模具是技術(shù)型產(chǎn)品和典型的非定型產(chǎn)品咐准，每套模具都要進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)黄橘、加工數(shù)控編程呐矾、生產(chǎn)準(zhǔn)備信不、機(jī)械加工嘲叔、裝配及試模等階段，所經(jīng)過的周期較長抽活，特別是其機(jī)械加工費(fèi)時(shí)硫戈。因此，如何提高生產(chǎn)效率下硕、縮短開發(fā)周期丁逝、提高模具制造水平、降低生產(chǎn)成本一直是模具制造企業(yè)面臨的難題梭姓。

　　無論是沖壓模具還是鍛壓模具霜幼，構(gòu)成模具型腔的材料一般都是采用高強(qiáng)度的耐磨材料制造（如各種牌號(hào)的合金工具鋼和不銹鋼等）。這些材料經(jīng)過淬火熱處理后的硬度很高陋锚，一般可達(dá)到50HRC以上，很難用常規(guī)機(jī)械加工方法進(jìn)行切削精加工英嬉。

　　長期以來是菇，對(duì)付這類難加工材料的最好辦法就是采用電火花（EDM）特種加工方法，電火花加工存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一是生產(chǎn)效率低份肠，二是加工質(zhì)量難以保證枣肚。

　　高速切削加工技術(shù)的出現(xiàn)為模具制造技術(shù)帶來了嶄新的途徑。與電火花（EDM）加工相比僧少，高速切削加工具有生產(chǎn)效率高丐鸽、產(chǎn)品質(zhì)量好、能加工型腔較復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件等優(yōu)點(diǎn)供撵。因此郊男，自20世紀(jì)90年代以來，國外模具工業(yè)開始采用高速切削方法進(jìn)行模具型腔的精加工蔗括。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)孵堪，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有85％模具的電加工工藝被高速切削加工工藝所取代，高速切削加工在國際模具制造工藝中的主流地位已確立虽风。我國在20世紀(jì)90年代也開始重視高速切削加工技術(shù)的研究與應(yīng)用棒口。高速切削加工模具的關(guān)鍵技術(shù)是刀具技術(shù)和機(jī)床技術(shù)。本文分析了淬硬模具高速銑削加工刀具的相關(guān)技術(shù)辜膝。

　　高速銑削淬硬模具的優(yōu)點(diǎn)

　　在高速切削加工中最常用的加工方法是高速銑削无牵，用高速銑削模具代替電火花加工模具具有如下優(yōu)點(diǎn)漾肮。

　　（1）加工質(zhì)量好

　　用傳統(tǒng)電火花加工方法加工模具時(shí)茎毁，在對(duì)工件表面局部高溫放電燒蝕過程中克懊，工件材料表面的物理-機(jī)械性能會(huì)受到一定損傷，常常會(huì)在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋充岛，難以保證工件加工質(zhì)量保檐。高速銑削以高于常規(guī)銑削速度10倍左右的切削速度對(duì)零件進(jìn)行加工，毛坯的余量還來不及充分變形就瞬間被切離工件崔梗，工件表面的殘余應(yīng)力非常小夜只。同時(shí)，高速銑削過程中機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速極高（8000r/min～100000r/min）蒜魄，“機(jī)床－夾具－工件－刀具”工藝系統(tǒng)的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其固有頻率范圍扔亥，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊。因此盯辅，零件的加工精度高摹跑，表面質(zhì)量好。經(jīng)過高速銑削的模具型腔趴鹰，表面質(zhì)量可達(dá)到磨削的水平胚砰，故可省去后續(xù)的磨削加工工序。

　【莱痢（2）生產(chǎn)效率高

　　由于電火花加工是靠放電燒蝕進(jìn)行的“微切削”敬魏，加工過程非常緩慢，同時(shí)岔雾，模具型腔表面粗糙度也達(dá)不到模具的要求底盅，往往經(jīng)過電火花加工后還需進(jìn)行費(fèi)時(shí)的手工研磨和拋光模具，因此這種工藝生產(chǎn)效率極低黑乞。在加工中心或高速銑床上切削加工模具揉贡，其加工過程本身的效率比電火花加工高出好幾倍。同時(shí)拟祖，可以在工件一次裝夾中完成型腔的粗拣挪、精加工及模具其它部位的機(jī)械加工，即實(shí)現(xiàn)所謂的“一次過”技術(shù)（OnePassMachining）俱诸。此外媒吗，該技術(shù)不需

　　要做電極及后續(xù)的手工研磨和拋光，容易實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化乙埃。因此闸英，高速加工技術(shù)的應(yīng)用使模具開發(fā)速度大為提高。

　〗橥唷（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)理可知甫何，高速銑削時(shí)切削力大為減少出吹，切削過程變得比較輕松。高速切削可以加工材料硬度達(dá)60HRC以上的淬硬鋼辙喂，可以不用切削液捶牢，即所謂的硬切削（HardMachining）和干切削（DryMachining）。更為突出的是巍耗，在高速銑削中橫向切削力很小秋麸，這對(duì)加工復(fù)雜模具型腔中的一些細(xì)筋和薄壁（壁厚可小于1mm）極其有利。當(dāng)然馆柬，高速銑削加工模具也存在一定的局限筒臂。當(dāng)工件材料硬度大于60HRC以上，并且具有既窄又深的型腔且倒角和圓角非常小時(shí)吻霎，高速銑削加工就顯得非常困難脚自，而采用高速銑削和電火花加工的有機(jī)組合就可以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效果。

　　高速銑削淬硬模具的刀具技術(shù)

　　在高速銑削加工模具中睹梢，刀具技術(shù)最關(guān)鍵联缝，而且涉及面多，主要體現(xiàn)在刀具材料及幾何參數(shù)選擇九窿、刀具的損壞與檢測(cè)苇葫、刀具與機(jī)床的連接技術(shù)、刀具的安全性等問題上坦膘。

　　1.　刀具材料及幾何參數(shù)選擇

　⊙叽稀（1）刀具材料

　　高速銑削要求高速刀具材料與被加工材料必須有較小的化學(xué)親和力，具有良好的熱穩(wěn)定性层攀、抗沖擊性曾蚊、耐磨性赃阀、抗熱疲勞性霎肯，并具有優(yōu)良的力學(xué)性能等。

　　目前榛斯，用于高速硬銑削的刀具材料主要有聚晶立方氮化硼（PCBN）观游、陶瓷、新型硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金等驮俗，應(yīng)根據(jù)模具材料懂缕、刀具幾何形狀、切削條件三大因素來選擇刀具材料王凑。

　　由于聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具具有很高的硬度和耐磨性搪柑，因而適合于高速切削淬硬鋼。在加工硬度低于50HRC的工件時(shí)索烹，PCBN刀具形成的切屑為長條形工碾，在刀具表面產(chǎn)生月洼磨損弱睦，從而縮短刀具壽命。因此渊额，PCBN刀具適合加工硬度高于55～65HRC的材料况木。

　　陶瓷刀具的成本低于PCBN刀具，具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性驶滚，但其韌性和硬度不如PCBN刀具好靡勾。因此，陶瓷刀具比較適合加工相對(duì)比較軟的材料（HRC≤50）换秧。新型硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀具成本較低悦级，但切削硬度不如PCBN刀具和陶瓷刀具，一般在40～50HRC之間注欧。

　　從目前研究情況看祈岔，在所有模具高速切削刀具材料中，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具的性能較好钙蕉，是進(jìn)行淬硬鋼模具加工的主要刀具材料口纸。

　　（2）刀具幾何參數(shù)選擇

　　當(dāng)?shù)毒卟牧线x定后官孝，刀具幾何參數(shù)的選擇對(duì)刀具的壽命和切削速度有較大的影響努禽，一般應(yīng)選擇強(qiáng)度盡可能大的刀片形狀，刀尖圓弧半徑也盡可能大门俏。

　　與普通銑削相比丸匀，高速銑削時(shí)前角應(yīng)小10°，后角應(yīng)大5°～8°危融。高速銑削時(shí)畏铆，根據(jù)加工材料不同刀具的合理參數(shù)也不同，在加工淬硬鋼時(shí)吉殃，起重要作用的刀具幾何角度是前角γ0和后角α0辞居。高速銑削時(shí)合理的前角γ0和后角α0經(jīng)驗(yàn)值見下表。

　　表不同材料的高速切削加工刀具合理的γ0蛋勺、α0值

　　工件材料－γ0－α0

　　鋁合金－12°～15°－13°～15°

　　鋼－0°～5°－12°～16°

　　鑄鐵－0°－１２°

　　另外瓦灶，硬切削的切削力大，除要求刀片強(qiáng)度外抱完，對(duì)刀桿強(qiáng)度和剛度要求也高贼陶。

　　2.　刀具的損壞與檢測(cè)

　　（1）刀具損壞

　　由于高速銑削刀具價(jià)格較貴巧娱，刀具的損壞嚴(yán)重縮短了刀具的使用壽命碉怔，增加了高速銑削加工的成本。因此禁添，控制刀具的損壞撮胧，加強(qiáng)刀具的檢測(cè)對(duì)高速銑削具有重要意義荷右。刀具損壞有磨損和破損兩種情況。磨損是刀具在加工過程中與工件發(fā)生接觸和摩擦而產(chǎn)生的表面材料消耗現(xiàn)象捅硅；破損是刀具發(fā)生崩刃完簿、斷裂、塑性變形等導(dǎo)致刀具失去切削能力的現(xiàn)象桅蕊，它包括脆性破損和塑性破損聚灸。

　　刀具磨損是高速銑削中需解決的一個(gè)難題。高速銑削時(shí)刀具的磨損主要有后刀面磨損阅牛、前刀面月牙洼磨損朱鹤、邊界磨損、微崩刃秫痪、片狀剝落延杯、塑性變形等形態(tài)。不同加工材料及高速刀具材料的主要磨損形式不同叭舰。后刀面磨損是高速刀具磨損的最常見的形式玫斋，也是刀具的正常磨損形式，一般用后刀面均勻磨損區(qū)寬度VB值作為刀具的磨損極限忱当。后刀面磨損區(qū)寬度加大會(huì)使刀具切削迅速減弱蚯涮。前刀面月牙洼磨損主要出現(xiàn)在塑性金屬的高速切削加工中，常發(fā)生在切削溫度較高而刀具紅硬性差的切削條件下卖陵。邊界磨損常發(fā)生在刀具后刀面的刀具遭顶、工件接觸邊緣處，形狀為一狹長溝槽泪蔫。高速切削不銹鋼棒旗、高溫合金時(shí)易發(fā)生邊界磨損。微崩刃是在刀具切削刃上產(chǎn)生的微小缺口撩荣，通常發(fā)生在斷續(xù)高速切削時(shí)铣揉。

　　片狀剝落主要發(fā)生在刀具的前、后刀面上婿滓，其原因是刀具－切屑老速、刀具－工件接觸區(qū)的接觸疲勞或熱應(yīng)力疲勞所致粥喜。

　⊥怪鳌（2）刀具的檢測(cè)

　　目前，刀具檢測(cè)主要采用人工檢測(cè)额湘、離線檢測(cè)和在線檢測(cè)三種形式卿吐。人工檢測(cè)是由工人在加工時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)刀具的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；離線檢測(cè)是在加工之前對(duì)刀具進(jìn)行專門檢測(cè)忘哼，并預(yù)測(cè)其壽命疏悯，看能否完成當(dāng)前的加工任務(wù)灸尾；在線檢測(cè)也稱實(shí)時(shí)檢測(cè)，是在加工過程中實(shí)時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行檢測(cè)歉冷，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理汗势。

　　3.　刀具與機(jī)床連接技術(shù)

　　在高速切削條件下，刀具與機(jī)床的連接系統(tǒng)是影響加工精度和刀具安全性的重要方面乳后，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)7：24錐度實(shí)心長刀柄結(jié)構(gòu)已不能滿足高速切削的要求锁熟，必須研制和開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)的刀柄來連接刀具與機(jī)床。高速切削條件下确奄，要求刀具系統(tǒng)（刀具麸媒、夾頭和刀柄）具有以下特點(diǎn)：

　　（1）較高的刀具系統(tǒng)精度

　　刀具系統(tǒng)精度包括系統(tǒng)定位夾持精度和刀具重復(fù)定位精度闪铸，前者指刀具與刀柄胚览、刀柄與機(jī)床主軸的連接精度；后者指每次換刀后刀具系統(tǒng)精度一致性需五。刀具系統(tǒng)具有較高的系統(tǒng)精度鹉动，才能保證高速加工條件下刀具系統(tǒng)應(yīng)有的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

　『暧省（2）較高的刀具系統(tǒng)剛性

　　刀具系統(tǒng)的靜训裆、動(dòng)剛性是影響加工精度及切削性能的重要因素。刀具系統(tǒng)剛性不足會(huì)導(dǎo)致刀具系統(tǒng)振動(dòng)蜀铲，從而降低加工精度边琉，并加劇刀具的磨損，降低刀具的使用壽命记劝。

　”湟獭（3）較好的動(dòng)平衡性

　　高速加工條件下，微小質(zhì)量的不平衡都會(huì)造成巨大的離心力厌丑，引起機(jī)床和加工過程的急劇振動(dòng)定欧。因此，高速刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡非常重要怒竿。

　　為了適應(yīng)高速切削加工對(duì)刀具系統(tǒng)的要求砍鸠，近十多年來，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼研制開發(fā)了多種新型結(jié)構(gòu)的刀柄耕驰。

　　4.　刀具的安全性

　　高速銑削模具時(shí)應(yīng)對(duì)銑刀提出安全性要求京佃。試驗(yàn)證明，普通銑刀的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度不能適應(yīng)高速切削的要求言丧。銑刀在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)崔狂，刀具的各部分承受的離心力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過切削力本身的作用，成為刀具的主要載荷。當(dāng)離心力達(dá)到一定的程度時(shí)茶链，會(huì)造成刀具的變形臊瞬，甚至破裂，從而造成嚴(yán)重的后果颓之。因此银景，研究高速銑刀的安全性技術(shù)，防止由離心力引起的刀具損壞鹤梳，對(duì)高速銑削模具的刀具技術(shù)有極其重要的意義盖疾。

　　德國在高速切削工具系統(tǒng)的方面研究成果為高速切削加工技術(shù)的推廣應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。早在20世紀(jì)90年代初德國就開始了對(duì)高速銑刀的安全性技術(shù)研究概丢，取得了一系列的成果警沧，并制訂了ＤＩＮ６５８９－１《高速旋轉(zhuǎn)銑刀的安全性要求》標(biāo)準(zhǔn)草案，規(guī)定了高速銑刀失效的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)攻柠，在技術(shù)上提出了高速銑刀設(shè)計(jì)球订、制造和使用的指導(dǎo)性意見，規(guī)定了統(tǒng)一的安全性檢驗(yàn)方法瑰钮。該標(biāo)準(zhǔn)草案已成為各國高速銑刀安全性的指導(dǎo)性文件冒滩。

　　高速銑刀的安全失效形式有兩種：變形和破裂。不同類型的銑刀浪谴，其安全試驗(yàn)方法也不同开睡。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位銑刀，一種試驗(yàn)方法是在1.6倍于最大使用轉(zhuǎn)速下刀具的永久性變形或零件的位移不超過0.05mm苟耻；另一種試驗(yàn)方法是在2倍于最大使用轉(zhuǎn)速下刀具不發(fā)生破裂篇恒，包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛凶杖、刀體爆裂等胁艰。對(duì)于整體式銑刀，則必須在2倍于最大使用轉(zhuǎn)速條件下試驗(yàn)而不發(fā)生彎曲或斷裂智蝠。

　　結(jié)合高速銑刀安全性標(biāo)準(zhǔn)腾么，通過有限元計(jì)算模型的分析，為適應(yīng)高速銑刀的安全性要求铭梯，可從以下幾個(gè)方面著手：

　∶腋簟（1）刀具質(zhì)量和刀具結(jié)構(gòu)

　　減輕刀具質(zhì)量、減少刀具系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)和簡化刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是提高刀具破裂極限的有效途徑巷同。比較同一直徑刀具用試驗(yàn)求得的破裂極限與刀具質(zhì)量谆纸、刀具構(gòu)件數(shù)和構(gòu)件接觸面數(shù)間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)铝寿，刀具質(zhì)量越輕片迁，刀具系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件接觸面越少抖唧，刀具破裂極限轉(zhuǎn)速越高陷克。為減小刀具質(zhì)量煞肠，應(yīng)根據(jù)材料抗拉強(qiáng)度與密度的比值以及刀具應(yīng)用的轉(zhuǎn)速范圍選擇刀體材料。目前版幕，有采用高強(qiáng)度鋁合金制造高速銑刀刀體乏束。

　　在刀具結(jié)構(gòu)上，應(yīng)注意避免和減小應(yīng)力集中衔甲。刀體上的槽（包括刀座槽糖埋、容屑槽、鍵槽）會(huì)引起應(yīng)力集中窃这，降低刀體的強(qiáng)度瞳别，因此應(yīng)盡量避免通槽和槽底帶尖角。同時(shí)杭攻，刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸祟敛，使重心通過銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊兆解、調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能消除游隙馆铁，并且要求重復(fù)定位性好。

　」Α（2）刀具（刀片）的夾緊方式

　　模擬計(jì)算和破裂試驗(yàn)研究表明埠巨，高速銑刀刀片的夾緊方法不允許采用通常的摩擦力夾緊，而要用帶中心孔的刀片用螺釘夾緊现拒，或用特殊設(shè)計(jì)的刀具結(jié)構(gòu)辣垒，以防止刀片甩飛。刀座印蔬、刀片的夾緊力方向最好與離心力方向一致乍构，同時(shí)要控制好螺釘?shù)念A(yù)緊力，防止螺釘因過載而提前受損喝壹。小直徑帶柄銑刀有兩種高精度仓近、高剛度的夾緊方法：液壓夾頭和熱脹冷縮夾頭。

　『狄选（3）刀具的動(dòng)平衡性

　　在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)肌蛮，刀具的不平衡不僅會(huì)引起機(jī)床主軸系統(tǒng)振動(dòng)，影響加工精度殿漆，同時(shí)還會(huì)對(duì)刀具系統(tǒng)產(chǎn)生附加徑向載荷忍猛，其大小與刀具轉(zhuǎn)速平方成正比。

　　由此可見肾蕉，提高刀具的動(dòng)平衡性可較大程度地減小離心力掐股，提高高速刀具的安全性。因此，按照《高速旋轉(zhuǎn)銑刀的安全性要求》標(biāo)準(zhǔn)草案要求扳九，用于高速切削的銑刀必須經(jīng)過動(dòng)平衡測(cè)試尝鬓，并應(yīng)達(dá)到ISO1940－1規(guī)定的G4.0平衡質(zhì)量等級(jí)以上要求。

　　結(jié)語

　　通過對(duì)刀具材料及幾何參數(shù)玖瘸、刀具損壞與檢測(cè)秸讹、刀具與機(jī)床的連接技術(shù)、刀具安全性四個(gè)方面分析了高速銑削淬硬模具時(shí)對(duì)刀具的要求雅倒，只有解決好高速銑削刀具這些問題璃诀，才有利于模具高速銑削加工技術(shù)的推廣應(yīng)用。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)蔑匣，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享劣欢，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議裁良。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布氧秘、編輯整理上傳，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)趴久，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)丸相。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片彼棍、文字如涉及作品版權(quán)問題灭忠，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容座硕，以保證您的權(quán)益攘体！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。