李 偉

（荊楚理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北荊門(mén)448000）

模具作為重要的工藝裝備，在消費(fèi)品、電器電子、汽車(chē)、飛機(jī)制造等工業(yè)部門(mén)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(shì)，在國(guó)外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機(jī)床已經(jīng)大面積取代了電火花機(jī)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(duì)電極和模具的后續(xù)加工，從而提高了多次成型的重復(fù)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(jìn)給速度下完成對(duì)淬硬鋼的精加工，且可達(dá)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(dá)62HRC。采用高速切削加工可省去電極加工編程，避免加工所導(dǎo)致的表面硬化。

（3）快速制造樣件。高切削速度及高進(jìn)給速度可以縮短制造周期，對(duì)于易加工材料加工時(shí)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(guò)CAD設(shè)計(jì)后快速生成3D實(shí)體模型。

1.2 應(yīng)用的優(yōu)越性

（1）應(yīng)用高速切削進(jìn)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(jī)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(shí)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(fù)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(jī)床結(jié)構(gòu)及材料、機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)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(jì)制造技術(shù)、高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)、高速切削機(jī)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(duì)機(jī)床的要求

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

（2）快速進(jìn)給一般要求30～60 m/min。

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

（4）具有好的控制系統(tǒng)：高精度插補(bǔ)、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(jī)床必須考慮具體的生產(chǎn)情況。

2.2 對(duì)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(lái)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(lái)說(shuō)，刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015 mm，而刀的長(zhǎng)度不能大于4倍的刀具直徑。同時(shí)，對(duì)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(dòng)平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。

2.3 對(duì)CAM軟件的要求

對(duì)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(jì)算編程速度，全程自動(dòng)過(guò)切處理能力及自動(dòng)刀柄干涉檢查功能，具有進(jìn)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(qiáng)的插補(bǔ)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(jìn)給速度和切削深度三個(gè)工藝參數(shù)的不同，高速切削加工采用快進(jìn)給速度和小切削參數(shù)，而傳統(tǒng)切削加工采用低進(jìn)給速度和大切削參數(shù)。過(guò)去模具的型腔加工是電火花加工（EDM）一統(tǒng)天下，但近年來(lái)，除了窄縫、深槽以及很細(xì)的紋理必須使用EDM以外，形狀不太復(fù)雜的型腔及三維輪廓已采用高速切削進(jìn)行加工，其加工效率要比EDM高。

4 結(jié)束語(yǔ)

模具制造主要是加工復(fù)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(fèi)時(shí)，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(huì)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(jī)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(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.