曾宝平
（佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 广东佛山）
摘要：高速切削是一种先进的制造技术，目前已在航空、汽车、模具工业等多个领域中被广泛应用。在模具加工上，高速切削具有较高的应用价值。高速切削技术的研究成为先进制造技术的研究焦点。本文就高速切削技术在模具加工中的应用优势、应用条件进行分析。
关键词：高速切削；模具；加工；应用
高速切削技术（High Speed Cutting，HSC)凭借其效率、精度以及表面质量高等特点，成为了近年来被广泛应用的先进加工技术[1]。高速切削技术中的“高速”是一个相对概念，不同加工方法与加工材料，加工时所用的切削速度也是不同的，不可简单用某一具体切削速度来定义。但是，从实际应用情况来分析，高速切削中的“高速”，既是一个技术指标，也是一个经济指标，能在一定程度上提升加工产品的经济效益。在模具领域中，高速切削通常应用典型的高转速、多速进给、低切深的加工模式，尤其在淬火钢件的加工上，其效果更为显著[2]。
1 高速切削技术的应用优势
因为切削速度得到了较大提升，切削加工的生产率也随之提升，对比常规切削技术，高速切削技术的应用优势主要体现于：（1）因为切削速度的提升，单位时间例材料切除率提高了，加工时间缩短了，加工效率获得了较大提升，加工成本也随之减少；（2）随着切削速度的提升，切削力有所减弱，可用于切削刚性较差的薄壁零件；（3）切削加工过程中，切屑快速排出并带走热量，切削速度越快，所带走的热量就越多，有效降低了传给工件的热量，有助于预防加工零件因过热而变形；（4）从动力学角度分析，切削速度的提升，切削系统的工作频率大于机床低阶固有频率，大大降低了加工表面的粗糙度；（5）高速切削技术可用于加工淬火钢件，能够减少放电加工与磨削加工，进而满足加工质量的要求。
2 高速切削技术在模具加工中的应用条件
2.1 对刀具的要求
在高速切削加工系统中，刀具是最重要的构成部分，其性能的优劣直接关系到加工质量的好坏。刀具切削性能由刀具材料与结构所决定，切削刀是确保高速切削加工工作顺利进行的关键。
2.1.1 对刀具材料的要求
高速切削加工时，要求刀具材料具有较强的承受力，能够抗高压、高温、耐磨，因此，刀具材料的选择应该充分考虑其性能，包括（1）硬度与耐磨性：硬度应高于工件材料的硬度，通常情况下应高于HRC60，硬度越高，耐磨性则越强[3]；（2）强度与韧性：应有较高的强度与韧性，以防断裂、崩刃；（3）耐热性：应有较强的耐热性，以抗高温、抗氧化；（4）工艺性能与经济性：性价比要高，应具有较好的锻造性能、热处理性能、焊接性能等。当前，国内外常用的高速切削加工刀具材料主要包括金刚石刀具、陶瓷刀具、硬质合金涂层刀具、聚晶立方氮化硼刀具等。
2.1.2 对刀具构造与几何参数的要求
合理选择刀具构造以及切削刃的几何参数，有助于提升高速切削的效率、工件材料的表面质量等，要求（1）合适的刀具后角与进给速度，可形成较大的切屑厚度以便带走热量，预防切削硬化；（2）正确选择刀刃前角，以确保刀具的切削载荷；（3）选择合理的进给量数值，多片镶嵌刀具的切削载荷作用于刀片上，实体刀具的切削载荷则作用于齿上。
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2.1.3 对刀体的要求
高速切削加工时，会应用到大量的镀层与压层刀具技术，因此，镶嵌式刀具的应用非常广泛，这就要求刀片有足够的连接强度，以防在离心作用下与刀体分离。在10000r/min的转速下，仅凭一个夹紧螺钉压紧刀片的不够的，应将刀片嵌入刀体内，再用螺钉将刀片固牢于刀体上。刀具与刀柄的连接要求夹紧精度高、传递转矩大、结构对称性佳、外形尺寸小。
2.2 对机床的要求
模具加工机床在高速切削加工中起到非常重要的作用，相比于普遍切削，高速切削对机床则提出了更高的要求。（1）机床主轴转速要高、功率要大。机床主轴转速越高，越能预防刀具在切削小圆角半径时与工件产生干扰，一般要求机床主轴转速为10000r/min~100000r/min；粗、精加工时，要求机床主轴的功率要足够大，一般为20KW~50KW，甚至更大[4]。（2）机床刚性要好。模具的制作材料通常较硬，高速切削所用的刀具通常直径较小且伸长量较大，导致加工时容易出现颤动，因此要求机床必须有足够的动、静刚性（3）较大的加速度。进行高速切削时，主轴从开启到运行的时间通常控制在3秒以内，为了确保小圆角半径曲面的高速加工,要求工作台的进给速度应提升至2以上。
2.3 对CAD/CAM系统的要求
为了确保高度切削加工编程的效率，CAD/CAM系统应满足以下几个条件（1）高效的电脑配置：CAM处理程序的计算量非常庞大，要求有足够容量与强大功能的计算机硬件支持其工作；（2）适合的CAM编程软件：要求CAM软件要有较高的计算编程速度，能够全程自动过切处理与自动刀柄干涉检查，且要具备进给率优化处理功能，符合高速切削的加工策略，当前应用最广泛的高速切削数控CAM编程软件主要包括PowerMILL、MasterCAM、UnigraphiesNX、Cimatron E等，这些软件据提供了相关功能的高速数控切削刀具轨迹策略[5]。
2.4 对加工工艺的要求
2.4.1 粗加工
粗加工对尺寸精度与表面粗糙度的要求较低，只需确保机床的稳定性即可，以防产生太大的切削力与冲击力而损坏刀具。因此，在工艺上要确保粗加工轨迹不会产生较大变形，可选择在尖角处增设圆角，或选择斜向下刀或圆弧下刀的方式。刀行间距最好为刀具直径的50% ～70%， 同时尽可能用分层切削。
2.4.2 半精加工
半精加工一般是处理粗加工的零件表面，去除其多余量，以使其更平整、匀称，在当前的很多CAD/CAM系统中，这一操作均可在粗加工阶段实现。
2.4.3 精加工
精加工主要是将零件根据图纸设计的大小、尺寸进行加工，以确保零件的表面粗糙程度与大小精度均能够符合设计要求。精加工对刀路轨迹的要求非常高，不可向粗加工、半精加工那样简单处理，必须严格根据零件的外形走刀。根据精加工的工艺要求，可在CAD/CAM系统选项设置中提升主轴转速与进给速度，减少背吃刀量，切削应从外到内，先进行阶梯面切削再进行平面切削。例如，在 Cimatron E系统中，可如此设置一个通用零件的精加工流程，先用体积铣开粗， 然后对外侧壁、顶面、内侧壁、凹腔底面进行切削处理。
3 结束语
因为高速切削的加工精度高、表面质量佳、生产效率高，使其在模具加工中得到了广泛应用。与普通切削加工技术相比，高速切削加工技术更能满足现代化加工技术的要求，其应用前景非常广阔。相信，在高速切削技术不断深入研究的过程中，高速切削加工的应用领域将会越来越广，甚至有可能取代电加工，成为提升模具制造/加工质量的必然选择。
参考文献
[1]冉启军,张玉峰.高速切削在模具加工中的研究与应用[J].金属加工:冷加工,2011(16):26-30.
[2]鲁国清.高速切削技术在模具加工中的应用[J].漯河职业技术学院学报,2014(2):51-53.
[3]卢蔚红.高速切削技术在模具加工中的运用[J].硅谷,2014(22):108-108.
[4]王晓艳.模具制造中的高速切削技术分析[J].交通科技与经济,2012(2):123-125.
[5]曹琪.UG高速切削加工技术在手机模具中的应用[J].机电工程技术,2012(3):66-67.
论文作者:曾宝平
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/23
标签：加工论文; 刀具论文; 技术论文; 机床论文; 粗加工论文; 速度论文; 主轴论文; 《电力设备》2016年第11期论文;