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高速加工模具技术优势及应用实例
专栏：行业动态
发布日期：2011-06-03
阅读量：2568
作者：佚名
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高速切削应用于模具加工的上风

　　模具加工的特点是单件小批量、几何外形复杂，因此加工周期长，出产效率低。在传统的模具加工工艺中，精加工淬硬模具通常采用电火花加工和人工修光工艺，后期加工花费了大量时间。缩短加工时间和降低出产本钱是发展模具加工技术的主要目标。模具专家罗百辉表示，近年来，模具加工工艺方面有了很多新技术，如高速切削、CAD/CAE 设计仿真、快速原型制模、电火花铣削成型加工和复合加工等，其中最惹人注目、效果最好的是高速切削加工。

　　高速切削加工模具是利用机床的高转速和高进给速度，以切削方式完成模具的多个出产工序。高速切削加工模具的优胜性主要表现在以下几个方面：


　　1.高速高精度硬切削代替光整加工，减少大量耗时的手工修磨，比电火花加工进步效率50% 。 

　　 2.工件发烧少、切削力减小，热变形小，结合CAD/CAM技术用于快速加工电极，特别是外形复杂、薄壁类易变形的电极。 

　　3.采用高速切削机床、刀具和工艺，可加工淬硬材料。 

　　 4.硬切削加工最后成型表面，进步表面质量、外形精度（不仅表面粗拙度低，而且表面光亮度高），用于复杂曲面的模具加工更具上风。 

　　 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，进步模具寿命20%。 ①高速切削粗加工和半精加工，大大进步金属切除率。对于小型模具，在材料热处理后，粗、精加工可以在一次装夹中完成；对于大型模具，在热处理前粗加工和半精加工，热处理淬硬后精加工。
       
         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，特别是形状复杂、薄壁类易变形的电极。

         高速切削的优势对模具加工的吸引力是不言而喻的，但与此同时，模具的高速切削加工成本高、对刀具的使用要求高、需要有复杂的计算机编程技术做支持、设备运行成本高，因此，由于资金、技术等方面的原因，国内对高速切削加工模具的应用还不多，目前亟需要解决如何选择和应用高速加工模具的机床、高速切削刀具、合理的加工工艺、刀具轨迹编程层以及工艺实验等一系列问题。

高速切削模具的刀具技术

　　高速切削加工需配备相宜的刀具。硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为可能，促进了高速加工的发展。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可达3500～4500HV，聚晶金刚石（PCD）硬度可达6000～10000HV。近年来，德国SCS、日本三菱（神钢）及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外闻名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具，还有直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂层刀具在淬硬钢的半精加工和精加工中施展着巨大作用。

　　目前海内高速加工刀具的开发与国外还有较大差距，而入口刀具的昂贵价格也成为阻碍高速切削模具应用的重要因素。

　　一般来说，要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以上时，刀具的径向跳动要小于0.015mm，而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实际统计，在使用碳氮化钛（TiCN）涂层的整体硬质合金立铣刀（58HRC）进行高速铣削时，粗加工刀具线速度约为100m/min，而精加工和超精加工时，线速度超过了280m/min。据海内高速精加工模具的经验，采用小直径球头铣刀进行模具精加工时，线速度超过了400m/min。这对刀具材料（包括硬度、韧性、红硬性）、刀具外形（包括排屑机能、表面精度、动平衡性等）以及刀具寿命都有很高的要求。因此，在高速硬切削精加工模具时，不仅要选择高速度的机床，而且必需公道选用刀具和切削工艺。

　　在高速加工模具时，要重点留意以下几个方面：①根据不同的加工对象，公道选择硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工，通常精加工刀具直径＜10mm。根据被加工材料以及硬度，所选择的刀具直径也不同。在刀具材料的选用方面，TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具润滑前提好，在切削模具钢时，具有比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损机能。 ③选择合适的刀具参数，如负前角等。高速加工刀具要求比普通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。④采取多种方法进步刀具寿命，如合适的进给量、进刀方式、润滑方式等，以降低刀具本钱。⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具，同时应留意刀具装夹后主轴系统的整体动平衡。

 高速加工模具的其它技术和实例

　　高速加工模具时还应考虑HSM和EDM的选择、干切削和润滑冷却及安全等题目。

　　（1）对高速切削和电火花加工进行选择的一般原则是：加工高硬度、小直径、尖角、窄槽时使用电火花机床，详细参数可以根据各企业的技术和设备情况作出判定。例如Delcam提供的一个加工实例采用1.6mm直径的刀具加工窄槽，切削参数为：转速40000rpm，切削深度0.1mm，进给速度30m/min。

　　（2）高速切削硬模具材料时，采用适当的冷却和润滑可以减少刀具磨损，进步表面质量。但用于高速硬切削的刀具大多抗热冲击能力差，因此高速切削多采用干切削或微量油雾润滑。

　　（3）高速切削模具时还应考虑刀具磨损和破坏的监测、刀片连接的强度等安全题目。和采用普通机床加工不同，安全防护和开机前对机床和刀具的严格检查对高速切削非常重要。

　　具市场对高速加工有强烈需求，海内模具企业和研究单位已经取得了一些成绩，获得了一些经验。例如黄岩地区某模具厂采用南京四开公司出产的高速精加工机床精加工大型汽车轮胎模具获得较好的效果。但高速加工模具在我国应用时间较短，应用基础较差，缺乏成熟经验，整体技术水平不高，发展缓慢，在高速机床和刀具应用以及加工工艺方面还存在良多题目，需要产学研结合，加大投入，综合各方面气力推动高速切削在模具制造中的应用。
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