59 。所有可用的模型中，基于有限元方法的金屬切削過程建模似乎對加工工藝參數(shù)的預(yù)測提供了巨大的潛力。這種方法還處于發(fā)展階段，它是可行的今天只有二維芯片流分析，它的溫度，流屑，刀具磨損估計(jì)有很大的潛力，在加工過程中的殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)的變化。作為一個(gè)例子，最近的研究，應(yīng)用有限元分析二維加工預(yù)測,A）連續(xù)的鋸齒形切屑的形成60，61。B）的制備包括鋒利邊緣的影響，磨練和天朗的邊緣，C）在工件的溫度，不同的切削條件下切屑與刀具。D）估計(jì)與未涂層硬質(zhì)合金刀具刀具磨損和切削力。E）。圖26顯示了計(jì)算特定切削條件下的溫度分布。（工件：P20鋼（30 HRC），工具：未涂層硬質(zhì)合金WC，VC = 150米/分鐘，F(xiàn) = 0.105毫米/轉(zhuǎn)，傾角= O”，后角= 6”，邊緣半徑= 0.020mm）圖27說明了刀具刃口半徑在磨練工具應(yīng)力狀態(tài)的影響。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明切削有限元模擬可以預(yù)測簡單的切削條件下，工藝參數(shù)。此外，初步三維模擬過程，但需要大量的計(jì)算資源，表明有限元法將很快成為一個(gè)非常強(qiáng)大的過程仿真工具，選擇最佳的切削條件下，刀具材料和涂層刀具的磨損，以及復(fù)雜的銑削操作中所遇到的模具制造。圖26：預(yù)測的溫度分布的有限元模擬-最大刀具溫度為605 C，最大工件溫度為601C 61 圖27：在一個(gè)邊緣鋒利的工具，有效應(yīng)力對刀具邊緣制備的影響，通過有限元模擬 61 估計(jì)。4.6激光在模具和模具制造中的應(yīng)用激光表面處理已被使用在許多工業(yè)應(yīng)用，提高模具的磨損特性 62 。在這項(xiàng)技術(shù)中，在模具表面的有限區(qū)域熔化，利用高能激光輻射。“路徑”是由相對于激光束的工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了。幾個(gè)軌道鋪設(shè)在一起。一系列不同的材料，選擇所涉及的特定的應(yīng)用程序可以用粉末狀硬化和涂層的模具的特定部分，如圖28所示。適用于合金的應(yīng)用材料，如碳化鎢/鈷合金，WCCr，TiC和VC。鈷和鎳的合金，通常用在涂料中的應(yīng)用。合金的深度，可以實(shí)現(xiàn)的范圍從0.3到0.8毫米，允許激光加工模具精加工。激光表面處理技術(shù)已被應(yīng)用于修復(fù)，恢復(fù)，和模具的需要較小的表面改性使用直接金屬沉積過程重構(gòu)。一種工業(yè)激光與粉末材料是用于創(chuàng)建和配置的完全致密的部分或?qū)又苯訌腃AD文件 63 。激光模具的維護(hù)和改進(jìn)不僅包括模具表面修復(fù)和應(yīng)用改性也是局部激光淬火，表面涂層和激光合金化和分散 39 激光技術(shù)也適用于小模具制造。一個(gè)100 W YAG上切割機(jī)提供了一個(gè)直徑為0.1mm的激光束，可以精確地控制在范圍廣泛的材料，機(jī)腔，包括陶瓷 64 。使用專用軟件，激光脈沖控制蒸發(fā)約5層的材料，導(dǎo)致表面光潔度在1到2點(diǎn)。材料去除率為13000毫米/分鐘的工作包絡(luò)線約為406毫米305毫米559毫米（X，Y，Z）。最大加工深度為10毫米。另一個(gè)模型（15千瓦，12000轉(zhuǎn)主軸）結(jié)合激光粗加工逆銑精銑。圖28：激光表面處理 62 。5模具表面和模具壽命傳統(tǒng)的制造工藝（電火花加工，激光束的材料去除（LBM），高速切削和硬切削(HSCIHSM）極大地影響制造模具或模具的表面完整性，即：1。宏觀和微觀表面質(zhì)量，精度和粗糙度2。次表面微觀結(jié)構(gòu)和組成3。次表面殘余應(yīng)力,4。表面和次表面顯微硬度。這些問題已經(jīng)在一個(gè)很好的研究準(zhǔn)備CLRP 65 。條件（表面形貌，傳熱，摩擦）在模具/材料界面不僅影響表面和成品的外觀也影響的工藝條件，特別是在金屬成形，即鍛造和沖壓件。因此，模具的表面光潔度和涂層是非常關(guān)鍵的潤滑和金屬流動(dòng)以及模具壽命。最近的一項(xiàng)研究調(diào)查了準(zhǔn)分子激光治療鑄鐵、陶瓷表面的影響，為板料成形模具，在摩擦學(xué)行為 66 。研究表明，采用該技術(shù)產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)，提高了對陶瓷表面的潤滑條件而不是金屬。然而，幾何（廣度和深度）的紋理的強(qiáng)烈影響的結(jié)果。冷鍛模具壽命和可靠性是影響過程的經(jīng)濟(jì)非常重要的兩個(gè)因素。硬質(zhì)合金刀片的使用，在行業(yè)內(nèi)沖頭和涂層是降低冷鍛加工中刀具磨損的標(biāo)準(zhǔn)程序。使用過程中的金屬流動(dòng)和工具估算技術(shù)建模強(qiáng)調(diào)今天可能設(shè)計(jì)冷鍛模具使應(yīng)力集中，消除模具和沖頭的疲勞壽命。有限元建模的冷鍛的生產(chǎn)應(yīng)用錐齒輪和等速萬向節(jié)（CVJ）組件已在早期的出版物描述 67 。最近，一個(gè)所謂的SVL（強(qiáng)度與負(fù)載）的概念相結(jié)合的證明方法與統(tǒng)計(jì)分析過程數(shù)值模擬預(yù)測的刀具壽命 68 。的概念已被應(yīng)用，已被證明是提供合理的結(jié)果。它也表明，刀具壽命預(yù)測精度取決于可用性和輸入?yún)?shù)的質(zhì)量，為實(shí)施必要的實(shí)驗(yàn)室方法。 在熱鍛模具壽命是以磨粒磨損導(dǎo)致。 A）主要影響好的表面光潔度 。B）的鍛造零件公差尺寸。因此，了解和控制在熱鍛模具的磨損在確定的熱精鍛工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性是非常關(guān)鍵的。廣泛的調(diào)查，對這一課題進(jìn)行了，有助于獲得可觀的洞察這個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象在熱、溫鍛 69 刀具磨損。模具的磨損可以減少模具的壽命可以通過表面處理技術(shù)的改進(jìn)。傳統(tǒng)的方法，如火焰淬火，滲氮，滲硼，和表面的高溫合金模具表面焊接是眾所周知的 48 激光加工產(chǎn)生的表面層，在第4.7節(jié)中討論的，還生產(chǎn)耐磨表面是冶金結(jié)合的表面。激光表面處理的其他應(yīng)用包括無失真的激光淬火，表面合金化，和功能層使用激光涂層的一代。這些技術(shù)提供了潛在的。a）結(jié)合表面處理成模具的生產(chǎn)鏈，從而降低了總的生產(chǎn)時(shí)間 70 。b）進(jìn)行模具快速修復(fù)，這在保持生產(chǎn)和保持方面是非常重要的處理設(shè)備運(yùn)行 39 。模具拋光是勞動(dòng)密集和費(fèi)時(shí)。高速銑削操作減少模具拋光在某種程度上，在某些應(yīng)用中的需要，主要是在鍛造和沖壓模具。注塑模具和冷鍛和擠壓模具，然而，仍然必須拋光，獲得理想的金屬流動(dòng)和指定的表面光潔度對成型和鍛造產(chǎn)品。為模具自動(dòng)拋光極好的過程就是所謂的“磨粒流”的過程 71 ，,用于模具和模具在世界各地的商店。高速銑削加工中的應(yīng)用可以獲得良好的表面光潔度，在一個(gè)可接受的加工時(shí)間。然而，仍有應(yīng)用在模具的手工整理是必要的。在這樣的應(yīng)用三軸或五軸數(shù)控模具的表面磨削是更符合成本效益比手工加工，圖29。一個(gè)研究結(jié)果自動(dòng)研磨模具可總結(jié)出3軸磨削接觸條件下，磨削力的大小，質(zhì)量地面和砂帶磨削大型模具相對較大的表面曲率的應(yīng)用 72，73 圖29:數(shù)控磨削的雕刻表面72。6非傳統(tǒng)加工模具而高速工具鋼的加工硬化繼續(xù)引起人們極大的興趣，電火花加工仍然是一個(gè)在模具制造業(yè)中不可缺少的過程。電火花加工和其他非接觸過程如ECM和混合過程的繼續(xù)發(fā)展，無論是在加工效率及其對難加工金屬和幾何形狀產(chǎn)生精確的模具的幾何形狀的能力。在過去的十年中，增加的電火花加工過程控制具有更高的加工精度提供了，隨著對工件的損壞，降低和減少加工時(shí)間。同時(shí)，電火花加工工藝已成為集成在總的模具制作流程更緊密，從而增加了使用中的“燈線割放電加工出”模式 74 。6.1先進(jìn)的電火花在電火花加工將永遠(yuǎn)無法在去除率切削金屬的競爭，近年來計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)有了很大的提高切削速度的線割放電加工。電火花線切割的切割速度已超過在過去的20