Как оптимизировать финишную обработку пресс-форм для повышения эффективности и качества

Концевые фрезы с шарообразными носами долгое время были предпочтительным инструментом для обработки гладких поверхностей при финишной обработке пресс-форм. Однако их недостатки становятся все более очевидными, особенно при обработке больших поверхностей. Шаг шаровидных концевых фрез обычно ограничен 3-5% от диаметра инструмента, что приводит к ограниченному контакту с материалом. Это требует большего количества проходов для достижения требуемой чистоты поверхности, что увеличивает нагрузку и износ режущего инструмента. Кроме того, уменьшенная длина шага, необходимая для большего количества проходов, значительно увеличивает время производственного цикла.

В отличие от них, концевые фрезы с круговым сегментом - более новая конструкция с большим радиусом резания - предлагают решение, позволяя делать более широкие шаги и отрезать более широкие участки материала за меньшее количество проходов. Это позволяет сократить путь инструмента, продлить срок его службы, повысить эффективность и сократить производственные циклы. Ниже рассматривается процесс оптимизации финишной обработки пресс-форм, сравниваются традиционные методы с технологией сегментов круга, а также приводятся практические приложения и технические выводы.

Проблемы применения концевых фрез с шаровидным наконечником при финишной обработке пресс-форм

Концевые фрезы с шаровым носом, несмотря на их полезность в определенных условиях, создают ряд проблем при обработке пресс-форм, особенно для сложные геометрии или большие поверхности:

• Маленький переступень: Ограничивается 3-5% от диаметра инструмента, требуя многочисленных проходов для покрытия поверхности.
• Износ инструмента: Увеличение проходов повышает напряжение, ускоряет износ и требует частой замены инструмента.
• Длительное время цикла: Количество проходов напрямую связано с увеличением продолжительности обработки.

Например, при обработке поверхностей свободной формы или труднодоступных участков - таких, как автомобильные пресс-формы, - эти ограничения становятся очевидными. Небольшая площадь контакта концевой фрезы с шаровидным наконечником требует тщательной и трудоемкой обработки для достижения приемлемого качества поверхности.

Концевые фрезы с круговыми сегментами: Революционный подход

Концевые фрезы с круговым сегментом устраняют эти недостатки за счет конструкции, включающей частичную дугу на режущей кромке, что приводит к значительному увеличению радиуса резания. Это позволяет инструменту имитировать диаметр резания от 12 мм до более 3000 мм, что значительно превосходит возможности традиционных концевых фрез с шаровидным наконечником.

Основные характеристики концевых фрез с круговым сегментом

• Большой радиус резания: Позволяет увеличить шаг, уменьшая количество необходимых проходов.
• Улучшенное удаление материала: Режет более широкие участки за один проход, повышая производительность.
• Оптимизированный срок службы инструмента: Более равномерно распределяет силу резания, минимизируя износ.

Большой радиальный шаг является определяющей характеристикой, создавая большее усилие резания за счет увеличенного радиуса. Такая конструкция не только повышает эффективность, но и поддерживает точность при работе со сложными поверхностями.

Преимущества при отделке пресс-форм

Применение концевых фрез с круговым сегментом дает ощутимые преимущества:

• Уменьшение тепловой деформации: Ограничивает отклонения от допусков, вызванные нагревом.
• Постоянная осевая производительность: Сглаживает отклонения, обеспечивая равномерное качество.
• Эффективность пятиосевой обработки: Снимает больше материала за меньшее количество проходов, сокращая время цикла более чем на 80% и улучшая качество обработки поверхности на 50%.

Благодаря этим преимуществам концевые фрезы с круговым сегментом особенно хорошо подходят для обработки сложных форм, требующих высокой точности и минимальной последующей обработки.

Практическое применение технологии сегментов окружности

Реальные примеры показывают, как концевые фрезы с круговым сегментом преобразуют процессы обработки пресс-форм, предлагая значительные улучшения по сравнению с традиционными методами.

Тематическое исследование: Литье пластмасс под давлением для автомобильной промышленности

Компания, занимающаяся литьем пластмасс для автомобильной промышленности, повысила производительность за счет интеграции концевых фрез с круговыми сегментами в пятиосевую обработку сложных пресс-форм. Прототипы этих форм длиной до 10 футов и шириной до 5 футов включают такие компоненты, как бамперы, подстаканники, переключатели скоростей, приборные панели и моторные отсеки.

Характеристики материала и формы

• Материал: Инструментальная сталь P-20, твердость 32/34 HRC.
• Особенности плесени: Высокие конусы, дуги, контуры и углы на обеих половинах формы.
• Задачи: Глубокие карманы подъемника с ограниченным доступом, что очень важно для выталкивания пластиковых деталей.

Сравнение подходов

Ранее формовщик использовал концевые фрезы с шаровидным носом, которые при радиусе 6 мм (для инструмента диаметром 12 мм) требовали многократного прохода из-за малой площади контакта. Переход на концевые фрезы с круговым сегментом, радиус резания которых составляет 250 мм при том же диаметре 12 мм, значительно увеличил эффективную площадь резания. Для обеспечения жесткости были использованы термоусадочные держатели инструмента, обеспечивающие достаточный зазор для обработки больших пресс-форм.

Итоги

• Сокращение времени цикла: Время отделки сократилось примерно на 80%.
• Увеличение срока службы инструмента: В два раза больше по сравнению с концевыми фрезами с шаровидным наконечником.
• Экономическая эффективность: Затраты на механическую обработку снизилась на 70%, что позволило сэкономить более $50 000 в год.

Этот случай подчеркивает универсальность концевых фрез с круговым сегментом при обработке специфических элементов пресс-формы наряду с другими инструментами, что значительно сокращает время резки.

Нанесение формы для большого фасада

При обработке большой фризовой пресс-формы обработка в тангенциальной плоскости концевыми фрезами с круговыми сегментами оказалась эффективной, особенно при обработке глубоких пазов, которые трудно фрезеровать стандартными инструментами.

Традиционные и круговые методы сегментации

Обычно использовались концевые фрезы с шаровыми напайками и малым шагом, в результате чего в углах оставались излишки материала, которые требовали дополнительных операций по удалению. Однако концевые фрезы с круговыми сегментами эффективно режут вертикальные углы и днища пазов. Процесс похож на традиционное фрезерование, при этом уникальные характеристики вытачиваются на стандартных хвостовиках (например, 16 мм или 12 мм).

Параметры резки

Параметры зависят от эффективного диаметра, количества режущих кромок и материала заготовки. В начальных настройках используются рекомендуемые скорости и подачи, скорректированные в соответствии с условиями. Из-за увеличения силы резания за счет большого радиуса и большего контакта скорость подачи может немного снизиться. Тем не менее, более широкий шаг повышает общую эффективность.

Результаты

При изготовлении прототипа пресс-формы обработка торцевой фрезой с шаровидным наконечником заняла 9 часов 36 минут, а торцевыми фрезами с круглым сегментом - 1 час 10 минут, что на 88% меньше. Качество поверхности улучшилось, что свело к минимуму необходимость в последующей полировке.

Требования к программному обеспечению для технологии сегмента круга

Эффективное использование концевых фрез с круговым сегментом зависит от программного обеспечения CAM, способного генерировать точные траектории движения инструмента. Это очень важно из-за постоянно меняющегося угла контакта инструмента.

Основные функции CAM

• Автоматическое управление контактными точками: Обеспечивает безопасную и равномерную резку по всей поверхности.
• Определение параметрического инструмента: Упрощает настройку инструмента без ручного создания геометрии.
• Управление инструментами: Точное отображение инструментов для надежной работы.

Производители должны проверить совместимость с CAM и, возможно, обновить программное обеспечение, поддерживающее траектории круговых сегментов, чтобы получить максимальные преимущества.

Расширение содержания чтения

Производители пресс-форм могут ознакомиться со следующими тремя случаями применения пятиосевой финишной обработки с использованием технологии круговых сегментов:

Удаление больших объемов материала при работе с коническими поверхностями

Этот проект начался со 100-фунтового блока из алюминия 6061-T6, который после фрезерной обработки весил всего 6 фунтов. У производителя были концевые фрезы с круговыми сегментами, но ему требовалась помощь в программировании. Совместно с поставщиком режущего инструмента они создали траектории движения инструмента и параллельные функции с возможностью наклона поверхности.

Ранее обработка поверхности торцевой фрезой с шаровым наконечником занимала почти 5 часов на деталь. С торцевыми фрезами с круговыми сегментами они справились с задачей всего за 38 минут, сэкономив значительное время. Способность программного обеспечения CAM работать с большим радиусом концевой фрезы с круговым сегментом имела решающее значение для сохранения геометрической точности.

Пятиосевая обработка деталей аэрокосмического назначения из алюминия 6061-T6

Изначально на выполнение этого проекта уходило 30 минут, что делало его нерентабельным. Под руководством поставщик инструментовИнженеры изменили траекторию движения инструмента, чтобы быстро использовать 12-миллиметровую концевую фрезу с линзообразным сегментом круга. Сохранив ту же подачу и скорость, что и при использовании предыдущего инструмента, они сократили время цикла до 3,5 минут, что на 89% больше. Это позволило не только сэкономить $66 000 на первом заказе из 1000 деталей, но и улучшить качество обработки поверхности алюминиевые детали.

Отделка алюминиевого турбо впускного коллектора

Головная часть имела крутые стороны и постоянно меняющиеся контуры. Первоначально использовалась двухфланцевая 0,500-дюймовая концевая фреза с шаровидным носом на скорости 800 SFM с шагом 0,010 дюйма, что заняло более десяти часов. Концевая фреза прослужила 15 деталей, прежде чем потребовалась ее замена.

Переключившись на концевую фрезу с круговым сегментом и фрезерным патроном FPC, они использовали концевую фрезу с круговым сегментом 12 мм с тремя флейтами и радиусом 250 мм. Увеличив скорость резания до 1900 SFM и шаг до 0,060 дюйма, они выполнили работу всего за 27 минут. Одной концевой фрезой с круговым сегментом было обработано 30 деталей по сравнению с 15 деталями, обработанными традиционной концевой фрезой с шаровым наконечником. Оба инструмента обеспечили среднюю шероховатость поверхности Ra=63, но торцевая фреза с круговым сегментом позволила сэкономить несколько часов на обработку, что дало экономию в $1000 на деталь. Несмотря на более высокую стоимость концевых фрез с круглыми сегментами, экономия затрат на одно рабочее место превысила 95%.

KeSu Rapid Tooling Service

Компания KeSu предлагает прецизионную оснастку и индивидуальное проектирование пресс-форм, отвечающих различным промышленным потребностям. Благодаря обратной связи по вопросам проектирования для обеспечения технологичности (DFM), которая помогает оптимизировать конструкцию пресс-формы для производства, и повышенному вниманию к обеспечению качества, мы гарантируем эффективные и надежные производственные решения для каждого проекта.

• Индивидуальное проектирование пресс-форм для конкретных нужд
• Инструменты обработаны в соответствии со стандартом DIN-27681 fine
• Передовое внутреннее оборудование

Заключение

Оптимизация чистовой обработки пресс-форм с помощью концевых фрез с круговыми сегментами обеспечивает значительное увеличение времени цикла, долговечности инструмента и качества поверхности. Интегрируя эту технологию с совместимым программным обеспечением CAM, производители могут добиться значительного повышения эффективности и снижения затрат, что революционизирует процессы производства пресс-форм.

Вопросы и ответы