模具高速切削加工工艺关键技术论文

模具高速切削加工工艺的关键技术摘要：20世纪90年代，以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削（high speed cutting，hsc）已经成为现代切削加工技术的重要发展方向之一，也是目前模具制造业一项快速发展的高新技术。

由于采用高速切削技术可以明显提高模具生产效率和模具精度及使用寿命，因此正逐渐取代电火花精加工，并已被国内外的模具制造企业普遍采用，成为模具制造的大趋势。

但是作为一种新的切削方式，我国目前还没有完整的加工工艺参数和实用的数据库，笔者就此问题进行了相关的探讨。

关键词：高速切削高速切削工艺切削参数
根据相关资料的统计，在现代化的工业生产中，零件粗加工的75%，精加工的50%，塑件的90%是由模具加工的，做为一种高附加值和高技术密集型产业，现代模具工业已成为当今工业发展的基础。

而模具工业发展的关键主要依靠设计、制造中先进技术的应用（如并行工程ce、逆向工程re、快速成形rp、虚拟制造技术vm、网络化设计与制造、高速切削技术hsc等），其中模具的高速切削技术已成为当前模具制造领域的热点和发展方向。

一、高速切削加工在模具制造中的应用。

1.高速切削（high speed cutting 简称hsc）
高速切削的概念实际上早在20世纪30年代就由德国切削物理专家carl salomon提出的。

这一理论的发现为人们提供了一种在低温低能耗条件下实现高效率切削金属的方法。

那么何谓高速切削
呢？从目前来看，高速切削还没有一个明确的定义，它只是一个相对概念，一般来说，把切削速度比常规切削速度高5—10倍以上的切削称为高速切削。

例如：车削为700～7000/min，铣削加工为200～7000m/min，钻削为100～1000m/min，磨削为5000～10000m/min。

相对应的进给速度一般为2—25m/min，高的可达60—80m/min。

2.高速切削加工的优点及在模具制造中的应用
高速切削加工的优越性主要表现在以下几个方面：①加工效率高，由于切削速度高，进给速度一般也提高5-10倍，这样，单位时间材料切除率可提高3-6倍，因此加工效率大大提高。

②切削力小，高速加工与传统的切削加工相比其采用小切削深度、高的主轴转速和高的进给速度进行加工，由于切削速度高，切屑流出的速度快，减少了切屑与刀具前面的摩擦，从而使切削力大大降低。

③热变形小，高速加工过程中，由于极高的进给速度，95%的切削热被切屑带走，工件基本保持冷态，这样零件不会由于温升而导致变形。

④简化工艺流程，由于高速铣削的表面质量可达磨削加工的效果，因此有些场合高速加工可作为零件的精加工工序，从而简化了工艺流程，缩短了零件加工时间。

⑤大幅降低工件表面损伤，采用高速切削可以避免电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹现象，大大减少了模具精加工后的表面损伤，提高模具寿命20 %。

二、高速切削工艺的关键技术
目前国外的模具制造业，已经广泛采用了高速切削加工，而且与之相适应的cnc机床技术（主要包括机床总体布局机床的驱动技
术，机床数控技术……），刀具技术（刀具的材料，刀具的几何形状及角度，刀柄的设计……），加工工艺（切削参数的确定，切削方式的选择……）等相关技术已经相当成熟和完善。

而反观我国，由于我们的模具工业起步较晚，不论从产品的开发设计、制造装备，还是制造工艺都相对落后。

尽管近几年来，随着我国经济的高速发展，不少企业已经大量购进相关的高速切削机床和刀具，但是由于缺乏适合我国国情的加工工艺参数，所以在实际应用过程还是遇到这样或那样的问题，这也就阻碍了高速切削加工在我国的应用。

故目前急需解决的是通过试验和实际加工形成适合我国实际的加工
工艺参数和技术标准。

1.切削方式的选择。

a、顺铣与逆铣的选择，原则上在高速切削加工中，应尽量选用分层环切顺铣加工。

因为顺铣时刀具刚切入工件时切屑厚度最大，随后逐渐减少，这样有利于“咬住”材料并去除之；同时，顺铣时刀刃主要受压应力任用，受力状态较理想，这样可以减少刀具的磨损，延长刀具的使用寿命。

b、切入切出工件方式。

对于没有型腔的外轮廓区域，尽量采用圆弧或摆线方式切入切出的方式，而非直线切入切出，这样可避免由于载荷的突然增加和减少而引起的崩刃现象。

对于带有型腔的内表面，可以采用以下几种方式切入，①直接垂直向下进刀②斜线轨迹进刀③螺旋式轨迹进刀，从中不难分析螺旋式切入工件是从工件上表面螺旋向下切入的，速度没有突变可以连续加工，切削工况最好，最适合模具型腔高速加工。

2.切削参数的优化与选择
在模具制造中高速切削与传统切削相比，两者主要区别在于进给速度，切削速度，切削深度等的工艺参数不同。

一般的选择原则是：高速切削加工多采用高的切削速度和进给量，较小的切削深度。

当切削深度和每齿进给量保持不变时，进给速度可比常规铣削提高5～10倍，主轴转速在20000～40000r/min，材料切除率可提高3～5倍。

高速切削的切削深度一般在0.05～0.6mm之间，精加工时切削深度可以达到0.1mm以下，小的切削深度可以减少切削力，降低切削热的产生，延长刀具的使用寿命；从加工工况来看，小切深和单一路径切削可以保证加工模具时切削载荷的恒定，保持恒定的金属去除率，确保加工模具的几何精度。

高速切削的刀具行距一般在0.2mm以下，这样可以降低模具的表面粗糙度，提高加工质量，大幅减少后续的精加余量
3.cad/cam软件编程要点
对于结构形状复杂的模具，如果采用手工编程，难度较大甚工根本无法实现，因此最好通过自动编程软件来解决此问题，例如：delcam公司开发的高速切削自动编程软件模块powermill；mastercam公司开发的高速切削模块等。

在使用以上软件编程时，为了满足高速切削加工的需要，必须注意几个问题：①尽可能减少程序段，提高程序处理速度。

如加工曲面时，尽量nurbs插补，而不要使用直线插补。

②在粗加工时，要充分考虑后续的工序要求，使加工余量均匀。

③尽可能采用分层环切顺铣方式。

保证每层切削
深度相同，减少切削载荷的突然变化。

④零件在加工前必须充分利用软件的仿真验证功能，确保刀位数据的正确，避免由于刀具与工件或夹具与工件发生干涉，而引发的产品质量和操作安全问题隐患。

另外，高速切削中的冷却润滑，也是十分重要的问题，一般来说由于高速切削加工时切削热大都由切屑带走，对刀具影响较小，故可不使用切削液。

在一些特殊情况下要求湿切削时，可采用油雾冷却，水雾冷却和高压气体冷却等方式来解决，千万不可采用常规的切削液和加注方式以免带来不必要的麻烦。

总之，模具加工中的高速切削技术，做为一项先进的、正在发展的综合技术，必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对具体加工对象最佳的加工工艺相结合，充分发挥高速切削技术的优势。

而对于模具高速切削中的工艺做为一项关键环节，需要各方面加大投入力度，走学研结合的道路，综合全社会的力量推动其快速成长，以满足当前模具行业的迫切需求。

参考文献：
【1】张伯霖.高速切削技术及应用[m].机械工业出版社，2002.
【2】李沪曾等.高速切削加工技术在模具制造中的推广应用[j].现代制造，2004（09）.
【3】康炳勋，夏新涛.在高速铣削中如何合理制订工艺路线[j].机械工人，2004（07）.。