Как да изберете твърдосплавни режещи инструменти за производство на матрици

Производство на мухъл пита режещи инструменти за извършване на пет отделни задачи в един детайл: отстраняване на насипни материали в етапа на грубо обработване, контролирана подготовка на материала по време на полуфинална обработка, генериране на контур на повърхността при 3D завършване на кухини, срезове с ограничен достъп в дълбоки ребра и джобове и работа с детайли под милиметра върху разделителните линии и геометрията на вратата. Всяка работа има свои собствени контролиращи променливи и инструментът, който се представя добре на един етап, обикновено е грешен инструмент за следващия.

Това ръководство картографира всеки етап на обработка към фамилията твърдосплавни инструменти, които се справят с него, след което обхваща трите пресечни решения, които определят крайната спецификация: твърдост на стоманената форма, покритие и геометрични параметри (брой на жлебове, диаметър, твърдост на машината). Структурата следва последователността на машинна обработка на матрицата от първия груб проход до крайната продуктова секция, така че тя функционира като ориентир за избор за инженери и снабдители, работещи с всеки общ клас стоманена форма.

Последователността на обработка на матрицата и нейните групи инструменти

Преди да изберете конкретен инструмент, намерете текущата операция в последователността на обработка. Повечето шприцформи, форми за леене под налягане и прецизни матрици преминават през един и същ работен процес от пет етапа:

Две правила управляват почти всеки избор на инструмент в тази последователност. Първо, използвайте най-големия диаметър, който все още отговаря на функцията. По-големите диаметри увеличават твърдостта на сърцевината, увеличават способността за подаване на зъб и намаляват броя на необходимите проходи. Второ, поддържайте надвеса толкова къс, колкото позволява геометрията на кухината. За всяко удвояване на стърчането на инструмента извън държача, деформацията се увеличава грубо осем пъти при същото натоварване при рязане. И двете правила придобиват все по-голямо значение, тъй като твърдостта на стоманата на формата се повишава.

Груба обработка: квадратна фреза

Етапът на груба обработка премахва по-голямата част от стоманата. Времето на цикъла и обемът на чипа са контролиращите променливи тук; повърхностното покритие не е така. Стандартният инструмент за груба обработка на формована стомана е квадратна фреза от твърд твърд сплав с 4 жлеба със стружкочупвач или геометрия с висока спирала, съответстваща на стоманени материали с къси стружки.

Стратегия за рязане и запаси

За предварително закалени формовъчни стомани в диапазона HRC 30–55 трохоидалните (динамични) траектории на фрезоване с радиално зацепване (ae) при 10–15% от диаметъра на инструмента и по-голяма аксиална дълбочина на преминаване защитават режещия ръб по-добре от конвенционалното фрезоване на шлици. Подходът с постоянна дъга на контакт предотвратява внезапните пикове на натоварване, които причиняват отчупване на ръбовете в ъглите на джобовете при по-твърди нива.

Съгласно ръководството за прилагане на Sandvik Coromant при изработване на форми, запасът след груба обработка трябва да бъде 0,5–1,0 mm върху стените на кухината за стандартни стоманени форми и 0,8–1,5 mm при обработка при HRC 55 и по-висока, където полузавършената обработка се нуждае от повече материал за стабилизиране на геометрията на кухината, преди да започнат финалните минавания.

Параметри за избор на квадратна фреза

Диаметър: съпоставете с най-големия отпечатък на джоба или кухината, след това отидете толкова голям, колкото позволява функцията. За обща груба обработка на матрици, диаметри 8–20 mm покриват повечето приложения. Инструментът с по-голям диаметър носи по-голям капацитет на въртящ момент и напречно сечение на сърцевината, като и двете ограничават деформацията при големи натоварвания на стружки.

Брой жлебове: 4 жлебове са стандартни за формована стомана. Стоманата генерира къси стружки, така че допълнителният брой на жлебовете поддържа по-голямо захващане на подаване на зъб без уплътняване на стружки. Вариантите за грубо обработване с 6 вдлъбнатини се прилагат, когато целта е полугрубо преминаване при по-леки натоварвания на стружки.

Покритие: Покритията от клас AlTiN или TiAlN са стандартни за груба обработка на стомана. И двете поддържат устойчивост на окисление над 800°C и се справят с термичните цикли на прекъснати срезове през ъглите на джобовете.

Hiboo Tools' Квадратните челни фрези покриват степени от HRC50 до HRC65 със стандартни и OEM геометрии, подходящи за конвенционални и трохоидални стратегии за грубо обработване в стомани за обикновени форми.

Полуфинишна обработка: Челна фреза с ъглов радиус

Полуфинишната обработка довежда стените на кухината до контролиран запас от 0,1–0,4 mm и оформя 3D повърхности за финалния проход. Челната фреза с ъглов радиус (бик нос) е стандартният инструмент за този етап. Радиусът разпределя натоварването при рязане върху филета, вместо да го концентрира в острия ъгъл, което намалява значително степента на износване на ръба в закалени стомани в сравнение с квадратна крайна фреза, работеща при еквивалентни скорости на подаване.

Защо радиусът на ъгъла превъзхожда квадрата на този етап

Геометрията на ъгловия радиус оставя профил на мида, който завършващият проход премахва чисто. Квадратна крайна фреза на същия етап оставя стъпало с плоско дъно при прехода стена-под, което топката не може да елиминира без допълнителен CAM проход. Ъгловият радиус също се справя по-добре с механиката на стружкообразуването при прекъснати срезове в твърда стомана. Филетът разпределя входния удар върху по-голяма контактна дъга.

В H13 при HRC 44–50 данните за полево приложение, публикувани в MoldMaking Technology, показват, че инструментите с ъглов радиус удължават живота на инструмента с приблизително 30–50% в сравнение с квадратни челни фрези при същото подаване на зъб върху прекъснати стени на кухината на формата.

Променливи за избор на полуфабрикат

Радиус на ъгъла спрямо твърдост: по-големите радиуси са по-здрави при по-твърдите стомани. За H13 при HRC 44–50 типични са радиуси от R0,5–R2,0 mm. За P20 при HRC 30–36 минималният вътрешен радиус на елемента на кухината обикновено ограничава избора преди силата на ръба.

Втвърдяване при работа: неръждаем тип стомана за формовка (S136, 420 еквивалента) може да се втвърди при прекъснати срезове и повторно влизане на инструмента. Покритията AlCrN се справят с тези стомани по-добре от стандартния TiAlN, тъй като AlCrN поддържа своята твърдост при по-високи температури и се окислява при около 1100°C в сравнение с приблизително 800°C за TiAlN, според ръководството за класове и покрития на Kennametal за твърди карбидни крайни фрези.

Дисциплина за контрол на запасите: целта на полуобработката е еднакъв запас. Оставянето на 0,2 mm в една зона и 0,5 mm в друга принуждава завършващия проход на сферичния връх да работи при променливи натоварвания на стружките, което влошава повърхностното покритие и ускорява неравномерното износване на страните. Проверете еднородността на материала в CAM симулация преди рязане.

Hiboo Tools' Крайните фрези с ъглов радиус HRC63 са проектирани за полуфинна обработка и финална обработка на закалена инструментална стомана в диапазона HRC 58–65, с нано покритие за поток на стружки с ниско триене и ниска адхезия върху формовани стомани с полиращ клас.

Кухина и 3D повърхностна обработка: Фреза със сферичен връх

Фрезата със сферичен връх е основният инструмент за довършване на извити кухини на формата, разделителни повърхности и триизмерни профили. Неговият полусферичен връх проследява контурни повърхности с постоянно захващане на стружки през режещата дъга, при условие че стъпката и дълбочината са строго контролирани.

Основи на покритието на повърхността: височина на скалпа и стъпка

Повърхностното покритие при 3D фрезоване се определя повече от височината на скалпа, отколкото от скоростта на рязане. Височината на скалпа (ръбовете, останали между съседните проходи) е функция на радиуса на носа на топката и радиалното стъпало. По-малката стъпка води до по-нисък Ra за сметка на повече траектории на инструмента и по-дълго време на цикъла.

Както е документирано в ръководството за прилагане на инструментална екипировка на Robb Jack Corporation, най-добрият подход за довършване на кухината на носа на топка е първо да се изработи грубо при проходи с постоянна Z, след което да се приложат базирани на миди (еквидистантни) довършителни пътеки. За повечето кухини на шприцформи, насочени към Ra 0,4–0,8 μm, е практично радиално отклонение от 2–5% от диаметъра на топката. За огледално полирани форми, насочени към Ra под 0,2 μm, се използват стъпки от 1–2%, последвани от ръчно полиране.

Стратегия за траектория на инструмента чрез наклон на повърхността

Z-ниво (постоянно-Z) завършване се представя по-добре на стръмни стени над 45° наклон. Пътеките, базирани на миди, се представят по-добре при плитки криви и основни радиуси, където пътеките на ниво Z оставят по-груби миди поради геометрията на съседните проходи. За кухини както със стръмни, така и с плитки зони, CAM-стандартният подход съчетава Z-ниво на стените с изкривени пътеки на пода и преходни радиуси.

Челните фрези с променлива спирала намаляват тракането при дългите надвеси, често срещани в дълбоките кухини на формата. Неравномерното разстояние между жлебовете прекъсва периодичните сили на рязане, които причиняват резонанс върху тънки стени или удължени инструменти.

Избор на носа на топката според твърдостта на формата

За твърдо фрезоване над HRC 55, инструментите с 2-флейцови сферични накрайници от ултрафинозърнест карбид са стандартни. Геометрията с 2 вдлъбнатини отваря пространство за чипове и намалява натрупването на топлина в тесни скалопи, критично, когато скоростта на шпиндела е висока и радиалното зацепване е малко. При HRC 63–65 нано покритията (многослоен PVD) осигуряват по-добра устойчивост на износване от еднослойния AlTiN, тъй като намаляват триенето в интерфейса инструмент-детайл по време на леки, високоскоростни довършителни проходи.

Hiboo Tools' челните фрези със сферичен връх покриват степени от HRC48 до HRC65, с опции с 2 и 4 зъба в диаметри от R0,5 mm до R6,0 mm за довършване на кухини и 3D контурна работа.

Обработка на дълбоки кухини: фреза с дълга шийка

Дълбоките ребра, тесните процепи и джобовете с разделителна линия изискват инструмент с достатъчен обхват за достъп до функцията, без стеблото да се сблъсква със стените на детайла. Челната фреза с дълга шийка (с намалено стебло или челна фреза с дълъг обхват) осигурява този обхват, като същевременно запазва по-голям диаметър на стеблото при държача за твърдост.

Проблемът с отклонението при удължен обхват

С увеличаването на надвеса, деформацията се увеличава в куба на съотношението дължина към диаметър. Инструмент при 4×D отклонява приблизително 8× повече от същия инструмент при 2×D при същото натоварване на рязане. Според данните за приложението на профилно фрезоване на Sandvik Coromant, отвъд 4×D надвес, вибрациите, следите от трептене по стените на кухината и преждевременното износване на ръбовете стават доминиращите режими на повреда, а не износването на покритието или твърдостта на материала.

За джобове, по-дълбоки от 3×D, преминаването към челна фреза с дълга шийка или намалена опашка е стандартният праг в повечето ръководства за прилагане на матрици, включително ръководството за потребителя на матрици и форми на ISCAR.

Правила за избор на геометрия с дълга шия

Заострена шийка срещу права шийка: Заострената шийка (стесняваща се от стеблото към режещия край) носи 30–50% по-висока твърдост на огъване от прав инструмент с дълъг обхват при еквивалентен надвес, тъй като по-голямото напречно сечение близо до държача се справя с момента на огъване там, където е най-голям. За надвеси в диапазона 10–20×D дизайнът с конусна шийка е практичният избор, когато твърдостта на машината позволява, според данните за приложение, публикувани от JYC Carbide в тяхното ръководство за приложение на фреза с голям обхват.

Диаметър на гърлото: изберете най-тясното гърло, което освобождава стените на кухината. Ненужното намаляване на шийката над това, което изисква хлабина, умножава директно деформацията.

Корекции на подаването: намалете подаването на зъб с 20–30%, когато надвесът надвишава 5×D. При 10×D и повече, намалете с 40–50% и проверете в пробно рязане, преди да се ангажирате с производствените параметри.

Спецификация на държача: държачи със свиване или хидравлични държачи с биене под 0,003 mm общо показание на индикатора на режещия ръб са необходими, когато надвесът надвишава 6 × D. Стандартните ER цанги въвеждат достатъчно биене при тези удължения, за да увеличат трептенето в закалената стоманена форма.

Hiboo Tools' челните мелници с дълга шийка използват геометрия с 2 жлеба за евакуация на стружките в дълбоки тесни кухини, с удължен дизайн на гърлото, оразмерен за критични за достигане характеристики на матрицата при HRC58 и по-високи.

Обработка на фини детайли: Микро крайна фреза

Характеристиките с диаметър на рязане под 3 mm (радиуси на разделителната линия, геометрия на вратата, джобове за изхвърлящ щифт, тесни ребра, гравиране на лого) изискват микрокрайни фрези. Общата дефиниция в индустрията е всяка крайна фреза с диаметър на рязане под 3 мм (1/8 инча), с ултра фини инструменти, разширяващи се до 0,1 мм и по-малки за специализирана работа с вложки на матрици.

Какво се променя в микромащаб

Изтичането доминира при повреда при малки диаметри. При 1 mm диаметър на рязане, биене от 0,003 mm измества ефективното натоварване на стружки с 0,6% от диаметъра на инструмента на жлеб. Това е достатъчно, за да причини неравномерно износване на страните и крехко счупване в рамките на минути, когато точността на държача е недостатъчна. Целите за биене за производствено микрофрезоване обикновено са 0,003 mm или по-ниски, общо отчитане на индикатора на режещия ръб, съгласно спецификациите, публикувани от NS Tool Co. за тяхната серия MicroEdge и потвърдени в ръководствата за квалификация на доставчиците на B2B платформата на Alibaba.

Изисквания към шпиндела и държача: микро фрезоването изисква високоскоростни шпиндели (15 000–30 000 RPM и повече за инструменти с диаметър на рязане под 1 mm) и прецизни държачи. Предпочитат се HSK или термосвиваеми държачи. Стандартните ER цанги могат да осигурят достатъчно биене за щракване на инструменти под 0,5 mm в рамките на първия цикъл на рязане.

Подаване на зъб: за 1 mm челна фреза в стоманена форма при HRC 48–55, подаването на зъб обикновено е 0,003–0,008 mm в зависимост от геометрията на инструмента и твърдостта на детайла, според указанията за подаване, публикувани от Harvey Performance Company в тяхното миниатюрно ръководство за обработка на челни фрези. Прекалено ниското подаване причинява триене, а не рязане, генерирайки топлина без образуване на стружки.

Брой жлебове: Геометрията с 2 жлеба е почти универсална за микрокрайни фрези. При диаметри под 3 mm пространството за чипове е ограничаващият фактор. Предлагат се микроинструменти с 4 вдлъбнатини за специфични приложения за полуфинална обработка, но крият по-висок риск от уплътняване на стружки в дълбоки канали.

Професионален съвет: При диаметри под 0,5 mm, дори леко отклонение на инструмента или рампа на ускоряване, която е твърде стръмна при стартиране на шпиндела, може да причини счупване преди първото продуктивно рязане да завърши. Използвайте бавно нарастване на шпиндела и проверете цвета и звука на чипа при първото преминаване при намалено подаване.

Hiboo Tools' Микро челните фрези HRC55 са инструменти с 2 фрези с TiAlN покритие, покриващо формована стомана, легирана стомана, мед и неръждаема стомана в диапазона на диаметър на рязане под 3 mm.

Избор на степен на инструмента по твърдост на стоманената форма

Формованите стомани обхващат широк диапазон на твърдост в зависимост от вида на формата и етапа на топлинна обработка. Твърдостта по време на обработка определя изискванията за твърдосплавен клас на якост и минимална температурна устойчивост на покритието.

HRC55: Влизане в твърдо фрезоване. Класовете микрозърнест карбид с AlTiN или нано покрития са стандартни. Консервативно натоварване на стружки при влизане на инструмента; трохоидалните пътеки защитават ръба при първите проходи.

HRC60: Изборът на покритие се превръща в разграничител на производителността. Еднослойният TiAlN все още функционира за лека довършителна обработка, но многослойните нано покрития удължават живота на инструмента чрез намаляване на термичната умора на интерфейса покритие-карбид по време на бързите термични цикли на твърдо фрезоване.

HRC63: Повечето полу-довършителни и довършителни работи с дребнозърнести инструменти с топка с 2 жлеба. Твърдостта на шпиндела и контролът на биенето са толкова критични, колкото и изборът на покритие. Радиалното зацепване (ae) обикновено остава под 5% от диаметъра, за да се ограничи топлината в лицето на канавката.

HRC65: Горната граница за твърдосплавно фрезоване. Ултра финозърнест карбид с нано или AlTiSiN покрития и геометрия с нисък наклон за предотвратяване на залепващото износване. Завършващата дълбочина на рязане обикновено е 0,02–0,05 × D аксиално, с въздушна струя или минимално количество смазване за евакуация на стружките.

Бележка за доставка: степента на твърдост и покритието са свързани решения. Работата с инструмент HRC65 с нано покритие при параметри HRC55 не е проблем, но поръчването на инструмент HRC65 за стандартен марж на разходите за груба обработка P20 губи марж. Свържете спецификацията на инструмента с действителната твърдост на детайла по време на рязане.

Избор на покритие по материал на формована стомана

Изборът на покритие контролира три независими променливи на режещия ръб: устойчивост на топлина, склонност към адхезия на материала на обработвания детайл към лицето на жлеба и твърдост на покритието при повишена температура. Различните формовъчни стомани натоварват тези три променливи по различен начин.

Животът на покритието също зависи от метода на въвеждане. Спиралният или наклонен вход разпределя натоварването при зацепване на инструмента. Потапянето води до пиково топлинно натоварване върху покритието на върха в къс скок. За инструменти с покритие от закалена стоманена форма, спираловидно влизане е по подразбиране; проникването във втвърдения материал ускорява разслояването на покритието на върха.

Брой канали, диаметър и твърдост на машината

След избор на тип инструмент, степен на твърдост и покритие остават три геометрични параметъра: брой на жлебовете, диаметър на рязане и максималният надвес, който машината и настройката позволяват.

Броене на флейта по операция

За инструменти с диаметър на рязане под 3 мм, 2 жлеба са стандартни. Пространството за чипове в микромащаб ограничава броя на жлебовете, а микроинструментите с 4 флейти носят по-висок риск от опаковане на чипове и внезапно счупване в дълбоки процепи или джобове.

Избор на диаметър

Съпоставете диаметъра на рязане с най-малкия вътрешен елемент, който се произвежда, след това отидете толкова голям, колкото позволява този елемент. Сферичен нос при R3 mm върху кухина с минимален радиус на корена R3 mm е правилната спецификация. Използването на R2 mm в същата кухина оставя живота на инструмента и стабилността на процеса неизползвани.

За инструменти с дълга шийка връзката между диаметъра на рязане и диаметъра на шийката е критична. Шийката трябва да е толкова тънка, колкото е необходимо за отстраняване на смущенията; ненужното намаление отвъд това умножава директно отклонението.

Ограничения за твърдост на машината

Твърдостта на машината определя горната граница на натоварването на чипа, който всеки инструмент може да носи без дрънкане. Като практическа справка:

• VMC с 40 конуса: Максималният практичен диаметър за агресивно твърдо фрезоване при HRC55 е приблизително 12–16 mm. Въртящият момент и твърдостта на шпиндела ограничават натоварването на чипа над този диапазон.

• VMC и HMC с 50 конуса: Могат да работят с инструменти с диаметър 16–25 mm при високи натоварвания на стружки в закалена стомана.

• Високоскоростни шпиндели (над 24 000 RPM): Подходящи за инструменти за довършителни работи с малък диаметър (2–4 mm топка), не за груба обработка. Лек DOC и висока скорост на шпиндела; радиалното зацепване остава под 5% от диаметъра.

Извършете оценка на възможностите на машината, преди да посочите параметрите за надвес и натоварване на чипа. Добре определен инструмент при контролиран надвес върху твърда машина постоянно превъзхожда висококачествен инструмент при прекомерно удължаване на шпиндел с малък размер.

Ключов принцип: Машината, държачът и инструментът образуват една система. Посочването на инструмента в изолация, без да се знаят конусът на шпиндела, биенето на държача и максималното безопасно удължаване, оставя най-важната променлива неконтролирана.

Решение за твърдосплавни режещи инструменти Hiboo Tools

Избирането на правилния тип инструмент, клас и покритие е необходимо, но не е достатъчно. Консистенцията на размерите на всяка партида и еднаквостта на покритието от доставчика определят дали спецификацията се превръща в предвидима производителност в производствените серии.

Hiboo Tools произвежда твърди твърдосплавни челни фрези в степени от HRC48 до HRC65, покриващи квадрат, радиус на ъгъла, сферичен нос, дълга шийка и микро геометрии. Наличните покрития включват AlTiN, TiAlN, TiSiN, AlTiSiN, нано, TiN и DLC. Точността на изтичане достига до 0–0,5 μm при стандартни каталожни артикули, с OEM геометрии и потребителски спецификации, поддържани за нестандартни характеристики на формата и изисквания за достигане.

За магазини, работещи със закалена формована стомана при HRC 55–65, проверете геометрията на инструмента спрямо вашия специфичен етап на обработка и твърдостта на детайла, преди да поръчате количество. Изпълнете пробно рязане на целевата геометрия на кухината при намалено натоварване на стружки, проверете Ra и състоянието на инструмента след финалния проход, след това потвърдете параметрите при пълни производствени стойности.

Проверете каталога на продуктите на Hiboo Tools спрямо вашия клас стомана и механична обработка и изпълнете контролирано пробно рязане, преди да се ангажирате с пълни производствени количества.

Източници

• Sandvik Coromant, Ръководство за приложение на профилно фрезоване — препоръки за радиално захващане, указания за дължина на инструмента, стратегия за дълбока кухина

• ISCAR, Ръководство за потребителя за изработване на матрици и форми — избор на инструменти за груба и полуфинална обработка, праг с дълга шия при 3×D дълбочина на джоба

• Robb Jack Corporation, Избор на правилния режещ инструмент за индустрията за производство на форми — методология за довършване на топка, груб подход с постоянна Z

• Технология за производство на матрици, съображения за режещи инструменти при увеличаване на сложността на формите (2025 г.) — височина на скалпа, диаметър спрямо указания за DOC

• NS Tool Co., MicroEdge Vol. 2 — спецификации за толеранс на биене и диаметър на жлеба за микрокрайни фрези

• Harvey Performance Company, In the Loupe: Оптимизирана обработка с миниатюрни челни фрези — дефиниране на микро челни фрези и подаване на насочване на зъб

• Kennametal, Технически съвет: Степени и покрития за твърди карбидни фрези — сравнение на температурната устойчивост на покритието