模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業(yè)行業(yè)中占有舉足輕重的地位。近年來我國模具技術(shù)有了迅速的發(fā)展，但與制造強國相比尚有較大差距。目前我國技術(shù)含量較低的模具已供過于求，而精密模具則大量依靠進口。

提高模具生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量是發(fā)展我國模具制造業(yè)的重要因素。采用模具高速切削技術(shù)可以明顯提高模具生產(chǎn)效率和模具精度及使用壽命，因此正逐漸取代電火花精加工模具，并已被國外的模具制造企業(yè)普遍采用，成為模具制造的大趨勢。高速切削技術(shù)在模具生產(chǎn)中應(yīng)用時間比較短，而且在使用中技術(shù)要求比較高。

高速切削加工技術(shù)

高速切削加工具有溫升低(加工工件只升高3℃)、熱變形小等優(yōu)點，單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于鋅合金壓鑄的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間毛坯材料的去除率增加，切削時間減少，加工效率提高，從而縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的市場競爭力。同時，高速加工的小吃刀量、大進給速度減少了作用在工件上的切削力，切屑的高速排出減少傳遞到工件上的切削熱，減少了熱應(yīng)力變形，從而提高了鋅合金壓鑄的加工剛性，并為薄壁零件的切削加工提供了可能。對硬度超過HRC60的材料進行高速銑削加工可在一定程度上替代效率較低的電火花加工，這樣，一定程度上縮短了模具的制造周期。同時，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時間，節(jié)約加工成本費用近30%，模具表面粗糙度可達Ra0.1，刀具切削效率可提高1倍。

高速切削應(yīng)用于模具加工的優(yōu)勢

模具加工的特點是單件小批量、幾何形狀復(fù)雜，因此加工周期長，生產(chǎn)效率低。在傳統(tǒng)的模具加工工藝中，精加工淬硬模具通常采用電火花加工和人工修光工藝?？s短加工時間和降低生產(chǎn)成本是發(fā)展模具加工技術(shù)的主要目標。近年來，模具加工工藝方面有了許多新技術(shù)，如高速切削、CAD/CAE設(shè)計仿真、快速原型制模、電火花銑削成型加工和復(fù)合加工等，其中最引人注目、效果最好的是高速切削加工。

高速切削加工模具是利用機床的高轉(zhuǎn)速和高進給速度，以切削方式完成模具的多個生產(chǎn)工序。高速切削加工模具的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①高速切削粗加工和半精加工，大大提高金屬切除率。

②采用高速切削機床、刀具和工藝，可加工淬硬材料。對于小型壓鑄模具，在材料熱處理后，粗、精加工可以在一次裝夾中完成；對于大型壓鑄模具，在熱處理前進行粗加工和半精加工，熱處理淬硬后進行精加工。

③高速高精度硬切削代替光整加工，減少大量耗時的手工修磨，比電火花加工提高效率50%。

④硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度（不僅表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于復(fù)雜曲面的模具加工更具優(yōu)勢。

⑤避免了電火花和磨削產(chǎn)生的脫碳、燒傷和微裂紋現(xiàn)象，大大減少了模具精加工后的表面損傷，提高模具壽命20%。

⑥工件發(fā)熱少、切削力減小，熱變形小，結(jié)合CAD/CAM技術(shù)用于快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類易變形的電極。

加工模具的高速切削機床

選擇用于高速切削模具的高速機床時要注意以下問題：

（1）要求機床主軸功率大、轉(zhuǎn)速高，滿足粗、精加工。精加工模具要用小直徑刀具，主軸轉(zhuǎn)速達到15000～20000rmp以上。主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機床可以進行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生產(chǎn)中同時滿足粗、精加工，則所選機床最好具有兩種轉(zhuǎn)速的主軸，或兩種規(guī)格的電主軸。

（2）機床快速進給對快速空行程要求不太高。但要具有比較高的加工進給速度（30～60m/min）和高加減速度。

（3）具有良好的高速、高精度控制系統(tǒng)，并具有高精度插補、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。

（4）選用與高速機床配套的CAD/CAM軟件，特別是用于高速切削模具的軟件。

在模具生產(chǎn)中五軸機床的應(yīng)用逐漸增加，配合高速切削加工模具具有以下優(yōu)點：

①可以改變刀具切削角度，切削條件好，減少刀具磨損，有利于保護刀具和延長刀具壽命；

②加工路線靈活，減少刀具干涉，可以加工表面形狀復(fù)雜的模具以及深腔模具；

③加工范圍大、適合多種類型模具加工。

（五軸聯(lián)動高速銑削加工中心）

五軸機床通常有工作臺式和銑頭式五軸機床兩類，可以針對模具類型進行選擇。銑頭式五軸機床中，可更換銑頭和更換電主軸頭的五軸機床可分別用于模具的粗、精加工。

高速切削模具的刀具技術(shù)

高速切削加工需配備適宜的刀具。硬質(zhì)合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具的應(yīng)用使得刀具同時兼具高硬度的刃部和高韌性的基體成為可能，促進了高速加工的發(fā)展。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可達3500～4500HV，聚晶金剛石（PCD）硬度可達6000～10000HV。尤其是涂層刀具在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。

一般來說，要求刀具以及刀夾的加速度達到3g以上時，刀具的徑向跳動要小于0.015mm，而刀的長度不大于刀具直徑的4倍。國內(nèi)高速精加工模具的經(jīng)驗，采用小直徑球頭銑刀進行模具精加工時，線速度超過了400m/min。這對刀具材料（包括硬度、韌性、紅硬性）、刀具形狀（包括排屑性能、表面精度、動平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。因此，在高速硬切削精加工模具時，不僅要選擇高速度的機床，而且必須合理選用刀具和切削工藝。

在高速加工模具時，要重點注意以下幾個方面：

①根據(jù)不同的加工對象，合理選擇硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具。

②采用小直徑球頭銑刀進行模具表面精加工，通常精加工刀具直徑＜10mm。根據(jù)被加工材料以及硬度，所選擇的刀具直徑也不同。在刀具材料的選用方面，TiAIN超細晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具潤滑條件好，在切削模具鋼時，具有比TiCN硬質(zhì)合金涂層刀具更好的抗磨損性能。

③選擇合適的刀具參數(shù)，如負前角等。高速加工刀具要求比普通加工時抗沖擊韌性更高、抗熱沖擊能力更強。

④采取多種方法提高刀具壽命，如合適的進給量、進刀方式、潤滑方式等，以降低刀具成本。

⑤采用高速刀柄。目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄和熱壓裝夾刀具，同時應(yīng)注意刀具裝夾后主軸系統(tǒng)的整體動平衡。