1.引言

　　模具作為重要的工藝裝備悴侵，在消費(fèi)品舰绘、電器電子驼卖、汽車痹筛、飛機(jī)制造等工業(yè)行業(yè)中占有舉足輕重的地位莺治。雖然近年來我國模具技術(shù)有了迅速的發(fā)展，但與制造強(qiáng)國相比尚有較大差距帚稠。目前我國技術(shù)含量較低的模具已供過于求谣旁，而精密、復(fù)雜的高檔模具則大量依靠進(jìn)口滋早。

　　提高模具生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量是發(fā)展我國模具制造業(yè)的重要因素榄审。由于采用模具高速切削技術(shù)可以明顯提高模具生產(chǎn)效率和模具精度及使用壽命，因此正逐漸取代電火花精加工模具杆麸，并已被國外的模具制造企業(yè)普遍采用搁进，成為模具制造的大趨勢。但高速切削技術(shù)在模具生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)間比較短角溃，而且在使用中技術(shù)要求比較高拷获，我國大部分模具生產(chǎn)企業(yè)還不能掌握并應(yīng)用，以至不能發(fā)揮優(yōu)勢减细。文中將著重介紹高速切削加工模具的一些實(shí)用技術(shù)和應(yīng)用的問題匆瓜。

　　2.高速切削應(yīng)用于模具加工的優(yōu)勢和現(xiàn)階段需要解決的問題

　　模具加工的特點(diǎn)是單件小批量、幾何形狀復(fù)雜顷床，因此加工周期長跪悼，生產(chǎn)效率低。在傳統(tǒng)的模具加工工藝中脸榔，精加工淬硬模具通常采用電火花加工和人工修光工藝蚊来，后期加工花費(fèi)了大量時(shí)間『蛊纾縮短加工時(shí)間和降低生產(chǎn)成本是發(fā)展模具加工技術(shù)的主要目標(biāo)逢君。近年來，模具加工工藝方面有了許多新技術(shù)惶嗓，如高速切削蒲妹、CAD/CAE 設(shè)計(jì)仿真驻丁、快速原型制模、電火花銑削成型加工和復(fù)合加工等块透，其中最引人注目臊渴、效果最好的是高速切削加工。   

　　高速切削加工模具是利用機(jī)床的高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度巍碍，以切削方式完成模具的多個生產(chǎn)工序尸诽。高速切削加工模具的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：    

　　①高速切削粗加工和半精加工盯另，大大提高金屬切除率性含。   

　　②采用高速切削機(jī)床土铺、刀具和工藝胶滋，可加工淬硬材料。對于小型模具悲敷，在材料熱處理后究恤，粗、精加工可以在一次裝夾中完成后德；對于大型模具部宿，在熱處理前粗加工和半精加工，熱處理淬硬后精加工瓢湃。   

　±碚拧③高速高精度硬切削代替光整加工，減少大量耗時(shí)的手工修磨绵患，比電火花加工提高效率50% 拔馆。   

　　④硬切削加工最后成型表面图瘾，提高表面質(zhì)量勇剃、形狀精度（不僅表面粗糙度低，而且表面光亮度高）赏晃，用于復(fù)雜曲面的模具加工更具優(yōu)勢好佃。

　　⑤避免了電火花和磨削產(chǎn)生的脫碳施司、燒傷和微裂紋現(xiàn)象毫胎，大大減少了模具精加工后的表面損傷，提高模具壽命20%衍周。   

　∏押浮⑥工件發(fā)熱少、切削力減小窍绸，熱變形小律逼，結(jié)合CAD/CAM技術(shù)用于快速加工電極按辱，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類易變形的電極蛹头。   

　　高速切削的優(yōu)勢對模具加工的吸引力是不言而喻的，但與此同時(shí)戏溺，模具的高速切削加工成本高渣蜗、對刀具的使用要求高、需要有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)做支持旷祸、設(shè)備運(yùn)行成本高耕拷，因此，由于資金托享、技術(shù)等方面的原因骚烧，國內(nèi)對高速切削加工模具的應(yīng)用還不多，目前亟需要解決如何選擇和應(yīng)用高速加工模具的機(jī)床闰围、高速切削刀具赃绊、合理的加工工藝、刀具軌跡編程層以及工藝實(shí)驗(yàn)等一系列問題羡榴。

　　3.加工模具的高速切削機(jī)床

　　選擇用于高速切削模具的高速機(jī)床時(shí)要注意以下問題：   

　”滩椤（1）要求機(jī)床主軸功率大、轉(zhuǎn)速高校仑，滿足粗舅尸、精加工。精加工模具要用小直徑刀具捻仁，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到15000～20000rmp以上得鸳。主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生產(chǎn)中同時(shí)滿足粗但紫、精加工扳引，則所選機(jī)床最好具有兩種轉(zhuǎn)速的主軸，或兩種規(guī)格的電主軸父驮。   

　≌湛（2）機(jī)床快速進(jìn)給對快速空行程要求不太高。但要具有比較高的加工進(jìn)給速度（30～60m/min）和高加減速度涎瓜。

　「睢（3）具有良好的高速、高精度控制系統(tǒng)慈宾，并具有高精度插補(bǔ)猖驹、輪廓前瞻控制、高加速度酗宋、高精度位置控制等功能积仗。

　〗小（4）選用與高速機(jī)床配套的CAD/CAM軟件，特別是用于高速切削模具的軟件寂曹。   

　　在模具生產(chǎn)中五軸機(jī)床的應(yīng)用逐漸增加哎迄，配合高速切削加工模具具有以下優(yōu)點(diǎn)：   

　　①可以改變刀具切削角度隆圆，切削條件好漱挚，減少刀具磨損，有利于保護(hù)刀具和延長刀具壽命渺氧；②加工路線靈活旨涝，減少刀具干涉，可以加工表面形狀復(fù)雜的模具以及深腔模具侣背；③加工范圍大白华、適合多種類型模具加工。   

　　五軸機(jī)床通常有工作臺式和銑頭式五軸機(jī)床兩類贩耐，可以針對模具類型進(jìn)行選擇弧腥。銑頭式五軸機(jī)床中，可更換銑頭和更換電主軸頭的五軸機(jī)床可分別用于模具的粗酿萄、精加工序机。   

　　4.高速切削模具的刀具技術(shù)

　　高速切削加工需配備適宜的刀具。硬質(zhì)合金涂層刀具争峭、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具的應(yīng)用使得刀具同時(shí)兼具高硬度的刃部和高韌性的基體成為可能寥只，促進(jìn)了高速加工的發(fā)展。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可達(dá)3500～4500HV馍逗，聚晶金剛石（PCD）硬度可達(dá)6000～10000HV冻找。近年來，德國SCS衩羹、日本三菱（神鋼）及住友帜蘑、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具弧劳，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具珍垦，還有直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂層刀具在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用壁挖。   

　　目前國內(nèi)高速加工刀具的開發(fā)與國外還有較大差距图呢，而進(jìn)口刀具的昂貴價(jià)格也成為阻礙高速切削模具應(yīng)用的重要因素。   

　　一般來說骗随，要求刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上時(shí)蛤织，刀具的徑向跳動要小于0.015mm，而刀的長度不大于刀具直徑的4倍鸿染。據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)指蚜，在使用碳氮化鈦（TiCN）涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀（58HRC）進(jìn)行高速銑削時(shí)乞巧，粗加工刀具線速度約為100m/min，而精加工和超精加工時(shí)摊鸡，線速度超過了280m/min绽媒。據(jù)國內(nèi)高速精加工模具的經(jīng)驗(yàn)，采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具精加工時(shí)免猾，線速度超過了400m/min些椒。這對刀具材料（包括硬度、韌性掸刊、紅硬性）、刀具形狀（包括排屑性能赢乓、表面精度忧侧、動平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。因此子钱，在高速硬切削精加工模具時(shí)据篇，不僅要選擇高速度的機(jī)床，而且必須合理選用刀具和切削工藝码果。   

　　在高速加工模具時(shí)担泥，要重點(diǎn)注意以下幾個方面：①根據(jù)不同的加工對象，合理選擇硬質(zhì)合金涂層刀具佛殉、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具谨斥。②采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具表面精加工，通常精加工刀具直徑＜10mm姿叠。根據(jù)被加工材料以及硬度蛾沪，所選擇的刀具直徑也不同。在刀具材料的選用方面憋址，TiAIN超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具潤滑條件好拗炎，在切削模具鋼時(shí)，具有比TiCN硬質(zhì)合金涂層刀具更好的抗磨損性能霍凛。③選擇合適的刀具參數(shù)李根，如負(fù)前角等。高速加工刀具要求比普通加工時(shí)抗沖擊韌性更高几睛、抗熱沖擊能力更強(qiáng)房轿。④采取多種方法提高刀具壽命，如合適的進(jìn)給量枉长、進(jìn)刀方式冀续、潤滑方式等，以降低刀具成本必峰。⑤采用高速刀柄洪唐。目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄和熱壓裝夾刀具钻蹬，同時(shí)應(yīng)注意刀具裝夾后主軸系統(tǒng)的整體動平衡。

　　5.高速切削模具的工藝技術(shù)

　　高速加工模具技術(shù)中凭需，工藝技術(shù)是配合機(jī)床和刀具使用的關(guān)鍵因素问欠。以目前國內(nèi)模具生產(chǎn)的情況來看，工藝技術(shù)已經(jīng)在很大程度上制約了高速加工模具的應(yīng)用粒蜈。一方面是由于高速加工應(yīng)用的時(shí)間比較短顺献，還沒有形成比較成熟的、系統(tǒng)化的工藝體系和標(biāo)準(zhǔn)枯怖；另一方面是高速切削工藝試驗(yàn)成本高灭西，需要投入較大的資金和較長的時(shí)間。   

　　高速切削模具工藝技術(shù)主要包括：   

　【蛐ā（1）針對不同材料的高速切削模具工藝試驗(yàn)   

　　在參考國外高速銑削加工零件的工藝參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)弹爱，國外公司生產(chǎn)的刀具是依據(jù)進(jìn)口材料標(biāo)準(zhǔn)來做試驗(yàn)，用其推薦的參數(shù)在高速加工國產(chǎn)材料模具時(shí)骚美，效果差別比較明顯扬骑。因此，使用國外刀具刮诅，除了需要參考廠家提供的參數(shù)外涎舞，實(shí)際的工藝試驗(yàn)也是必要的。   

　　國內(nèi)刀具廠家很少推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)舟窥，因此選用國產(chǎn)刀具更有必要做試驗(yàn)栗怪，以取得比較滿意的工藝參數(shù)。最好選用固定生產(chǎn)廠家的刀具柿患，通過試驗(yàn)烁犀，形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)森枪，并納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)视搏。   

　　（2）高速切削的加工刀具路徑及編程   

　　高速切削模具工藝技術(shù)中刀具路徑县袱、進(jìn)刀方式和進(jìn)給量是主要內(nèi)容浑娜。高速切削模具工藝技術(shù)中的許多刀具路徑處理方法是為了減少刀具磨損、延長刀具使用壽命式散，因此刀具在高速切削進(jìn)給中的軌跡比普通加工復(fù)雜得多筋遭。   

　　高速加工模具工藝處理應(yīng)該遵循以下原則：①采用小直徑刀具精加工時(shí)，切削速度隨著材料硬度的增加而降低暴拄。②保持相對平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度漓滔，切削載荷連續(xù)，減少突變，緩進(jìn)緩?fù)讼炻俊１苊庵苯哟怪毕蛳逻M(jìn)刀而導(dǎo)致崩刃：斜線軌跡進(jìn)刀的銑削力逐漸加大透且，對刀具和主軸的沖擊小，可明顯減少崩刃豁鲤；螺旋式軌跡進(jìn)刀切入秽誊，更適合型腔模具的高速加工。③小進(jìn)給量跟斜、小刀紋切削低案。通常進(jìn)給量小于銑刀直徑10%，進(jìn)給寬度小于銑刀直徑40%绪论。④保留均勻精加工余量辕憋。⑤保持單刃切削。

　　根據(jù)上述規(guī)則卷俱，通常使用的進(jìn)給路徑方式有以下幾種：  ①盡量避免直拐角的銑削運(yùn)動陈园；拐角處用螺旋線進(jìn)給切削，保持切削載荷的平穩(wěn)肿犁。
    ②盡量避免工件外的進(jìn)刀與退刀運(yùn)動，直接從輪廓進(jìn)入下一個深度备秋。而是采用斜向逐漸進(jìn)給切入或螺旋線切入整空。③恒定每刃進(jìn)給，以螺旋線或擺線路徑進(jìn)給加工平面聂祈，并且保持單刃切削偶凝。孔加工時(shí)采用銑削高速進(jìn)給完成，不僅可提高表面質(zhì)量陆爽，而且可延長刀具壽命什往。④輪廓加工時(shí)保持在水平面上（等高線），每層進(jìn)刀深度相同慌闭。在進(jìn)入下一個深度時(shí)别威，逐漸進(jìn)給切入。⑤加工槽等較小尺寸形狀時(shí)驴剔，選用直徑小于形狀尺寸的刀具省古，以螺旋線或擺線路徑進(jìn)給，保持單刃切削丧失。   

　　這些高速切削模具中使用的刀具路徑處理策略需要編程實(shí)現(xiàn)豺妓，過于復(fù)雜的路徑手工編程難度和工作量都很大，在一定程度上影響了高速切削模具技術(shù)的應(yīng)用布讹，因此最好能夠通過自動編程軟件實(shí)現(xiàn)琳拭。高速切削精加工對CAM的編程提出要求，自動編程軟件需要適應(yīng)生產(chǎn)適時(shí)推出。

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