淬硬模具高速銑削加工刀具技術分析

   1引言

    模具是技術型產品和典型的非定型產品，每套模具都要進行創造性的設計、加工數控編程、生產準備、機械加工、裝配及試模等階段，所經過的周期較長，特別是其機械加工費時。因此，如何提高生產效率、縮短開發周期、提高模具製造水平、降低生產成本一直是模具製造企業面臨的難題。

    無論是衝壓模具還是鍛壓模具，構成模具型腔的材料一般都是採用高強度的耐磨材料製造（如各種牌號的合金工具鋼和不鏽鋼等）。這些材料經過淬火熱處理後的硬度很高，一般可達到50HRC以上，很難用常規機械加工方法進行切削精加工。

    長期以來，對付這類難加工材料的最好辦法就是採用電火花（EDM）特種加工方法，電火花加工存在兩個明顯的缺點：一是生產效率低，二是加工質量難以保證。

    高速切削加工技術的出現為模具製造技術帶來了嶄新的途徑。與電火花（EDM）加工相比，高速切削加工具有生產效率高、產品質量好、能加工型腔較複雜的硬質零件和薄壁零件等優點。因此，自20世紀90年代以來，國外模具工業開始採用高速切削方法進行模具型腔的精加工。

    據統計，目前工業已開發國家已有85％模具的電加工工藝被高速切削加工工藝所取代，高速切削加工在國際模具製造工藝中的主流地位已確立。我國在20世紀90年代也開始重視高速切削加工技術的研究與應用。高速切削加工模具的關鍵技術是刀具技術和工具機技術。本文分析了淬硬模具高速銑削加工刀具的相關技術。

    2高速銑削淬硬模具的優點

    在高速切削加工中最常用的加工方法是高速銑削，用高速銑削模具代替電火花加工模具具有如下優點。

    （1）加工質量好

    用傳統電火花加工方法加工模具時，在對工件表面局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理-機械性能會受到一定損傷，常常會在型腔表面產生微細裂紋，難以保證工件加工質量。高速銑削以高於常規銑削速度10倍左右的切削速度對零件進行加工，毛坯的餘量還來不及充分變形就瞬間被切離工件，工件表面的殘餘應力非常小。同時，高速銑削過程中工具機主軸轉速極高（8000r/min～100000r/min），「工具機－夾具－工件－刀具」工藝系統的激振頻率遠遠高於其固有頻率範圍，零件加工過程平穩無衝擊。因此，零件的加工精度高，表面質量好。經過高速銑削的模具型腔，表面質量可達到磨削的水平，故可省去後續的磨削加工工序。

    （2）生產效率高

    由於電火花加工是靠放電燒蝕進行的「微切削」，加工過程非常緩慢，同時，模具型腔表面粗糙度也達不到模具的要求，往往經過電火花加工後還需進行費時的手工研磨和拋光模具，因此這種工藝生產效率極低。在加工中心或高速銑床上切削加工模具，其加工過程本身的效率比電火花加工高出好幾倍。同時，可以在工件一次裝夾中完成型腔的粗、精加工及模具其它部位的機械加工，即實現所謂的「一次過」技術（OnePassMachining）。此外，該技術不需

    要做電極及後續的手工研磨和拋光，容易實現加工過程的自動化。因此，高速加工技術的應用使模具開發速度大為提高。

    （3）能加工形狀複雜的硬質零件和薄壁零件

    由高速切削機理可知，高速銑削時切削力大為減少，切削過程變得比較輕鬆。高速切削可以加工材料硬度達60HRC以上的淬硬鋼，可以不用切削液，即所謂的硬切削（HardMachining）和干切削（DryMachining）。更為突出的是，在高速銑削中橫向切削力很小，這對加工複雜模具型腔中的一些細筋和薄壁（壁厚可小於1mm）極其有利。當然，高速銑削加工模具也存在一定的局限。當工件材料硬度大於60HRC以上，並且具有既窄又深的型腔且倒角和圓角非常小時，高速銑削加工就顯得非常困難，而採用高速銑削和電火花加工的有機組合就可以達到較好的經濟效果。