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在模具制造业中，高速切削技术为缩短生产时间，降低生产成本，提高整个产品质量提供了潜在的机会。它不仅体现在大大地减少了加工时间，而且也为整个加工过程提供了一种新的加工可能性。模具制造商开始认可并逐步应用这种新技术。经过几年的发展，高速铣削逐步巩固了它在模具加工中的地位。特别是在汽车和飞机制造业中，以实现高主轴转速，高进给和高产量的加工中心已被广泛地应用在轻合金部件的大批量生产中。 在模具制造中，高速切削除了用于单纯加工电极外，它还被认为是一种很有吸引力的加工方法，即在淬硬的材料上直接铣出型腔和模具以及快速成形新的样件。高速切削可大大减少加工时间，由于简化了加工过程，因此，显著提高了产品质量以及降低了成本。 合理使用这些优势的条件是纵观整个产品制造过程，全面实现高速切削带来的技术利益。下面提供了已得到证实的高速切削的可能性以及用几个典型的加工例件来说明为了获益于这种优势而提出对机床的基本要求。 高速切削技术的意义 市场时代，产品更新周期的缩短以及部件品种的增加成为主要话题。使得产品设计者、生产管理者及其他相关环节承受越来越大的时间和成本压力。产品设计、人机工程学及部件趋于减少同时导致了对复杂的三维曲面的需求，其结果是对结构、CNC编程、造型提出了更高的要求。与整个产品设计制造相关的时间和成本被分配到建模、造型、试验阶段。高速切削技术的应用可以缩短生产周期、降低生产成本，同时提高产品质量。 高速切削技术是使用一定的几何定义的切削刃，以5～10倍的切削速度进行加工的过程，进给速度的增加可以缩短加工时间或者通过减少线间距提高复杂三维轮廓表面质量，从而降低后续工作如手工抛光的成本。在高速切削中，切削速度的提高引起了切削刃的机械结构的变化，从而改善切削条件，减少切削力，同时降低热量向工件的传递。这点可被用来加工薄壁轻型零件或电极，甚至在使用长刀具的情况下也能保证高的轮廓精度。此外，高速切削技术还允许加工淬硬材料。这可部分取代在型腔制造中的电火花加工。在最终部件材料上的直接加工减少了间接加工的次数，这样可降低生产周期，同时提高产品质量。典型的高速切削加工参数如表1所示。 高速切削在模具制造中的潜力 高速切削技术应用在不同的产品生产周期中的各个阶段并通过减少加工步骤，提高产品质量提供了省钱的机会。只要充分利用技术优势并简化加工步骤，就能大幅度降低成本。以下典型实例展示了应用范围。 电极的制造 应用高速切削技术加工电极对电火花的加工效率起到了很大的作用。基本上是影响电火花加工的数量和周期。通过高速切削技术对复杂电极的经济加工，减少了电极的数量和电火花加工的次数。在高速切削电极时提高了表面质量和精度，大大减少对电极和模具的后续加工。从而提高了多次成形的重复精度。 在加工单向剃须刀石墨电极时，切削时间减少倍率为12。目前，客户正在用同样的CNC程序进行粗、精加工电极。电火花放电间隙仅仅通过刀具半径补偿。彻底消除了后续手工及抛光，电极的重复精度好于5.0 mm。 淬硬材料型腔的直接加工 由于可加工硬材料，特别是硬度在HRC46～60，高速切削能在铣削的限制内部分取代电火花加工。因为它们很少有内部尖角，间接成形用的工具如锻压或深冲压几乎可以全部被铣削加工。在切削硬材料时，材料去除率可与电火花媲美，甚至更优，不仅省略了电极的制造，而且在用同样的加工时间情况下可以获得更好的表面质量。
在扳手的锻压模的加工中，型腔全部由高速切削完成其硬度高达HRC54。加工时间为88 min。按照以前的工艺，从生产电极、电火花加工到抛光大约需17 h，下面这个例子展现的是加工时间的直接对比，一个注射模(钢1.2343，HRC56)的型腔，或者可以通过先生产电极，然后采用电火花工艺的间接加工来完成;或者直接采用高速切削技术。就加工电极而言，用常规切削工艺需8 h。而用高速切削加工同样的电极仅需30 min。这两个电极同样地用了同一台电火花加工机上来制造模具。而在淬硬的材料上采用高速切削技术直接加工同一个型腔需53 min。模具型腔的表面光洁度为Ra0.4，几乎不需进一步的手工抛光。 切割高硬度材料应用非常广泛，经济的、有意义的加工方法，很大程度上取决于部件的几何形状。表2总结了两种加工工艺的优缺点及各自的极限。 样件的快速成形 高切削速度及高进给速度可以减少加工时间，特别对于易加工材料可达到10倍以上。换句话说，对于塑料和铝合金的加工，可以采用与常规切削几乎相同的切削宽度和深度。加工参数可被直接转换为经济值。例如，用常规切削7 h才能完成的三维合成材料模型，高速切削只需30 min。高速切削技术设计、造型者在CAD设计改变后能快速生产真实模型。 对于耐热、耐磨要求较低的模型(例如吹塑模)以及批量生产之前的样件常常采用易加工材料。但往往精度要求较高。象手工抛光这样的再加工由于成本高，应该尽量避免。高速切削技术被应用在加工光学部件，加工时间由25 h缩短为 5 h，同时表面质量提高。不需要进一步抛光，表面光洁度可达到镜面要求。
高速铣削机床 为了更好地发挥高速铣床的性能，需要有与其相适应的技术。高速铣床的一个最重要的部分是高速主轴。在模具制造业中， f16 mm以下的刀具经常被选用，为此，主轴转速应高于 30 000 r/min。目前，这样高的主轴转速通过电主轴来获得，最高的主轴转速受限于主轴轴承的速度特性值。为了保证主轴和刀具夹紧系统有足够的刚性和强度，主轴轴承直径应不小于一定值。通过使用合成轴承及油雾润滑，速度特性值可以到达2.2×10E6 mm/min。这就限制了装有HSK40的电主轴的最高转速大约为40 000 r/min。 高的加速性能确保高的轮廓精度
与常规切削一样，高速切削也需要一个最小的切屑厚度来保证切削刃的合理切削状况。从技术观点来分析加工过程，高的切削速度要求有快的进给速度与之相适应。在高速切削高硬度材料的例子中，切削速度可达到400 m/min。对于直径为6 mm的双刃铣刀，以每刃进给0.1 mm计算，它需要轮廓进给速度4500 mm/min。同样大小的刀具，在加工铝时，切削速度为 1500 m/min，其轮廓进给速度应为 16 000 mm/min。 在典型的模具制造应用中，为了达到高的轮廓精度，在小半径、狭窄的轮廓加工中，仍需要高的轮廓进给率。特别在加工高硬度材料时，在进给上不应有明显延迟发生，否则刀具就会因发热过载而失去加工能力。轴的加速性能尽可能的快是非常有必要的。目前，加速度为10 m/s2可以经济合理地实现。 机床的设计完全可以满足在进给速度为10 m/min高速切削的情况下仍能保证轮廓精度在10 mm内的需求。 一个适合高速切削的CNC系统，不仅需要快的NC数据和高速切削控制算法的处理速度，而且能保证与任何CAD/CAM系统无故障地通讯。网络功能及很强的处理大数据的能力可减少机床的准备时间，避免在程序执行时发生错误。 |
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