高速加工技术在模具制造中的应用

孤独前行

摘要：阐述了在模具加工中实现高速加工所必需的一些关键技术，及高速加工技术在模具制造中的意义，并通过与常规的加工方式EDM的对比，描述了高速加工的优越性和局限性。同时以加工实例说明高速切削是现代模具加工的发展方向之一。
近年来，高速加工（High Speed Cuting）技术的发展迅速，为提高模具制造水平、产品质量提供了新的发展方向。
: i$ g$ K, G2 a/ G! `

' y2 G3 d- I) t7 P7 B6 O                               
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' l# S0 z' A# G% sV.切削速度 F.进给速度 D.刀具直径 Ad.切深 Rd.切宽
图1

                               
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图2 高速切削方式
  H, |* K2 s$ v* j5 a2 @

                               
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图3 传统切削方式
" A" S: K- \# B9 L' \: j

                               
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图4 手机型腔
表1
' i, h  M. T8 F  m  e3 K工件材料
. X& u/ M2 |5 L刀具直径
+ F" z' j4 B: Z9 [' L（mm）
" [5 Q: y' s+ g主轴转速
3 ]! L/ [+ x& v7 d( _& Y3 I（r/min）
进给速度
/ F+ W/ R% Y" J* n$ n（mm/min）
8 }4 R4 `% E: K1 k2 y2 F: M, `预硬钢～40HRC
5 G; M* n2 S5 A# s$ G  ~20
  v8 _' \- H6 C3 [6000
) m% K' c9 M& A/ {9 P1300
10
12000
% `3 j0 ]. V) J, o( r2500
! o' j! o7 C; ]- }8 U硬质钢40～53HRC
$ K8 i* h& w. ^1 K' ~+ D20
5000
1000
: ^4 Z; L, E4 H10
+ k; p5 _1 c% x9000
+ j3 |* t! b+ r* ~% u( E1800
* n. p0 N3 ?! w" o硬质钢53～60HRC
& P0 f, a8 S) y: e4 l0 [20
2000
1 g: C& S* ^2 j; @400
10
4000
800
8 f' a8 n/ R2 E& p  N4 ^' m表2
刀具材料
切削速度
（m/min）
主轴转速
（r/min）
% P* G4 g) S" l7 NV=pDN/1000→N=1000V/（p×D）
, v' ^% f% u" a# e3 _7 g硬质合金
80
1250
有涂层的硬质合金
9 S* Q: T3 D  s1 a7 V5 E, o  J160
2500
金刚石涂层的硬质合金
! `9 i& F' `% D7 Q9 J. ~  M300
; H5 R1 d9 K% g! [9 y: ^3 @4800
表3
粗加工
半精加工
* S1 u+ Q* M5 w9 N7 o" U# I, v+ l5 A精加工
刀具
TiAlN涂层硬质合金
) N" c( x! o' u5 N' S, w主轴转速（r/min）
1 M2 w( ^3 B4 Q12000
9 v" h) O/ t- I9 j7 a2 R12000
' d" k% }4 z4 P3 w5 K! y. T! i2 _32000
  F9 V$ x" N- J$ Q进给速度（mm/min）
, F9 t7 Q- @5 k- h+ D* a3000
3000
6000
加工时间（min）
9 r% {' h: ~* D  q4 G/ F$ \19
) `+ u. S" g4 m1
21
. {3 J! k) z; y+ X# J1 ~- ~值得注意的是，不是所有CAM软件都能用于高速加工数控编程。在国外已有一些很成熟的适用于高速加工编程的软件包，如英国DelCAM公司的PowerMill软件模块，还有一些机床厂商专为高速加工开发的CAM软件，如Makino公司将它的FFAUT软件的FF加工模块集成到美国UGS公司的CAM软件中。国内相关的软件有北航海尔华正软件有限公司开发的CAXA-ME软件。
6 高速切削的应用
( i. c6 A" A( g在高速加工中，不同工件材料和刀具直径要求的主轴转速与进给速度不一样。表1列举出了采用不同直径的TiAlN涂层球头立铣刀粗加工硬度不同的硬质钢时采用的主轴转速和进给速度。
机床的主轴转速N与刀具材料及切削速度和刀具尺寸有关。表2列举了使用直径为20mm不同材料的立铣刀在采用不同切削速度时所采用的主轴转速。
以注射模手机型腔模具加工（图4）为例，模具材料为HI3，硬度为50HRC，现用日本牧野HYPER5 机床进行加工，该机床主轴最高转速为32000r/min，最大进给速度60000mm/min。粗加工和半精加工时用?6mm 球头立铣刀，精加工时用?4mm 球头立铣刀，总的加工时间41min。各加工阶段所采用的加工参数和所用的加工时间如表3 所示。本例主要说明高速加工能缩短加工时间，提高了加工精度，减少抛光工作量或免去了抛光工序。
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