高速加工在模具制造中的应用

摘要：目前在模具制造中大量采用高速加工技术，这已经是大趋所驱。在国外很多知名的模具生产制造企业中，过去那种电火花机床加工已经基本上被高速机床加工所代替了，高速加工在模具制造中的应用大大提高了模具的生产质量和生产效率，具有极为重要的作用。本文结合笔者的实际工作经验，就高速加工在模具制造中的应用进行了深入的探讨。

关键词：高速加工；模具制造；应用

中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）66-0139-02

0 引言

高速加工技术是集材料科学、信息科学、控制理论和制造技术为一体的综合高新技术，在汽车、模具、航空航天等制造领域得到了广泛的应用，并取得了显著的经济效益。高速加工工具系统是高速精密数控机床的重要组成部分，其结构特性、动态性能、动平衡稳定性等直接影响和制约着高速加工的质量和效率。目前在模具制造中大量采用高速加工技术，这已经是大趋所驱。在国外很多知名的模具制造企业中，过去那种电火花机床加工已经基本上被高速机床加工所代替了，高速加工在模具制造中的应用大大提高了模具的生产质量和生产效率，具有极为重要的作用。

1 在模具制造中应用高速加工技术

众所周知，模具制造的特点在于几何形状复杂、不能大规模大批量生产，只能单件小批量加工，由于这些原因的存在导致模具制造长期以来生产效率低、加工周期长。精加工淬硬模具在过去的模具加工工艺中，一般都是采用人工修光工艺和电火花加工工艺，这样导致模具在进行后期加工的时候通常会花费很多的时间。因此，目前发展模具加工技术的首要任务就在于一定要有效地降低生产成本，与此同时缩短加工时间。近年来，随着我国制造技术的不断进步，模具制造加工工艺方面出现很多应用效果较好的新技术，如复合加工、电火花铣削成型加工、快速原型制模、CAD/CAE设计仿真、高速切削等，而在这些新技术中应用效果最好、最引人注目的就是高速切削加工技术。与传统切削加工相比，高速切削加工与之最大的区别在于三个工艺参数的不同——切削深度、进给速度和主轴转速。传统切削加工一般都是采用大切削参数和低进给速度，而高速切削加工采用小切削参数和快进给速度。

高速切削加工模具具有其他很多的优点，它是以切削方式，利用机床的高进给速度和高转速来完成模具制造过程中的多个生产工序。

1）速切削半精加工技术和粗加技术大大提高金属切除率，有效地提高形状精度、表面质量、特别适用于对于复杂曲面的模具进行制造加工，加工出来的模具表面光亮度高，而且表面粗糙度低，更具优势；

2）高速加工技术可加工淬硬材料，它主要是采用高速切削刀具、工艺和机床来进行完成。与电火花加工相比，高速切削半精加工技术和粗加技术能够有效提高生产效率50%，减少大量耗时的手工修磨。对于大型模具， 热处理淬硬后进行精加工，而粗加工和半精加工应用于热处理前。对于小型模具, 在一次装夹中，在材料热处理后，粗、精加工都能够有效完成；

3）高速加工技术结合CAD/CAM技术来制造加工的模具工件热变形小、切削力减小、发热少，特别适用于快速加工薄壁类易变形、形状复杂的电极；

4）高速加工技术可以提高模具寿命20%，这是因为它能够大大减少表面损伤，这些损伤是由于模具精加工后造成的，有效避免磨削产生的微裂纹、烧伤和脱碳、电火花现象。

2 加工模具的高速切削机床

目前加工模具的高速切削机床正在朝着高速切削加工中心的方向发展，底座筋形采用有限元进行优化设计及分析，使机床具有很高的刚性；材料采用高密铸铁，强度高吸震性好。在设计上采用了具有很高刚性及回转精度的静压轴承结构。机床具有C轴功能，C轴功能通过采用双电机协同消隙结构来实现。X轴、Z轴采用伺服电机驱动。Z轴伺服电机通过行星齿轮减速箱与丝杠相连，具有较大的输出扭矩及刚性。X轴伺服电机通过同步齿形带与滚珠丝杠相连，提高了伺服电机的使用效率并增大了输出扭矩。内置铣削主轴，可完成铣钻攻丝等功能。机床标准卡盘为自制手动四爪卡盘，结构简单维护方便。液压系统选用变量叶片泵，液压油箱放置在底座右侧面，由防护与外界隔离。各个液压回路均采用叠加阀安装方式，结构紧凑，安装方便。机床配备多个工位回转刀库，由液压分度马达驱动刀库正转或反转，刀具到位后由液压缸插销定位。车刀与铣刀共用一个刀库。机床数控系统标准配置采用著名国内外数控公司的数控系统，例如：SIEMENS公司生产的SIEMENS 840D数控系统。

选用刀具的好坏直接关系到高速加工技术的应用，加工模具的高速切削机床应该配备适宜高速切削的刀具。国内外各个刀具公司基本上都在近年来先后推出了多种高速切削刀具，有超硬刀具，诸如陶瓷刀具，这种刀具能够直接高速切削淬硬钢；还有物美价廉的加工普通结构钢的高速切削刀具。另外值得注意的是， 在淬硬钢的精加工和半精加工中，涂层刀具发挥着巨大作用。例如：某厂生产的金刚石薄膜涂层刀具就具有较好的使用性能，金刚石膜具有与天然金刚石相同的结构和性质。在刀具基体上涂层金刚石薄膜可以增强刀具硬度、减少摩擦力、提高切削效率、延长刀具使用寿命、提升加工精度、降低制造成本。钠米金刚石膜刀具已广泛应用于高硅铝合金、石墨、陶瓷、玻璃纤维、碳纤维、实木地板、复合地板等难加工材料。而且还开发出应用于黑色金属模具材料的金刚石涂层刀具。为满足模具加工业和石墨、玻璃纤维、碳纤维材料加工业的需求，还有很多刀具企业正在重点开发加工硅铝合金和铸铁零、部件的CVD面铣刀、车刀、镗铰刀、复合铣刀、倒角刀和DLC滚齿刀、复合钻头和钠米金刚石膜立铣刀、球头立铣刀等产品。开发TiN氮化钛、TiCN氮碳化钛、AITiN氮铝化钛、AITNPT氮铝化钛PT、AICrTiN氮铬铝钛、CrN氮化铬、CrC碳化铬、CrNAC氮化铬AC、C碳等各种传统涂层刀具和来料加工。

总的来说，高速加工技术选用的刀具，要有较高的使用寿命，有较好的刀具形状（包括动平衡性、表面精度、排屑性能等），有很好的材料性能（包括红硬性、韧性、硬度）、刀具直径不能小于刀长度的1/4 倍，刀具的径向跳动要小于 0.015mm，刀夹的加速度达到 3g 以上等。

3 结论

总之，对于模具制造加工企业而言，高速切削是具有很大的吸引力，但是我们也要注意到，模具的高速切削加工设备运行成本高，要有复杂的计算机编程技术、对刀具的使用要求。大家必须有效地解决如何选择和应用工艺实验、刀具轨迹编程、合理的加工工艺、高速切削刀具、高速加工模具的机床等一系列问题。

参考文献

[1]李伟.高速加工技术在现代模具制造中的应用[J].装备制造技术，2010(3)：147-149.

[2]王军.高速切削加工是汽车模具制造的发展趋势[J].现代制造，2009(11)：141-143.