模具高速加工技術(shù)（上）

高速加工技術(shù)隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)的發(fā)展而日益成熟，極大地提高了模具加工速度，減少了加工工序，縮短甚至消除了耗時的鉗工修復工作，從而大大地縮短了模具的生產(chǎn)周期。模具的高速加工技術(shù)逐漸成為我國模具工業(yè)技術(shù)改造最主要的內(nèi)容之一。什么是高速加工？高速加工與傳統(tǒng)加工在加工工藝上有什么區(qū)別？高速加工對加工設(shè)備、刀具、夾具及相應的CAD/CAM系統(tǒng)提出了什么特殊的要求？高速加工有哪些技術(shù)優(yōu)勢？這些一直是我國模具行業(yè)面臨的主要問題。
　　英國Delcam公司是世界上最早致力于高速加工工藝及相應CAD/CAM技術(shù)研究的專業(yè)CAD/CAM集成系統(tǒng)開發(fā)商之一。該公司也是世界上唯一擁有大型模具加工車間的CAD/CAM軟件系統(tǒng)開發(fā)商。Delcam公司模具車間自1985年購進多臺Briageport VF1000高速加工中心，又于1995年引進行程為6m的Mecof 5軸聯(lián)動高速加工中心，以進一步加強高速加工工藝及CAM系統(tǒng)的研究。1999年3月又成功地舉辦了歐洲首屆HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會，來自世界各地的100多位專家介紹了各自的經(jīng)驗。
　　高速加工技術(shù)在我國剛剛起步，眾多企業(yè)非常關(guān)注高速加工的發(fā)展及在模具行業(yè)的應用，以及高速加工的工藝特點，高速加工對設(shè)備、刀具的特殊要求以及高速加工對CAD/CAM系統(tǒng)的特殊要求。故將Delcam HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會的資料整理成文，希望與我國從事模具高速加工的工程技術(shù)人員交流。
　　關(guān)于高速加工的定義
　　60多年前，Salomon提出高速加工的概念，并對高速加工進行了深入的研究，其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加，當切削線速度達到某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。從圖1可看出，以刀具磨損的切削力為限制條件，前一個低于該值的區(qū)域是傳統(tǒng)加工，后一個低于該值的區(qū)域為高速加工。由此也可看出，不同材料有不同的加工臨界值，有其高速加工的特定范圍。刀具材料與質(zhì)量是高速加工最主要的限制條件之一，故高速加工不僅決定于主軸速度與刀具直徑，還與所切削的材料、刀具壽命及加工工藝等綜合因素有關(guān)。
　　高速加工是緣起自航空鋁合金材料零件的加工，高水平合金涂層刀具的壽命不是主要的限制因素。高速加工主要受設(shè)備主軸速度及材料熔點的限制，一般主軸速度為50000～60000r/min或更高。本文主要關(guān)注塑料模具、壓鑄模具、沖壓模具及鍛模等用的合金模具鋼的高速加工，這種材料的硬度一般超過洛氏50度，故高速加工的限制因素主要是刀具壽命，而非鋁加工中的主軸速度。對于小型模具細節(jié)結(jié)構(gòu)的加工，主軸速度可達40000r/min以上，而大型汽車覆蓋件模具的加工，一般主軸速度12000r/min以上的加工即可稱為高速加工。
　　高速加工的分類及優(yōu)勢
　　Delcam高速加工的研究表明，高速加工按其目的而言應分為兩類，即以實現(xiàn)單位時間去除材料量最大為目的的高速加工，和以實現(xiàn)高質(zhì)量加工表面與細節(jié)結(jié)構(gòu)為目的的高速加工。任何模具的高速加工都是這兩類技術(shù)的綜合運用。相對而言，后者因極大地減少了鉗工拋光、修復時間，減少甚至消除了部分工序，因而大大縮短了模具的生產(chǎn)周期。與傳統(tǒng)加工方式相比，高速加工(HSM)的優(yōu)勢如下：
　　高速加工提高了模具加工的速度
　　對于精加工，從材料去除速度而言，高速加工比一般加工快四倍以上——盡管高速加工采取了非常小的進給速度與切深，對粗加工而言高速加工可理解為45m3/min的切削量。
　　高速加工可獲得高質(zhì)量的加工表面
　　因高速加工采取了極小的進給量與切深，故可獲得很高的表面質(zhì)量，有時甚至可以省去鉗工修光的工序，因表面質(zhì)量的提高又省去了修光及點火花等工序所需的時間。
　　簡化了加工工序
　　傳統(tǒng)銑削加工只能在淬火之前進行，因淬火造成的變形必須要經(jīng)手工修整或采用電加工最終成形�，F(xiàn)在則可以通過高速加工完成，省去了電極材料、電極加工編程及加工，以及電加工過程所需所有費用，而且不會出現(xiàn)電加工所導致的表面硬化。另外，由于高速加工切削量減少，便可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細節(jié)進行加工，節(jié)省了部分加工或手工修整工藝。減少人工修光時間及工藝的簡化對縮短生產(chǎn)周期的貢獻甚至可超過高速加工速度提高而產(chǎn)生的價值。
　　使模具修復過程變得更加方便
　　模具在使用過程中往往需要多次修復，以延長使用壽命，過去主要是靠電加工來完成，如果采用高速加工可以更快地完成該工作，而且可使用原NC程序，無需重新編制，且能做到精確無誤。