高速加工技术在现代模具制造中的应用

李 伟

（荆楚理工学院机械工程学院，湖北荆门448000）

模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中占有重要地位。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势，在国外一些模具生产厂家，高速机床已经大面积取代了电火花机床，从而大大提高了模具的生产效率和质量。

1 高速加工与模具制造

1.1 应用范围

（1）制造电极。高速切削加工电极提高了电火花加工效率、电极的表面质量和精度，大大减少了对电极和模具的后续加工，从而提高了多次成型的重复精度。

（2）直接加工淬硬材料。高速切削加工可以在高转速、大进给速度下完成对淬硬钢的精加工，且可达到很高的模具表面质量（Ra≤0.4μm），效率比常规方式高出4～6倍，所加工的材料硬度可高达62HRC。采用高速切削加工可省去电极加工编程，避免加工所导致的表面硬化。

（3）快速制造样件。高切削速度及高进给速度可以缩短制造周期，对于易加工材料加工时间仅为传统切削加工的1∕10，可用于加工塑料和铝合金模型，能够通过CAD设计后快速生成3D实体模型。

1.2 应用的优越性

（1）应用高速切削进行粗加工和半精加工，大大提高了金属切除率。

（2）采用高速切削机床、刀具和工艺，可加工淬硬材料。

（3）高速高精度切削代替光整加工，减少耗时的手工修磨，比电火花加工提高效率50%。

（4）硬切削加工最后成型表面，提高表面质量、形状精度，尤其适用于复杂曲面的加工。

（5）避免了电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹现象，大大减少了模具精加工后的表面损伤，提高了模具寿命。

（6）工件发热少、切削力减小，热变形小，结合CAD/CAM技术用于快速加工电极。

2 高速切削加工的关键技术

高速切削加工是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀具系统、高性能刀具材料及设计制造技术、高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等相关的硬件与软件技术的基础上综合而成的。

2.1 对机床的要求

（1）精加工模具要用小直径刀具，机床一般要达到15 000～2 0000 r/min。

（2）快速进给一般要求30～60 m/min。

（3）根据模具生产种类选择立、卧式加工中心或龙门式加工中心。

（4）具有好的控制系统：高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等。

因此，选择高速加工模具的机床必须考虑具体的生产情况。

2.2 对刀具的要求

高速切削加工还需配备适宜高速切削的刀具。近年来各刀具公司都先后推出了高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具，还有能直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂层刀具异军突起，在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。

一般来说，刀具以及刀夹的加速度达到3g以上，刀具的径向跳动要小于0.015 mm，而刀的长度不能大于4倍的刀具直径。同时，对刀具的材料（包括硬度、韧性、红硬性）、刀具的形状（包括排屑性能、表面精度、动平衡性等）以及刀具寿命都有很高的要求。

2.3 对CAM软件的要求

对于高速切削加工，CAM软件必须生成安全、有效和精确的刀具路径及理想的曲面精度。因此，CAM软件应具有很高的计算编程速度，全程自动过切处理能力及自动刀柄干涉检查功能，具有进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能、较强的插补功能、加工残余分析功能。

3 与传统工艺的比较

高速切削加工与传统切削加工主要区别在于主轴转速、进给速度和切削深度三个工艺参数的不同，高速切削加工采用快进给速度和小切削参数，而传统切削加工采用低进给速度和大切削参数。过去模具的型腔加工是电火花加工（EDM）一统天下，但近年来，除了窄缝、深槽以及很细的纹理必须使用EDM以外，形状不太复杂的型腔及三维轮廓已采用高速切削进行加工，其加工效率要比EDM高。

4 结束语

模具制造主要是加工复杂的型腔曲面形状，并且模具材料大多是高硬度、耐磨损的合金材料，加工难度大。用传统加工方法加工不仅费时，而且表面质量也得不到保证。高速切削加工能改善模具的尺寸、形状和表面粗糙度，减少甚至省去手工修磨，从而降低生产成本和缩短制造周期。高速切削应用于模具制造业，将会大幅度提高模具产品的生产率和质量。

[1]黄毅宏，李明辉.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1999．

[2]郭铁良，赵先仲，付建军，张世全.模具制造工艺学[M].北京：高等教育出版社，2002.