高速切削加工技術(shù)在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用研究

韓新水

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519000

素有“工業(yè)之母”稱號(hào)的模具,以重要的生產(chǎn)工具被廣泛應(yīng)用到社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,中國市場(chǎng)模具在工業(yè)產(chǎn)品零件占比量高達(dá)80%以上,規(guī)模需求已經(jīng)達(dá)到了500億元[1],同時(shí)其生產(chǎn)總值也沖破了30 億大關(guān),在進(jìn)出口貿(mào)易中也占有著一席之地。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,社會(huì)工業(yè)技術(shù)水平也急劇增長,模具作為主要的工業(yè)零件當(dāng)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規(guī)范到了非常細(xì)小的范圍,因此高速切削加工技術(shù)就成為了模具制造主要采用的技術(shù)之一。高速切削加工技術(shù)大范圍地取代了傳統(tǒng)的切削技術(shù),切削速度、進(jìn)給速度得到了飛躍式的進(jìn)步,大大促進(jìn)了模具制造的效率。

一、高速切削加工技術(shù)的概述

高速切削是自動(dòng)化機(jī)床中常采用的一種金屬加工方式。高速切削的刀具速度及進(jìn)給速度較傳統(tǒng)的切削實(shí)現(xiàn)了成倍的增長,又因?yàn)榍邢骱穸茸冃?所以切屑會(huì)比傳統(tǒng)切削會(huì)薄一些。另外,按照薩洛蒙曲線理論,高速切削加工技術(shù)的速度達(dá)到了一定高度,它的切削溫度反而會(huì)比傳統(tǒng)切削要低,同時(shí)單位功率的金屬切除率較傳統(tǒng)切削提高了40%左右,切削力降低了30%,刀具的切削壽命提高了以往的70%,能夠?yàn)槟＞咧圃旒庸ぎa(chǎn)業(yè)提供高質(zhì)又高效的加工技術(shù)。

二、高速切削加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

1.高速切削加工技術(shù)在模具制造中的突出優(yōu)勢(shì)

(1)切削速度大,生產(chǎn)效率有效提高。高速切削加工刀具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都非常大,可以允許使用比較高的進(jìn)給率,因此高速切削加工技術(shù)在同一時(shí)間內(nèi)能夠?qū)⒓庸ぷ鳂I(yè)內(nèi)容提高五到十倍,且能夠大大提高材料切除率,從而能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成模具制造作業(yè)。

(2)切削力小,提高加工的精細(xì)度。高速切削的切刀寬度和深度都很小,使得刀具、工件變形小,保持了尺寸的精確性,同時(shí)切削力度也不大,會(huì)比傳統(tǒng)的切削度要小一些,更加適用于于一些加工剛性較差和厚度薄的精細(xì)零件加工,實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工,使模具制造加工更加精細(xì)化。

(3)振動(dòng)減少,模具加工質(zhì)量得到提高。高速切削加工技術(shù)的切削力度更小,因此切削力產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)隨之減少；同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的速度提高也會(huì)促使切削的工作評(píng)率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有評(píng)率,從而能夠有效避免共振的產(chǎn)生,也能在一定程度上減少振動(dòng)的評(píng)率。另外,切削力度小轉(zhuǎn)速大可以有效地降低低階切削振動(dòng),低階切削振動(dòng)較低到幾乎消失的程度,因此也可以降度低階振動(dòng)對(duì)模具表面的影響,從而使模具表面更加平滑,從而提高了加工的質(zhì)量。

(4)降低加工能耗,節(jié)省制造資源。由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的制作加工的時(shí)間短,從而提高了能源和設(shè)備的利用率。

(5)直接加工淬火后的材料,簡化工藝流程。淬火作為一種熱加工工藝,被大量使用于模具制造生產(chǎn)作業(yè)中,而傳統(tǒng)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電加工進(jìn)行加工,因此工藝流程較為復(fù)雜。高速切削加工技術(shù)可以直接加工淬火后的材料,能夠免去人工修正或者放電加工這一步驟,簡化了工藝流程,又能夠避免由放電加工造成的表面硬化現(xiàn)象,又能夠提高加工的質(zhì)量。

2.高速切削加工技術(shù)在模具制造中對(duì)機(jī)床的要求。高速切削技術(shù)是如今切削技術(shù)發(fā)展的前端,與CNC 技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)相結(jié)合,體現(xiàn)了其在模具制造中的高效應(yīng)用,為了保證其效能,高速加工技術(shù)對(duì)機(jī)床也有一定的要求：快速進(jìn)給速度根據(jù)不同需求有不同標(biāo)準(zhǔn),一般控制在每分鐘30-60米；機(jī)床轉(zhuǎn)速要滿足每分鐘到1000-5000r通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.0002英寸；處理器要求32位或者64為,具備較高的數(shù)據(jù)傳輸效率；根據(jù)生產(chǎn)種類而選擇立、臥式加工中心。

我國自動(dòng)化機(jī)床目前的使用率大約在20%左右,高速機(jī)床使用率只達(dá)到4%左右,且高速機(jī)床制作難度大、技術(shù)含量高,其性能與國外相比還存在一定的差距,未能為我國高速切削技術(shù)提供高效能的機(jī)床基礎(chǔ)。

3.高速切削的刀具技術(shù)。高速切削加工技術(shù)的運(yùn)用對(duì)刀具也有一定的要求,然而當(dāng)前使用的刀具成本高、耐用度差,同時(shí)適用于切削工藝的刀具加速度、直徑等參數(shù)未能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。為了促進(jìn)我國高速切削加工技術(shù)的發(fā)展,保障其在模具制造中發(fā)揮理想的效能,需要加大力度研究和發(fā)展高速切削國產(chǎn)涂層刀具和刀柄,脫離以來進(jìn)口刀具,或得社會(huì)多方部門的支持,從而加大研發(fā)力度；另外,為了解決適合刀具切削工藝的參數(shù),要跟根據(jù)刀具本身的差異、模具原料的差異、機(jī)床的差異,進(jìn)而在加工作業(yè)過程中紀(jì)錄下實(shí)際數(shù)據(jù),從而與刀具生產(chǎn)參數(shù)相比較,提高刀具參數(shù)的科學(xué)性。

三、高速切削加工技術(shù)在模具制造中發(fā)展的現(xiàn)狀

高速切削加工技術(shù)作為切削技術(shù)的發(fā)展前端,較傳統(tǒng)切削技術(shù)具備一系列優(yōu)勢(shì),然而高速切削加工技術(shù)仍然還在探索階段,社會(huì)對(duì)高速切削加工技術(shù)的直接經(jīng)驗(yàn)還是不足,仍然存在需要突破的問題。實(shí)際上,由于模具制造行業(yè)并不十分重視高速切削交工技術(shù),并未將其真正納入實(shí)際生產(chǎn)過程中,也缺乏優(yōu)異的行業(yè)實(shí)踐環(huán)境,因此我國的機(jī)床行業(yè)與國外同行業(yè)一流水平差距還是較大,且需要花費(fèi)數(shù)十年的時(shí)間才能趕超。

四、結(jié)語

高速切削加工技術(shù)在現(xiàn)代模具制造行業(yè)中能夠發(fā)揮高質(zhì)量的工作效率,模具市場(chǎng)的高速發(fā)展也對(duì)其產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求。然而,高速切削加工技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中因?yàn)榧夹g(shù)不佳、發(fā)展基礎(chǔ)差、發(fā)展緩慢等還未能在現(xiàn)代模具制造業(yè)中大范圍地應(yīng)用。因此,高速切削加工技術(shù)需要得到社會(huì)各方面支持,從而營造技術(shù)發(fā)展的良好氛圍和資金環(huán)境,促進(jìn)切削在模具制造中能夠?qū)崿F(xiàn)效能。