高速切削加工技術在現代模具制造中的應用研究

韓新水

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519000

素有“工業之母”稱號的模具,以重要的生產工具被廣泛應用到社會工業生產的各個環節。據調查數據顯示,中國市場模具在工業產品零件占比量高達80%以上,規模需求已經達到了500億元[1],同時其生產總值也沖破了30 億大關,在進出口貿易中也占有著一席之地。隨著科學與技術的發展,社會工業技術水平也急劇增長,模具作為主要的工業零件當然也被提出了更高的要求,其中精密模具、大型模具和小型模具的精度被規范到了非常細小的范圍,因此高速切削加工技術就成為了模具制造主要采用的技術之一。高速切削加工技術大范圍地取代了傳統的切削技術,切削速度、進給速度得到了飛躍式的進步,大大促進了模具制造的效率。

一、高速切削加工技術的概述

高速切削是自動化機床中常采用的一種金屬加工方式。高速切削的刀具速度及進給速度較傳統的切削實現了成倍的增長,又因為切削厚度變小,所以切屑會比傳統切削會薄一些。另外,按照薩洛蒙曲線理論,高速切削加工技術的速度達到了一定高度,它的切削溫度反而會比傳統切削要低,同時單位功率的金屬切除率較傳統切削提高了40%左右,切削力降低了30%,刀具的切削壽命提高了以往的70%,能夠為模具制造加工產業提供高質又高效的加工技術。

二、高速切削加工技術在模具制造中的應用

1.高速切削加工技術在模具制造中的突出優勢

(1)切削速度大,生產效率有效提高。高速切削加工刀具轉速和進給速度都非常大,可以允許使用比較高的進給率,因此高速切削加工技術在同一時間內能夠將加工作業內容提高五到十倍,且能夠大大提高材料切除率,從而能夠在最短時間內完成模具制造作業。

(2)切削力小,提高加工的精細度。高速切削的切刀寬度和深度都很小,使得刀具、工件變形小,保持了尺寸的精確性,同時切削力度也不大,會比傳統的切削度要小一些,更加適用于于一些加工剛性較差和厚度薄的精細零件加工,實現了高精度、低粗糙度加工,使模具制造加工更加精細化。

(3)振動減少,模具加工質量得到提高。高速切削加工技術的切削力度更小,因此切削力產生的振動也會隨之減少；同時高速旋轉的速度提高也會促使切削的工作評率遠離工藝系統的固有評率,從而能夠有效避免共振的產生,也能在一定程度上減少振動的評率。另外,切削力度小轉速大可以有效地降低低階切削振動,低階切削振動較低到幾乎消失的程度,因此也可以降度低階振動對模具表面的影響,從而使模具表面更加平滑,從而提高了加工的質量。

(4)降低加工能耗,節省制造資源。由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的制作加工的時間短,從而提高了能源和設備的利用率。

(5)直接加工淬火后的材料,簡化工藝流程。淬火作為一種熱加工工藝,被大量使用于模具制造生產作業中,而傳統的切削加工不能加工淬火[2]后的材料,淬火后的材料需要人工修正或者放電加工進行加工,因此工藝流程較為復雜。高速切削加工技術可以直接加工淬火后的材料,能夠免去人工修正或者放電加工這一步驟,簡化了工藝流程,又能夠避免由放電加工造成的表面硬化現象,又能夠提高加工的質量。

2.高速切削加工技術在模具制造中對機床的要求。高速切削技術是如今切削技術發展的前端,與CNC 技術、微電子技術、新材料和新結構等基礎相結合,體現了其在模具制造中的高效應用,為了保證其效能,高速加工技術對機床也有一定的要求：快速進給速度根據不同需求有不同標準,一般控制在每分鐘30-60米；機床轉速要滿足每分鐘到1000-5000r通過主軸壓縮空氣或冷卻系統控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.0002英寸；處理器要求32位或者64為,具備較高的數據傳輸效率；根據生產種類而選擇立、臥式加工中心。

我國自動化機床目前的使用率大約在20%左右,高速機床使用率只達到4%左右,且高速機床制作難度大、技術含量高,其性能與國外相比還存在一定的差距,未能為我國高速切削技術提供高效能的機床基礎。

3.高速切削的刀具技術。高速切削加工技術的運用對刀具也有一定的要求,然而當前使用的刀具成本高、耐用度差,同時適用于切削工藝的刀具加速度、直徑等參數未能達到使用標準。為了促進我國高速切削加工技術的發展,保障其在模具制造中發揮理想的效能,需要加大力度研究和發展高速切削國產涂層刀具和刀柄,脫離以來進口刀具,或得社會多方部門的支持,從而加大研發力度；另外,為了解決適合刀具切削工藝的參數,要跟根據刀具本身的差異、模具原料的差異、機床的差異,進而在加工作業過程中紀錄下實際數據,從而與刀具生產參數相比較,提高刀具參數的科學性。

三、高速切削加工技術在模具制造中發展的現狀

高速切削加工技術作為切削技術的發展前端,較傳統切削技術具備一系列優勢,然而高速切削加工技術仍然還在探索階段,社會對高速切削加工技術的直接經驗還是不足,仍然存在需要突破的問題。實際上,由于模具制造行業并不十分重視高速切削交工技術,并未將其真正納入實際生產過程中,也缺乏優異的行業實踐環境,因此我國的機床行業與國外同行業一流水平差距還是較大,且需要花費數十年的時間才能趕超。

四、結語

高速切削加工技術在現代模具制造行業中能夠發揮高質量的工作效率,模具市場的高速發展也對其產生了強烈的需求。然而,高速切削加工技術在實際生產中因為技術不佳、發展基礎差、發展緩慢等還未能在現代模具制造業中大范圍地應用。因此,高速切削加工技術需要得到社會各方面支持,從而營造技術發展的良好氛圍和資金環境,促進切削在模具制造中能夠實現效能。