模具高速加工技術的主要特點

高速加工技術的主要特點，論述用於模具工業(yè)的高速機床、高速刀具和高速CAD/CAM系統(tǒng)等關鍵技術。
　　模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產出被廣泛應用和具有競爭價格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產中，沒有高水平的模具，就沒有高質量的產品，它對企業(yè)提高生產效率、降低生產成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計分析，金屬零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”。如今，模具制造已成為先進制造技術的一個重要組成部分。
　　制造模具的材料通常是一類難加工材料，目前國內模具型腔一般都釆用電火花加工(EDM)成型。但電加工的生產效率很低，不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制造質量方面，都不能滿足現(xiàn)代批量生產的要求。
　　高速加工技術的出現(xiàn)，為模具制造技術開辟了一條嶄新的道路。盡可能用高速加工來代替電加工，是加快模具開發(fā)速度、提高模具制造質量的必然趨勢。
　　模具高速加工的優(yōu)越性
　　不論是沖壓模具還是塑料模具(包括注射模、擠壓模、吹塑模等)，為了提高其使用壽命，構成模具型腔的有關零件一般都用高強度的耐磨材料制造(如各種牌號的合金結構鋼、合金工具鋼和不銹鋼等)，這些材料經過熱處理後硬度很高，很難用常規(guī)的機械加工方法進行加工。幾十年來，對付這類難加工材料的最好辦法就是釆用特種加工。
　　在中國，模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下，電火花加工(包括成形加工和線切割)在模具制造中一直起十分重要的作用。
　　生產的發(fā)展和產品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產效率和制造質量提出了越來越高的要求，於是電火花加工存在的問題就逐漸暴露出來。從物理本質上說，電火花加工是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝，加工過程非常之緩慢；在電火花對工件表面進行局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理-機械性能會受到一定程度的損傷，常常會在型腔表面產生微細裂紋，表面粗糙度也達不到模具的要求，因而經過電加工後的型腔類零件一般還要進行費力、費時的手工研磨和拋光。因此，電火花加工的生產效率很低，制造質量不穩(wěn)定，在許多場合，模具已成為影響新產品開發(fā)速度的一個關鍵因素。
　   20世紀90年代以來，在國外模具工業(yè)中開始逐漸應用高速切削(HSC)方法進行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和電火花加工相比，高速加工的主要優(yōu)點是：
　　產品質量好—高速切削以高於常規(guī)切速10倍左右的切削速度對零件進行高速加工，毛坯材料的馀量還來不及充分變形就在瞬間被切離工件，工件表面的殘馀應力非常小；切削過程中產生的絕大多數(shù)熱量(95%以上)被切屑迅速帶走，工件的熱變形小；高速加工過程中，機床主軸以極高的轉速(10000~80000 r/min)運轉，激振頻率遠遠離開了“機床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率範圍，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊。因此零件的加工精度高，表面質量好，粗糙度可達Ra 0.6μm以上。經過高速銑削的型腔，表面質量能達到磨削的水平，故常常可省去後續(xù)的許多精加工工序。
　　生產效率高—用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機械加工，即所謂“一次過”技術(One Pass Machining)，切削速度很高，加工過程本身的效率比電加工要高出好幾倍。除此以外，它既不要做電極，常常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光，又容易實現(xiàn)加工過程自動化。因此，高速加工技術的應用，使模具的開發(fā)速度大為提高。
　　能加工形狀復雜的硬質零件和薄壁零件—由高速切削機理可知，高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松。高速切削可以加工淬火鋼，材料硬度可高達60HRC以上，加工過程甚至可以不用切削液，這就是所謂的硬切削(Hard Machining)和乾切削(Dry Machining)。尤其可貴的是，在高速加工中，橫向切削力(Py)很小，這就有利於加工復雜模具型腔中一些細筋和薄壁，其壁厚甚至可以小於1mm。圖1所示為高速加工方法加工出的零件，其各個薄壁的壁厚分別為0.2mm、0.3mm和0.4mm，薄壁高度為20mm。
　　近幾年來，高速加工技術在國外已廣泛用於模具工業(yè)。在工業(yè)發(fā)達國家，據(jù)統(tǒng)計目前有85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在國際模具制造工藝中的主流地位已經確立。原來一些從事電加工設備制造的著名公司(如瑞士Agie公司)，已敏感地看到這一技術發(fā)展趨勢，為了不被模具設備巿場淘汰出局，已釆取了與高速機床制造廠家(如瑞士Mikron)聯(lián)手合并的措施。
　　發(fā)展前景
　　高速加工的加工精度高、表面質量好，生產效率很高，在模具工業(yè)中的應用效果非常好，傳統(tǒng)的電加工工藝無法與之匹敵，完全符合現(xiàn)代制造技術“高效率、高精度和高度自動化”的發(fā)展方向，有廣闊的應用前景。
　　當然，電火花成形加工對一些尖角、窄槽、深小孔和過于復雜的型腔表面的精密加工還是有用的。高速加工還不能完全代替電火花成形加工，兩者應該揚長避短，相輔相成。同時應該看到，高速加工的一次性設備投資比較大，并不是所有模具廠都能承受，而且中國目前還有大量的小型模具廠和電加工作坊存在，短期內高速加工對電加工還不會造成太大的威脅。但是應該看到，高速加工在發(fā)達國家模具制造工業(yè)中已處于主流地位，目前更以其巨大的優(yōu)勢，猛烈地沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝，模具工業(yè)大規(guī)模設備更新的時代即將到來，有遠見、有實力的企業(yè)家應該首選高速加工這個當今世界模具制造的主流技術，主動迎接新技術革命的挑戰(zhàn)。