模具作為重要的工藝裝備惑箕，在消費(fèi)品、電器電子停唐、汽車科谨、飛機(jī)制造等工業(yè)部門中，占有舉足輕重的地位时憾。模具作為重要的工藝裝備渊喘，在消費(fèi)品、電器電子鸽拱、汽車拨才、飛機(jī)制造等工業(yè)部門中，占有舉足輕重的地位谓苟。工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75％官脓，精加工的50％及塑料零件的90％將由模具完成。目前中國(guó)模具市場(chǎng)需求已達(dá)500億元之規(guī)模娜谊。汽車模具确买、特別是覆蓋件模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò)20％；建材模具也迅速發(fā)展纱皆，各種異型材模具、墻面和地面模具成為模具的新增長(zhǎng)點(diǎn)芭商，今后幾年塑料門窗和塑料排水管增長(zhǎng)將超過(guò)30％派草；家電模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò)10％；IT業(yè)年均增長(zhǎng)速度超過(guò)20％铛楣，對(duì)模具的需求占模具市場(chǎng)的20％近迁。2004年中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)產(chǎn)值將繼續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)模具制造市場(chǎng)潛力巨大簸州。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)鉴竭，近年來(lái)，我國(guó)模具的年總產(chǎn)值達(dá)到30億美元岸浑，進(jìn)口超過(guò)10億美元搏存，出口超過(guò)1億美元。增長(zhǎng)從1995年的25％增加到2005年的50％慷郎。國(guó)外專家預(yù)言：亞洲在全球模具制造中占據(jù)的份額啡产，將從1995年的25％增加至2005年的50％。

　　中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速促驶，形成了華東和華南兩大基地肢有，并且逐漸擴(kuò)大到其他省份。（山東,安徽,四川）1996年～2002年物遗，模具制造業(yè)產(chǎn)值年平均增長(zhǎng)14％涣恤，2003年增長(zhǎng)25％且奔。2003年我國(guó)模具產(chǎn)值為450億人民幣÷缰瑁總產(chǎn)量位居世界第3此腊，出口模具3.368億美元，比上年增長(zhǎng)33.5％柱洽。但是褂宙，我國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過(guò)于求，精密本谜、復(fù)雜的高檔模具很大部分依靠進(jìn)口初家。每年進(jìn)口模具超過(guò)10億美元。出口超過(guò)1億美元乌助。

　　精密模具精度要求在2～3μm,大型模具需要滿足8000kN合模力注塑機(jī)的要求;小型模具需滿足直徑1mm塑料管的要求溜在。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢(shì)他托，在國(guó)外一些模具生產(chǎn)廠家掖肋，高速機(jī)床大面積取代電火花機(jī)床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率赏参。機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)企業(yè)志笼，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60％以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國(guó)外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用把篓，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大趨勢(shì)纫溃，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。采用高速切削替代電火花生產(chǎn)模具韧掩，可以明顯提高效率紊浩、提高模具精度、使用壽命長(zhǎng)柒汉。

　　高速加工在模具制造中的應(yīng)用

　　1）高速切削的優(yōu)點(diǎn)：

　∪薮摺①刀具的高轉(zhuǎn)速和機(jī)床的高進(jìn)給以及高加速度，大大提高金屬切除率监昏；

　⌒敝荨②高速切削減小切削力；

　⊙岳摇③高速切削熱大部分由切屑帶走岭限，工件發(fā)熱少；

　“芏④高速切削減少振動(dòng)酣器，提高加工質(zhì)量；

　　2）高速加工應(yīng)用于模具加工的效益

　　①快速粗加工和半精加工吝重，提高加工效率征乳；

　　②高速高精度精加工硬切削代替光整加工沦匿，表明質(zhì)量高律姨，形狀精度提高，比EDM加工提高效率50％臼疫，減少手工修磨择份；

　　③硬切削加工最后成型表面烫堤，提高表面質(zhì)量荣赶、形狀精度，（不僅是表面粗糙度低鸽斟，而且表面光亮度高）拔创，用于復(fù)雜表面的加工更具優(yōu)勢(shì)；

　「恍睢④避免EDM加工產(chǎn)生的表面損傷剩燥，提高模具壽命20％；

　×⒈丁⑤結(jié)合CAD/CAM技術(shù)快速加工電極灭红，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類電極口注。

　　采用高速切削加工模具需要解決的問(wèn)題

　　在國(guó)內(nèi)比伏，由于資金、技術(shù)等方面的原因辐逝，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段。還存在機(jī)床绣嫉、刀具黄惭、工藝以及其他方面的一些問(wèn)題需要逐步解決。

　　缺點(diǎn)是加工成本高普计，對(duì)刀具的使用有較高的要求祟俯，不能使用過(guò)大的刀具，要有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)做支持迂唤，設(shè)備運(yùn)行成本高五妹。

　　（1）高速加工模具的機(jī)床

　「锞（2）選擇切削刀具

　〈腔省（3）合理的加工工藝

　　（4）編程和刀具軌跡

　　（5）根據(jù)生產(chǎn)條件大量的工藝實(shí)驗(yàn)

　　加工模具的高速加工機(jī)床

　　模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機(jī)床,模板符焊、模架加工需要精密淘太、高效數(shù)控機(jī)床等。許多機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)规丽，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60％以上賣給模具企業(yè)蒲牧。模具行業(yè)今后幾年年均有50億元的固定資產(chǎn)投入，其中80％是購(gòu)買模具加工設(shè)備赌莺，也就是說(shuō)每年有40億元人民幣要購(gòu)買金切機(jī)床冰抢。

　　目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的平均利用率大約20％，高速機(jī)床的利用率3～5％艘狭。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁?gòu)買高速機(jī)床挎扰，從6000～40000rmp的都有。

　　1．高速機(jī)床的技術(shù)參數(shù)要求

　』荷（1）加工中心主軸大功率鼓鲁、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工港谊；精加工模具要用小直徑刀具骇吭，機(jī)床一般要達(dá)到15000～20000rmp。通常主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工歧寺，達(dá)不到精加工的精度咱取；無(wú)法達(dá)到400m/min以上的切削速度。

　≡男恪（2）快速進(jìn)給的一般要求和汽車姆歹、飛機(jī)企業(yè)的區(qū)別；快速進(jìn)給30～60m/min京拣。

　∷浣（3）根據(jù)模具生產(chǎn)種類選擇立、臥式加工中心或龍門式加工中心帜猩。

　⌒荻琛（4）具有好的高速控制系統(tǒng)：高精度插補(bǔ)、輪廓前瞻控制朦阶、高加速度杜凌、高精度位置控制等。

　　因此杰翰，選擇高速加工模具的機(jī)床必須考慮具體的生產(chǎn)情況名篷。

　　2．五軸機(jī)床的應(yīng)用增加趨勢(shì)

　　（1）加工路線靈活焰诲，表面形狀復(fù)雜途茫；

　〉臁（2）加工范圍大，適合多種類型模具加工慈省；

　⊥畏馈（3）切削條件好，減少刀具磨損边败，提高刀具壽命袱衷；

　　（4）針對(duì)模具類型笑窜，選擇工作臺(tái)式或銑頭式五軸機(jī)床致燥。

　　（5）多頭機(jī)床和多電主軸頭可以更好的擴(kuò)大加工范圍排截。

　　3．購(gòu)買CAD/CAM軟件和高速機(jī)床配套

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)嫌蚤，每年有幾十億美元用于進(jìn)口機(jī)床，大部分電加工機(jī)床和高速機(jī)床需要進(jìn)口断傲。

　　高速切削模具的刀具技術(shù)

　　高速切削刀具需要解決的問(wèn)題：

　　1．刀具成本

　　2．刀具耐用度

　　3．適合于刀具的切削工藝參數(shù)

　　解決方法：

　　1．發(fā)展高速切削國(guó)產(chǎn)涂層刀具脱吱、刀柄。

　　2．根據(jù)刀具本身性能的差異层筹、模具材料的差異苦频、機(jī)床的差異等進(jìn)行實(shí)際工藝試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，參考刀具生產(chǎn)廠的參數(shù)风踪。

　　3．利用各方面力量開展研究和應(yīng)用梧杠，如產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、國(guó)家基金支持也菊。

　　高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具啤都。高速加工刀具材料的進(jìn)展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì)合金涂層刀具揽宵、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能溃锤。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片,其硬度可達(dá)3500～4500HV。聚晶金剛石（PCD）其硬度可達(dá)6000～10000HV脐拄。近年來(lái)國(guó)外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具骄雇，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具,還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具異軍突起,在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工上的瓶頸問(wèn)題不再會(huì)出現(xiàn)在刀具上帘惜。

　　但是，進(jìn)口刀具的昂貴價(jià)格也阻礙高速切削模具的重要因素饼暑。

　　一般來(lái)說(shuō),刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上稳析，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015mm，而刀的長(zhǎng)度不能大于4倍的刀具直徑弓叛。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),粗加工刀具線速度約為100m/min,而精加工和超精加工時(shí),其線速度超過(guò)了280m/min彰居。這樣對(duì)刀具的材料（包括硬度诚纸、韌性、紅硬性（高溫狀態(tài)下保持切削性能））陈惰、刀具的形狀（包括排屑性能畦徘、表面精度、動(dòng)平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求抬闯。

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)模具高速精加工的經(jīng)驗(yàn)井辆，采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具精加工時(shí)，線速度超過(guò)了400～800m/min溶握。選擇足夠高速度的機(jī)床硬切削模具精加工杯缺。

　　1．根據(jù)不同的加工對(duì)象合理選擇刀具：硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具睡榆。采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具表面精加工萍肆；TiAIN（鋁氮化鈦）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具由于潤(rùn)滑條件好，比（TiCN）硬質(zhì)合金涂層刀具抗磨損性能更好栽铁。切削模具鋼笆犀。

　　2．選擇刀具參數(shù)，如負(fù)前角刀具等判原。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高锉纹，還要求抗熱沖擊能力強(qiáng)。

　　3．采取多種方法提高刀具壽命噩檬，降低刀具成本林邪。

　　4．采用高速刀柄，目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄肾轨，熱壓裝夾刀具初禁。注意刀具裝夾后的整體動(dòng)平衡。

　　5．當(dāng)前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)做了很多工作档徘，面向加工的刀具服務(wù)會(huì)幫助解決很多問(wèn)題棘魏，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)宝各。

　　提高高速切削模具效率的工藝技術(shù)

　　高速切削加工模具的基本要求：

　　1．高切削速度>400m/min烹豫。小直徑刀具，高轉(zhuǎn)速婴削。

　　2．小進(jìn)給量廊镜，小刀紋。每齒0.01～0.1mm唉俗。

　　3．切削負(fù)載連續(xù)穩(wěn)定嗤朴，減少突變，緩?fù)司忂M(jìn)虫溜。

　　4．保持單刃切削雹姊。

　　5．保持均勻精加工余量股缸。

　　目的：減少刀具磨損，提高表面質(zhì)量吱雏。

　　國(guó)外高速銑削加工零件材料質(zhì)量較好敦姻，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相同,加工性能比較穩(wěn)定；而國(guó)外公司生產(chǎn)的刀具也是以他們的材料標(biāo)準(zhǔn)做試驗(yàn)歧杏；推薦的加工參數(shù)一般比較適合他們的標(biāo)準(zhǔn)镰惦，如果使用他們的刀具，與國(guó)內(nèi)的零件材質(zhì)有一定的區(qū)別,在高速銑削時(shí),這種差別表現(xiàn)得較為明顯得滤，有些參數(shù)可以直接應(yīng)用娇建，但有些效果就比較差。而國(guó)內(nèi)企業(yè)一般選用零件材質(zhì)有一定的標(biāo)準(zhǔn),所使用的零件材料菊虏，特別是能用高速加工的零件材質(zhì)厘举，一般會(huì)局限在某些零件材料范圍內(nèi),這對(duì)我們應(yīng)用高速加工技術(shù)也提供了有利的條件，會(huì)在較少的加工材料范圍內(nèi)應(yīng)用桦材。這里要強(qiáng)調(diào)的是屋赌，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)，并且納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)炮惕。

　　選用國(guó)產(chǎn)刀具,很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的,有必要做試驗(yàn),取得比較滿意的參數(shù),最好選用固定的刀具生產(chǎn)廠家,減少試驗(yàn)的次數(shù),形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這樣可以提高設(shè)備有效利用率,降低生產(chǎn)成本,可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益瓜坎。

　　高速切削的加工刀具路徑和編程

　　1．平面進(jìn)給路徑選擇

　　2．輪廓加工路徑選擇

　　3．保持切削載荷平穩(wěn)

　　4．保持相對(duì)平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度

　　5．在平面切削中保持園拐角

　　6．合理選擇精加工余量

　　精加工對(duì)CAM的編程要求：

　　1．盡量避免拐角的銑削運(yùn)動(dòng)；

　　2．盡量避免工件外的進(jìn)刀與退刀運(yùn)動(dòng)射贡，直接從輪廓進(jìn)入下一個(gè)深度瞪歹。或者采用螺旋線或斜向進(jìn)給切入演苍；

　　3．恒定每刃進(jìn)給蛇热，提高質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命氧吐；

　　4．輪廓加工保持在水平面上等讹蘑。

　　高速切削模具的編程軟件特點(diǎn)：

　　1．根據(jù)高速切削特點(diǎn)確定切削參數(shù)。

　　2．需要特殊的刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軌跡筑舅。

　　3．保護(hù)刀具座慰，減少磨損。

　　高速機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　1．高速數(shù)據(jù)處理

　　2．拐角預(yù)測(cè)處理

　　3．NURBS非有理樣條插補(bǔ)曲線加工

　　高速切削模具的安全問(wèn)題

　　1．刀具磨損和破壞的監(jiān)測(cè)翠拣；

　　2．刀片連接的強(qiáng)度版仔；

　　3．和普通機(jī)床加工不同，安全防護(hù)和開機(jī)前對(duì)機(jī)床和刀具的嚴(yán)格檢查非常重要误墓。

　　目前我國(guó)在采用高速加工模具技術(shù)中存在的問(wèn)題

　　1．機(jī)床

　“钭稹（1）國(guó)產(chǎn)高速機(jī)床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求优烧。包括電主軸的功率和轉(zhuǎn)速蝉揍，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格高；

　∑杪Α（2）機(jī)床的高速下動(dòng)態(tài)特性研究還不夠又沾，因而影響整機(jī)的性能；

　∥蹩ā（3）五軸機(jī)床還不夠成熟巷科，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格太高；

　⊙÷（4）配套技術(shù)和設(shè)備還不完全底靴。

　　2．刀具

　　（1）國(guó)產(chǎn)刀具還不能夠適應(yīng)高速切削的應(yīng)用失傍，特別是高速硬切削光整加工贝崎。進(jìn)口刀具價(jià)格高。刀具技術(shù)是影響高速切削加工模具的一個(gè)重要因素民沈。

　』雇埂（2）配套技術(shù)還不夠，包括刀柄浸速、成套在線動(dòng)平衡等童盏。

　　3．高速模具加工工藝技術(shù)及實(shí)驗(yàn)

　　（1）由于高速加工模具的歷史比較短就灸，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累呛疫；

　　（2）對(duì)高速切削工藝研究比較少泡嘴，投入不夠甫恩，立項(xiàng)比較困難；

　】恼铩（3）缺少高速切削數(shù)據(jù)庫(kù)或手冊(cè)填物，目前還是空白；

　■铡（4）模具生產(chǎn)廠家對(duì)高速切削的認(rèn)識(shí)不夠滞磺，缺乏長(zhǎng)期效益的分析對(duì)比；

　±嘲（5）缺乏高速切削自動(dòng)編程軟件击困；

　　（6）缺乏五軸聯(lián)動(dòng)高速切削自動(dòng)編程CAM軟件广凸。

　　模具市場(chǎng)對(duì)高速加工有強(qiáng)烈需求阅茶，但是技術(shù)跟不上。起步晚谅海，基礎(chǔ)較差脸哀，整體技術(shù)水平不高蹦浦，發(fā)展緩慢。需要各個(gè)方面協(xié)調(diào)發(fā)展摧垄，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合跃恍，加大投入，綜合利用各個(gè)方面力量推動(dòng)高速切削在模具制造中的應(yīng)用匕蚁。我們希望态置，通過(guò)各方面的努力，在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下渊唁，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步垄获，像汽車、機(jī)床仆玖、家電一樣彻虾，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)不但要成為模具生產(chǎn)大國(guó)铅粉，而且要成為模具生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)戴悔。

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