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摘要：采用高速切削技术加工模具,已经成为现代模具制造业的发展趋势,对模具加工工艺产生了巨大影响；本文主要针对传统模具的加工特点和高速切削技术的先进性，结合高速
切削技术加工机床及工艺要求，对高速切削技术在模具加工的应用作阐述。
关键词：模具 高速切削
引言：
模具作为重要的工艺装备，在现代工业中占有举足轻重的地位。用模具生产的产品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率的特点,是其它加工制造方法所不能比拟的。与一般机械加工相比,模具加工又有其特殊的地方:精度高；模具形状复杂,工作部分一般是二维或者三维复杂曲面；所用的材料硬度高,模具一般是由淬火工具钢或硬质合金制成；制造周期短。常规的模具加工方法是普通切削加工和电火花加工,一般需要手工打磨、抛光,这样造成加工效率低,加工精度不稳定。而采用高速切削技术加工模具,可以明显提高生产效率、提高加工精度、增加模具使用寿命,已经成为现代模具制造业的发展趋势。
1模具加工工艺特点
模具的机械加工主要是加工出形状复杂的曲面，模具加工一般使用数控铣床或加工中心，大部分的加工时间是花在半精加工和精加工上。由于铣削总是留有刀纹，最后要用很多时间手工修光。同时，由于模具大多由高硬度、耐磨损的合金材料制造，加工时难度较大，广泛采用的电火花及成形传统工艺，是造成加工模具低效率的主要原因。
2高速切削机床的选择
实现高速切削的关键和前提，就是是否选择了性能良好的高速切削机床，具有高精度的高速主轴是高速切削机床技术的基础。所以说选择可靠的机床，是实现高速切削加工的关键， 在具体的工作中我们必须要结合实际情况，经过综合的考虑分析和详细了解了模具加工整个过程的具体要求和加工企业的具体经济环境等一系列因素。才能选择出适合企业工作环境的高速切削加工模具的机床。
2.1 良好的工艺适应性
所选择的机床功能一定要完全符合需要加工的模具的实际形状以及模具的尺寸精度以及生产过程中的一些具体要求。
2.2 高的性能价格比
通常情况下，模具加工都是以高转速作为唯一特征的 HSM 型高速加工中心。
2.3 大功率和高主轴转速
在涉及到模具型的腔曲面进行的高速加工过程中，选用刀具的直径相比都很小，而且机床主轴转速要求又是很高（通常都是80，000r/min~20，000 r/min 之间）；为了实现一次装夹就能顺利实现模具的精加工和粗加工，所以对主轴的功率要求都是很大。
2.4 高精度控制系统
在进行加工模具型腔的过程中，一般情况下都是选用悬伸量相比较大的立铣刀（小直径），因为模具所选材料的硬度和强度都相当地高，所以在整个加工的过程就会容易出现颤振。所以，一定要选用刚性好、精度高的高速电主轴。另外，机床还需要满足一定高度的动、静刚度，这样就可以稳定地提高具体的跟踪精度、定位精度和抗振能力。要选用能够和高速机床相配套的 CAD/CAM软件，尤其是在用于高速切削模具的具体软件。
3模具高速加工对加工机床的要求
由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及加工机床提出了比传统模具加工更高的要求。
3.1 机床主轴
高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高速切削机床主轴为电主轴，它的转速范围为10，000～100，000m/min，为常规机床的10倍以上，主电机功率为15-80kw，并要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能（即具有极高的角加减速度），因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、磁悬浮轴承式等结构形式。
3.2 机床进给量和快速行程速度高
为满足模具高速加工的需要，加工机床的驱动系统应具有下列特性
3.2.1高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低
刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20～30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60-100m/min，也为常值10倍左右；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。
3.2.2高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，驱动系统加速度应达到20～40m/s2。
3.3 高速切削刀具系统
高速切削刀具系统的主要发展趋势是空心锥部和主轴端面同时接触的双定位式刀柄（如德国OTT公司的HSK刀柄、美国Kennametal公司的KM刀柄等），其轴向定位精度可达0.001mm。在高速旋转的离心力作用下，刀夹锁紧更为牢固，其径向跳动不超过5μm。用于高速切削加工的刀具材料主要有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN）、聚晶金刚石等。为满足模具高速加工的要求，刀具技术的发展主要集中在新型涂层材料与涂层方法的研究、新型刀具结构的开发等方面。
4高速切削的模具加工技术工艺
由于模具加工的特殊性以及高速切削加工技术的自身特点,对模具高速加工的工艺系统和相关技术提出了更高的要求。为了达到理想的加工效果,基于高速切削的模具加工技术必须配置合理的高速切削机床、选用合理的切削刀具、采用优化的加工工艺及策略。
4.1高速切削机床的选择
性能良好的高速切削机床是实现高速切削的前提和关键,具有高精度的高速主轴和控制精度高的高速进给系统是高速切削机床技术的关键所在。正确的选择机床是成功实施高速切削加工的基础, 应综合考虑模具加工的工艺要求、企业的经济环境、加工条件等诸多因素。
4.2刀具的选择
刀具技术是成功实施高速切削加工的重要保证。正确选择刀具材料和设计刀具系统对于提高模具加工质量、延长刀具寿命和降低加工成本都起着重要作用。根据模具材料的不同, 加工性质的不同,合理选择高速切削刀具材料。目前,适用于高速切削的刀具材料主要有金刚石(PCD)、陶瓷、立方氮化硼(CBN) 、硬质合金涂层等。高速切削加工模具通常采用硬质合金涂层刀具, 这种刀具可根据涂层不同而具有切削多种模具材料的能力,性价比高,适用性广。
4.3加工工艺
加工工艺是成功进行高速切削加工的关键技术之一。选择不当, 不仅会使刀具磨损加剧, 而且达不到高速切削加工的目的。基于高速切削的模具加工一般分为粗加工、半精加工和精加工三个加工阶段。加工阶段不同,加工的要求和目的不同,加工的策略也不尽相同。粗加工的主要目的是追求单位时间的最大材料去除率,为半精加工准备工件的几何轮廓,对表面质量和轮廓精度要求不高,重要的是让机床平稳地工作,避免急剧的切削方向和载荷的改变。 高速切削的粗加工采取的工艺方案是: 高切削速度、高进给率和小切削用量的组合, 并尽量采取顺铣的加工方式。粗加工中一定要采取螺旋或圆弧切入、切出连接方式, 拐角处采用圆弧过渡,避免突然改变刀具进给方向,避免刀具垂直插入工件。半精加工的主要目的是平整粗加工后的表面轮廓, 获得均匀的表面精加工余量, 为精加工做准备。因此,应对粗加工后模具的剩余加工余量分析,并根据剩余加工余量的大小和分布情况采用合理的半精加工策略, 以保证半精加工后模具表面具有均匀的剩余加工余量。精加工的主要目的是达到工件设计要求的加工精度和表面质量。精加工时的刀具轨迹紧贴零件表面,尽可能在一个工序中进行连续加工,减少刀具切入、切出次数,刀具轨迹要求平稳、圆滑,以保持切削过程的平稳性。
5 结束语
目前，高速切削加工技术已经在模具加工中逐渐得到了应用，其生产效率高、加工精度高、表面质量好的优点在模具加工中得到了充分体现。高速切削加工技术对技术和设备的要求十分严格，相关配套的技术仍在不断完善中，相信在不久的将来，高速切削加工技术必将成为模具加工中的主流技术。
参考文献
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[2]苏艳红. 高速切削加工技术及其在模具制造中的应用[D].四川大学,2005.
[3]莫明强. 高速切削技术在模具加工中的应用[J]. 硅谷,2011,19:167+171.
论文作者:周优芳
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期
论文发表时间:2015/10/12
标签：加工论文; 模具论文; 刀具论文; 机床论文; 技术论文; 模具加工论文; 主轴论文; 《基层建设》2015年19期论文;