在模具制造领域的25个常见问题解答
1) 选择模具钢时什么是最重要的和最具有决定性意义的因素？
成形方法 － 可从两种基本材料类型中选择。
A) 热加工工具钢，它能承受模铸、锻造和挤压时的相对高的温度。
B) 冷加工工具钢，它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。
塑料-一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。 在这些情况下，推荐使用不锈钢材料的模具钢。
模具尺寸 － 大尺寸模具常常使用预硬钢。 整体淬硬钢常常用于小尺寸模具。
模具使用次数 － 长期使用（> 1 000 000次）的模具应使用高硬度钢，其硬度为48－65 HRC。 中等长时间使用（100 000到1 000 000次）的模具应使用预硬钢，其硬度为30－45 HRC。 短时间使用（<100 000次）的模具应使用软钢，其硬度为160－250 HB。
表面粗糙度 － 许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。 当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会因此下降。 硫含量高的钢也变得更脆。
2) 影响材料可切削性的首要因素是什么？
钢的化学成分很重要。 钢的合金成分越高，就越难加工。 当碳含量增加时，金属切削性能就下降。
钢的结构对金属切削性能也非常重要。 不同的结构包括： 锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难于加工的表面。
硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。 一般规律是钢越硬，就越难加工。 高速钢（HSS）可用于加工硬度最高为330-400 HB的材料；高速钢+钛化氮（TiN）涂层，可加工硬度最高为45 HRC的材料； 而对于硬度为65-70 HRC的材料，则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。 例如Al2O3 （氧化铝），它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。
最后一个是残余应力，它能引起金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。
3) 模具制造的生产成本由哪些部分组成？
粗略地说，成本的分布情况如下：
切削 65％
工件材料 20％
热处理 5％
装配/调整 10％
这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生产的重要性。
4) 铸铁的切削特性是什么？
一般来说，它是：
铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。 用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。 金属切削性能与结构有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。 片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性，而球墨铸铁相当不好。
加工铸铁时遇到的主要磨损类型为： 磨蚀、粘结和扩散磨损。 磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。 有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。 铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上，但这可用提高切削速度和温度来克服。
在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。 这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。 这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。
一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为： 高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关；要求切削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。 切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何发展： 快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差、过大的波纹度等。 正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是一般需要努力做到的。
5) 什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？
切削过程至少应分为3个工序类型：
粗加工、半精加工和精加工，有时甚至还有超精加工（大部分是高速切削应用）。 残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。 在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点非常重要。 如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并更加可预测。 如果可能，就应在专用机床上进行精加工工序。 这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。
成形方法 － 可从两种基本材料类型中选择。
A) 热加工工具钢，它能承受模铸、锻造和挤压时的相对高的温度。
B) 冷加工工具钢，它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。
塑料-一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。 在这些情况下，推荐使用不锈钢材料的模具钢。
模具尺寸 － 大尺寸模具常常使用预硬钢。 整体淬硬钢常常用于小尺寸模具。
模具使用次数 － 长期使用（> 1 000 000次）的模具应使用高硬度钢，其硬度为48－65 HRC。 中等长时间使用（100 000到1 000 000次）的模具应使用预硬钢，其硬度为30－45 HRC。 短时间使用（<100 000次）的模具应使用软钢，其硬度为160－250 HB。
表面粗糙度 － 许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。 当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会因此下降。 硫含量高的钢也变得更脆。
2) 影响材料可切削性的首要因素是什么？
钢的化学成分很重要。 钢的合金成分越高，就越难加工。 当碳含量增加时，金属切削性能就下降。
钢的结构对金属切削性能也非常重要。 不同的结构包括： 锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难于加工的表面。
硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。 一般规律是钢越硬，就越难加工。 高速钢（HSS）可用于加工硬度最高为330-400 HB的材料；高速钢+钛化氮（TiN）涂层，可加工硬度最高为45 HRC的材料； 而对于硬度为65-70 HRC的材料，则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。 例如Al2O3 （氧化铝），它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。
最后一个是残余应力，它能引起金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。
3) 模具制造的生产成本由哪些部分组成？
粗略地说，成本的分布情况如下：
切削 65％
工件材料 20％
热处理 5％
装配/调整 10％
这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生产的重要性。
4) 铸铁的切削特性是什么？
一般来说，它是：
铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。 用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。 金属切削性能与结构有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。 片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性，而球墨铸铁相当不好。
加工铸铁时遇到的主要磨损类型为： 磨蚀、粘结和扩散磨损。 磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。 有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。 铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上，但这可用提高切削速度和温度来克服。
在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。 这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。 这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。
一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为： 高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关；要求切削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。 切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何发展： 快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差、过大的波纹度等。 正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是一般需要努力做到的。
5) 什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？
切削过程至少应分为3个工序类型：
粗加工、半精加工和精加工，有时甚至还有超精加工（大部分是高速切削应用）。 残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。 在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点非常重要。 如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并更加可预测。 如果可能，就应在专用机床上进行精加工工序。 这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。
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高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本。它主要应用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。
达到这些目标的主要因素为：
• 一次（更少此数）装夹的模具加工。
• 通过切削改善模具的几何精度，同时可减少手工劳动和缩短试模时间。
• 使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺计划，通过工艺计划提高机床和车间的利用率。
关于高速切削的详细信息，请参见模具制造应用指南 C-1120:2。 请参见模具制造应用指南 C-1120:2。
22) 高速切削的实际优点是什么？
刀具和工件可保持低温度，这在许多情况下延长了刀具的寿命。另一方面，在高速切削应用中，切削量是浅的，切削刃的吃刀时间特别短。这就是说，进给比热传播的时间快。
低切削力得到小而一致的刀具弯曲。这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合，是高效和安全加工的先决条件之一。
由于高速切削中典型的切削深度是浅的，刀具和主轴上的径向力低。这减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损。高速切削和轴向铣削也是良好的组合，它对主轴轴承的冲击小，使用这种方法可以使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。
小尺寸零件的高生产率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。
高速切削可在一般精加工中获得高生产率，可获得杰出的表面质量。表面质量常低于Ra 0.2 um。
采用高速切削，使对薄壁零件的切削成为可能。使用高速切削，吃刀时间短，冲击和弯曲减小了。
模具的几何精度提高了，组装就容易和更快了。无论是什么人，技能如何，都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些，费时的人工抛光工作可显著减少。常常可减少达60-100%
一些加工，如淬火、电解加工和电火花加工（EDM），可以大大减少。这就可降低投资成本和简化后勤供应。用切削代替电火花加工（EDM），模具使用寿命和质量也得到提高。
采用高速切削，可通过CAD/CAM很快改变设计，特别是在不需要生产新电极的情况下。
关于高速切削的详细信息，请参见模具制造应用指南C-1120:2。请参见模具制造应用指南C-1120:2。
23) 高速切削有风险或缺点吗？
• 由于起始过程有高的加速度和减速度以及停止，导轨、滚珠丝杠和主轴轴承产生相对快的磨损。这常常导致较高的维护成本。
• 需要专门的工艺知识、编程设备和快速传送数据的接口。
• 可能很难找到和挑选高级技术员工。
• 常有相当长的调试和出故障时间。
• 加工中无需紧急停止，导致人为错误和软件或硬件故障会产生许多严重后果。
• 必须有良好的加工计划——“向饥饿的机床提供食物”。
• 必须有安全保护措施：使用带安全外罩及防碎片盖的机床。避免刀具的大悬伸。不要使用“重”刀具和接杆。定期检查刀具、接杆和螺栓是否有疲劳裂纹。 仅使用注明最高主轴速度的刀具。不要使用整体高速钢（HSS）刀具！
关于高速切削的详细信息，请参见模具制造应用指南C-1120:2。 请参见模具制造应用指南C-1120:2。
24) 高速切削对机床有哪些要求？
对ISO/BT 40号机床的典型要求如下：
• 主轴速度范围 < 40 000 转/分
• 主轴功率 > 22 kW
• 可编程进给率 40-60 m/分
• 快速横向进给 < 90 m/分
• 轴向减速度/加速度 > 1 G
• 块处理速度 1-20 毫秒
• 数据传递速度 250 Kbit/s (1 毫秒)
• 增量（线性） 5-20 微米
• 或 NURBS 插补
• 主轴具有高热稳定性和刚性，主轴轴承具有高的预张力和冷却能力。
• 通过主轴的送风/冷却液
• 具有高的吸收振动能力的刚性机床框架
• 各种误差补偿——温度、象限、滚珠丝杠是最重要的。
• CNC中的高级预见功能。
关于高速切削的详细信息，请参见模具制造应用指南 C-1120:2。 请参见模具制造应用指南C-1120:2。
25) 高速切削对切削刀具的典型特性或要求有哪些？
整体硬质合金：
• 高精度磨削，径向跳动低于3微米。
• 尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。
• 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小，切削刃和接触长度应尽可能短。
• 超尺寸、锥度刀柄，这在小直径时特别重要。
• 细晶粒基体和为了得到高耐磨性的TiAlN 涂层。
• 用于风冷或冷却液的内冷却孔。
• 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。
• 对称刀具，最好是设计保证平衡。
使用可转位刀片的刀具：
• 设计保证的平衡。
• 在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。
• 适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。
• 刀具体上有适当的间隙，以避免刀具弯曲（切削力）消失时产生摩擦。
• 送风或冷却液的冷却孔（立铣刀）。
• 刀具体上标明允许的最大转速。