浅析高速切削加工技术在模具制造中的应用

摘 要：高效率、高精度以及高表面质量是高速切削技术在实际应用中表现最为突出的几个特性，同时也是其融入先进制造领域的关键。现阶段很多工业加工企业均在高速切削方面投入大量人力物力财力，以期能够不断提高产品质量，从根本上降低企业生产成本。本文从高速切削加工的概念出发，分析现代模具制造应用该项技术的必然性，并研究了高速切削加工模具的关键技术。

关键词：高速切削；模具；加工

模具是当前工业生产中的重要组成部分，模具的质量高低将直接影响产品质量等级。随着我国工业水平的不断发展，现阶段在模具加工方面已经出现了越来越多的先进技术，其中高速切削就是应用较为广泛的一种模具加工技术。

1 何为高速切削加工

高速切削加工最核心的内容就是速度，但对于不同加工工件，我们需要使用不同的加工方法和加工速度，所以当前学术界对于高速切削加工有较多种定义：CIRP切削委员会是从线速度的角度来定义高速加工的，切削线速度范围在[500，7000]m/min的均可以视为高速加工；ISO1940标准主要是针对铣削加工而言，关注的焦点集中在主轴速度，转速在8000r/min以上的均可以视为高速切削加工。从某种意义上来说，切削“高速”不仅仅代表着一种技术指标，更多的是经济指标，通过高速切削来帮助企业获得更多的经济效益。

2 现代模具制造应用高速切削技术的必然性

2.1 现代模具制造的特点和要求

现代工业生产中模具已经成为不可或缺的基础性工具，可以说任何形式的塑料件或者钢板件的生产与制造均需要模具。传统模具制造基本都是使用电火花加工成型的，这种方式在很多方面均存在着较大弊端：（1）电火花加工是一种完全依靠放电烧蚀而成的“微切削”工艺，但从加工效率这一点来说，就完全无法满足当前工业生产的需要；（2）电火花加工的放电烧蚀环节本来就会对工件表面造成一定损伤，甚至于可能会使得工件表面出现细微裂痕，这样就更难以保证加工质量；（3）模具表面粗糙度是评价其质量的关键指标，电火花加工在这一点上非常难以进行可靠把握。随着工业生产规模的不断扩大，现代模具市场可谓是瞬息万变。企业之间在相互竞争加工工艺的同时，生产周期也成为影响经济效益的关键因素。

2.2 应用高速铣削技术加工模具的优越性

高速加工技术是随着工业生产水平和规模不断发展而新兴的一个产业，其最主流的内容就是高速铣削加工。高速铣削加工技术相较于其他加工技术有以下几点优势：（1）工序简化。高速铣削加工基本不会产生后续加工过程，从这一点来看，就可以为企业节约一定的生产成本；（2）生产效率高，能够达到“一次清”加工过程。高速铣削过程中切削速度极高，相较于电火花加工能够快上数倍，进而大幅度的提高加工效率；（3）产品质量好，加工精度高。高速铣削技术可以说是目前在表面质量保证方面最优秀的，工件表面切削能够瞬间被切离，进而确保工件热变形在可控范围之内。

3 高速切削加工模具的关键技术

3.1 基于高速加工技术的现代模具制造系统

随着市场竞争的不断加剧，生产周期短，产品质量高已经成为争夺经济利益的关键，怎样才能够提高模具精度，从根本上缩短制造时间是当前各个工业生产企业所重点研究的内容。高速切削技术的出现使制造业发生了巨大变化，基于高速加工技术的现代模具制造系统具有一些几点优势：（1）通过高速切削技术加工模具，其质量影响因素更容易物化，从而提高模具制造整体控制能力；（2）基于高速切削技术的模具制造系统是采用并行方式进行的，不论是模具的设计还是实际制造均采用同一个数学模型，所以能够从总体工艺的角度来对其加以控制，相互配合提高劳动生产率，进而大大缩短模具制造周期；（3）基于高速切削技术的模具制造系统能够按照计算机程序来进行数值模拟，进而在实际制造之前对误差进行纠正，极大的降低了返修次数，给企业节约更多的模具制造成本。

3.2 高速加工模具对机床的要求

（1）机床的主轴转速要高，工作功率要大。主轴转速是决定高速切削是否能够实现的关键因素，其速度如果能够控制在10000r/min以上，那么就可以保证刀具在切削小圆角半径时不会与加工工件发生“摩擦”，进而提高切削质量。此外，模具加工通常是一次性完成，所以主轴功率一定要能够保证其实际工作要求。

（2）机床刚度好。机床刚度分为静、动两种，模具制造材料不管是在强度还是硬度上都很高，加之高速切削工作用刀具直径小、伸长量大，在实际工作过程中很容易就会出现颤振现象。想要提高零件的有效切削率，提高模具制造质量和精度，就必须有刚度极好的机床做基础。

（3）具有很高的主轴转动速度和工作台运动加速度。对于高速切削加工技术而言，主轴的加速度应该维持在160r/s2，也就是说在2s中之内其速度就要提高到10000r/min。

（4）性能较好的高速控制系统。数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量的关键，所以高速切削技术一定要配备较先进的数字控制系统，通过不断优化具体算法，改善前馈控制程序，才能够确保高速切削加工技术的高效应用。

3.3 高速切削数控编程策略

高速切削数控编程首先要注意的就是对加工过程安全性和有效性的控制，而且要尽量保证刀具轨迹始终维持平稳状态，这样才能够提高加工质量，才能够更好地提高机床主轴使用寿命。高速切削数控编程通常是使用CAM软件来实现的，实际编程过程中需要注意的地方有以下几点：（1）模具加工下刀或者行间过渡环节，最好是采用斜式或者圆弧下刀，这样就避免了直接接触工件材料。特别是在行切端点处，一定要通过圆弧进行连接，切不可直线连接。切削层与切削层之间尽可能平稳过渡，这样比切出后再进入更容易提高模具质量；（2）切削参数设置要尽量平稳，这里不仅仅要控制切削厚度，同时也要保证进给量、切削线速度统一。如果需要深入切削，那么就应该及时降低仅给速度，以保证因负载变化而导致的刀具偏斜，影响工件加工精度和质量。

4 结语

高速切削技术只是当前模具加工技术中的一种，在很多模具生产过程中有着较为广泛的应用。但由于我国工业发展起步较晚，相较于一些发达国家在该项技术上还存在着一些不足之处。笔者在今后的工作中，将继续致力于该领域的研究，以期能够获得更多更有价值的研究成果。

参考文献：

[1] 郭宏军，陈平，杨玻. 高速切削加工技术在汽车覆盖件模具制造中的应用[J]. 金属加工（冷加工），2014（01）：68-71.

[2] 曲晓文，林有希，颜聪明. 模具高速切削关键技术研究进展[J]. 机械设计与制造，2012（05）：249-251.

作者简介：陈震（1986—），男，四川平昌人，本科，助教，研究方向 ：数控加工技术。