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模具磨削加工的刀具应用 |
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作者：日产汽车 户泽幸一 |
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模具加工的高精度、高速化是藉由工作机械、NC资料、切削工具的三位一体而得以实现，在模具技术者的一般见解中，认为应该是朝各种不同方向发展所需具备的必要条件。说的具体一点，应该是基于高性能工作机械的选择及其精度的维持管理，加工理论、手工修润、加工专业知识所达到的NC编程，以及模具材料、需求加工精度(尺寸、形状精度、表面粗度及弯曲度)、加工方法、机械性能(包含本体及主轴刚性)等，适合此等的最佳切削工具的组合吧。
本公司以1985年压铸模FMS线的运转及翌年高速加工机的导入(照片1)为契机，进行适合自动粗加工的工具形状的创成及实现精度维持、高速精加工的铸铁切削用CBN工具，以及钢材、铸造合金钢切削用超硬坚实(Solid)工具的精度维持，再磨削导程时间(Leadtime)的缩短等，以此为着眼点而导入NC工具磨床，企求其适用性。 
照片一：高速加工机 照片二：S字形状滚珠立铣刀
此外，于锻模、铸模、树脂模方面，以提升高硬度材加工条件的极大要素的切削工具超硬度化，伴随此的最适合形状的创成、精度维持以及再磨削导程时间的缩短等，以此等为着眼点，也同样地导入设备，并获得所期的成果。又，为呼应最近模具费大幅度降低的要求，有关于新制品的工具制作方面也进行内转化，合并再度研究费的减低，以企求新型工具的购入费用的降低，正渐渐地获得极大的成效。
本稿于模具精度、成本、加工加程方面限定于以模具加工为主流的滚珠立铣刀(ball-endmill)上，等读者实用化，或者是技术改善的后，可供作参考。有关于适合粗加工的S字形状工阎的再磨削、铸铁高速切削用CBN工具的再磨削，以及标准的超硬度工具的再磨削、再生的三点的用事例，则是从NC工具磨床导入使用者的立场介绍。
S字形状工具的再磨削
于压铸模FMS线形状部的自动粗加工(多刃刀片(throwaway))的工具R部位破损，尤其是于铸造合金钢所形成的插入(insert)零件的插入加工中经常发生，成为机械运转率降低工具破损费用增加的主要原因。具强烈插入性的刃形状，适合截断型切削生成的前端部位强S字形状的2片刃，且于切削速度快速的边侧部位具有4片刃，可降低切削负荷的工具形状设计的特殊滚珠立铣刀，乃将其实用化(照片2)。
如图1所示，与实用化以前相比较下，刀具的破损数大幅度降低，对于降低破损所造成的机械停止及刀具费的削减，巳发挥其成果。但是，于手加工磨削方面，由于强S字的形状精度有偏差，随着再磨削的重叠，使得刀具性能日冲降低。从以上的过程原委中，于导入新型NC工具磨床的际，有关强S字形状的重现性，进行厂商比较。如图2所示般，8轴控制的机器于扬水面、退刀槽面、退刀槽量及切刃搪磨(honing)上皆良好，决定采用。为提供参考，将磨削条件显示于图3。
此外，最近于6轴控制的机器上也由于软体设备的改善，使得性能显着提升，所以，也正日渐回应此种特殊形状的要求中，笔者在此顺便提出。
CBN工具的再磨削
身为今日的高速加工全盛时代的先驱者，本公司于1982年经由与刀具厂商的协助而试作(照片3)出首次的CVN滚珠立铣刀(ballendmill)，将高频马达(6000rpm)装着于雕模床，以实施试车。接着于1986年导入高速加工专用机(8000rpm)，将多刃刀片及焊CBN滚珠实用化。
有关于多刃片刀具，从新制品起为了确保刀具R精度的目的，于主体(body)安装刀头(chip)的后，以NC工具磨床进行磨削，藉此而将多刃刀片刀(throw-away)具弱点的主体安装精度的误差达到最小。
于磨砂轮具方面，当初虽然是#800(SDC800N100BA-5.0)的性质形状，但为了提升磨削效率及模索相反关系的磨削面粗度可容许的#600(SD600N150B-3.0)砂轮的性质形状，目前是使用，藉以缩短磨削时间，为供参考，将磨削条件显示于图4。
超硬度刀具的再磨削及再生
于超硬度的磨削方面，可区别出：(1)退刀槽面磨损宽度左右的一般磨损界限所作的再磨削；(2)于自动加工时容易产生的卷刃(chipping)，由此延伸的刀具破损时的再生。
后者可用NC线割放电加工机等，顾切断破损部位后，成为包含R部位新型磨削在内的再磨削，包括再生及再磨削，以加工精度上重要且外部再磨削费用较高的大径的直线式滚珠立铣刀(straightball-endmill)及圆锥式滚珠立铣刀(taperball-endmill)为中心而实施的。为供参考，将磨削条件显示于图5、图6。
此外，于刀具磨削的精度管理方法上，就全点机器R量具的检视及抽样检查而言，可以光学式的刀具R测定机实施精度保证。
刀具磨削的内转化效果
于内转化的费用上，包括有刀具磨床的折旧费用、砂轮等的诸经费及操作人员的费用在内，就其效果而言，包括可提升模具精度、降低刀具破损及公司外包再磨削费用，以及降低新型刀具的购入费用、公司内部手工磨削要员的合理化，刀具在库品的降低等。成果方面，模具品质提升的效果很大，即使以每1支的再磨削费用来评价，由于NC工具磨床拥有多台所形成的人员合理化，因此比以往的公司外包的再磨削费要便宜许多(图6)
今后的方向
最近，NC工具磨床的高刚性化、低价格化、自动化也渐次向前迈进，不仅仅是于汽车厂商工机部门及大型专业厂商的稳定化，国内、外各种模具相关连厂商随着景气复苏而日渐普及，相信这些都有助于加工精度的提升、高速化、以及刀具费用的降低。而且，今后不仅仅是刀具的再磨削，对于必须依赖外部的被覆加工(coating)，若能实现相关连装置的低价格化及操作的简便化，则不仅仅是模具加工方面，一般机械加工也可期待其飞跃性的生产提升，希望装置厂商们及研究者诸位能进行技术革新及实用化。
(end)
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(12/22/2004) |
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