淺析高速切削加工技術在模具制造中的應用

摘 要：高效率、高精度以及高表面質量是高速切削技術在實際應用中表現最為突出的幾個特性，同時也是其融入先進制造領域的關鍵。現階段很多工業加工企業均在高速切削方面投入大量人力物力財力，以期能夠不斷提高產品質量，從根本上降低企業生產成本。本文從高速切削加工的概念出發，分析現代模具制造應用該項技術的必然性，并研究了高速切削加工模具的關鍵技術。

關鍵詞：高速切削；模具；加工

模具是當前工業生產中的重要組成部分，模具的質量高低將直接影響產品質量等級。隨著我國工業水平的不斷發展，現階段在模具加工方面已經出現了越來越多的先進技術，其中高速切削就是應用較為廣泛的一種模具加工技術。

1 何為高速切削加工

高速切削加工最核心的內容就是速度，但對于不同加工工件，我們需要使用不同的加工方法和加工速度，所以當前學術界對于高速切削加工有較多種定義：CIRP切削委員會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標準主要是針對銑削加工而言，關注的焦點集中在主軸速度，轉速在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指標，更多的是經濟指標，通過高速切削來幫助企業獲得更多的經濟效益。

2 現代模具制造應用高速切削技術的必然性

2.1 現代模具制造的特點和要求

現代工業生產中模具已經成為不可或缺的基礎性工具，可以說任何形式的塑料件或者鋼板件的生產與制造均需要模具。傳統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：（1）電火花加工是一種完全依靠放電燒蝕而成的“微切削”工藝，但從加工效率這一點來說，就完全無法滿足當前工業生產的需要；（2）電火花加工的放電燒蝕環節本來就會對工件表面造成一定損傷，甚至于可能會使得工件表面出現細微裂痕，這樣就更難以保證加工質量；（3）模具表面粗糙度是評價其質量的關鍵指標，電火花加工在這一點上非常難以進行可靠把握。隨著工業生產規模的不斷擴大，現代模具市場可謂是瞬息萬變。企業之間在相互競爭加工工藝的同時，生產周期也成為影響經濟效益的關鍵因素。

2.2 應用高速銑削技術加工模具的優越性

高速加工技術是隨著工業生產水平和規模不斷發展而新興的一個產業，其最主流的內容就是高速銑削加工。高速銑削加工技術相較于其他加工技術有以下幾點優勢：（1）工序簡化。高速銑削加工基本不會產生后續加工過程，從這一點來看，就可以為企業節約一定的生產成本；（2）生產效率高，能夠達到“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倍，進而大幅度的提高加工效率；（3）產品質量好，加工精度高。高速銑削技術可以說是目前在表面質量保證方面最優秀的，工件表面切削能夠瞬間被切離，進而確保工件熱變形在可控范圍之內。

3 高速切削加工模具的關鍵技術

3.1 基于高速加工技術的現代模具制造系統

隨著市場競爭的不斷加劇，生產周期短，產品質量高已經成為爭奪經濟利益的關鍵，怎樣才能夠提高模具精度，從根本上縮短制造時間是當前各個工業生產企業所重點研究的內容。高速切削技術的出現使制造業發生了巨大變化，基于高速加工技術的現代模具制造系統具有一些幾點優勢：（1）通過高速切削技術加工模具，其質量影響因素更容易物化，從而提高模具制造整體控制能力；（2）基于高速切削技術的模具制造系統是采用并行方式進行的，不論是模具的設計還是實際制造均采用同一個數學模型，所以能夠從總體工藝的角度來對其加以控制，相互配合提高勞動生產率，進而大大縮短模具制造周期；（3）基于高速切削技術的模具制造系統能夠按照計算機程序來進行數值模擬，進而在實際制造之前對誤差進行糾正，極大的降低了返修次數，給企業節約更多的模具制造成本。

3.2 高速加工模具對機床的要求

（1）機床的主軸轉速要高，工作功率要大。主軸轉速是決定高速切削是否能夠實現的關鍵因素，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不會與加工工件發生“摩擦”，進而提高切削質量。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際工作要求。

（2）機床剛度好。機床剛度分為靜、動兩種，模具制造材料不管是在強度還是硬度上都很高，加之高速切削工作用刀具直徑小、伸長量大，在實際工作過程中很容易就會出現顫振現象。想要提高零件的有效切削率，提高模具制造質量和精度，就必須有剛度極好的機床做基礎。

（3）具有很高的主軸轉動速度和工作臺運動加速度。對于高速切削加工技術而言，主軸的加速度應該維持在160r/s2，也就是說在2s中之內其速度就要提高到10000r/min。

（4）性能較好的高速控制系統。數控系統是保證模具復雜曲面高速加工質量的關鍵，所以高速切削技術一定要配備較先進的數字控制系統，通過不斷優化具體算法，改善前饋控制程序，才能夠確保高速切削加工技術的高效應用。

3.3 高速切削數控編程策略

高速切削數控編程首先要注意的就是對加工過程安全性和有效性的控制，而且要盡量保證刀具軌跡始終維持平穩狀態，這樣才能夠提高加工質量，才能夠更好地提高機床主軸使用壽命。高速切削數控編程通常是使用CAM軟件來實現的，實際編程過程中需要注意的地方有以下幾點：（1）模具加工下刀或者行間過渡環節，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。特別是在行切端點處，一定要通過圓弧進行連接，切不可直線連接。切削層與切削層之間盡可能平穩過渡，這樣比切出后再進入更容易提高模具質量；（2）切削參數設置要盡量平穩，這里不僅僅要控制切削厚度，同時也要保證進給量、切削線速度統一。如果需要深入切削，那么就應該及時降低僅給速度，以保證因負載變化而導致的刀具偏斜，影響工件加工精度和質量。

4 結語

高速切削技術只是當前模具加工技術中的一種，在很多模具生產過程中有著較為廣泛的應用。但由于我國工業發展起步較晚，相較于一些發達國家在該項技術上還存在著一些不足之處。筆者在今后的工作中，將繼續致力于該領域的研究，以期能夠獲得更多更有價值的研究成果。

參考文獻：

[1] 郭宏軍，陳平，楊玻. 高速切削加工技術在汽車覆蓋件模具制造中的應用[J]. 金屬加工（冷加工），2014（01）：68-71.

[2] 曲曉文，林有希，顏聰明. 模具高速切削關鍵技術研究進展[J]. 機械設計與制造，2012（05）：249-251.

作者簡介：陳震（1986—），男，四川平昌人，本科，助教，研究方向 ：數控加工技術。