吳茂海

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，刀具種類和材料也發(fā)生了很大的變化，為制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了很大的動(dòng)力。模具高速銑削加工技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，是當(dāng)前模具制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，進(jìn)一步提高了制造業(yè)的效率和質(zhì)量。本文主要對(duì)模具高速銑削加工的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)其相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述，討論模具高速銑削加工技術(shù)的應(yīng)用前景，從而實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：模具；高速銑削；關(guān)鍵技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合水平的提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)也隨之不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)與制造業(yè)的有效整合，促進(jìn)了刀具材料的發(fā)展，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持，促使以數(shù)字化為代表的現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)。制造業(yè)中的模具加工技術(shù)也在這個(gè)背景下高速發(fā)展，模具高速加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)工作的重點(diǎn)之一，模具高速銑削技術(shù)是眾多技術(shù)中的一種，也是重要組成部分。模具制造中的關(guān)鍵技術(shù)還包括：成型技術(shù)、精密磨削技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及拋光技術(shù)等，這些技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)模具制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義，模具高速銑削技術(shù)以及其他關(guān)鍵技術(shù)在模具制造業(yè)中的應(yīng)用具有很好的前景，通過這些先進(jìn)的模具制造技術(shù)才能進(jìn)一步提高模具制造的質(zhì)量和效率，提高制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。

1.模具高速銑削加工的概念以及特點(diǎn)

模具制造中一般的銑削加工采用的是較低的進(jìn)給速度和較大的切削參數(shù)，制造成本比較大，隨之模具制造技術(shù)的進(jìn)步，模具制造技術(shù)出現(xiàn)了高速銑削加工技術(shù)，高速銑削技術(shù)降低了制造成本，實(shí)際運(yùn)用過程中采用的是高的進(jìn)給速度和比較小的切削參數(shù)。與一般的銑削加工技術(shù)相比，模具高速銑削加工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1.1高效

高速銑削加工技術(shù)相比一般銑削加工技術(shù)，速度更快，提高了模具制造的效率。它的株洲轉(zhuǎn)速在15000r/min至40000r/min之間，甚至可以達(dá)到100000r/min，在切削鋼的時(shí)候，速度在傳統(tǒng)銑削加工速度上提高了5-10倍，在模具型腔加工的時(shí)候，比電火花加工的效率高5倍左右；

1.2精度高

與一般銑削加工相比，高速銑削加工的精度更高

1.3表面質(zhì)量高

高速銑削加工的速度快，所以工作過程中工件的溫升比較小，表面產(chǎn)生變質(zhì)層、微裂紋以及熱變形的可能性小，減少了模具制造的工作量，提高了模具制造的效率和質(zhì)量。

1.4可以加工硬度高的材料

這也是高速銑削加工的突出特點(diǎn)，它能夠加工一般銑削技術(shù)不能加工的高硬度材料，突破了銑削加工的限制，促進(jìn)了模具制造技術(shù)的發(fā)展。

2.模具高速加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)

模具高速銑削加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)包括：刀具系統(tǒng)、機(jī)床系統(tǒng)、模具CAD軟件系統(tǒng)以及模具CNC控制系統(tǒng)。模具高速銑削加工技術(shù)在模具制造業(yè)中的運(yùn)用，為模具制造業(yè)注入了強(qiáng)大的動(dòng)力，帶動(dòng)了模具制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。但是，在模具高速技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用過程中我們也不能忽視其構(gòu)成技術(shù)的關(guān)鍵性作用，下面展開高速銑削加工中關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)論述》

2.1高速銑削的刀具系統(tǒng)

刀具系統(tǒng)是模具高速銑削加工技術(shù)的重要組成部分，主要包括：刀具材料、結(jié)構(gòu)以及刀柄。刀具系統(tǒng)對(duì)模具制造中進(jìn)行高速銑削有重要作用，它直接影響模具制造中高速銑削的加工精度、質(zhì)量和成本。高速銑削時(shí)要承受高溫、摩擦以及沖擊等諸多力的作用，這就要求刀具材料必須具備較高的硬度、耐磨性、韌性以及較好的耐熱性，只有這樣才能保證高速銑削加工的順利工作和工件質(zhì)量，提高銑削工具的使用壽命?，F(xiàn)在常用的刀具材料包括：金剛石、硬度合金刀具以及陶瓷道具等，這些材料都具有較高的硬度和很好的耐熱性，能夠提高刀具系統(tǒng)的性能，對(duì)高速銑削加工在模具制造中的運(yùn)用具有重要意義。但是，高速銑削加工過程中，由于強(qiáng)大的離心力作用，所以會(huì)出現(xiàn)夾緊機(jī)構(gòu)破壞或者刀片甩掉的情況，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，高速加工中出現(xiàn)這些情況會(huì)造成安全事故的發(fā)生。高速銑削加工中刀具系統(tǒng)面臨的問題包括：刀具剛性不足、銑削重復(fù)精度不穩(wěn)定、加工過程產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力、不方便換刀等情況。為解決離心力作用引起的刀片甩掉問題，可以采用兩面定位的刀柄結(jié)構(gòu)；針對(duì)換刀問題，可以定期進(jìn)行刀具檢查，及時(shí)更換刀具，避免工作過程中出現(xiàn)刀具問題或者臨時(shí)換刀；針對(duì)精度不穩(wěn)定的問題，可以采用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用先進(jìn)的技術(shù)提高精度穩(wěn)定程度。下圖為刀具示意圖：

2.2高速銑削的機(jī)床系統(tǒng)

機(jī)床機(jī)構(gòu)是磨具制造中的重要組成部分，也為高速銑削加工提供充分的保障，主要是能夠?yàn)楦咚巽娤魈峁┛焖俚倪M(jìn)給速度。高速銑削加工會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速，高速主軸中的一些零件會(huì)在強(qiáng)大的離心作用下產(chǎn)生振動(dòng)和變形，高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生大量的熱和高溫，這都會(huì)高速主軸系統(tǒng)中的一些零件產(chǎn)生較大的破壞作用，對(duì)高速銑削的順利工作產(chǎn)生不利的影響。為保護(hù)高速主軸系統(tǒng)，提高機(jī)床系統(tǒng)的質(zhì)量，應(yīng)該提高主軸系統(tǒng)的剛度和回轉(zhuǎn)精度，減輕主軸系統(tǒng)的重量和慣性作用，提高主軸系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，減小主軸系統(tǒng)中零件的振動(dòng)和工作過程中產(chǎn)生的噪音，優(yōu)化主軸系統(tǒng)中的冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)，只有這樣才能提高高速主軸系統(tǒng)的質(zhì)量，保證高速銑削順林加工，提高機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。為了提高進(jìn)給速度，在機(jī)床系統(tǒng)中可以采用小螺距大尺寸高質(zhì)量的滾珠絲杠，在保證高速銑削加工精度的同時(shí)提高進(jìn)給速度。傳統(tǒng)機(jī)床系統(tǒng)的工作臺(tái)比較重，剛度也比較低，高速銑削加工中為保證加工質(zhì)量，工作臺(tái)質(zhì)量和剛度都得到了相應(yīng)的提高。機(jī)床系統(tǒng)是高速銑削加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)，只有提高機(jī)床的質(zhì)量和安全性能，才能為高速銑削加工提供保障，從而提高高速銑削加工的精度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高速銑削加工技術(shù)在模具制造中的重要作用。下圖為高速銑削加工的機(jī)床系統(tǒng)：

2.3高速銑削的模具CAD軟件系統(tǒng)

模具制造技術(shù)中軟件系統(tǒng)的運(yùn)用，進(jìn)一步提高了模具加工的質(zhì)量，使得模具加工技術(shù)更加完善，模具CAD軟件系統(tǒng)的建立，使得模具制造更加直觀，主要是利用CAD軟件系統(tǒng)技術(shù)模擬模具的成型過程的虛擬模具，能夠更加直觀的對(duì)模具進(jìn)行研究，在工作之前，解決工作過程中可能會(huì)遇到的問題，提高模具加工的質(zhì)量，提高工件的精度和質(zhì)量?，F(xiàn)階段，CAD軟件系統(tǒng)在高速銑削加工技術(shù)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)銑床刀具的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使的刀具的使用達(dá)到最佳方式，降低換刀的復(fù)雜程度，提高刀具安裝的質(zhì)量的穩(wěn)定性，為高速銑削加工提供保障?，F(xiàn)在模具加工中常用的CAD軟件系統(tǒng)包括：UG、CAXA以及HSC2等，這些先進(jìn)軟件系統(tǒng)在模具制造中的運(yùn)用，具有至關(guān)重要的作用。除了CAD軟件系統(tǒng)，常用的模具軟件系統(tǒng)還包括CAE分析系統(tǒng)和CAM制造系統(tǒng)，這三種系統(tǒng)技術(shù)的有效整合，在模具制造業(yè)中具有重要意義。

2.4CNC控制系統(tǒng)

CNC控制系統(tǒng)能夠快速處理數(shù)據(jù)，優(yōu)化了對(duì)進(jìn)給的控制，降低了程序段的循環(huán)時(shí)間，提高了高速銑削的查補(bǔ)精度，使得數(shù)據(jù)接口更加網(wǎng)絡(luò)化?？傊?，CNC控制系統(tǒng)在模具高速銑削加工中具有重要作用，除了上述作用之外，CNC控制系統(tǒng)還具有良好的減振功能，對(duì)于工件輪廓加工精度的提高有重要意義。

3.高速銑削加工實(shí)例

隨著信息通訊技術(shù)的發(fā)展，對(duì)零件功能的要求越來越高，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，這里主要講石墨高速切削加工實(shí)例，石墨屬于典型的非均質(zhì)脆性材料，高速加工的時(shí)候容易出現(xiàn)顆粒狀的微細(xì)粉塵，也具有較強(qiáng)的吸塵能力，對(duì)銑削加工的刀具損害十分嚴(yán)重。下圖為石墨圖片：

高速銑削加工石墨的優(yōu)勢(shì)：切削速度大幅度提高，大約是一般銑床加工的5-10倍，刀具的耐用度也提高了70%左右，工件質(zhì)量也有所提高，大約為2級(jí)，降低了工件表面的粗糙度，工件溫升低，對(duì)于減少工件的熱變形具有重要意義，利用高速銑削加工還可以降低生產(chǎn)成本。

高速銑削加工中的不足：加工過程中產(chǎn)生的石墨粉塵進(jìn)入主軸系統(tǒng)，會(huì)損害主軸系統(tǒng)，降低主軸系統(tǒng)各個(gè)零件的使用壽命，會(huì)出現(xiàn)裝夾不穩(wěn)的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較大的慣性離心力，給操作機(jī)床和操作人員帶來風(fēng)險(xiǎn)，此外，石墨粉塵進(jìn)入機(jī)床系統(tǒng)，會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)面、絲杠和線性導(dǎo)軌的磨損，對(duì)機(jī)床系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，石墨粉塵進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)會(huì)影響數(shù)控系統(tǒng)判斷監(jiān)測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度，甚至?xí)鹣到y(tǒng)短路事故的發(fā)生。

相關(guān)策略：首先，可以加強(qiáng)對(duì)主軸和進(jìn)給系統(tǒng)的粉塵密封，降低石墨粉塵進(jìn)入系統(tǒng)的可能性；其次，對(duì)機(jī)床工作區(qū)進(jìn)行密封，可以將頂板進(jìn)行完全的密封，使石墨粉塵無法進(jìn)行機(jī)床系統(tǒng)；最后，可以在機(jī)床內(nèi)部裝置集成強(qiáng)力真空吸塵裝置，及時(shí)吸走加工過程中產(chǎn)生的石墨粉塵。

研究意義：通過高速銑削對(duì)石墨的加工可以發(fā)現(xiàn)高速銑削出現(xiàn)和推廣的重要意義，只有通過高速銑削技術(shù)可以突破傳統(tǒng)加工技術(shù)的限制，提高工件加工的質(zhì)量，促進(jìn)模具制造業(yè)的發(fā)展。

下圖為利用高速銑削加工完成的石墨工件：

4.結(jié)束語

總之，高速銑削加工技術(shù)在模具加工中的運(yùn)用具有重要意義，它能夠有效的提高模具加工的質(zhì)量和工件的精度，保證高速銑削中關(guān)鍵技術(shù)的質(zhì)量，才能提高模具加工的效率的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速銑削的關(guān)鍵技術(shù)也在不斷的優(yōu)化，充分表明高速銑削在模具制造中的良好前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙建峰，楊征宇，汪木蘭等.汽車外覆蓋件模具高速切削工藝規(guī)劃研究[J].現(xiàn)代制造工程，2010，（3）：76-79.

[2]吳世雄，李開柱.復(fù)雜型腔模具高速銑削拐角加工的研究現(xiàn)狀與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010，（9）：234-235.

[3]馮民堂，李志剛.高速銑削與電火花工在輪胎模具制造中的應(yīng)用[J].模具工業(yè)，2010，36（1）：67-70.

[4]高晶晶，趙杰.基于模具的高速銑削加工技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（9）：2101-2103，2107.