高速切削技术在模具加工中的应用

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摘要：随着技术的不断进步和发展，高速切削作为一种非常先进的前沿技术已经在制造行业中得到了快速的发展和应用，并取得了不错的经济效益和社会价值。本文首先简要介绍了高速切削技术的基本内涵，然后重点论述了高速切削的技术特点及其在模具加工中的应用，最后将高速切削与普通机加工及电火花加工进行了比较，并指出了当前高速切削技术存在的一些问题。

关键词：高速切削；模具加工；高速加工

一、引言

德国物理学家Carl.J.Salomon于1931年4月提出了速切削理论，可以表述为：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的种类有关。之后高速切削技术的发展经历了高速切削理论的探索、应用探索、初步应用和较成熟应用等四个阶段，现已在生产中得到了一定的推广应用。一般我们所说的高速切削技术主要是指由机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快进系统、高性能刀具材料及刀具设计制造系统、高性能刀夹系统、高效高精度测量测试技术、高速切削机理和高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术所构成的综合系统。高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本，主要针对精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。

二、高速切削的技术特点及其在模具加工中的应用

高速切削的技术特点

高速切削技术主要有以下几个技术特点：首先是能够大幅度地提高生产效率，这主要是由于高速切削技术极大地减少了加工过程中的机动时间和辅助时间，并且在自动化程度方面也有所提高，因而生产效率能够得到提升。其次是可以获得很高的加工精度，一方面是由于高速切削可以减少至少30%以上的切削力，可以最大限度地减少工件变形；另一方面加工过程中产生的切削热往往来不及传递给工件，也可以将热变形控制在最小范围内。最后是可以降低加工能耗和节约制造资源，由于单位功率的金属切除率高、能耗低以及工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例。高速切削技术的这一特点很好了满足了可持续发展的要求，在建设资源节约型和环境友好型社会的背景下具有十分重要的意义和作用。

高速切削技术在模具加工中的应用

当前高速切削技术主要应用于汽车制造、航空航天和精密仪表等技术含量和要求比较高的制造行业中个，充分发挥其生产效率和加工精度高的热点，在模具制造等方面获得了广泛的应用，并取得了巨大的经济效益和社会价值。下面通过两个实例来说明目前高速切削技术在模具加工中的应用。

首先是对于汽车覆盖件成形模具的加工。这类模具如果用传统的加工技术来进行处理不仅需要较长的加工时间，而且在质量和精度上往往得不到理想的结果，而如果采用高速铣削的加工技术来进行处理就比较容易满足相关要求。在具体的操作过程中先选择球头铣刀，将主轴的转速控制在9000转/min左右，进给速度保持在5000mm/min左右，这样得到的模具成件其表面质量可以达到1μm，在后期处理时只需进行简单的油石抛光即可，避免了传统加工工艺中的手工修整环节，在手工操作耗时方面可以节省约40%的时间。另外，随着数控技术的发展和应用，高速切削操作过程的自动化程度进一步提高，模具的成品质量和生产效率也得到了长足的发展。

其次是对于发动机连杆锻模的加工。发动机连杆锻模的加工是很多机械制造行业都会涉及到的一项工作，传统的加工做法是采用电火花来加工，经过粗加工成形、电火花加工、打磨和抛光等一系列加工环节，需要用到工序多且繁杂，而且最终的成品质量不高，在生产成本方面具有优势。采用高速铣削加工的方法来进行处理之后，只需经历粗铣和精铣两道工序即可，在时间成本上可以节约至少70%，得到的模具质量也要远远优于传统的加工方法。在实际的操作过程中，粗铣阶段的切削速度一般控制在151～160m/min左右，进给量保持在0.125～0.177m/min左右；精铣阶段的切削速度一般控制在151m/min左右，进给量保持在0.05～0.1m/min左右。具体的参数选择与实际的模具尺寸和加工环境有关。

三、高速切削技术与电火花加工技术的比较

电火花加工技术诞生于上世纪70年代，是一种利用电能和热能进行加工的新工艺。电火花加工技术与一般切削加工技术的区别在于，电火花加工时工具与工件并不接触，而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来，最后再进行相应的打磨和抛光等处理环节。从电火花加工技术的原理和过程来看，它实际上是一种利用电腐蚀原理来进行“微切削”加工的工艺，其主要的缺点就是加工过程非常缓慢，对于参数的选择和控制要求比较严格。另外电火花加工存在电极损耗和二次放电 电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1%，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度，二次放电甚至会使得加工无法继续。

相比之下，高速切削加工技术在加工速度方面具有明显的优势，可以很容易地以10倍于常规切削加工的速度来进行切削，并且高速切削加工的单位功率金属切除率可以提高30%～40%，切削力可以降低30%，刀具的切削寿命提高70%。然而高速切削自身也还存在一些问题，比如刀具磨损严重、切入切出时会产生破损问题和主轴系统昂贵且寿命短等，这些都极大了限制了高速切削技术的进一步应用，需要相关技术创新来加以改进和克服。

四、结论

作为一项十分先进的制造技术，高速切削加工具有十分广阔的发展和应用空间。应该说我国在方面的研究基础还比较薄弱，为此我们一方面要积极地学习和引进国外的先进技术和理论，做好消化、吸收和创新工作；另一方面要在实际的工作中注意发现问题和解决问题，努力改进和完善加工流程和工艺，为技术创新积累宝贵的经验和资料。

参考文献：

[1]陈陆帮，伍万斌，余洪利，白海峰. 高速切削加工在平板裂缝天线中的应用[J]. 制造技术与机床，2012（09）.

[2]燕金华. 高速切削加工对表面粗糙度的试验探究[J]. 电子测试，2013（16）.

作者简介：

林球东，男，1967.11 广东博罗县 机械工程师、讲师、数控模具专业骨干教师，数控车工高级技师