基于高速切削的模具加工研究

摘要：高速切削技术已成为现代模具制造业的发展方向，给模具加工技术带来了巨大的变革。本文重点研究高速切削对模具粗糙度的影响，并探讨适合模具加工的高速切削加工工艺及优化。关键词：高速切削模具表面粗糙度加工技术介绍近年来，高速切削技术在欧美等发达国家得到了广泛应用。以模具加工为例，大量的高速切割机正在逐步取代电加工设备，高效精密地加工模具型腔。目前，在国内模具制造加工中，普通加工和电火花加工是主要方法。工艺复杂，效率低，周期长，使得如今市场上的产品越来越难以替代。高速切削技术以其高速、高质量和直接加工淬硬钢的特点，在缩短模具制造周期、降低成本方面具有广阔的应用前景。高速切削技术可以追溯到20世纪30年代德国卡尔所罗门博士提出的高速切削理论。与传统切削相比，高速切削具有更高的切削速度和加工效率。且加工表面质量高，可直接加工硬度为50-60 HRC的硬化材料，实现“以切代磨”。与传统模具加工中的电火花加工相比，高速切削省去了电极设计和加工的过程，显著提高了加工精度，大大减少甚至取消了钳工的抛光量和磨削量，大大提高了加工效率。统计表明，对于一般复杂的模具，高速切削至少可以减少40%甚至更多的加工周期。即使对于一些形状特别复杂的模具型腔(如深槽、狭缝)，仍然需要电火花加工，高速铣削也有助于获得更高质量的石墨电极。1高速切削中模具表面粗糙度的研究。表面粗糙度是模具表面质量的一个非常重要的指标。高速切削对表面粗糙度的影响可以通过实验来完成。实验条件为：切削材料为模具钢3Cr2Mo，刀具材料为SG4陶瓷，刀具直径为100mm，主偏角为75，轴向前角和径向前角为0，单刃。观察了切削速度、进给速度、轴向和径向切削深度对表面粗糙度的影响。实验结果表明，粗糙度随着切削速度的增加而减小。当速度达到1000mm/min时，表面粗糙度达到最小值，完全达到磨削效果。在高速切削过程中，随着切削速度的提高，刀具与工件的接触挤压时间缩短，工件的塑性变形减小。高切削速度不利于切屑结块的形成，因此可以获得更好的表面质量。另一方面，主轴的高转速也使得切削时机床的激振频率很高，远大于工艺系统的固有频率，从而降低了共振的可能性，有利于提高加工精度和表面质量。在实验中，当切削速度超过1000mm/min时，Ra再次增大，这主要是由刀具磨削引起的。与切削速度相比，高速切削时进给速度、轴向切削深度和径向切削深度的增加会使表面粗糙度变大。因此，从实验中可以得出结论，在选择高速切削的切削参数时，应选择较高的切削速度，较低的进给速度和切削深度更有利于提高表面粗糙度。2模具的高速切削工艺2.1切削方式在确定模具的加工工艺时，要考虑高速切削的要求，尽量选择铣削工艺。在铣削过程中，刀具刚切入工件时产生的切屑厚度最大，然后逐渐减小。而反铣则正好相反，所以反铣时刀具与工件之间的摩擦力更大，刀片上产生的热量比正铣多，径向力也大大增加，从而降低了刀具的寿命。2.2进给方式加工模具时，避免直接垂直进给方式。倾角

斜进给方式是将轴向切削深度逐渐增大到设定的轴向切削深度值，铣削力逐渐增大，对刀具和主轴的冲击较小，可以明显减少崩刃现象。螺杆进给从工件顶部开始，螺杆向下切入工件。由于是连续加工方式，容易保证加工精度，速度没有突变，所以可以较高的速度进行加工。2.3进给方式在高速切削中，对刀具进给路径的设定提出了更高的要求。在高速切削中，由于切削速度和进给速度都很快，如果进给方式不合理，容易造成切削过程中切削载荷的突变，给加工带来冲击，破坏加工质量，损坏刀具甚至设备。这种损伤比普通切割严重得多。因此，在高速切削时，应根据不同的加工对象和形状选择相应的刀具路径，而不是一味地追求高速度和高效率。在模具型腔加工中，大部分刀具的运动轨迹不是简单的直线而是曲线运动。这时候要特别注意高速运动带来的惯性效应。当切割方向改变时，这种改变是渐进的，而不是突然的。比如模具型腔切角时，尽量采用圆弧过渡，使车削光滑。同时，如果能适当降低进给速度，效果会更好。这种设置可以减少对系统的冲击，避免过切造成刀具或工件的损坏。在传统的型腔拐角加工方法中，一般采用直线切割。接近拐角时，移动速度减慢，进给换向完成。这期间刀具的运动是不连续的，在间歇过程中会产生大量的摩擦和热量；拐角设置为圆弧过渡后，数控机床的圆弧插补运动是一个连续的过程，不会出现刀具的间歇运动，从而减少刀具与工件的接触长度和时间，避免过热影响模具表面质量。高速切削时，要保持刀具轨迹稳定，避免速度急剧变化。因为突然加速或减速会导致切削厚度的瞬间变化，从而导致切削力的变化，使加工不稳定，从而降低工件的加工质量。许多现代CAM软件都提供了优化切削速度的功能，因此需要根据需要选择合适的切削速度和加减速策略，以减少速度变化对加工的影响。结论在模具型腔中采用高速切削可以大大提高模具制造的加工效率，对国内模具行业具有良好的推广前景。在高速切削的实际应用中，不同于传统加工，它取决于对模具的具体要求。