高速切削加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用研究

摘要：高效率、高精度以及高表面質(zhì)量是高速切削技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)最為突出的幾個(gè)特性，同時(shí)也是其融入先進(jìn)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵。現(xiàn)階段很多工業(yè)加工企業(yè)均在高速切削方面投入大量人力物力財(cái)力，以期能夠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，從根本上降低企業(yè)生產(chǎn)成本。本文從高速切削加工的概念出發(fā)，分析現(xiàn)代模具制造應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的必然性，并研究了高速切削加工模具的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高速切削;模具;加工

模具是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分，模具的質(zhì)量高低將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)。隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段在模具加工方面已經(jīng)出現(xiàn)了越來越多的先進(jìn)技術(shù)，其中高速切削就是應(yīng)用較為廣泛的一種模具加工技術(shù)。

1.何為高速切削加工

高速切削加工最核心的內(nèi)容就是速度，但對(duì)于不同加工工件，我們需要使用不同的加工方法和加工速度，所以當(dāng)前學(xué)術(shù)界對(duì)于高速切削加工有較多種定義：CIRP切削委員會(huì)是從線速度的角度來定義高速加工的，切削線速度范圍在[500，7000]m/min的均可以視為高速加工;ISO1940標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)銑削加工而言，關(guān)注的焦點(diǎn)集中在主軸速度，轉(zhuǎn)速在8000r/min以上的均可以視為高速切削加工。從某種意義上來說，切削“高速”不僅僅代表著一種技術(shù)指標(biāo)，更多的是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過高速切削來幫助企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2.現(xiàn)代模具制造應(yīng)用高速切削技術(shù)的必然性

2.1現(xiàn)代模具制造的特點(diǎn)和要求

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中模具已經(jīng)成為不可或缺的基礎(chǔ)性工具，可以說任何形式的塑料件或者鋼板件的生產(chǎn)與制造均需要模具。傳統(tǒng)模具制造基本都是使用電火花加工成型的，這種方式在很多方面均存在著較大弊端，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代模具市場(chǎng)可謂是瞬息萬變。企業(yè)之間在相互競(jìng)爭(zhēng)加工工藝的同時(shí)，生產(chǎn)周期也成為影響經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素。

2.2應(yīng)用高速銑削技術(shù)加工模具的優(yōu)越性

高速加工技術(shù)是隨著工業(yè)生產(chǎn)水平和規(guī)模不斷發(fā)展而新興的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其最主流的內(nèi)容就是高速銑削加工。高速銑削加工技術(shù)相較于其他加工技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一，工序簡(jiǎn)化。高速銑削加工基本不會(huì)產(chǎn)生后續(xù)加工過程，從這一點(diǎn)來看，就可以為企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)成本;第二，生產(chǎn)效率高，能夠達(dá)到“一次清”加工過程。高速銑削過程中切削速度極高，相較于電火花加工能夠快上數(shù)倍，進(jìn)而大幅度的提高加工效率;第三，產(chǎn)品質(zhì)量好，加工精度高。高速銑削技術(shù)可以說是目前在表面質(zhì)量保證方面最優(yōu)秀的，工件表面切削能夠瞬間被切離，進(jìn)而確保工件熱變形在可控范圍之內(nèi)。

3.高速切削加工模具的關(guān)鍵技術(shù)

3.1基于高速加工技術(shù)的現(xiàn)代模具制造系統(tǒng)

模具對(duì)于當(dāng)前機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)而言具有非常重要的作用，大批量大規(guī)模塑料件、合金配件、板/鍛件等等都需要通過不同模具生產(chǎn)。傳統(tǒng)模具制造基本均是通過電火花加工成型的，這種方式生產(chǎn)效率較低，而且精度往往達(dá)不到要求。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量高已經(jīng)成為爭(zhēng)奪經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)鍵，怎樣才能夠提高模具精度，從根本上縮短制造時(shí)間是當(dāng)前各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所重點(diǎn)研究的內(nèi)容。高速切削技術(shù)的出現(xiàn)使制造業(yè)發(fā)生了巨大變化，基于高速加工技術(shù)的現(xiàn)代模具制造系統(tǒng)具有一些幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，通過高速切削技術(shù)加工模具，其質(zhì)量影響因素更容易物化，從而提高模具制造整體控制能力;第二，基于高速切削技術(shù)的模具制造系統(tǒng)是采用并行方式進(jìn)行的，不論是模具的設(shè)計(jì)還是實(shí)際制造均采用同一個(gè)數(shù)學(xué)模型，所以能夠從總體工藝的角度來對(duì)其加以控制，相互配合提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而大大縮短模具制造周期;第三，基于高速切削技術(shù)的模具制造系統(tǒng)能夠按照計(jì)算機(jī)程序來進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而在實(shí)際制造之前對(duì)誤差進(jìn)行糾正，極大的降低了返修次數(shù)，給企業(yè)節(jié)約更多的模具制造成本。

3.2高速加工模具對(duì)機(jī)床的要求

高速加工相較于傳統(tǒng)模具加工而言對(duì)機(jī)床要求更高，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，模具制造行業(yè)中有80%左右的固定資產(chǎn)投資均是用于購(gòu)買模具加工設(shè)備。高速加工模具對(duì)于機(jī)床的要求總結(jié)起來有以下幾點(diǎn)：

第一，機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速要高，工作功率要大。主軸轉(zhuǎn)速是決定高速切削是否能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵因素，其速度如果能夠控制在10000r/min以上，那么就可以保證刀具在切削小圓角半徑時(shí)不會(huì)與加工工件發(fā)生“摩擦”，進(jìn)而提高切削質(zhì)量。此外，模具加工通常是一次性完成，所以主軸功率一定要能夠保證其實(shí)際工作要求;

第二，機(jī)床剛度好。機(jī)床剛度分為靜、動(dòng)兩種，模具制造材料不管是在強(qiáng)度還是硬度上都很高，加之高速切削工作用刀具直徑小、伸長(zhǎng)量大，在實(shí)際工作過程中很容易就會(huì)出現(xiàn)顫振現(xiàn)象。想要提高零件的有效切削率，提高模具制造質(zhì)量和精度，就必須有剛度極好的機(jī)床做基礎(chǔ);

第三，具有很高的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)加速度。對(duì)于高速切削加工技術(shù)而言，主軸的加速度應(yīng)該維持在160r/s2，也就是說在2s中之內(nèi)其速度就要提高到10000r/min;

第四，性能較好的高速控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是保證模具復(fù)雜曲面高速加工質(zhì)量的關(guān)鍵，所以高速切削技術(shù)一定要配備較先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)，通過不斷優(yōu)化具體算法，改善前饋控制程序，才能夠確保高速切削加工技術(shù)的高效應(yīng)用。

3.3高速切削數(shù)控編程策略

高速切削數(shù)控編程通常是使用CAM軟件來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際編程過程中需要注意的地方有以下幾點(diǎn)：

第一，模具加工下刀或者行間過渡環(huán)節(jié)，最好是采用斜式或者圓弧下刀，這樣就避免了直接接觸工件材料。特別是在行切端點(diǎn)處，一定要通過圓弧進(jìn)行連接，切不可直線連接。切削層與切削層之間盡可能平穩(wěn)過渡，這樣比切出后再進(jìn)入更容易提高模具質(zhì)量;

第二，切削參數(shù)設(shè)置要盡量平穩(wěn)，這里不僅僅要控制切削厚度，同時(shí)也要保證進(jìn)給量、切削線速度統(tǒng)一。如果需要深入切削，那么就應(yīng)該及時(shí)降低僅給速度，以保證因負(fù)載變化而導(dǎo)致的刀具偏斜，影響工件加工精度和質(zhì)量。

4.結(jié)語(yǔ)

高速切削技術(shù)只是當(dāng)前模具加工技術(shù)中的一種，在很多模具生產(chǎn)過程中有著較為廣泛的應(yīng)用。但由于我國(guó)工業(yè)發(fā)展起步較晚，相較于一些發(fā)達(dá)國(guó)家在該項(xiàng)技術(shù)上還存在著一些不足之處。筆者在今后的工作中，將繼續(xù)致力于該領(lǐng)域的研究，以期能夠獲得更多更有價(jià)值的研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]石磊.談高速切削技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用[J]. 湖北農(nóng)機(jī)化，2013，03：41.

[2]鄭興睿.CAD/CAM在高精密復(fù)雜模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[D].昆明理工大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：

許鋒（1971.9—），男，漢族，河南省新鄉(xiāng)市人，本科，職稱：高級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)械制造工藝。