模具制造中的高速加工技術

楊淑君

黃巖第一職業技術學校，浙江臺州 318020

1 模具制造技術的發展與變化

在模具行業快速發展的今天，對于模具的加工性能以及使用壽命的要求都越來越高，無論是哪種類型的模具，在其模具型腔的組成元件中，都應該采用強度較高且耐磨性好的材料來進行制造。由于這些材料在熱處理之后將具有很高的硬度，因此傳統的加工方式無法對其進行加工。面對這種情況最好的解決方法，當數使用特種加工。而我國的模具型腔加工，在很長一個時期都是由電火花加工獨霸天下。

電火花加工屬于一種以放電燒蝕的微切削技術，其加工時間非常長，并且使用電火花在工件的表面，實施局部高溫放電式的燒蝕時，容易造成工件表面的某些性能受到損傷，從而在其表面出現一些微細裂紋，導致表面粗糙度不能滿足模具的相關要求。此外，在完成電加工之后的工件，還需要進行較長時間的手工研磨以及拋光處理，這些都是造成其生產效率低的重要原因，然而在許多領域中，模具在其新產品的開發速度及生產效率中，都起著非常重要的作用，因此，急需對其加工技術進行創新。

經過不斷的探索與研究，模具制造出現了一項全新的技術——高速加工技術。其具有產品質量好、生產效率高以及能處理造型復雜的各種薄壁或硬質的零件等特點。據相關數據顯示，在模具的加工技術中，高速加工已代替了傳統加工中85%的份額，真正成為了當前模具制造技術中的主流趨勢。

2 模具制造技術中的高速機床

高速機床必須滿足的技術要求包括：

主軸轉速快且功率高。一般情況下在對模具型腔的曲面進行高速加工時，常選用的是直徑較小的球頭銑刀，因為它的直徑在1mm～12mm之間，所以要求主軸必須具有極高的轉速，有的轉速能達到20000r/min～80000r/min，以便能夠進行高速切削。同時，由于型腔無論是粗加工還是細加工，均由工件的一次裝夾而成，因此，必須要求主軸具有的功率要高，通常在中等規格的加工中，其主軸的功率應保持在10kW～40kW及以上。

機床的剛度要好。由于模具材料普遍的硬度及強度都很高，且常用于模具型腔加工的小直徑立銑刀，具有伸長量較大的特點，所以在加工過程中極易出現顫振現象，所以應采用剛度大且精度高的電主軸。同時，為了提高工件的表面質量及加工精度，機床還應具有極好的動、靜態剛度，從而使機床的抗振能力、跟蹤精度及定位精度都得到一定程度的提高。

加速性能極佳。主軸一般從啟動開始到加速至最大轉速，所需的時間為1s～2s。工作臺在進行加速與減速時，也從常規的0.1g～0.2g，提高到了現在的1g～5g，以保證小圓角半徑在曲面加工時，能有效實現高速加工，并滿足型面的幾何精度要求。此外，對于機床進給速度來說則不能過快，通常保持在30m/min為宜。近來隨著變頻調速的主軸電動機與直線電動機被廣泛應用于高速機床上，為模具制造中充分利用高速加工技術，創造了更有利的條件。針對某些復雜的模具制造時，還可以使用五軸聯動加工中心。這種機床的特點是除了直線運動的3個坐標外，同時還有進給運動的2個坐標，銑頭還可以與工作臺進行多軸聯動，從而把連續回轉進給變為現實，非常適合于加工較為復雜的腔曲面模具零件時使用。

3 模具制造技術中的高速刀具

高速刀具在模具的高速加工技術中，占據著非常重要的地位。由于在進行高速切削的時候，所產生出來的切削熱及對刀具的磨損程度，均比常規切削速度時要高出許多，所以在使用高速切削時，對刀具材料在性能方面便有了更高的要求。理想中的刀具材料首先必須滿足高硬度、高強度及耐磨性好的要求；其次，還應該具有抗沖擊力強與韌度高的特點；另外就是化學穩定性與熱硬性良好，具有較強的抗熱沖擊力。然而在實際的加工過程中，同時具備上述要求的材料還未找到，因此，常規的處理辦法是在抗沖擊力強的刀具材料基體上，覆蓋上具有耐磨性高與熱硬性好的涂層，或者是在硬質合金或者陶瓷材料基體上，燒結上金剛石一類的超硬材料，使之成為性能優良的高速加工刀具。在對刀具材料進行選擇的時候，應根據實際情況對工件材料、加工精度、加工工序以及表面質量要求等，進行合理的分析以后再選擇適宜的刀具材料。

此外，加工刀具的結構、精度、動平衡以及斷屑和排屑能力等，都會對高速切削在表面質量、生產效率以及刀具使用壽命等方面，造成直接的影響，因此，在進行設計與選擇的時候，必須做到科學且合理，同時還應充分考慮到安全性能方面的問題。例如：對于模具零件的平面進行粗、精加工時，立銑刀應選擇帶有可轉位刀片的。并且，為了使軸向加工的精度以及高速運轉過程中刀具的安全得到有力保障，刀具與機床在連接的方式上，幾乎不再使用過去7∶24長錐度刀柄，取而代之的是錐度為1∶10的HSK空心刀柄。

4 模具制造技術中的CAD/CAM

對于有效利用計算機技術來使其自身的設計與制造水平，能得到有效提高的行業之一便是模具制造業。從高速加工被廣泛用于模具制造以來，CAD(計算機輔助設計）、CAT（計算機輔助測量）及CAM（計算機輔助制造）等，均在模具制造中得到了更加有效的應用。

其中CAD常用于對產品的造型設計問題進行處理，還能勝任對產品的可裝配性檢查以及對模型的設計工作，例如Cimatron、Mastercam及UG等軟件，均具備模具的設計與開發功能。值得一提的是UG這種設計軟件，它具有零件建模、數據讀入及自動模型布局等功能，只要充分利用好標準件庫與過程模板，便能讓初級設計人員同樣可以設計出高品質、高性能的模具來，最終達到有效提高模具的設計工作效率。

因為模具型腔多由結構較為復雜的曲面組合而成，所以對于數控編程來說這將是一項非常繁瑣的工作，并且編程質量還會對模具加工質量起到決定性的作用。在實際的操作過程中，影響編程質量的因素很多，其中最主要的因素是加工工藝路線。傳統的加工工藝全憑編程人員自身的經驗，很容易出現不合理、不科學的情況，導致模具制造的質量有所下降，從而使工件進行返工，嚴重時還可使工件直接報廢，甚至于引發安全事故。若采用CAM軟件虛擬出一個加工仿真環境，那此類問題將迎刃而解。以虛擬仿真的方式，可對實際的加工環境及加工過程，進行一次動態化的模擬，它所展現出來的情景與真實加工的過程無任何不同。在模擬結束之后，技術人員便可根據模擬中反應出來的各種情況，對加工工藝的路線進行適當的調整。應用了這項技術之后，不但可以使編程人員從巨大的精神負擔中解脫出來，又可以有效提高模具的加工質量。

5 結論

高速加工技術，它是當前制造業中較為先進的技術之一，是在電子信息技術的快速發展，與市場經濟不斷進步下，所產生的一項新技術。它除了能夠有效提高模具在制造與加工時的速度與效率，同時還提高了模具本身的質量。相信在加工設備與加工材料不斷進行新舊更替的今天，高速加工技術在經過了不斷的改進與完善后，其技術性能必將更加成熟穩定。

當然，電加工技術也有其適宜的加工范圍，例如對一些較深的小孔、表面精密加工、尖角以及窄槽的加工。所以，高速加工技術只能說在某些方面的加工效果，要明顯優于電加工技術，但卻不能完全取代電加工技術，因此，二者應做到取長補短，相輔相成，為模具加工提供更實用的技術。并且還有一點是需要我們注意的，對于高速加工設備來說，其一次性資金投入量較大，某些規模不是很大的模具廠根本無力承受。而從我國模具廠的規模來看，小規模的模具廠與電加工工廠數量不在少數，所以在短期內高速加工技術還不會給電加工技術帶來太大的沖擊力。

但是可以肯定的是，在不久的將來高速加工技術，一定能成為我國模具加工中的主要技術之一，模具行業也將迫于形勢對加工設備進行更新換代，當前許多實力強大且有遠見的模具制造企業，都紛紛開始引進該項技術，以此增強自身的競爭力，把被動變為主動，從而更好地迎接由新技術所帶來的機遇與挑戰。

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