模具高速銑削加工實例分析及其關鍵技術系統

吳茂海

摘要：隨著科學技術的不斷進步和發展，刀具種類和材料也發生了很大的變化，為制造業的發展創造了很大的動力。模具高速銑削加工技術的出現和應用，是當前模具制造技術的重要發展方向，進一步提高了制造業的效率和質量。本文主要對模具高速銑削加工的特點進行分析，并對其相關的關鍵技術進行論述，討論模具高速銑削加工技術的應用前景，從而實現制造業的長遠發展目標。

關鍵詞：模具；高速銑削；關鍵技術

隨著社會經濟綜合水平的提高，計算機技術、信息技術和自動化技術也隨之不斷發展，計算機技術、信息技術以及自動化技術與制造業的有效整合，促進了刀具材料的發展，為現代制造業的發展提供了強大的動力支持，促使以數字化為代表的現代先進制造業技術的出現。制造業中的模具加工技術也在這個背景下高速發展，模具高速加工技術已經成為現代制造業工作的重點之一，模具高速銑削技術是眾多技術中的一種，也是重要組成部分。模具制造中的關鍵技術還包括：成型技術、精密磨削技術、數控技術以及拋光技術等，這些技術的出現對模具制造業的發展具有重要意義，模具高速銑削技術以及其他關鍵技術在模具制造業中的應用具有很好的前景，通過這些先進的模具制造技術才能進一步提高模具制造的質量和效率，提高制造業的經濟效益和社會效益，促進制造業的發展。

1.模具高速銑削加工的概念以及特點

模具制造中一般的銑削加工采用的是較低的進給速度和較大的切削參數，制造成本比較大，隨之模具制造技術的進步，模具制造技術出現了高速銑削加工技術，高速銑削技術降低了制造成本，實際運用過程中采用的是高的進給速度和比較小的切削參數。與一般的銑削加工技術相比，模具高速銑削加工技術具有以下特點：

1.1高效

高速銑削加工技術相比一般銑削加工技術，速度更快，提高了模具制造的效率。它的株洲轉速在15000r/min至40000r/min之間，甚至可以達到100000r/min，在切削鋼的時候，速度在傳統銑削加工速度上提高了5-10倍，在模具型腔加工的時候，比電火花加工的效率高5倍左右；

1.2精度高

與一般銑削加工相比，高速銑削加工的精度更高

1.3表面質量高

高速銑削加工的速度快，所以工作過程中工件的溫升比較小，表面產生變質層、微裂紋以及熱變形的可能性小，減少了模具制造的工作量，提高了模具制造的效率和質量。

1.4可以加工硬度高的材料

這也是高速銑削加工的突出特點，它能夠加工一般銑削技術不能加工的高硬度材料，突破了銑削加工的限制，促進了模具制造技術的發展。

2.模具高速加工中的關鍵技術系統

模具高速銑削加工中的關鍵技術系統包括：刀具系統、機床系統、模具CAD軟件系統以及模具CNC控制系統。模具高速銑削加工技術在模具制造業中的運用，為模具制造業注入了強大的動力，帶動了模具制造業進一步發展。但是，在模具高速技術的實際運用過程中我們也不能忽視其構成技術的關鍵性作用，下面展開高速銑削加工中關鍵技術的詳細論述》

2.1高速銑削的刀具系統

刀具系統是模具高速銑削加工技術的重要組成部分，主要包括：刀具材料、結構以及刀柄。刀具系統對模具制造中進行高速銑削有重要作用，它直接影響模具制造中高速銑削的加工精度、質量和成本。高速銑削時要承受高溫、摩擦以及沖擊等諸多力的作用，這就要求刀具材料必須具備較高的硬度、耐磨性、韌性以及較好的耐熱性，只有這樣才能保證高速銑削加工的順利工作和工件質量，提高銑削工具的使用壽命。現在常用的刀具材料包括：金剛石、硬度合金刀具以及陶瓷道具等，這些材料都具有較高的硬度和很好的耐熱性，能夠提高刀具系統的性能，對高速銑削加工在模具制造中的運用具有重要意義。但是，高速銑削加工過程中，由于強大的離心力作用，所以會出現夾緊機構破壞或者刀片甩掉的情況，這些現象的出現都會產生不利的影響，高速加工中出現這些情況會造成安全事故的發生。高速銑削加工中刀具系統面臨的問題包括：刀具剛性不足、銑削重復精度不穩定、加工過程產生的強大的離心力、不方便換刀等情況。為解決離心力作用引起的刀片甩掉問題，可以采用兩面定位的刀柄結構；針對換刀問題，可以定期進行刀具檢查，及時更換刀具，避免工作過程中出現刀具問題或者臨時換刀；針對精度不穩定的問題，可以采用信息技術和計算機技術，利用先進的技術提高精度穩定程度。下圖為刀具示意圖：

2.2高速銑削的機床系統

機床機構是磨具制造中的重要組成部分，也為高速銑削加工提供充分的保障，主要是能夠為高速銑削提供快速的進給速度。高速銑削加工會產生較大的轉速，高速主軸中的一些零件會在強大的離心作用下產生振動和變形，高速運轉過程中也會因為摩擦產生大量的熱和高溫，這都會高速主軸系統中的一些零件產生較大的破壞作用，對高速銑削的順利工作產生不利的影響。為保護高速主軸系統，提高機床系統的質量，應該提高主軸系統的剛度和回轉精度，減輕主軸系統的重量和慣性作用，提高主軸系統的熱穩定性，減小主軸系統中零件的振動和工作過程中產生的噪音，優化主軸系統中的冷卻和潤滑系統，只有這樣才能提高高速主軸系統的質量，保證高速銑削順林加工，提高機床系統運行的可靠性和穩定性。為了提高進給速度，在機床系統中可以采用小螺距大尺寸高質量的滾珠絲杠，在保證高速銑削加工精度的同時提高進給速度。傳統機床系統的工作臺比較重，剛度也比較低，高速銑削加工中為保證加工質量，工作臺質量和剛度都得到了相應的提高。機床系統是高速銑削加工中的關鍵技術系統，只有提高機床的質量和安全性能，才能為高速銑削加工提供保障，從而提高高速銑削加工的精度和質量，實現高速銑削加工技術在模具制造中的重要作用。下圖為高速銑削加工的機床系統：

2.3高速銑削的模具CAD軟件系統

模具制造技術中軟件系統的運用，進一步提高了模具加工的質量，使得模具加工技術更加完善，模具CAD軟件系統的建立，使得模具制造更加直觀，主要是利用CAD軟件系統技術模擬模具的成型過程的虛擬模具，能夠更加直觀的對模具進行研究，在工作之前，解決工作過程中可能會遇到的問題，提高模具加工的質量，提高工件的精度和質量。現階段，CAD軟件系統在高速銑削加工技術中的應用，可以實現對銑床刀具的自動調節，使的刀具的使用達到最佳方式，降低換刀的復雜程度，提高刀具安裝的質量的穩定性，為高速銑削加工提供保障。現在模具加工中常用的CAD軟件系統包括：UG、CAXA以及HSC2等，這些先進軟件系統在模具制造中的運用，具有至關重要的作用。除了CAD軟件系統，常用的模具軟件系統還包括CAE分析系統和CAM制造系統，這三種系統技術的有效整合，在模具制造業中具有重要意義。

2.4CNC控制系統

CNC控制系統能夠快速處理數據，優化了對進給的控制，降低了程序段的循環時間，提高了高速銑削的查補精度，使得數據接口更加網絡化。總之，CNC控制系統在模具高速銑削加工中具有重要作用，除了上述作用之外，CNC控制系統還具有良好的減振功能，對于工件輪廓加工精度的提高有重要意義。

3.高速銑削加工實例

隨著信息通訊技術的發展，對零件功能的要求越來越高，零件內部結構復雜化，這里主要講石墨高速切削加工實例，石墨屬于典型的非均質脆性材料，高速加工的時候容易出現顆粒狀的微細粉塵，也具有較強的吸塵能力，對銑削加工的刀具損害十分嚴重。下圖為石墨圖片：

高速銑削加工石墨的優勢：切削速度大幅度提高，大約是一般銑床加工的5-10倍，刀具的耐用度也提高了70%左右，工件質量也有所提高，大約為2級，降低了工件表面的粗糙度，工件溫升低，對于減少工件的熱變形具有重要意義，利用高速銑削加工還可以降低生產成本。

高速銑削加工中的不足：加工過程中產生的石墨粉塵進入主軸系統，會損害主軸系統，降低主軸系統各個零件的使用壽命，會出現裝夾不穩的現象，從而產生較大的慣性離心力，給操作機床和操作人員帶來風險，此外，石墨粉塵進入機床系統，會造成機器滑動面、絲杠和線性導軌的磨損，對機床系統產生不利的影響，石墨粉塵進入數控系統會影響數控系統判斷監測的靈敏度和準確度，甚至會引起系統短路事故的發生。

相關策略：首先，可以加強對主軸和進給系統的粉塵密封，降低石墨粉塵進入系統的可能性；其次，對機床工作區進行密封，可以將頂板進行完全的密封，使石墨粉塵無法進行機床系統；最后，可以在機床內部裝置集成強力真空吸塵裝置，及時吸走加工過程中產生的石墨粉塵。

研究意義：通過高速銑削對石墨的加工可以發現高速銑削出現和推廣的重要意義，只有通過高速銑削技術可以突破傳統加工技術的限制，提高工件加工的質量，促進模具制造業的發展。

下圖為利用高速銑削加工完成的石墨工件：

4.結束語

總之，高速銑削加工技術在模具加工中的運用具有重要意義，它能夠有效的提高模具加工的質量和工件的精度，保證高速銑削中關鍵技術的質量，才能提高模具加工的效率的質量。隨著科學技術的發展，高速銑削的關鍵技術也在不斷的優化，充分表明高速銑削在模具制造中的良好前景。

參考文獻：

[1]趙建峰，楊征宇，汪木蘭等.汽車外覆蓋件模具高速切削工藝規劃研究[J].現代制造工程，2010，（3）：76-79.

[2]吳世雄，李開柱.復雜型腔模具高速銑削拐角加工的研究現狀與分析[J].機械設計與制造，2010，（9）：234-235.

[3]馮民堂，李志剛.高速銑削與電火花工在輪胎模具制造中的應用[J].模具工業，2010，36（1）：67-70.

[4]高晶晶，趙杰.基于模具的高速銑削加工技術研究[J].科學技術與工程，2011，11（9）：2101-2103，2107.