模具高速加工技術（上）

高速加工技術隨著數控加工設備與高性能加工刀具技術的發展而日益成熟，極大地提高了模具加工速度，減少了加工工序，縮短甚至消除了耗時的鉗工修復工作，從而大大地縮短了模具的生產周期。模具的高速加工技術逐漸成為我國模具工業技術改造最主要的內容之一。什么是高速加工？高速加工與傳統加工在加工工藝上有什么區別？高速加工對加工設備、刀具、夾具及相應的CAD/CAM系統提出了什么特殊的要求？高速加工有哪些技術優勢？這些一直是我國模具行業面臨的主要問題。
　　英國Delcam公司是世界上最早致力于高速加工工藝及相應CAD/CAM技術研究的專業CAD/CAM集成系統開發商之一。該公司也是世界上唯一擁有大型模具加工車間的CAD/CAM軟件系統開發商。Delcam公司模具車間自1985年購進多臺Briageport VF1000高速加工中心，又于1995年引進行程為6m的Mecof 5軸聯動高速加工中心，以進一步加強高速加工工藝及CAM系統的研究。1999年3月又成功地舉辦了歐洲首屆HSM技術研討會暨HSM現場加工展示會，來自世界各地的100多位專家介紹了各自的經驗。
　　高速加工技術在我國剛剛起步，眾多企業非常關注高速加工的發展及在模具行業的應用，以及高速加工的工藝特點，高速加工對設備、刀具的特殊要求以及高速加工對CAD/CAM系統的特殊要求。故將Delcam HSM技術研討會暨HSM現場加工展示會的資料整理成文，希望與我國從事模具高速加工的工程技術人員交流。
　　關于高速加工的定義
　　60多年前，Salomon提出高速加工的概念，并對高速加工進行了深入的研究，其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加，當切削線速度達到某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。從圖1可看出，以刀具磨損的切削力為限制條件，前一個低于該值的區域是傳統加工，后一個低于該值的區域為高速加工。由此也可看出，不同材料有不同的加工臨界值，有其高速加工的特定范圍。刀具材料與質量是高速加工最主要的限制條件之一，故高速加工不僅決定于主軸速度與刀具直徑，還與所切削的材料、刀具壽命及加工工藝等綜合因素有關。
　　高速加工是緣起自航空鋁合金材料零件的加工，高水平合金涂層刀具的壽命不是主要的限制因素。高速加工主要受設備主軸速度及材料熔點的限制，一般主軸速度為50000～60000r/min或更高。本文主要關注塑料模具、壓鑄模具、沖壓模具及鍛模等用的合金模具鋼的高速加工，這種材料的硬度一般超過洛氏50度，故高速加工的限制因素主要是刀具壽命，而非鋁加工中的主軸速度。對于小型模具細節結構的加工，主軸速度可達40000r/min以上，而大型汽車覆蓋件模具的加工，一般主軸速度12000r/min以上的加工即可稱為高速加工。
　　高速加工的分類及優勢
　　Delcam高速加工的研究表明，高速加工按其目的而言應分為兩類，即以實現單位時間去除材料量最大為目的的高速加工，和以實現高質量加工表面與細節結構為目的的高速加工。任何模具的高速加工都是這兩類技術的綜合運用。相對而言，后者因極大地減少了鉗工拋光、修復時間，減少甚至消除了部分工序，因而大大縮短了模具的生產周期。與傳統加工方式相比，高速加工(HSM)的優勢如下：
　　高速加工提高了模具加工的速度
　　對于精加工，從材料去除速度而言，高速加工比一般加工快四倍以上——盡管高速加工采取了非常小的進給速度與切深，對粗加工而言高速加工可理解為45m3/min的切削量。
　　高速加工可獲得高質量的加工表面
　　因高速加工采取了極小的進給量與切深，故可獲得很高的表面質量，有時甚至可以省去鉗工修光的工序，因表面質量的提高又省去了修光及點火花等工序所需的時間。
　　簡化了加工工序
　　傳統銑削加工只能在淬火之前進行，因淬火造成的變形必須要經手工修整或采用電加工最終成形�，F在則可以通過高速加工完成，省去了電極材料、電極加工編程及加工，以及電加工過程所需所有費用，而且不會出現電加工所導致的表面硬化。另外，由于高速加工切削量減少，便可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細節進行加工，節省了部分加工或手工修整工藝。減少人工修光時間及工藝的簡化對縮短生產周期的貢獻甚至可超過高速加工速度提高而產生的價值。
　　使模具修復過程變得更加方便
　　模具在使用過程中往往需要多次修復，以延長使用壽命，過去主要是靠電加工來完成，如果采用高速加工可以更快地完成該工作，而且可使用原NC程序，無需重新編制，且能做到精確無誤。