鋁合金壓鑄廠必知的模具高速切削技術

模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業行業中占有舉足輕重的地位。提高模具生產技術水平和質量是發展我國模具制造業的重要因素。由于采用模具高速切削技術可以明顯提高模具生產效率和模具精度及使用壽命，因此正逐漸取代電火花精加工模具，并已被國外的鋁合金壓鑄廠普遍采用，成為模具制造的大趨勢，并鑄件被國內的鋁合金壓鑄廠所接受。

高速切削應用于模具加工的優勢

模具加工的特點是單件小批量、幾何形狀復雜，因此加工周期長，生產效率低。在傳統的模具加工工藝中，精加工淬硬模具通常采用電火花加工和人工修光工藝，后期加工花費了大量時間。縮短加工時間和降低生產成本是鋁合金壓鑄廠發展模具加工技術的主要目標。近年來，模具加工工藝方面有了許多新技術，如高速切削、CAD/CAE設計仿真、快速原型制模、電火花銑削成型加工和復合加工等，其中最引人注目、效果最好的是高速切削加工。

高速切削加工模具是利用機床的高轉速和高進給速度，以切削方式完成模具的多個生產工序。高速切削加工模具的優越性主要表現在以下幾個方面：

①高速切削粗加工和半精加工，大大提高金屬切除率。

②采用高速切削機床、刀具和工藝，可加工淬硬材料。對于小型模具，在材料熱處理后，粗、精加工可以在一次裝夾中完成；對于大型模具，在熱處理前粗加工和半精加工，熱處理淬硬后精加工。

③高速高精度硬切削代替光整加工，減少大量耗時的手工修磨，比電火花加工提高效率50%。

④硬切削加工最后成型表面，提高表面質量、形狀精度（不僅表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于復雜曲面的模具加工更具優勢。

⑤避免了電火花和磨削產生的脫碳、燒傷和微裂紋現象，大大減少了模具精加工后的表面損傷，提高模具壽命20%。

⑥工件發熱少、切削力減小，熱變形小，結合CAD/CAM技術用于快速加工電極，特別是形狀復雜、薄壁類易變形的電極。

高速切削的優勢對模具加工的吸引力是不言而喻的，但與此同時，模具的高速切削加工成本高、對刀具的使用要求高、需要有復雜的計算機編程技術做支持、設備運行成本高，因此，由于資金、技術等方面的原因，國內對高速切削加工模具的應用還不多，目前亟需要解決如何選擇和應用高速加工模具的機床、高速切削刀具、合理的加工工藝、刀具軌跡編程層以及工藝實驗等一系列問題。

加工模具的高速切削機床

選擇用于高速切削模具的高速機床時要注意以下問題：

（1）要求機床主軸功率大、轉速高，滿足粗、精加工。精加工模具要用小直徑刀具，主軸轉速達到15000～20000rmp以上。主軸轉速在10000rpm以下的機床可以進行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生產中同時滿足粗、精加工，則所選機床最好具有兩種轉速的主軸，或兩種規格的電主軸。

（2）機床快速進給對快速空行程要求不太高。但要具有比較高的加工進給速度（30～60m/min）和高加減速度。

（3）具有良好的高速、高精度控制系統，并具有高精度插補、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。

（4）選用與高速機床配套的CAD/CAM軟件，特別是用于高速切削模具的軟件。

在模具生產中五軸機床的應用逐漸增加，配合高速切削加工模具具有以下優點：

①可以改變刀具切削角度，切削條件好，減少刀具磨損，有利于保護刀具和延長刀具壽命；

②加工路線靈活，減少刀具干涉，可以加工表面形狀復雜的模具以及深腔模具；

③加工范圍大、適合多種類型模具加工。

五軸機床通常有工作臺式和銑頭式五軸機床兩類，可以針對鋁合金壓鑄廠常開發的模具類型進行選擇。銑頭式五軸機床中，可更換銑頭和更換電主軸頭的五軸機床可分別用于模具的粗、精加工。

高速切削模具的刀具技術

高速切削加工需配備適宜的刀具。硬質合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具的應用使得刀具同時兼具高硬度的刃部和高韌性的基體成為可能，促進了高速加工的發展。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可達3500～4500HV，聚晶金剛石（PCD）硬度可達6000～10000HV。近年來，德國SCS、日本三菱（神鋼）及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具，不僅有高速切削普通結構鋼的刀具，還有直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂層刀具在淬硬鋼的半精加工和精加工中發揮著巨大作用。

目前國內高速加工刀具的開發與國外還有較大差距，而進口刀具的昂貴價格也成為阻礙高速切削模具應用的重要因素，國內鋁合金壓鑄廠的技術進步也受到了一定的影響。