高速切削在模具制造中的技术要求

　　由于模具的形面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，因此，对模具加工技术提出了更高要求，不仅要保证高的制造精度和表面质量，要追求加工表面的美观，同时还要求模具的高稳定性和长寿命。传统制模工艺阻碍了模具向精密方向的发展。随着对高效加工技术研究的不断深入，尤其在CAE、CAD、CAM、CAPP软件等相关技术不断发展的推动下，高效加工技术己越来越多地应用于模具的制造加工，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→电火花加工→手工打磨→抛光”等复杂冗长的工艺流程，压缩了模具的制造周期。

　　高速切削技术作为高效加工的重要手段之一，其技术含量很高，涉及到多方面的内容，包括数控加工编程的快速高效化、空间自由曲面多轴联动加工、难加工材料的切削、数控工艺程序编制的规范化与标准化等方面，减少了以往电火花加工和人工修模的工作量，还可以保证模具制造的高度一致性，确保模具精度，减少试模次数，缩短制造周期，改变了以往“依赖钳工”修正装配的思维模式，朝着“只装少配”或“只装不配”的方向迈进，从而提高生产效率，实现高效加工。

　　对刀具的要求

　　研究发达国家平均刀具费用和生产成本等各种相关资料后可知，提高50%的刀具寿命，可降低1%的生产成本；而提高20%的加工效率，则可降低15%的生产成本。这充分说明利用现代切削技术，选择高速、高效刀具，充分发挥机床的性能和效率，实现高速、高效切削，才是提高效率、降低生产成本的正确之路。

　　随着机床技术的发展，机床主轴的最高转速也在大幅提升，刀具刚性和动平衡性能的进步，给刀具的高速切削奠定了一个良好的基础。为避免刀具不平衡量在高速状态下产生的离心力对刀具切削过程带来不利影响，造成刀具寿命、工件表面质量和外形精度下降，还应考虑主轴和刀柄的连接面，对接口部位和较长刀杆而言，特别重要的是径向摆动精度、悬臂长度。为了达到圆柱刀柄在精加工时对径向摆动精度的要求，应选用液压夹头、收缩夹头和力压缩夹头的连接方式，其径向摆动精度可以达到0.001~0.003mm.

　　选用高速切削刀具，除具备一般刀具应具备的良好的硬度和耐磨性、高的强度和韧性等性能外，还应该具备①更高的可靠性，保证切削稳定，质量一致，换刀次数少，寿命长。②更高的安装精度和重复定位精度，良好的互换性和快换性。③系列化、标准化和通用化，尽量采用机夹可转位刀具和多功能复合刀具。④良好的断屑、卷屑和排屑性能，确保切屑不缠绕在刀具和工件上，不破坏已加工表面，不妨碍切削液的浇注。

　　对工艺设计的要求

　　许多模具企业在资源管理和利用上存在一些不足，主要表现在模具设计制造工艺信息资源共享不充分，数控工艺与普通工艺的结合性差，CAD/CAM软件的应用水平不高，数控加工工艺和程序的规范化、标准化程度低，以及模具设计、数控工艺、数控编程并行模式实现程度小等方面。针对以上不足，可从以下几个方面开展工作。

　　1.模具设计与工艺信息资源的共享制造工艺的信息化建设最重要的是充分利用模具设计图形和文档资源，如利用模具三维图形可减少数控编程人员的三维造型时间，而三维造型几乎耗费了数控编程40%~50%的时间。充分利用PDM及网络资源建立企业内部的工艺信息管理系统，共享一切可能利用的制造信息资源，可以大大提高编程人员的工作效率。

　　2.数控工艺与普通工艺的合理匹配针对模具的设计状态、批量要求、生产周期、加工精度以及生产成本的不同特点应分别采取不同措施。

　　在工艺方案设计过程中，应对设计要求、加工方式、工装夹具的设计制造、刀具的选择、粗精加工方式的结合、工序的集中划分、企业的设备现状与生产能力等方面综合考虑，实现数控加工与传统加工的完美结合与匹配，发挥各种设备的特长与优势。

　　3.工艺编制的规范化与参数匹配的合理性数控工艺编制的规范化在一定程度上体现了企业自身数控加工技术应用的水平，通过规范化来约束数控程序的多样化，进而提高刀具的切削质量，如在工艺中注明定位基准、对刀基准、刀具参数、切削参数与走刀方式等，将成熟的数控工艺进行规范化和固定化，尤其在典型零件的加工工艺经验基础上，建立规范化的加工工艺模板与数控程序模板，可以大幅度提高工艺程序的质量和模具的加工效率。

　　另外，根据被切削材料，应选用合理刀具和步距，刀具和步距过大或过小都不利于模具的加工效率和制造成本。程序编制应结合材料及加工余量来科学综合考虑加工的切削参数，建立不同模具材料与各种常用刀具的切削工艺参数库，以备参考与选用。

　　对加工设备的要求

　　高速加工设备自然是高效加工的必要工具，要实现高效加工并非只是购买几台高速加工设备这么简单，而是要根据企业内部（甚至企业外部）已有设备的特点进行必要补充，做好制造工艺和生产能力的相互匹配。同样，编制加工工艺，也不能把目光全部集中在高速加工设备上，合理匹配，充分利用才能挖掘高效加工的潜能。

　　（1）要适合企业模具开发与制造的工艺特点，避免因功能冗余而造成浪费。对一般自由曲面复杂的模具制造，可以采用五轴联动加工中心；对于大型自由曲面复杂的模具制造，可采用龙门式五轴加工中心。

　　（2）选择性价比高的设备。由于在模具型腔和曲面的加工中，所用刀具直径比较小，对主轴的要求很高，转速一般要达到20000~40000r/min,甚至更高，进给速度达40~80m/min;为一次装夹毛坯，完成粗加工和精加工，要求主轴功率一般为10~40kW;由于模具材料的强度和硬度都很高，故要求主轴精度高、刚性好；同时，机床床身还必须具有很高的动、静刚度，以提高定位精度和抗振能力。

　　（3）软件方面还要求CNC系统运算速度快，数据处理能力强，控制精度和响应速度高；CAM软件高速加工必须具有全程自动防过切和刀具干涉检查能力，从而提高复杂轮廓表面的加工精度。

　　（4）高速加工中心可以分以主轴高转速为主的HSM（HighSpeedMachining）型高速加工中心，和以高移动速度和加速度为主的HVM（HighVelocityMachining）型高速加工中心，可以根据需要进行选择。

　　对工装夹具的要求

　　万能组合夹具之所以越来越受到模具制造企业的青睐，原因是它大大减少了设备停工时间，可以在最短的时间内完成简单的拼装操作，还可以通过多种定位的选择，使得夹具满足模具加工的需求。同时，万能组合夹具也能适应模具制造的批量特点，不仅柔性很强，而且灵活、快捷。主要表现在：组合元件通用性强，具有较高的硬度和耐磨性，可重复利用；具有较高的尺寸精度和几何精度，而且具有很强的互换性；能适应模具设计与制造的不断变化，可以拼装出不同工位的夹具。

　　高效加工是个系统工程，并非提高切削速度仅此一项，它涉及到生产制造的每一个环节。只有将刀具、被加工材料、切削参数及设备进行合理地选择和匹配，并通过不断探索和总结，将各种条件进行最佳组合，才能发挥其综合优势，达到材料去除的高效目的。另外，利用信息化手段，优化工艺路线，合理选用工装夹具，压缩工序间的辅助时间，加快模具制造节拍，从而实现高效加工。

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