07210311董政高速切削技术在模具制造中的广泛应用.doc

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工具钳工论文

(国家职业资格二级)

论文题目：高速切削技术在模具制造中的广泛应用

姓 名： 董政

身份证号： 32092419880217141X

准考证号：

所在省市： 江　苏　盐　城

所在单位： 盐　城　技　师　学　院

高速切削技术在模具制造中的应用

董政
盐城技师学院
摘要：在模具制造过程中，高速切削加工能改善模具的尺寸、形状和表面精度，甚至省去手工修磨，从而降低生产成本和缩短制造时间。本文阐述了高速切削加工的意义、特点及核心技术，并通过基于模具制造的高速切削加工与传统加工方法的比较，描述高速切削加工在模具制造中的应用与地位。
关键词：模具制造；高速切削加工；
一、引言
高速切削加工是面向现代化的一项高新技术，它是一种不同于传统加工的加工方式。与之相比，高速切削加工主轴转速高、切削进给速度高、切削量小，但单位时间内的材料切除量却增加2～6倍。它以效率高、精度高和较高的表面质量为基本特征，在重工业、航空航天、模具制造和仪表仪器等。行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，在当代先进制造技术中占据着重要地位。
用传统方式加工模具时，常采用电火花与线切割加工，但电极的设计与制造本身是一个即费时又费力的工艺加工过程。而采用高速切削加工后，由于能对狭小区域加工和能够得到较高的表面精度，让电极的使用率大幅度降低。有了高速切削就可以大大的减少工作时间。
绝大部分模具均可利用高速切削技术来加工，如锻模、压铸模、吹塑与注塑模等。锻模的腔体比较浅，刀具的使用寿命比较长；压铸模尺寸是适中的，所以生产率较高；注塑与吹塑模一般尺寸较小，比较经济实惠。
二、高速切削加工技术概述
高速切削概念起源于德国切削物理学家Carl Salomn的著名切削实验及其物理引伸。他认为一定的工作材料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高。如图所见

在常规切削范围内(见图1A区)切削温度随着切削速度的增大而提高，当切削速度到达临界切削速度后，如果切削速度再增大，切削温度反而下降(见图1C区)，所以越过B区，在高速区C区进行切削，则可用普通的刀具进行高速切削，从而减少了切削时间，成倍提高机床的生产率，同时提高加工质量，并可用于切削各种硬、韧性、难加工材料的工件。因此，自上世纪80年代以来，国外在制造业的模具、武器、航天、仪表、精密机械、光学和家电等许多部门中，开始广泛应用该先进技术、取得了很大的成果，所以我们落后了他们。目前，面对日益加剧的国际竟争，国内广大企业迫切需要对高速切削加工技术的了解，这样才能跟上时代的脚步。
下面从三个方面具体介绍高速切削技术的有关内容
1、 高速切削加工机床的关键技术
为了适应粗精加工、轻重切削和快速移动,在此同时还要保证高精度(定位精度±0.005mm),性能较好的机床是实现高速切削的关键因素。
(1)高速伺服系统
为了实现高速切削加工,机床不但要有高速旋转的主轴,还要有高速的伺服系统,这不仅是为了提高生产效率,也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件,否则会造成刀具的急剧磨损与升温,使加工表面遭刀破坏，影响了表面质量。
(2)高速主轴
高速主轴是高速切削加工机床的核心部位,随着对主轴转速要求的不断加大,传统的齿轮——皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不在适应要求,取代它们的是一种新颖的功能部件——电主轴,它将主轴电机与机床主轴合二为一
(3)高性能控制系统
高速切削机床是否具有较好的力学性能,必须通过它优良的控制性能才能够充分发挥。高速主轴,高速伺服系统都与控制技术的发展密不可分。
(4)高精度快速进给系统
在高速切削时加大进给量是提高效率所必须做的。目前高速切削加工中心速度一般是21m/s～41m/s。要实现准确控制这么高的进给量，对加工中心的要求很高，对加工中心的伺服系统、伺服系统滚珠丝杠、和工作台的结构都提出了很高的要求。
2、高速切削加工技术的特点：
（1）高速切削的切削力比较小。和常规切削相比，高速切削加工时切削力至少可降低25%，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能。在加工刚性较差的零件来说可也减少加工变形。较差的零件来说可减少加工变形。
（2）高速切削的切削热对工件的影响小。高速切削加工过程极为迅速，95%以上的切削热量极少，零件不会由于切削热导致零件的变形或膨胀变形。所以高速切削特别适用于加工容易热变形的零件。对于加工熔点较低、易氧化的工件（如镁），高速切削有一定意义。
(3)高速主轴
高速主轴是高速切削加工机床的重要部位,随着对主轴转速要求的不断提高,传统的齿轮与皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不在适应加工要求,取代它们的是一种新的传都部件——电主轴,它将主轴电机与机床主轴合二为一
（4）高速切削使加工工序简化。
由于高速切削可以达到很高的加工精度和很高的表面粗糙度，并且在一定的切削条件下，可以对表面较硬的材料进行加工，尤其是对硬度在HRC40～60之间的高硬度进行铣削，可以部分取代电火花加工，这一点对模具将来的发展有重要的意义。
（5）高速切削的加工精度高。因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工环境。由于切削力太小，速度快，切削热影响小，使得刀具、工件变形小，保持了尺寸的精确性，另外使刀具与工件间的摩擦变小，切削的量比较少，残余应力小，能够实现高精度，得到较高的表面粗糙度。这样加工即不影响刀具，加工表面精度高。
三、高速切削加工模具相对传统加工模具的优势
1. 改善加工精度和表面质量
高速机床必须具备高刚性和高精度等性能，同时由于切削力低，工件热变形减少，对刀具影响很小，高速切削的加工精度很高。切削层比较小，而进给速度很快，得到的表面粗早高，切削铝合金时可达Ra0.4～0.6，切削钢件时可达Ra0.2～0.4。
2. 提高生产率
高速切削中主轴转速和进给速度的提高，可提高材料去除率。同时，高速切削可加工淬硬零件，许多零件一次装夹可完成全部加工，从粗加工到精加工，对复杂型面加工也可直接达到零件表面质量要求，因此，高速切削工艺往往可省却电火花加工、手工磨修等工序，缩短工艺过程，从而大大的提高了劳动生产率。节省了大两大工作时间。

3. 减少切削产生的热量
因为高速切削加工是浅切削，同时进给速度很快，刀刃和工件的接触长度和接触时间非常短，减少了刀刃和工件的热传导，避免了传统加工时在刀具和工件接触处产生大量热的缺点，保证刀具在温度不高的条件下工作，延长了刀具的使用寿命。
4. 可部分替代某些工艺，如电火花加工、磨削加工等
高强度和高硬度的加工也是高速切削的一大特点，目前，高速切削已可加工硬度达HRC60的零件，因此，高速切削能够加工经热处理硬化后的工件。在传统加工模具的工艺中，精加工前对热处理硬化后的工件需进行电火花加工，用高速切削加工替代传统切削的加工方法可以省去模具制造工艺中的电火花加工，简化了加工工艺和投资成本。
模具的尺寸、形状和表面粗糙度很重要，如果加工后的模具不能达到要求的质量精度，就需要大量的手工磨修工作，手工磨修能够得到较好的表面质量，但是它会影响模具的尺寸和形状精度。因此在模具加工还要尽量省去手工磨修，以提高模具质量，降低生产成本和制造周期。

5. 有利于加工薄壁零件
高速切削时的切削力小，有较高的稳定性，可高质量地加工出薄壁零件。
6. 经济效益显著提高
综合上述种种优点，即：综合效率提高、质量提高、工序简化、机床投资和刀具投资以及维护费用增加等，采用高速切削工艺将使综合经济效益显著提高。
四、高速切削加工技术在模具制造中的应用
高速切削加工技术所具有的一系列特色和生产效益方面的巨大潜力，早已成为德、美、日等国竞相研究的重要技术领域。如今，美、德、日、法、瑞士、意大利生产的不同规格的各种商业化高速机床已经进入市场，应用于飞机、汽车及模具制造。
随着高速切削加工技术引进模具工业，对传统的模具加工工艺产生了很大的影响，改变了模具加工工艺流程。由于模具型面一般都是十分复杂的自由曲面，并且硬度很高，采用常规的切削加工方法难以满足精度和形状要求。常规的加工方法是在退火后进行铣削加工，然后进行热处理、磨削或电火花加工，最后手工打磨、抛光，这样使得加工周期很长。特别是手工加工时间，要占整个加工周期很大一部分。HSC可以达到模具加工的精度要求，减少甚至取消了手工加工，并且由于新型刀具材料（如PCD、PCBN、金属陶瓷等）的出现，HSC可以加工硬度达到HRC60，甚至硬度更高的工件材料，可以加工淬硬后的模具，取代电火花加工和磨削加工。
高速铣削加工在模具制造中具有高效高精度以及可加工高硬材料的优点，在工业发达国家已经得到了广泛的应用。目前我国高速切削技术还停留在较低的水平，机床所用的切削速度比先进工业国家低一个数量级，生产效率很低，经济效益不好。高速切削技术在模具工业中的应用更是凤毛麟角，因此大力发展高速切削，对我国的制造业发展具有十分重要的意义。
高速切削加工技术引进模具工业，主要应用于以下几个方面：
（1）EDM（电火花）电极加工。应用高速切削技术加工电极对提高电火花加工效率起到了很大作用。高速切削电极提高了电极的表面质量和精度，减少了后续加工工序。
（2）淬硬模具型腔的直接加工。利用高速切削可加工硬材料的特点直接加工淬硬后的模具型腔，提高了模具加工的质量和效率，可取代电火花加工。
（3）模具的快速修复。模具在使用过程往往需要修复，以延长使用寿命，过去主要是靠电加工来完成，现在采用高速加工可以更快地完成该工作，而且可使用原NC程序，无须重新编制。
（4）快速样件制造。利用高速切削加工效率高的特点，可用于加工塑料和铝合金模型。通过CAD设计后快速生成3D实体模型，比快速原型制造效率高、质量好。
五、结束语
高速切削是一种先进的加工技术，有这很光的应用范围和前景。用高速切削代替了普通的加工技术，使模具的发展又好有快的发展，使模具完成了质的飞跃。推广使用高速切削技术应用与模具制作当中，不但可以提高模具的生产效率，提高模具的质量，大大的降低了模具的成本，他是我们以后发展的方向，是我我们模具业发展的关键技术。

参考文献：
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