李 偉

（荊楚理工學院機械工程學院，湖北荊門448000）

模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業(yè)部門中占有重要地位。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢，在國外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機床已經(jīng)大面積取代了電火花機床，從而大大提高了模具的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1 高速加工與模具制造

1.1 應(yīng)用范圍

（1）制造電極。高速切削加工電極提高了電火花加工效率、電極的表面質(zhì)量和精度，大大減少了對電極和模具的后續(xù)加工，從而提高了多次成型的重復精度。

（2）直接加工淬硬材料。高速切削加工可以在高轉(zhuǎn)速、大進給速度下完成對淬硬鋼的精加工，且可達到很高的模具表面質(zhì)量（Ra≤0.4μm），效率比常規(guī)方式高出4～6倍，所加工的材料硬度可高達62HRC。采用高速切削加工可省去電極加工編程，避免加工所導致的表面硬化。

（3）快速制造樣件。高切削速度及高進給速度可以縮短制造周期，對于易加工材料加工時間僅為傳統(tǒng)切削加工的1∕10，可用于加工塑料和鋁合金模型，能夠通過CAD設(shè)計后快速生成3D實體模型。

1.2 應(yīng)用的優(yōu)越性

（1）應(yīng)用高速切削進行粗加工和半精加工，大大提高了金屬切除率。

（2）采用高速切削機床、刀具和工藝，可加工淬硬材料。

（3）高速高精度切削代替光整加工，減少耗時的手工修磨，比電火花加工提高效率50%。

（4）硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度，尤其適用于復雜曲面的加工。

（5）避免了電火花和磨削產(chǎn)生的脫碳、燒傷和微裂紋現(xiàn)象，大大減少了模具精加工后的表面損傷，提高了模具壽命。

（6）工件發(fā)熱少、切削力減小，熱變形小，結(jié)合CAD/CAM技術(shù)用于快速加工電極。

2 高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

高速切削加工是在機床結(jié)構(gòu)及材料、機床設(shè)計制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀具系統(tǒng)、高性能刀具材料及設(shè)計制造技術(shù)、高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等相關(guān)的硬件與軟件技術(shù)的基礎(chǔ)上綜合而成的。

2.1 對機床的要求

（1）精加工模具要用小直徑刀具，機床一般要達到15 000～2 0000 r/min。

（2）快速進給一般要求30～60 m/min。

（3）根據(jù)模具生產(chǎn)種類選擇立、臥式加工中心或龍門式加工中心。

（4）具有好的控制系統(tǒng)：高精度插補、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等。

因此，選擇高速加工模具的機床必須考慮具體的生產(chǎn)情況。

2.2 對刀具的要求

高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。近年來各刀具公司都先后推出了高速切削刀具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具，還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂層刀具異軍突起，在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。

一般來說，刀具以及刀夾的加速度達到3g以上，刀具的徑向跳動要小于0.015 mm，而刀的長度不能大于4倍的刀具直徑。同時，對刀具的材料（包括硬度、韌性、紅硬性）、刀具的形狀（包括排屑性能、表面精度、動平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。

2.3 對CAM軟件的要求

對于高速切削加工，CAM軟件必須生成安全、有效和精確的刀具路徑及理想的曲面精度。因此，CAM軟件應(yīng)具有很高的計算編程速度，全程自動過切處理能力及自動刀柄干涉檢查功能，具有進給率優(yōu)化處理功能、待加工軌跡監(jiān)控功能、刀具軌跡編輯優(yōu)化功能、較強的插補功能、加工殘余分析功能。

3 與傳統(tǒng)工藝的比較

高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工主要區(qū)別在于主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和切削深度三個工藝參數(shù)的不同，高速切削加工采用快進給速度和小切削參數(shù)，而傳統(tǒng)切削加工采用低進給速度和大切削參數(shù)。過去模具的型腔加工是電火花加工（EDM）一統(tǒng)天下，但近年來，除了窄縫、深槽以及很細的紋理必須使用EDM以外，形狀不太復雜的型腔及三維輪廓已采用高速切削進行加工，其加工效率要比EDM高。

4 結(jié)束語

模具制造主要是加工復雜的型腔曲面形狀，并且模具材料大多是高硬度、耐磨損的合金材料，加工難度大。用傳統(tǒng)加工方法加工不僅費時，而且表面質(zhì)量也得不到保證。高速切削加工能改善模具的尺寸、形狀和表面粗糙度，減少甚至省去手工修磨，從而降低生產(chǎn)成本和縮短制造周期。高速切削應(yīng)用于模具制造業(yè)，將會大幅度提高模具產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。

[1]黃毅宏，李明輝.模具制造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999．

[2]郭鐵良，趙先仲，付建軍，張世全.模具制造工藝學[M].北京：高等教育出版社，2002.