高速切削加工技术在现代模具制造中的应用研究

韩新水

珠海格力精密模具有限公司 广东 珠海 519000

素有“工业之母”称号的模具,以重要的生产工具被广泛应用到社会工业生产的各个环节。据调查数据显示,中国市场模具在工业产品零件占比量高达80%以上,规模需求已经达到了500亿元[1],同时其生产总值也冲破了30 亿大关,在进出口贸易中也占有着一席之地。随着科学与技术的发展,社会工业技术水平也急剧增长,模具作为主要的工业零件当然也被提出了更高的要求,其中精密模具、大型模具和小型模具的精度被规范到了非常细小的范围,因此高速切削加工技术就成为了模具制造主要采用的技术之一。高速切削加工技术大范围地取代了传统的切削技术,切削速度、进给速度得到了飞跃式的进步,大大促进了模具制造的效率。

一、高速切削加工技术的概述

高速切削是自动化机床中常采用的一种金属加工方式。高速切削的刀具速度及进给速度较传统的切削实现了成倍的增长,又因为切削厚度变小,所以切屑会比传统切削会薄一些。另外,按照萨洛蒙曲线理论,高速切削加工技术的速度达到了一定高度,它的切削温度反而会比传统切削要低,同时单位功率的金属切除率较传统切削提高了40%左右,切削力降低了30%,刀具的切削寿命提高了以往的70%,能够为模具制造加工产业提供高质又高效的加工技术。

二、高速切削加工技术在模具制造中的应用

1.高速切削加工技术在模具制造中的突出优势

(1)切削速度大,生产效率有效提高。高速切削加工刀具转速和进给速度都非常大,可以允许使用比较高的进给率,因此高速切削加工技术在同一时间内能够将加工作业内容提高五到十倍,且能够大大提高材料切除率,从而能够在最短时间内完成模具制造作业。

(2)切削力小,提高加工的精细度。高速切削的切刀宽度和深度都很小,使得刀具、工件变形小,保持了尺寸的精确性,同时切削力度也不大,会比传统的切削度要小一些,更加适用于于一些加工刚性较差和厚度薄的精细零件加工,实现了高精度、低粗糙度加工,使模具制造加工更加精细化。

(3)振动减少,模具加工质量得到提高。高速切削加工技术的切削力度更小,因此切削力产生的振动也会随之减少；同时高速旋转的速度提高也会促使切削的工作评率远离工艺系统的固有评率,从而能够有效避免共振的产生,也能在一定程度上减少振动的评率。另外,切削力度小转速大可以有效地降低低阶切削振动,低阶切削振动较低到几乎消失的程度,因此也可以降度低阶振动对模具表面的影响,从而使模具表面更加平滑,从而提高了加工的质量。

(4)降低加工能耗,节省制造资源。由于单位功率的金属切除率高、能耗低以及工件的制作加工的时间短,从而提高了能源和设备的利用率。

(5)直接加工淬火后的材料,简化工艺流程。淬火作为一种热加工工艺,被大量使用于模具制造生产作业中,而传统的切削加工不能加工淬火[2]后的材料,淬火后的材料需要人工修正或者放电加工进行加工,因此工艺流程较为复杂。高速切削加工技术可以直接加工淬火后的材料,能够免去人工修正或者放电加工这一步骤,简化了工艺流程,又能够避免由放电加工造成的表面硬化现象,又能够提高加工的质量。

2.高速切削加工技术在模具制造中对机床的要求。高速切削技术是如今切削技术发展的前端,与CNC 技术、微电子技术、新材料和新结构等基础相结合,体现了其在模具制造中的高效应用,为了保证其效能,高速加工技术对机床也有一定的要求：快速进给速度根据不同需求有不同标准,一般控制在每分钟30-60米；机床转速要满足每分钟到1000-5000r通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.0002英寸；处理器要求32位或者64为,具备较高的数据传输效率；根据生产种类而选择立、卧式加工中心。

我国自动化机床目前的使用率大约在20%左右,高速机床使用率只达到4%左右,且高速机床制作难度大、技术含量高,其性能与国外相比还存在一定的差距,未能为我国高速切削技术提供高效能的机床基础。

3.高速切削的刀具技术。高速切削加工技术的运用对刀具也有一定的要求,然而当前使用的刀具成本高、耐用度差,同时适用于切削工艺的刀具加速度、直径等参数未能达到使用标准。为了促进我国高速切削加工技术的发展,保障其在模具制造中发挥理想的效能,需要加大力度研究和发展高速切削国产涂层刀具和刀柄,脱离以来进口刀具,或得社会多方部门的支持,从而加大研发力度；另外,为了解决适合刀具切削工艺的参数,要跟根据刀具本身的差异、模具原料的差异、机床的差异,进而在加工作业过程中纪录下实际数据,从而与刀具生产参数相比较,提高刀具参数的科学性。

三、高速切削加工技术在模具制造中发展的现状

高速切削加工技术作为切削技术的发展前端,较传统切削技术具备一系列优势,然而高速切削加工技术仍然还在探索阶段,社会对高速切削加工技术的直接经验还是不足,仍然存在需要突破的问题。实际上,由于模具制造行业并不十分重视高速切削交工技术,并未将其真正纳入实际生产过程中,也缺乏优异的行业实践环境,因此我国的机床行业与国外同行业一流水平差距还是较大,且需要花费数十年的时间才能赶超。

四、结语

高速切削加工技术在现代模具制造行业中能够发挥高质量的工作效率,模具市场的高速发展也对其产生了强烈的需求。然而,高速切削加工技术在实际生产中因为技术不佳、发展基础差、发展缓慢等还未能在现代模具制造业中大范围地应用。因此,高速切削加工技术需要得到社会各方面支持,从而营造技术发展的良好氛围和资金环境,促进切削在模具制造中能够实现效能。