對(duì)高速加工技術(shù)及其應(yīng)用于現(xiàn)代模具制造的探究

王建宏

摘要 本文對(duì)于高速切削的定義、機(jī)理以及有點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，并對(duì)高速切削模具的機(jī)床、刀具技術(shù)以及工藝技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞 高速加工技術(shù)；現(xiàn)代模具制造；高速切削

模具廣泛應(yīng)用于我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域，是一種非常重要的工藝裝備。高速加工作為近些年來(lái)迅速發(fā)展的一種加工技術(shù)，因其高效性以及具有較高的加工精度，已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代模具的生產(chǎn)制造過(guò)程當(dāng)中，并有著逐漸替代過(guò)去的電火花精加工的趨勢(shì)。

1. 高速切削的定義及機(jī)理

高速切削不是指某一個(gè)確定的切削速度值，它是一個(gè)相對(duì)概念，其切削速度會(huì)隨著加工方法及加工條件等的變化而改變。一般情況下。高速切削的速度是同等條件下普通切削的5~10倍，進(jìn)給速度大約在2~25米每分以上。應(yīng)該注意的是，高速不是技術(shù)指標(biāo)而是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。換句話說(shuō)，只有可以得到比較大的經(jīng)濟(jì)效益的高速切削才是有意義的。

高速切削的機(jī)理為：因?yàn)榍邢魉俣容^高，從而產(chǎn)生了高應(yīng)變率，切削產(chǎn)生的切削熱使得溫度上升，材料軟化，導(dǎo)致切削力減小、剪切角減小，從而達(dá)到高速薄切削的效果。

2. 高速切削的優(yōu)點(diǎn)

2.1切削效率高

高速切屑加工具有較高的主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度快，因此雖然其切削深度較小，但在單位時(shí)間內(nèi)金屬的切除量卻增加了，從而使得加工效率得到提高。另外，高速切削具有較高的加工精度，因而加工得到的工件具有較高的表面質(zhì)量，可以節(jié)省加工工序，提高加工效率。

2.2加工質(zhì)量高

因?yàn)楦咚偾邢髦械臋M向切削力比較小，因而可以加工一些常規(guī)加工中無(wú)法加工的薄壁零件等復(fù)雜工件。在高速加工中，絕大部分的熱量都被切削帶走，從而使得工件的溫升以及熱變形都很小，使加工精度得到提高。

2.3經(jīng)濟(jì)性較好

高速切削使得工件的加工效率得到了提高，并且還可以實(shí)現(xiàn)將零件的各加工工序在一次裝夾中就能夠?qū)崿F(xiàn)，能夠加工剛性比較差的工件，刀具的耐用度以及機(jī)床的使用率高，從而降低成本，使得高速加工具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

3. 基于高速切削的模具制造系統(tǒng)

模具的生產(chǎn)在制造業(yè)中具有十分重要的地位。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，高速加工因其效率高、精度高以及經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)逐漸被用于現(xiàn)代的模具制造業(yè)中。在這種情況下。就產(chǎn)生了基于高速切削的模具制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有模具有很強(qiáng)的再現(xiàn)能力，易控制；并行方式的使用減少了重復(fù)勞動(dòng)，縮短了加工周期；減少返修次數(shù)，從而降低成本等優(yōu)點(diǎn)。基于高速切削的模具制造系統(tǒng)涉及到了現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)、綜合自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)等幾大技術(shù)。

4. 加工模具的高速切削機(jī)床

在高速切削加工中，要求機(jī)床的主軸要有較高的轉(zhuǎn)速，這樣才能避免刀具與工件的干涉，從而提高切削質(zhì)量。因模具的各工序要在一次裝夾中完成，故而要求主軸有較大的功率。模具的制作材料有著較高的強(qiáng)度以及硬度，因而要求機(jī)床要有很好的剛度。為了提高工作效率，機(jī)床一般都需要具有較高的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)加速度。此外，良好的高速控制系統(tǒng)是高速切削機(jī)床必不可少的組成部分。

在高速切削機(jī)床的選用過(guò)程中，應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：一是工藝適應(yīng)性原則，主要包括被加工零件的形狀尺寸適應(yīng)性、加工精度適應(yīng)性以及生產(chǎn)節(jié)拍適應(yīng)性等；二是性能價(jià)格比原則，在機(jī)床的選擇中，應(yīng)該根據(jù)模具加工的特點(diǎn)來(lái)選擇使用的機(jī)型，并不是機(jī)床價(jià)格越便宜越好，應(yīng)該注重機(jī)床的性價(jià)比；三是風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避原則，在購(gòu)買機(jī)床之前一定要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，從而降低風(fēng)險(xiǎn)，要選擇信譽(yù)良好的品牌，選擇多個(gè)品牌對(duì)機(jī)床的各項(xiàng)性能進(jìn)行比較，貨比三家，若需要招標(biāo)，則應(yīng)該注意對(duì)技術(shù)指標(biāo)的確定應(yīng)公正、合理、先進(jìn)。

5. 高速切削模具的刀具技術(shù)

在高速切削加工中，刀具是能否實(shí)現(xiàn)高速加工的重要因素。刀具的性能對(duì)于高速切削起著至關(guān)重要的作用。因切削速度較高，因此刀具材料需要有較好的耐高溫以及耐磨損性能。目前，常見(jiàn)的高速切削刀具材料主要有硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石以及立方氮化硼等。在選擇刀具材料是，應(yīng)充分考慮到刀具材料跟工件材料的適配性問(wèn)題，選擇適合的刀具材料。

若主軸轉(zhuǎn)速大于12000轉(zhuǎn)每分，則需要注意刀具的動(dòng)平衡問(wèn)題。若刀具沒(méi)能達(dá)到動(dòng)平衡，在加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)刀具軸線偏擺現(xiàn)象，從而降低工件的加工精度，減少刀具壽命。在進(jìn)行高速切削刀具的選購(gòu)時(shí)，刀具必須達(dá)到規(guī)定的動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)，在刀具系統(tǒng)安裝完畢后，還應(yīng)該整體調(diào)整，保證其能達(dá)到動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)。

6. 高速切削模具的工藝技術(shù)

6.1切削方式的選擇

在高速切削模具的加工過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)盡量選擇順銑的切削方式。這是因?yàn)樵诩庸r(shí)，逆銑比順銑產(chǎn)生的熱量要多得多，徑向作用力大很多，并且逆銑時(shí)刀具的刀刃所受拉應(yīng)力與順銑時(shí)的壓應(yīng)力相比，受力狀態(tài)比較差，從而減少了刀具的使用壽命。

6.2加工階段及策略

高速切削的加工階段包括粗加工階段、半精加工階段以及精加工階段。在模具的粗加工階段應(yīng)該采用高切削速度、高進(jìn)給率以及小切削量的方式，同時(shí)還可以采用偏置加工、賽車線加工以及擺線粗加工的策略來(lái)優(yōu)化刀具的軌跡。半精加工階段需要對(duì)最大剩余加工量、最大允許加工余量和半精加工過(guò)程中刀心的軌跡進(jìn)行計(jì)算，以保證該階段后的工件表面剩余加工余量均勻。精加工階段主要采取三維偏置、最佳等高精加工等工藝策略。

7. 結(jié)束語(yǔ)

高速加工技術(shù)在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。我國(guó)在這一領(lǐng)域應(yīng)經(jīng)取得了一定的研究成果，但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足我國(guó)模具市場(chǎng)的需求。因此，對(duì)于高速加工技術(shù)在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用加以研究，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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