模具是制造業(yè)中使用量大对途、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒有型腔模髓棋、壓鑄模锉寿、鑄模、深拉模和沖壓模趴国，就無法生產(chǎn)出被廣泛應(yīng)用和具有競爭價(jià)格的塑料件泣虚、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件债苍。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中坠痒，沒有高水平的模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品咳铅，它對企業(yè)提高生產(chǎn)效率选阔、降低生產(chǎn)成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計(jì)分析具椒，金屬零件粗加工的75%坎扰、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此斧壮，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”沥涕。如今，模具制造已成為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分绑警。

　　制造模具的材料通常是一類難加工材料求泰，目前國內(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工（EDM）成型。但電加工的生產(chǎn)效率很低计盒，不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制造質(zhì)量方面渴频，都不能滿足現(xiàn)代批量生產(chǎn)的要求。

　　高速加工技術(shù)的出現(xiàn)北启，為模具制造技術(shù)開辟了一條嶄新的道路卜朗。盡可能用高速加工來代替電加工，是加快模具開發(fā)速度咕村、提高模具制造質(zhì)量的必然趨勢场钉。

模具高速加工的優(yōu)越性  

　　不論是沖壓模具還是塑料模具（包括注射模、擠壓模懈涛、吹塑模等）逛万，為了提高其使用壽命，構(gòu)成模具型腔的有關(guān)零件一般都用高強(qiáng)度的耐磨材料制造（如各種牌號的合金結(jié)構(gòu)鋼批钠、合金工具鋼和不銹鋼等）宇植，這些材料經(jīng)過熱處理後硬度很高，很難用常規(guī)的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工了岸。幾十年來颗屏，對付這類難加工材料的最好辦法就是釆用特種加工奈揩。

　　在中國，模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下卑托，電火花加工（包括成形加工和線切割）在模具制造中一直起著十分重要的作用效蝎。

　　生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量提出了越來越高的要求势粱，于是電火花加工存在的問題就逐漸暴露出來腰燕。從物理本質(zhì)上說，電火花加工是一種*放電燒蝕的“微切削”工藝恋鞋，加工過程非常之緩慢钟骏；在電火花對工件表面進(jìn)行局部高溫放電燒蝕過程中讽钻，工件材料表面的物理-機(jī)械性能會(huì)受到一定程度的損傷赵须，常常會(huì)在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，表面粗糙度也達(dá)不到模具的要求扎矾，因而經(jīng)過電加工後的型腔類零件一般還要進(jìn)行費(fèi)力业嗅、費(fèi)時(shí)的手工研磨和拋光。因此唉侄，電火花加工的生產(chǎn)效率很低咒吐，制造質(zhì)量不穩(wěn)定，在許多場合属划，模具已成為影響新產(chǎn)品開發(fā)速度的一個(gè)關(guān)鍵因素恬叹。 

　　20世紀(jì)90年代以來，在國外模具工業(yè)中開始逐漸應(yīng)用高速切削(HSC)方法進(jìn)行型腔的加工同眯，并且取得了很好的效果绽昼。和電火花加工相比，高速加工的主要優(yōu)點(diǎn)是：

　⌒胛稀（1）產(chǎn)品質(zhì)量好—高速切削以高于常規(guī)切速10倍左右的切削速度對零件進(jìn)行高速加工硅确，毛坯材料的馀量還來不及充分變形就在瞬間被切離工件，工件表面的殘馀應(yīng)力非常忻靼埂菱农；切削過程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱量（95%以上）被切屑迅速帶走，工件的熱變形惺凉馈循未；高速加工過程中，機(jī)床主軸以極高的轉(zhuǎn)速（10000~80000r/min）運(yùn)轉(zhuǎn)撰绕，激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開了“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍厨朗，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊。因此零件的加工精度高看剃，表面質(zhì)量好淀然，粗糙度可達(dá)Ra0.6μm以上鹿腕。經(jīng)過高速銑削的型腔，表面質(zhì)量能達(dá)到磨削的水平悔琉，故常车慷停可省去後續(xù)的許多精加工工序。

　“ァ（2）生產(chǎn)效率高—用高速加工中心或高速銑床加工模具透辜，可以在工件一次裝夾中，完成型腔的粗网赤、精加工和模具零件其它部位的機(jī)械加工使萨，即所謂“一次過”技術(shù)（OnePassMachining），切削速度很高族延，加工過程本身的效率比電加工要高出好幾倍锰扶。除此以外，它既不要做電極寝受，常常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光坷牛，又容易實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。因此很澄，高速加工技術(shù)的應(yīng)用京闰，使模具的開發(fā)速度大為提高。

　∷痢（3）能加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件—由高速切削機(jī)理可知蹂楣，高速切削時(shí)，切削力大為減少讯蒲，切削過程變得比較輕松痊土。高速切削可以加工淬火鋼，材料硬度可高達(dá)60HRC以上爱葵，加工過程甚至可以不用切削液施戴，這就是所謂的硬切削（HardMachining）和乾切削(DryMachining)。尤其可貴的是萌丈，在高速加工中赞哗，橫向切削力（Py）很小，這就有利于加工復(fù)雜模具型腔中一些細(xì)筋和薄壁庭走，其壁厚甚至可以小于1mm蕴脯。圖1所示為高速加工方法加工出的零件，其各個(gè)薄壁的壁厚分別為0.2mm荸凸、0.3mm和0.4mm曼沐，薄壁高度為20mm。

　　近幾年來一恃，高速加工技術(shù)在國外已廣泛用于模具工業(yè)搏贤。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家麻镶，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前有85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在國際模具制造工藝中的主流地位已經(jīng)確立匿胎。原來一些從事電加工設(shè)備制造的著名公司（如瑞士Agie公司）端葵，已敏感地看到這一技術(shù)發(fā)展趨勢，為了不被模具設(shè)備巿場淘汰出局公垒，已釆取了與高速機(jī)床制造廠家（如瑞士Mikron）聯(lián)手合并的措施新框。

模具工業(yè)中的高速機(jī)床   

　　對模具工業(yè)中使用的高速機(jī)床主要有下列要求： 

　　（1）主軸轉(zhuǎn)速高队魏、功率大—為了適應(yīng)模具型腔曲面的高速加工公般，刀具的半徑應(yīng)小于型腔曲面的最小圓角半徑，以免加工過程中刀具與工件發(fā)生“干涉”（實(shí)際上是過切）胡桨，所以加工中常用小直徑的球頭銑刀官帘。由于刀具直徑小（1~12mm）登失，因此要求主軸的轉(zhuǎn)速非常高遏佣，有的高達(dá)20000-80000r/min挖炬，以便實(shí)現(xiàn)高速切削揽浙；型腔的粗、精加工常常在工件一次裝夾中完成意敛，故主軸功率要大馅巷，中等尺寸加工中心的主軸功率常為10KW到40KW，有的甚至更高草姻。 

　〉鲡（2）機(jī)床剛度好—模具材料的強(qiáng)度和硬度都很高，加上常常釆用伸長量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔撩独，因此加工過程容易發(fā)生顫振草悦，一般都釆用精度高、剛度大的高速電主軸匠凤。為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量蝠兽，用于模具制造的高速機(jī)床必須有很高的靜、動(dòng)剛度厂跋，以提高機(jī)床的定位精度警综、跟蹤精度和抗振能力。 

　∶ń怠（3）主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和工作臺(tái)（溜板）直線運(yùn)動(dòng)都要有極高的加速度—主軸從啟動(dòng)加速到最高轉(zhuǎn)速（一般高于10000r/min）呵寂，通常只用1~2秒的時(shí)間。工作臺(tái)的加淫沧、減速度也從常規(guī)數(shù)控機(jī)床的0.1g?0.2g提高到1~5g（g為重力加速度豌魏，g=9.81m/s2）瞭核，以便可*地實(shí)現(xiàn)小圓角半徑曲面的高速加工，并達(dá)到必要的型面幾何精度唉私。在模具制造中褂磕，對機(jī)床的進(jìn)給速度則不要求太高，一般有30m/min即可匪傍。近年來您市，矢量控制的變頻調(diào)速永磁式主軸電動(dòng)機(jī)和大推力、大行程直線電動(dòng)機(jī)在高速機(jī)床上的應(yīng)用役衡，為模具制造中廣泛釆用高速加工技術(shù)提供了更加有利的條件茵休。 

　　對于一些復(fù)雜模具的制造，可以釆用五軸聯(lián)動(dòng)加工中心手蝎。這種機(jī)床除三個(gè)坐標(biāo)的直線運(yùn)動(dòng)外榕莺，主軸頭上的刀具還可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。銑頭和工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)棵介，特別適用于加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件钉鸯。對于大型復(fù)雜模具，還可釆用龍門式五軸加工中心邮辽。

　　瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心唠雕，機(jī)床加工范圍800mm×600mm×5000mm，主軸可選用Step-Tec公司最高轉(zhuǎn)速為30000r/min吨述、36000r/min岩睁、42000r/min或60000r/min的高速電主軸，當(dāng)釆用36000r/min電主軸時(shí)阅王，功率為32KW(40%ED)/24KW(100%ED)湖生。主軸用氮化硅（Si3N4）陶瓷球軸承，配以油－氣潤滑培扳。進(jìn)給速度40m/min澳敞，加速度1.7g，刀庫容量為15~68把刀硫薇，立柱釆用龍門式框架結(jié)構(gòu)宴宠，剛度高，特別適用于模具制造粱宝。  

模具制造中的高速刀具 

　　在高速切削應(yīng)用于模具工業(yè)的歷程中仲蔼，刀具的地位舉足輕重。高速切削時(shí)產(chǎn)生的切削熱和對刀具的磨損比普通速度切削時(shí)要高得多玖膨，因此高速切削對刀具材料的性能有更高的要求些搅。

　　要求刀具材料：（1）硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性好乏呐；（2）韌度高猛蔽、抗沖擊能力強(qiáng)；（3）熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性好灵寺，抗熱沖擊能力強(qiáng)曼库。在工程實(shí)際中，同時(shí)滿足這些要求的刀具材料至今還沒有找到略板。目前毁枯，一般都在有較高抗沖擊能力刀具材料的基體上，覆蓋一層或多層具有高熱硬性和高耐磨性的涂層叮称，做成高速刀具种玛。另外，也可將CBN或金剛石等超硬材料燒結(jié)在硬質(zhì)合金或陶瓷材料的基體上瓤檐，形成綜合性能非常好的高速加工刀具赂韵。刀具材料主要根據(jù)工件材料、加工工序挠蛉、加工精度與表面質(zhì)量的要求來選擇祭示。

　　除了正確選擇刀具材料以外，刀具結(jié)構(gòu)與精度谴古、切削刃的幾何參數(shù)质涛、排屑與斷屑功能、刀具的動(dòng)平衡等對高速切削的生產(chǎn)效率尖蚪、表面質(zhì)量啤盯、刀具壽命等也有很大的影響讯翎，必須精心設(shè)計(jì)或選擇嫉簿。至于刀具和機(jī)床的連接方式，目前在高速加工中已基本上不用傳統(tǒng)的7：24長錐度刀柄最勤，而廣泛釆用錐部與主軸端面同時(shí)接觸的HSK空心刀柄封鹦，其錐度為1：10，以確保高速運(yùn)轉(zhuǎn)刀具的安全和軸向加工精度坚矢。

　　型腔的粗加工晾游、半精加工和精加工一般釆用球頭銑刀，球頭銑刀的直徑一般從1mm到12mm翁纵。最終的精加工應(yīng)盡可能用同一把球頭銑刀連續(xù)完成整個(gè)型面的加工丽信，其直徑應(yīng)小于模具型腔曲面的最小曲率半徑。

　　用球頭銑刀沐恨，既可避免和模具型腔幾何曲面發(fā)生干涉物忠，又可避免一般銑刀中心區(qū)的切削速度等于零造成的麻煩。模具零件平面的粗、精加工則可采用帶轉(zhuǎn)位刀片的端銑刀梳虽。

　　高速銑削是目前高速切削技術(shù)中應(yīng)用最多的一種工藝技術(shù)址芯，所用的刀具包括端銑刀、立銑刀和球頭銑刀窜觉，這類刀具以瑞典Sandvik公司和美國Kennametal公司的產(chǎn)品最為有名谷炸，中國也開始生產(chǎn)這類刀具。以往有不少企業(yè)家只重視機(jī)床設(shè)備的投資禀挫，卻忽視了與之配套的高速刀具的購置旬陡，結(jié)果使高速機(jī)床不能充分發(fā)揮作用，這是認(rèn)識上的一個(gè)誤區(qū)语婴，應(yīng)該予以糾正季惩。

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