高速切削技术在模具加工中的应用

彭森荣

摘要：高速切削技术是一种先进的制造技术，目前已在航空、汽车、模具工业等多个领域中被广泛应用。在模具加工中，高速切削具有较高的应用价值。因此，高速切削技术的研究成为先进制造技术的研究焦点。本文基于高速切削技术的应用前景，阐述了在模具加工中的应用策略，以供参考。

关键词：高速切削技术;模具加工;应用策略

引言

高速切削技术凭借其效率、精度以及表面质量高等特点，成为了近年来被广泛应用的先进加工技术。高速切削技术中的“高速”是一个相对概念，不同加工方法与加工材料，加工时所用的切削速度也是不同的，不可简单用某一具体切削速度来定义。但是，从实际应用情况来分析，高速切削中的“高速”，既是一个技术指标，也是一个经济指标，能在一定程度上提升加工产品的经济效益。在模具领域中，高速切削通常应用典型的高转速、多速进给、低切深的加工模式，尤其在淬火钢件的加工上，其效果更为显著。

一、高速切削技术在模具加工中的应用优势

（一）因为切削速度的提升，单位时间例材料切除率提高了，加工时间缩短了，加工效率获得了较大提升，加工成本也随之减少。

（二）随着切削速度的提升，切削力有所减弱，可用于切削刚性较差的薄壁零件。

（三）切削加工过程中，切屑快速排出并带走热量，切削速度越快，所带走的热量就越多，有效降低了传给工件的热量，有助于预防加工零件因过热而变形。

（四）从动力学角度分析，切削速度的提升，切削系统的工作频率大于机床低阶固有频率，大大降低了加工表面的粗糙度。

（五）高速切削技术可用于加工淬火钢件，能够减少放电加工与磨削加工，进而满足加工质量的要求。

二、在模具加工中高速切削技术对机床的要求

（一）良好的工艺适应性

所选择的机床功能一定要完全符合需要加工的模具的实际形状以及模具的尺寸精度以及生产过程中的一些具体要求。

（二）大功率和高主轴转速

在涉及到模具型的腔曲面进行的高速加工过程中，选用刀具的直径相比都很小，而且机床主轴转速要求又是很高（通常都是80，000r/min～20，000r/min之间）;为了实现一次装夹就能顺利实现模具的精加工和粗加工，所以对主轴的功率要求都是很大。

（三）高精度控制系统

在进行加工模具型腔的过程中，一般情况下都是选用悬伸量相比较大的立铣刀（小直径），因为模具所选材料的硬度和强度都相当地高，所以在整个加工的过程就会容易出现颤振。所以，一定要选用刚性好、精度高的高速电主轴。另外，机床还需要满足一定高度的动、静刚度，这样就可以稳定地提高具体的跟踪精度、定位精度和抗振能力。要选用能够和高速机床相配套的CAD/CAM软件，尤其是在用于高速切削模具的具体软件。

三、在模具加工中高速切削技术对刀具的要求

（一）对刀体要求

高速切削加工时，会应用到大量的镀层与压层刀具技术，因此，镶嵌式刀具的应用非常广泛，这就要求刀片有足够的连接强度，以防在离心作用下与刀体分离。在10000r/min的转速下，仅凭一个夹紧螺钉压紧刀片的不够的，应将刀片嵌入刀体内，再用螺钉将刀片固牢于刀体上。刀具与刀柄的连接要求夹紧精度高、传递转矩大、结构对称性佳、外形尺寸小。

（二）对刀具材料的要求

在高速切削加工时，要求刀具材料具有较强的承受力，能够抗高压、高温、耐磨，因此，刀具材料的选择应该充分考虑其性能，包括硬度与耐磨性、强度与韧性、较强的耐热性，以抗高温、抗氧化，工艺性能与经济性等。

四、在模具加工中高速切削技术对对加工工艺的要求

（一）粗加工

粗加工对尺寸精度与表面粗糙度的要求较低，只需确保机床的稳定性即可，以防产生太大的切削力与冲击力而损坏刀具。因此，在工艺上要确保粗加工轨迹不会产生较大变形，可选择在尖角处增设圆角，或选择斜向下刀或圆弧下刀的方式。刀行间距最好为刀具直径的50%～70%，同时尽可能用分层切削。

（二）半精加工

半精加工一般是处理粗加工的零件表面，去除其多余量，以使其更平整、匀称，在当前的很多CAD/CAM系统中，这一操作均可在粗加工阶段实现。

（三）精加工

精加工主要是将零件根据图纸设计的大小、尺寸进行加工，以确保零件的表面粗糙程度与大小精度均能够符合设计要求。精加工对刀路轨迹的要求非常高，不可向粗加工、半精加工那样简单处理，必须严格根据零件的外形走刀。根据精加工的工艺要求，可在CAD/CAM系统选项设置中提升主轴转速与进给速度，减少背吃刀量，切削应从外到内，先进行阶梯面切削再进行平面切削。例如，在CimatronE系统中，可如此设置一个通用零件的精加工流程，先用体积铣开粗，然后对外侧壁、顶面、内侧壁、凹腔底面进行切削处理。

五、高速切削技术在模具加工中的应用

（一）高硬度模具加工中的应用

有些模具形状不规则，可能有棱有角的，传统的模具加工技术对于这些有棱角的模具生产起来就有一定的困难，既不能保证质量也不能保证实用性，但是高速切削加工技术的运用，有效解决了这一矛盾，对于一些难度大、硬度高、不规则的模具可以做到一次过，并且精准度和质量都有很大提高。

（二）对破损模具加工的应用

一些大型或較昂贵模具，通过电刷镀等修复技术修复后，高速切削加工技术可保证其修复表面达到原来指标，可达到延长模具使用寿命、降低成本、提高经济效益的目的。

（三）在塑料、合金等模具加工中的应用

在模具制造业中，高速切削加工技术的高速度、高质量、高经济的特点让它备受欢迎。我国现有的制造业中尤以塑料业和铝合金制造业发展前景不错，在塑料模具制造中，有一个合适的模型最关键，不仅可以节省时间还可以实现大批量生产，切削技术辅以CAD技术，在保证质量的同时简化模具生产的过程和时间，对于一些塑料厂来说最合适不过了。再者在做合金性质的模具时，由于其生产很容易受到温度的影响，而让模型变形，高速切削技术轻而易举地把这些小问题解决了。

结束语

综上所述，高速切削加工技术已经在模具加工中逐渐得到了应用，其生产效率高、加工精度高、表面质量好的优点在模具加工中得到了充分体现。相信在不久的将来，高速切削加工技术必将成为模具加工中的主流技术。

参考文献

[1]冉启军，张玉峰.高速切削在模具加工中的研究与应用[J].金属加工：冷加工，2011（16）：26-30.

[2]张辉.现代模具制造的高速加工技术[J].时代农机，2016，43（06）：26.

[3]严江.机械制造中数控高速切削加工技术的应用方式[J].南方农机.2017（18）：117.