高速加工技术在现代模具制造中的应用（二）

HEATS

　　二、加工模具的高速加工机床

) }# _: z2 _- j6 H" K7 M8 A

　　模具精加工和硬切削加工需要数控高速机床，模板、模架加工需要精密、高效数控机床等。许多机床企业瞄准模具生产，有的加工中心生产厂机床的60%以上卖给模具企业。模具行业今后几年年均有50亿元的固定资产投入，其中80%是购买模具加工设备，也就是说每年有40亿元人民币要购买金切机床。

, S) g2 w8 } F% |, C7 x0 T

　　目前我国数控机床的平均利用率大约20%，高速机床的利用率3%～5%。模具企业也有相当的单位购买高速机床，从6000r/min～40000r/min的都有。

& X( ?: a& [: V

　　1.高速机床的技术参数要求

　　加工中心主轴大功率、高转速，满足粗精加工；精加工模具要用小直径刀具，机床一般要达到15000r/min～20000r/min。通常主轴转速在10000rpm以下的机床可以进行粗加工和半精加工，达不到精加工的精度；无法达到400m/min以上的切削速度。快速进给的一般要求和汽车、飞机企业的区别；快速进给30m/min～60m/min。根据模具生产种类选择立、卧式加工中心或龙门式加工中心。具有好的高速控制系统：高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等。因此，选择高速加工模具的机床必须考虑具体的生产情况。

2 H) D- }- i, s0 P. j( M ; w! l* X8 n; [ k7 z

　　2.五轴机床的应用增加趋势

4 o" C8 [) T& K5 L8 V+ F/ M# U ! f6 E2 Z) h, W! A( p( o) q/ t

　　1)加工路线灵活，表面形状复杂；

' h1 X' n/ ~" b% c b& U% c 1 v! [2 C# t2 y6 t

　　2)加工范围大，适合多种类型模具加工；

2 [% D$ r' s9 L8 E$ x; x8 D " b( y3 o9 L$ O

　　3)切削条件好，减少刀具磨损，提高刀具寿命；

　　4)针对模具类型，选择工作台式或铣头式五轴机床。

' h% ]2 b0 t) i * U# R6 R+ H5 U9 f; X% K8 \& d3 ~

　　5)多头机床和多电主轴头可以更好的扩大加工范围。

9 {. C; G- M# Z. E8 f . N1 F6 ^, h& l* V2 L; N$ Y

　　3.购买CAD/CAM软件和高速机床配套

+ l: [' P5 o [7 ` d/ c* d

　　据统计，每年有几十亿美元用于进口机床，大部分电加工机床和高速机床需要进口。

1 [6 Z% C9 T6 S7 [ ; k% l, r: @, B* I: I1 U6 o) P

　　三、高速切削模具的刀具技术

$ n ~& z# z4 N; ~/ X

　　高速切削刀具需要解决的问题：

/ V4 O! q8 p4 V" _ R5 P$ W) ^: H

　　1)刀具成本

5 w; o' f0 _" i% Q

　　2)刀具耐用度

4 y8 {$ G6 [6 T% P

　　3)适合于刀具的切削工艺参数

　　解决方法：

& j$ E3 p4 V9 N* ?3 s* b

　　发展高速切削国产涂层刀具、刀柄。根据刀具本身性能的差异、模具材料的差异、机床的差异等进行实际工艺试验取得数据，参考刀具生产厂的参数。利用各方面力量开展研究和应用，如产学研结合、国家基金支持。

　　硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具使得兼顾高硬度的刀刃部和高韧性的基体成为可能。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片，其硬度可达3500HV～4500HV。聚晶金刚石(PCD)其硬度可达6000HV～10000HV。近年来德国SCS、日本三菱(神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具，还有能直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂层刀具异军突起，在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。新刀具材料和刀具技术的出现已经使高速加工上的瓶颈问题不再会出现在刀具上。

' w' [% U: G. [- \ , v6 S" X6 H( `

　　但是，进口刀具的昂贵价格也阻碍高速切削模具的重要因素。

3 E! A) M( S) y3 _

　　一般来说，刀具以及刀夹的加速度达到3g以上，刀具的径向跳动要小于0.015mm，而刀的长度不能大于4倍的刀具直径。根据SANDVIK公司的实际统计，在使用碳氮化钛(TiCN)涂层的整体硬质合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时，粗加工刀具线速度约为100m/min，而精加工和超精加工时，其线速度超过了280m/min。这样对刀具的材料(包括硬度、韧性、红硬性)、刀具的形状(包括排屑性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高的要求。

1 U; W2 H9 J! J" [+ O9 E3 J8 d

　　根据国内模具高速精加工的经验，采用小直径球头铣刀进行模具精加工时，线速度超过了400m/min～800m/min。选择足够高速度的机床硬切削模具精加工。

" x8 V( Y- w* l$ @8 G. b " n9 ^0 D% x! W9 r4 a' C8 ]9 V- t

　　Delcam采用0.8mm直径的刀具加工窄槽，转速40000r/min，0.1mm深度，进给速度30m/min。

" i2 T2 O& i! U5 A / p U7 |2 G# f8 c) V

　　根据不同的加工对象合理选择刀具：硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工；根据Millstar公司的介绍TiAlN(铝氮化钛)超细晶粒硬质合金涂层刀具由于润滑条件好，比(TiCN)硬质合金涂层刀具抗磨损性能更好。切削模具钢。

) ?% |; T/ _: d2 C7 m" O- Z

　　选择刀具参数，如负前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗冲击韧性更高，还要求抗热冲击能力强。采取多种方法提高刀具寿命，降低刀具成本。采用高速刀柄，目前应用最多的是HSK刀柄，热压装夹刀具。注意刀具装夹后的整体动平衡。

8 W6 A# V$ V' l, o

　　当前的刀具企业在解决高速切削刀具技术方面已经做了很多工作，面向加工的刀具服务会帮助解决很多问题，刀具生产厂家成为主体，参考刀具生产厂家提供的技术参数。