CN117583848A - 一种钨钢材料加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钨钢材料生产制造技术领域，尤其涉及一种钨钢材料加工方法，它包括提供数控雕铣机和钨钢材料半成品，通过数控雕铣机，对钨钢材料半成品进行加工，具体步骤包括：配件准备、加工前准备、粗加工和精加工，最后完成整体铣削。本发明在加工过程中钨钢材料半成品不易出现缺陷和损坏，提高产品的成品率，进而提高生产经济效益；相较于电火花加工，可省去火花机放电加工时间，以及加工电极的时间，进而可提高整体的加工效率；同时能耗成本低，适用于模具零件小、形状复杂、精度要求高的钨钢材料加工，并且可以高精度和高质量地达到加工要求，利于规模化推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及钨钢材料生产制造技术领域，尤其涉及一种钨钢材料加工方法。
背景技术
钨钢，也被称为硬质合金，是由钨、碳及其他元素经过粉末冶金工艺制成的。由于其硬度高、耐磨、高温稳定性好等特点，它在各种工具、模具和其他耐磨应用中有广泛的应用。钨钢材料的常用加工方法包括切削加工、研磨加工、电火花加工、激光切割等方式，钨钢材料虽然硬度高但韧性低且易脆，这也意味着加工困难。对于较大批量的生产和简单形状的零件，切削加工更具备经济效益。而对于复杂形状、高精度要求或小批量生产的零件，目前技术只能采用电火花加工，以达到高精度和高质量的要求。
然而电火花加工配套的电极是采用钨铜放电，加工技术成本高， 相较于一般电极材料的紫铜放电，钨铜电极放电效率更低。并且加工钨铜电极对刀具磨损快，需逐一电极放电对模具零件形状进行加工，总体而言针对复杂性高、形状小的钨钢材料进行加工，电火花的加工效率和成本仍有优化空间。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种钨钢材料加工方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钨钢材料加工方法，包括：提供数控雕铣机和钨钢材料半成品，通过数控雕铣机，对钨钢材料半成品进行加工，包括以下步骤：
S1：配件准备，提供钻石磨棒CNC刀具、平口钳和千分表，其中，钻石磨棒CNC刀具的规格包括：φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒；
S2：加工前准备，将钻石磨棒CNC刀具安装在数控雕铣机的旋转主轴上，将平口钳摆放于工作台面上，使用平口钳装夹钨钢材料半成品，接着用千分表检测夹钨钢材料半成品的平行度和垂直度，保证平行度和垂直度控制在0.01mm误差范围内，根据装夹好的钨钢材料半成品确定初始加工位置，启动数控雕铣机；
S3：粗加工，首先选用φ3.4mm钻石磨棒加工开粗钨钢材料半成品的形状，侧面余量留有0.2mm，底部余量留有0.1mm，再更换为φ1.5mm钻石磨棒进行清角加工，侧面余量留有0.3mm，底部余量留有0.12mm；
S4：精加工，接着更换为φ3.4mm钻石磨棒进行精铣孔，最后使用φ2.0mm钻石磨棒精加工钨钢材料半成品，完成整体铣削。
进一步的，所述步骤S1、S2中，还包括自动换刀系统，所述φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒分别安装在自动换刀系统中，根据使用需求可将对应规格的钻石磨棒转移至主轴上。
进一步的，所述步骤S3中，清角加工具体步骤为：逐步将φ1.5mm钻石磨棒切入钨钢材料的角部，持续加工直到达到指定的余量，即侧面的0.3mm和底部的0.12mm，在加工完成后，检查清角的尺寸和形状是否满足预定要求，并对加工不规则和带有毛刺区域进行微调或修正。
进一步的，所述步骤S4中，精铣孔、精加工的具体步骤为：按照预定的路径和深度逐渐铣削，确保在每个循环中都达到所需的深度，通过多次循环铣削，每次只去掉少量的材料，以确保获得最佳的表面质量和尺寸精度，接着利用测量工具检查孔的质量，确保钨钢材料半成品符合设计要求，最后清理孔内的残留物。
进一步的，所述步骤S3中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损过半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。
进一步的，所述步骤S4中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损超过钨钢材料半成品公差的一半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。
不同直径的钻石磨棒在进给深度、切削深度、切削宽度、侧面余量、底面余量和转速上有不同的数值设定。较大直径的刀具具有更大的切削面，这会产生更大的切削力。为了平衡这种力量并避免过多的热量产生，可能需要调整其他参数。较小的刀具可能比较大的刀具更容易磨损，为了延长刀具寿命，可能需要调整进给速度或转速。较小直径的刀具可以提供更精细的切削，这有助于实现更高的表面精度。因此，当进行精加工时，通常会选择较小的切削宽度。较大的刀具由于其刚度较高，通常可以承受更深的切削深度，而较小的刀具可能需要较浅的切削深度以避免破损。在粗加工和精加工中，为确保部件的尺寸精度，会留有不同的侧面和底面余量。这些余量可以为后续的加工步骤提供一些“缓冲”。转速的设定与刀具的直径、所处理材料的性质、所需的表面质量以及机器的能力等因素有关。一般来说，较小的刀具可以以更高的转速运行，因为它们的切削速度更快，而且热量分散得也更均匀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在加工过程中钨钢材料半成品不易出现缺陷和损坏，提高产品的成品率，进而提高生产经济效益；
2、本发明相较于电火花加工，可省去火花机放电加工时间，以及加工电极的时间，进而可提高整体的加工效率；
3、本发明能耗成本低，适用于模具零件小、形状复杂、精度要求高的钨钢材料加工，并且可以高精度和高质量地达到加工要求，利于规模化推广使用。
附图说明
图1是钻石磨棒的加工参数的示例图；
图2是钨钢材料半成品示例；
图3是钻石磨棒加工与电火花加工的数据分析图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
本发明公开的一种钨钢材料加工方法，包括：提供数控雕铣机和钨钢材料半成品，通过数控雕铣机，对钨钢材料半成品进行加工，包括以下步骤：
S1：配件准备，提供钻石磨棒CNC刀具、平口钳和千分表，其中，钻石磨棒CNC刀具的规格包括：φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒；
S2：加工前准备，将钻石磨棒CNC刀具安装在数控雕铣机的旋转主轴上，将平口钳摆放于工作台面上，使用平口钳装夹钨钢材料半成品，接着用千分表检测夹钨钢材料半成品的平行度和垂直度，保证平行度和垂直度控制在0.01mm误差范围内，根据装夹好的钨钢材料半成品确定初始加工位置，启动数控雕铣机；
S3：粗加工，首先选用φ3.4mm钻石磨棒加工开粗钨钢材料半成品的形状，侧面余量留有0.2mm，底部余量留有0.1mm，再更换为φ1.5mm钻石磨棒进行清角加工，侧面余量留有0.3mm，底部余量留有0.12mm；
S4：精加工，接着更换为φ3.4mm钻石磨棒进行精铣孔，最后使用φ2.0mm钻石磨棒精加工钨钢材料半成品，完成整体铣削。
具体的，在步骤S1中，平口钳用于夹持并固定钨钢材料半成品，使其保持稳定，它通常有两个金属臂，一端合在一起，中间有一个铰链或枢轴，另一端则打开和关闭，确保钨钢材料半成品在加工过程中不会移动或滑动。千分表是一种高精度的测量工具，用于测量钨钢材料半成品的微小尺寸变化。钻石磨棒CNC刀具包括三种规格的钻石磨棒，分别是直径1.5mm、直径2.0mm以及直径3.4mm。
具体的，在步骤S2中，千分表检测夹钨钢材料半成品的平行度和垂直度，用以确保钨钢材料半成品的平行度和垂直度在规定的误差范围内，使得后续的加工过程中，零件的形状、尺寸和位置精度达到要求。当钨钢材料半成品安装位置精确时，可以避免因初始定位错误而需要的多次微调和重新加工，从而提高生产效率。钨钢的硬度很高，如果加工过程中初始位置不准确，可能会导致刀具过度磨损，甚至损坏，尤其是使用钻石磨棒这样的高精度刀具。准确的初始定位还有助于确保钨钢半成品加工后的表面质量，避免出现划痕、凹坑和其他表面缺陷。
具体的，在步骤S3中，在粗加工结束后，钨钢材料半成品表面上留下的未加工的部分，这部分将在后续的精加工阶段被去除。余量是为了预留一些材料来修正加工中的误差或缺陷，并确保在精加工时可以达到所需的最终尺寸和精度。余量的预留是为了确保在整个加工过程中，钨钢材料半成品可以达到预定的尺寸和精度，并允许一些微小的调整或修正。太小的余量可能导致在精加工阶段无法达到所需的尺寸或精度，而太大的余量则会增加精加工时的加工量和成本。
所述步骤S1、S2中，还包括自动换刀系统，所述φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒分别安装在自动换刀系统中，根据使用需求可将对应规格的钻石磨棒转移至主轴上。具体的，自动换刀系统包含有刀具库，其中φ1.5mm、φ2.0mm和φ3.4mm的钻石磨棒均安装于刀具库上。当需要更换刀具时，数控系统会根据编程指令自动选择合适的刀具，接着自动换刀系统的机械臂或滑块会移动到指定的位置，取下或转动替换当前主轴上的刀具，完成更换。一旦对应规格的钻石磨棒被安装到主轴上，主轴会根据数控指令开始旋转，进而对工件进行打磨。
所述步骤S3中，清角加工具体步骤为：逐步将φ1.5mm钻石磨棒切入钨钢材料的角部，持续加工直到达到指定的余量，即侧面的0.3mm和底部的0.12mm，在加工完成后，检查清角的尺寸和形状是否满足预定要求，并对加工不规则和带有毛刺区域进行微调或修正。具体的，当零件被粗加工后，其角部常常会留有毛刺或不规则的凸起，这些毛刺或凸起在某些应用中可能会造成装配问题或损伤其他配合部件。清角加工可去除毛刺，确保零件的安全处理和装配。同时提供良好的装配配合，去除角部的多余材料可以确保零件正确且顺利地与其他零件配合。此外，还可增强零件的耐用性，毛刺或尖锐的边缘在使用中可能会变得更加脆弱，容易断裂，通过清角，可以提高零件的强度和耐久性。
所述步骤S4中，精铣孔、精加工的具体步骤为：按照预定的路径和深度逐渐铣削，确保在每个循环中都达到所需的深度，通过多次循环铣削，每次只去掉少量的材料，以确保获得最佳的表面质量和尺寸精度，接着利用测量工具检查孔的质量，确保钨钢材料半成品符合设计要求，最后清理孔内的切屑、油渍和其他残留物。具体的，精铣孔是在粗加工后进行的，其目标是提供高度的精度和良好的表面质量。粗加工可能会留下一些切削痕迹或不完全合格的尺寸，而精铣孔的目的就是修复这些不规则之处。通过精铣孔，可以确保孔的尺寸、深度和形状完全符合设计要求。精加工是修复某些切削痕迹、不完全合格的尺寸或表面粗糙度等不规则之处，提供高度的精度和良好的表面质量。精加工确保钨钢材料半成品的尺寸、深度和形状达到最终规格。
所述步骤S3中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损过半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。具体的，钻石磨棒CNC刀具在加工过程中，由于其与钨钢材料的摩擦，会导致金刚石涂层的磨损。金刚石涂层的存在是为了提高刀具的切削性能和延长使用寿命，但是涂层的磨损会影响加工的精度和效果。若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损过半，意味着刀具的使用效率和加工精度将大大降低，而且也增加了刀具在加工过程中的损坏风险。
如图1、2所示，图表中列举了不同直径钻石磨棒的参数，参数包括在粗加工和精加工时，不同直径钻石磨棒的进给深度(mm)、切削深度(mm)、切削宽度(mm)和切削转速(R/min)。具体的，用φ3.4mm钻石磨棒在粗加工时，进给深度为400mm、切削深度为2mm、切削宽度为0.015mm、侧面余量为0.15mm、底面余量为0.12mm、转速为每分钟18000转；φ3.4mm钻石磨棒在精加工时，进给深度为每分钟500mm、切削深度为2mm、切削宽度为0.01mm、侧面余量为0.01mm、底面余量为0、转速为每分钟20000转。用φ1.5mm钻石磨棒在粗加工时，进给深度为300mm、切削深度为2mm、切削宽度为0.01mm、侧面余量为0.2mm、底面余量为0.15mm、转速为每分钟20000转。用φ2mm钻石磨棒在精加工时，进给深度为350mm、切削深度为2mm、切削宽度为0.01mm、侧面余量为0.01mm、底面余量为0、转速为每分钟22000转。φ3.4mm钻石磨棒由于其较大的直径，它可以很好地处理大面积的材料去除，使其适用于粗加工。同时，当与适当的参数（如较低的进给和切削宽度）结合使用时，它也可以达到相当高的精度，使其适用于精加工。φ1.5mm钻石磨棒更适合粗加工的特定应用，例如清角加工。由于其较小的直径，它可以更轻松地处理具有复杂形状和细节的部分。φ2mm钻石磨棒是为精加工设计的，其直径和参数可能使其特别适合完成精细的表面处理和尺寸控制。
分别测量φ1.5mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒的厚度，从而计算出金刚石涂层的厚度。在每次加工完毕后，再对钻石磨棒的厚度进行测量，若磨损过半后，对相应的钻石磨棒进行更换，以确保加工的质量和精度。
所述步骤S4中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损超过钨钢材料半成品公差的一半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。具体的，步骤S2中提到“使用平口钳装夹钨钢材料半成品，接着用千分表检测夹钨钢材料半成品的平行度和垂直度，保证平行度和垂直度控制在0.01mm误差范围内”。这里的0.01mm误差范围可以被视为钨钢材料半成品的公差，因为这是在加工前要确保的精度。结合步骤S4：“若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损超过钨钢材料半成品公差的一半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具”。这里明确提到了钨钢材料半成品公差的一半。因此，钨钢材料半成品的公差为0.01mm。当钻石磨棒的表面金刚石涂层磨损超过这个公差的一半，即0.005mm时，就需要更换新的钻石磨棒CNC刀具。
在实施例一的基础上，本实施例提出了一种钨钢材料加工方法的具体工作原理。
所述具体实施原理流程如下:
首先使用较大规格的钻石磨棒进行大致的形状加工，预留一些余量。然后，再使用较小规格的钻石磨棒进行清角加工，确保边角平滑并预留精加工余量。这一步的目标是快速形成零件的基本形状，但是还没有达到最终的精度要求。接着更换钻石磨棒进行精铣孔，确保孔的精度和质量。最后使用中等规格的钻石磨棒进行全面的精加工，达到整体的铣削要求，精加工目的是提高零件的尺寸精度和表面质量。针对粗加工后的零件，尤其是角部，进行细致的加工，确保无毛刺、凸起或不规则之处。这一步骤确保零件安全处理、装配，并增强其耐用性。孔的精铣和精加工，以预定路径和深度进行铣削，保证精确度。通过多次循环铣削，确保获得最佳的表面质量和尺寸精度。这一步的目标是确保孔、尺寸和形状完全符合设计要求。每次加工后都对刀具进行检测，保证刀具状态良好，避免由于刀具磨损造成的加工问题。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提出了数控雕铣机通过钻石磨棒加工与电火花加工的数据分析：
对相同大小的钨钢材料半成品进行加工时，钻石磨棒加工与电火花加工的成本花销、加工时间、精度水平、成品率等数值进行分析，分析数据如下：
成本花销：
钻磨加工：钻磨加工的成本主要包括刀具的成本、机床的折旧费、工时费以及耗材费。
电火花加工：电火花加工的成本包括电极的成本、机床的折旧费、工时费、电费以及润滑液等耗材的费用。
加工时间：
钻磨加工：由于钨钢的硬度高，所以钻磨的加工时间可能会比较长，但对于简单形状的零件，相比于电火花加工更经济。
电火花加工：电火花加工速度较慢，尤其是当使用钨铜电极时。
精度水平：
钻磨加工：由于钻磨加工可以获得较小的切削宽度，并且可以进行精加工，因此其精度可能会更高。
电火花加工：电火花加工的精度也很高，但可能受到电极磨损的影响。
成品率：
钻磨加工：因为钨钢易脆，可能存在破碎的风险，但通过合适的切削参数和策略，这一风险可以被最小化。
电火花加工：由于无物理接触，成品率可能会更高。
如图3所示，分别通过对钨钢材料半成品进行钻磨加工和电火花加工，实验测算，钻磨加工的成本估计为$135/小时，而电火花加工为$185/小时。在加工时间上，对于简单形状的零件，钻磨加工需要2小时，而电火花加工需要3小时；对于复杂形状的零件，钻磨加工需要4小时，而电火花加工需要6小时。在精度上，钻磨加工可以达到±0.005mm，而电火花加工可以达到±0.01mm。成品率方面，钻磨加工为98%，电火花加工为99%。因此，钻磨加工相较于电火花加工效益更高。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种钨钢材料加工方法，包括：提供数控雕铣机和钨钢材料半成品，通过数控雕铣机，对钨钢材料半成品进行加工，其特征在于：包括以下步骤：
S1：配件准备，提供钻石磨棒CNC刀具、平口钳和千分表，其中，钻石磨棒CNC刀具的规格包括：φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒；
S2：加工前准备，将钻石磨棒CNC刀具安装在数控雕铣机的旋转主轴上，将平口钳摆放于工作台面上，使用平口钳装夹钨钢材料半成品，接着用千分表检测夹钨钢材料半成品的平行度和垂直度，保证平行度和垂直度控制在0.01mm误差范围内，根据装夹好的钨钢材料半成品确定初始加工位置，启动数控雕铣机；
S3：粗加工，首先选用φ3.4mm钻石磨棒加工开粗钨钢材料半成品的形状，侧面余量留有0.2mm，底部余量留有0.1mm，再更换为φ1.5mm钻石磨棒进行清角加工，侧面余量留有0.3mm，底部余量留有0.12mm；
S4：精加工，接着更换为φ3.4mm钻石磨棒进行精铣孔，最后使用φ2.0mm钻石磨棒精加工钨钢材料半成品，完成整体铣削。
2.根据权利要求1所述的一种钨钢材料加工方法，其特征在于：所述步骤S1、S2中，还包括自动换刀系统，所述φ1.5mm钻石磨棒、φ2.0mm钻石磨棒和φ3.4mm钻石磨棒分别安装在自动换刀系统中，根据使用需求可将对应规格的钻石磨棒转移至主轴上。
3.根据权利要求1所述的一种钨钢材料加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，清角加工具体步骤为：逐步将φ1.5mm钻石磨棒切入钨钢材料的角部，持续加工直到达到指定的余量，即侧面的0.3mm和底部的0.12mm，在加工完成后，检查清角的尺寸和形状是否满足预定要求，并对加工不规则和带有毛刺区域进行微调或修正。
4.根据权利要求1所述的一种钨钢材料加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，精铣孔、精加工的具体步骤为：按照预定的路径和深度逐渐铣削，确保在每个循环中都达到所需的深度，通过多次循环铣削，每次只去掉少量的材料，以确保获得最佳的表面质量和尺寸精度，接着利用测量工具检查孔的质量，确保钨钢材料半成品符合设计要求，最后清理孔内的残留物。
5.根据权利要求1所述的一种钨钢材料加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损过半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。
6.根据权利要求1所述的一种钨钢材料加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，每次加工完对钻石磨棒CNC刀具进行检测，若钻石磨棒CNC刀具的表面金刚石涂层磨损超过钨钢材料半成品公差的一半，则需更换新的钻石磨棒CNC刀具。
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