模具的高速切削加工

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模具的高速切削加工
9 p4 O, j5 F9 y. z& N' S3 m" L# @随着时代发展，效率成了效益的最根本因素。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的最大趋势，高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。

引言
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我国制造业一定要实现从大国到强国，从低端到高端，从中国制造到中国创造的转变，制造技术实现这一转变一是要技术化，二是要技术升级。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的最大趋势，在国外一些模具生产厂家，高速机床大面积取代电火花机床，高速切削大大提高了模具生产效率。机床企业瞄准模具生产企业，有的加工中心生产机床的60％以上卖给模具加工企业。高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。
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高速切削是一个相对概念，到目前为止世界各国对高速切削的速度范围尚未作出明确的定义，通常把切削速度比常规速度高5~10倍以上的切削称为高速切削。

6 ]3 Q; ^- M, E9 |1.高速切削的四大特点

- r6 t4 i' {* n' a, E" I铣削加工是型腔模具加工的重要手段，而高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、加工质量良好、加工效率高(为普通铣削加丁的5~10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等诸多优点，因而在模具的加工中日益受到重视。高速铣削具有以下四大特点：

1 f; c# k7 I( ]8 o(1)高效 高速铣削的主轴转速—般为15000~40000r/min，最高可达100000r／min。在切削钢时，其切削线速度约为400m／min，比传统的铣削加工高5~10倍；在加工型腔模时，与传统的加工方法相比(常规铣削、电火花成型加工、抛光)其效率提高4~5倍；与完全采用EDM加工相比，其加工速度提高4—8倍。例如，加工一个插座外壳的压铸模，若采用常规铣削、电火花成型加工、抛光等工艺，约需50~60h,而采用高速铣削加工约需14h，效率提高近4倍。
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3 m& e' h& ~% v  ^(2)高精度 高速铣削的一般加工精度为l0um，有的甚至更高，可分为三档：普通级为5um，精密级从3~5um至1~1．5urn，超精密级可达0.0lum。
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(3)高表面质量 由于高速铣削的工件温升小(约3℃)，故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度值为Ra≤lum。
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. z3 o/ r0 F5 _9 R$ D: F0 K" E8 h(4)可加工高硬材料 与常规铣削相比，能对经淬火及回火后的模具钢坯(硬度50~54HRC)进行高速铣削，铣削的最高硬度可达60HRC。
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( Z9 B5 I" P! R4 e3 ~1 L$ O% [  W2.高速切削工艺的优点
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; i, V1 Q2 I" X* E% {高速铣削不仅仅是切削速度的提高，还需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括驱动、刀具材料、涂层、测试、安全等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
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* p8 J& O* E7 e, g& ^" y9 J高速铣削工艺主要有以下几方面的优点：

) J8 }/ a' F  ~! `. a0 T# b8 q; k(1)缩短生产时间 切削速度和进给速度的成倍提高，大大提高金属切除量。空运时间减少，整体铣削加工效率有显著的提高，加工时间明显缩短。
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(2)降低制造成本 与常规切削加工相比，明显减少机加工工时及手工抛光时间，即更快的生产力必然引起制造成本的下降。
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(3)高速铣削吸收能量 因高速铣削热大部分由切削带走，大大减少了工件在加工过程中的发热，使工件发热少。

(4)改善工件的加工质量 由于高速铣削减小切削力及减少振动，使工件的加工精度和切削表面的质量大大提高，减少人工后加工及辅助工时。
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0 `3 q+ O: R* c  E2 E& j( r' o5 ]7 d, ]3.高速切削的关键技术

, Y! y! N& l  [* f) _3 O高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC

* n6 f& L4 R" g7 |5 Y控制系统、高性能刀具系统、高性能刀具材料及设计、制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理。
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高速切削工艺等相关的硬件与软件技术的基础上综合而成的。因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程。

(1)高速切削机床 实现高速切削的最关键技术是研究开发性能优良的高速切削机床。21世纪机床工业技术发展的主流是开发高速切削机床。国外近年来发展的高速铣床，主转转速可达40000-100000r／min，快速进给为50~120m／min，加速度为1g，换刀时间提高到1~2S，普遍采用油／气冷却装置。
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(2)高速切削刀具由于高速切削采用非常高的切削速度，所以对刀具材料提出了更高的要求。现在已发展的刀具材料主要有聚晶金刚石(PCD)、立方复化硼(CBN)、陶瓷涂层刀具和金属陶瓷(含氮Tic基硬质合金)刀具等。今后，刀具材料的发展方向应该是朝具有高温力学性能、高化学稳定性和热稳定性及高抗热振性的刀具材料方向发展。
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. v" y1 z& f% X0 P* f& l4 h0 l6 F此外，为了克服传统加工中心使用的7：24实心锥柄、刀杆在高速转速时的刚性不足的致命弱点，开发了”双定位刀杆”这种新结构刀柄的定位方式，这种定位方式是靠1：10的锥部与主轴内锥面定心，同时刀柄凸缘端面与主轴前端面紧贴，从而获得高速转速下的可靠联接刚性。
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& ^5 K# R2 w( S1 w2 Q& y: z/ p(3)模具CAD／CAE／CAM集成化、智能化及网络化 高速切削的实现不仅要求有好的机床和刀具等硬件技术，还必须有优秀的CAD／CAE／CAM软件与之相匹配。模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。

目前，系列化软件有曲面／实体几何造型、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复形杂体在线测量系统等。
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集成化程度较高的软件有Pro／E、ug、CATIA、CimatronE、Master、CAM等。CAM软件都具有适合高速切削的编程模块。
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面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件全部自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。
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+ c0 X5 _" G' Y: T3 v0 z2 H随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化、以及计算机软件硬件技术的迅速发展、网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术显得十分重要。据资料指出，美国在2006年要实现汽车工业敏捷生产／虚拟工程方案，将使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。

4.高速切削的应用效益
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据生产实践证明，高速切削应用于模具制造的效益是：
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- h# g9 {" l+ G  M# R. i2 J% }(1)高速粗加工和半精加工，提高加千效率数倍至几十倍，具体与被加工的材料有关；
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(2)高速高精度精加工硬切削代替光整加工，表面质量高，形状精度提高，比EDM加工提高效率50％，减少手工修磨；
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( V8 ?# [9 o( [0 Q4 w(3)硬切削加工最后成型表面，提高表面质量、形状精度， (不仅是表面精糙度低，而表面光亮度高)，用于复杂表面的加工显得更具优势；
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8 X( h9 v3 {5 l+ X1 a7 ?6 q(4)避免EDM加工产生的表面损伤，提高模具寿命20％。

5.结束语
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4 H. u7 k9 b; m3 w$ y由于市场进入全球化以及竞争的加剧，模具市场对第一种模具技术最重要，带有先决性的要求是其快速性，即从设计到进入市场的时间尽可能的短，除了快速模具技术外，就是高速切削技术。当前，这些技术还是跟不上现代模具的需求。加快硬件及软件产业发展步伐，用高性能高品质功能的硬件及软件满足高速切削机床配套的要求，已成为各企业共同的奋斗目标。因此，需要各个方面的协调发展，产学研结合，加大投入，综合利用各个方面力量推动高速切削在模具制造中的应用。总之，通过各方面的努力，在市场需求的推动下，使技术不断进步、像汽车、家电、机床一样，在不远的将来，我国不但要成为模具生产大国，而且要成为模具生产强国。