模具高速加工技術(shù)的主要特點(diǎn)

高速加工技術(shù)的主要特點(diǎn)，論述用於模具工業(yè)的高速機(jī)床、高速刀具和高速CAD/CAM系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

　　模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產(chǎn)出被廣泛應(yīng)用和具有競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中，沒有高水平的模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品，它對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計(jì)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(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)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(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工(EDM)成型。但電加工的生產(chǎn)效率很低，不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制造質(zhì)量方面，都不能滿足現(xiàn)代批量生產(chǎn)的要求。

　　高速加工技術(shù)的出現(xiàn)，為模具制造技術(shù)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(zhì)量的必然趨勢(shì)。

　　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(gòu)成模具型腔的有關(guān)零件一般都用高強(qiáng)度的耐磨材料制造(如各種牌號(hào)的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和不銹鋼等)，這些材料經(jīng)過熱處理後硬度很高，很難用常規(guī)的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。幾十年來，對(duì)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(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對(duì)模具的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)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(zhì)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(duì)工件表面進(jìn)行局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理-機(jī)械性能會(huì)受到一定程度的損傷，常常會(huì)在型腔表面產(chǎn)生微細(xì)裂紋，表面粗糙度也達(dá)不到模具的要求，因而經(jīng)過電加工後的型腔類零件一般還要進(jìn)行費(fèi)力、費(fèi)時(shí)的手工研磨和拋光。因此，電火花加工的生產(chǎn)效率很低，制造質(zhì)量不穩(wěn)定，在許多場(chǎng)合，模具已成為影響新產(chǎn)品開發(fā)速度的一個(gè)關(guān)鍵因素。

　   20世紀(jì)90年代以來，在國外模具工業(yè)中開始逐漸應(yīng)用高速切削(HSC)方法進(jìn)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(diǎn)是：

　　產(chǎn)品質(zhì)量好—高速切削以高於常規(guī)切速10倍左右的切削速度對(duì)零件進(jìn)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(yīng)力非常小；切削過程中產(chǎn)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�。桓咚偌庸み^程中，機(jī)床主軸以極高的轉(zhuǎn)速(10000~80000 r/min)運(yùn)轉(zhuǎn)，激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開了“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率範(fàn)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(zhì)量好，粗糙度可達(dá)Ra 0.6μm以上。經(jīng)過高速銑削的型腔，表面質(zhì)量能達(dá)到磨削的水平，故常�？墒∪メ崂m(xù)的許多精加工工序。

　　生產(chǎn)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(jī)械加工，即所謂“一次過”技術(shù)(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(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。因此，高速加工技術(shù)的應(yīng)用，使模具的開發(fā)速度大為提高。

　　能加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件—由高速切削機(jī)理可知，高速切削時(shí)，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(dá)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(fù)雜模具型腔中一些細(xì)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(gè)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(shù)在國外已廣泛用於模具工業(yè)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jīng)確立。原來一些從事電加工設(shè)備制造的著名公司(如瑞士Agie公司)，已敏感地看到這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為了不被模具設(shè)備巿場(chǎng)淘汰出局，已釆取了與高速機(jī)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(zhì)量好，生產(chǎn)效率很高，在模具工業(yè)中的應(yīng)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(shù)“高效率、高精度和高度自動(dòng)化”的發(fā)展方向，有廣闊的應(yīng)用前景。

　　當(dāng)然，電火花成形加工對(duì)一些尖角、窄槽、深小孔和過于復(fù)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(yīng)該揚(yáng)長避短，相輔相成。同時(shí)應(yīng)該看到，高速加工的一次性設(shè)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(nèi)高速加工對(duì)電加工還不會(huì)造成太大的威脅。但是應(yīng)該看到，高速加工在發(fā)達(dá)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(shì)，猛烈地沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝，模具工業(yè)大規(guī)模設(shè)備更新的時(shí)代即將到來，有遠(yuǎn)見、有實(shí)力的企業(yè)家應(yīng)該首選高速加工這個(gè)當(dāng)今世界模具制造的主流技術(shù)，主動(dòng)迎接新技術(shù)革命的挑戰(zhàn)。