模具数字化制造技术
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高速切削加工需配备适宜的刀具。硬质合金涂层 刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用使得刀具同时兼具高 硬度的刃部和高韧性的基体成为可能,促进了高速加工 的发展。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的硬度可达 3500～4500HV,聚晶金刚石(PCD)硬度可达 6000～10000HV。近年来,德国SCS、日本三菱 (神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外 著名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具,不仅有高 速切削普通结构钢的刀具,还有直接高速切削淬硬钢的 陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具在淬硬钢的半精 加工和精加工中发挥着巨大作用。
⑥工件发热少、切削力减小,热变形小,结合 CAD/CAM技术用于快速加工电极,特别是形状 复杂、薄壁类易变形的电极。
高速精加工的高表面质量模具
形状复杂、薄壁类易变形的电极
（2）工模具的高速切削机床
(1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工 模具要用小直径刀具,主轴转速达到15000～20000rmp 以上。主轴转速在10000rpm以下 的机床可以进行粗加工 和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加 工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主 轴。
3.6 模具数字化制造技术
3.6.1模具的高速切削加工技术 3.6.2大面积电子束的模具精加工技术 3.6.3基于逆向工程的模具AD/CAM/DNC技术 3.6.4快速模具制造技术及其应用 3.6.5模具设计和加工技术的发展方向
3.6.1模具的高速切削加工技术
（1）高速切削加工技术的特点加 （2）工模具的高速切削机床 （3）高速切削模具的刀具技术 （4）高速切削模具的工艺技术
（1）电子束镜面加工装置的规格 （2）加工特性
（1）电子束镜面加工装置的规格
（2)加工特性
照射前后表面粗糙度的比较
电子束的去除量
不同加工面对电子束照射表面层的影响
盐水喷雾试验
电子束镜面加工装置表面精加工特性
1. 电子束照射能降低表面粗糙度值。 2. 电子束照射只是在最表面层上进行均 匀地予以
去除。 3. 电子束照射能使表面生成非晶化层。 4. 电子束照射能大幅度提高耐蚀性。 5. 电子束照射能增强防水性。 6. 电子束照射能在模具精加工中实现新的、高效率
无需手工抛光工序。
3.6.Biblioteka Baidu 基于逆向工程的模具 CAD/CAM/DNC技术
数字化CAD/CAM/DNC逆向工程一般可分为5个阶段:
（1）高速切削加工技术的特点
高速切削加工模具是利用机床的高转速和高进给速度,以 切削方式完成模具的多个生产工序。高速切削加工模具的优 越性主要表现在以下几个方面：
①高速切削粗加工和半精加工,大大提高金属切除率。 ②采用高速切削机床、刀具和工艺,可加工淬硬材料。对 于小型模具,在材料热处理后,粗、精加工可以在一次装夹中 完成;对于大型模具,在热处理前粗加工和半精加工,热处理淬 硬后精加工。
③高速高精度硬切削代替光整加工,减少大量耗时的手工 修磨,比电火花加工提高效率50%。
④硬切削加工最后成型表面,提高表面质量、形状精 度(不仅表面粗糙度低,而且表面光亮度高),用于 复杂曲面的模具加工更具优势。
⑤避免了电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹 现象,大大减少了模具精加工后的表面损伤,提高 模具寿命20%。
一般来说,要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以 上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长 度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实 际统计,在使用碳氮化钛(TICN)涂层的整体硬质 合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀 具线速度约为100m/min,而精加工和超精加工 时,线速度超过了280m/min。据国内高速精加 工模具的经验,采用小直径球头铣刀进行模具精加 工时,线速度超过了400m/min。这对刀具材料 (包括硬度、韧性、红硬性)、刀具形状(包括排屑 性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有 很高的要求。因此,在高速硬切削精加工模具时,不 仅要选择高速度的机床, 而且必须合理选用刀具和 切削工艺。
(2)机床快速进给对快速空行程要求不太高。但要具有比 较高的加工进给速度(30～60m/min)和高加减速度。
(3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、 轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
(4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高 速切削模具的软件。
（3）高速切削模具的刀具技术
③选择合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具要求比普 通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。
④采取多种方法提高刀具寿命,如合适的进给量、进刀方式、 润滑方式等,以降低刀具成本。 ⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀 具,同时应注意刀具装夹后主轴系 统的整体动平衡。
（4）高速切削模具的工艺技术
在高速加工模具时,要重点注意以下几个方面: ①根据不同的加工对象,合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和 金刚石烧结层刀具。
②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工, 通常精加工刀具 直径<10mm。根据被加工材料以及硬度,所选择的刀具直径 也不同。在刀具材料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂 层刀具润滑条件好,在切削模具钢时,具有比TiCN硬质合金涂 层刀具更好的抗磨损性能。
③小进给量、小刀纹切削。通常进给量小于铣刀直径 10%,进给宽度小于铣刀直径40%。
④保留均匀精加工余量。 ⑤保持单刃切削。
内拐角以圆弧过渡
螺旋线进给切削
直线斜向进给切入
螺旋线进给切入
螺旋线进给加工平面
高速铣削加工孔
在等平面上加工轮廓
以螺旋线或摆线路径进给加工槽
大面积电子束的模具精加工技术
高速加工模具工艺处理应该遵循以下原则: ①采用小直径刀具精加工时,切削速度随着材料硬度的增
加而降低。 ②保持相对平稳的进给量和进给速度,切削载荷连续,减
少突变,缓进缓退。避免直接垂直向下进刀而导致崩刃:斜 线轨迹进刀的铣削力逐渐加大,对刀具和主轴的冲击小,可 明显减少崩刃;螺旋式轨迹进刀切入,更适合型腔模具的高 速加工。
⑥工件发热少、切削力减小,热变形小,结合 CAD/CAM技术用于快速加工电极,特别是形状 复杂、薄壁类易变形的电极。
高速精加工的高表面质量模具
形状复杂、薄壁类易变形的电极
（2）工模具的高速切削机床
(1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工 模具要用小直径刀具,主轴转速达到15000～20000rmp 以上。主轴转速在10000rpm以下 的机床可以进行粗加工 和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加 工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主 轴。
3.6 模具数字化制造技术
3.6.1模具的高速切削加工技术 3.6.2大面积电子束的模具精加工技术 3.6.3基于逆向工程的模具AD/CAM/DNC技术 3.6.4快速模具制造技术及其应用 3.6.5模具设计和加工技术的发展方向
3.6.1模具的高速切削加工技术
（1）高速切削加工技术的特点加 （2）工模具的高速切削机床 （3）高速切削模具的刀具技术 （4）高速切削模具的工艺技术
（1）电子束镜面加工装置的规格 （2）加工特性
（1）电子束镜面加工装置的规格
（2)加工特性
照射前后表面粗糙度的比较
电子束的去除量
不同加工面对电子束照射表面层的影响
盐水喷雾试验
电子束镜面加工装置表面精加工特性
1. 电子束照射能降低表面粗糙度值。 2. 电子束照射只是在最表面层上进行均 匀地予以
去除。 3. 电子束照射能使表面生成非晶化层。 4. 电子束照射能大幅度提高耐蚀性。 5. 电子束照射能增强防水性。 6. 电子束照射能在模具精加工中实现新的、高效率
无需手工抛光工序。
3.6.Biblioteka Baidu 基于逆向工程的模具 CAD/CAM/DNC技术
数字化CAD/CAM/DNC逆向工程一般可分为5个阶段:
（1）高速切削加工技术的特点
高速切削加工模具是利用机床的高转速和高进给速度,以 切削方式完成模具的多个生产工序。高速切削加工模具的优 越性主要表现在以下几个方面：
①高速切削粗加工和半精加工,大大提高金属切除率。 ②采用高速切削机床、刀具和工艺,可加工淬硬材料。对 于小型模具,在材料热处理后,粗、精加工可以在一次装夹中 完成;对于大型模具,在热处理前粗加工和半精加工,热处理淬 硬后精加工。
③高速高精度硬切削代替光整加工,减少大量耗时的手工 修磨,比电火花加工提高效率50%。
④硬切削加工最后成型表面,提高表面质量、形状精 度(不仅表面粗糙度低,而且表面光亮度高),用于 复杂曲面的模具加工更具优势。
⑤避免了电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹 现象,大大减少了模具精加工后的表面损伤,提高 模具寿命20%。
一般来说,要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以 上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长 度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实 际统计,在使用碳氮化钛(TICN)涂层的整体硬质 合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀 具线速度约为100m/min,而精加工和超精加工 时,线速度超过了280m/min。据国内高速精加 工模具的经验,采用小直径球头铣刀进行模具精加 工时,线速度超过了400m/min。这对刀具材料 (包括硬度、韧性、红硬性)、刀具形状(包括排屑 性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有 很高的要求。因此,在高速硬切削精加工模具时,不 仅要选择高速度的机床, 而且必须合理选用刀具和 切削工艺。
(2)机床快速进给对快速空行程要求不太高。但要具有比 较高的加工进给速度(30～60m/min)和高加减速度。
(3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、 轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
(4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高 速切削模具的软件。
（3）高速切削模具的刀具技术
③选择合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具要求比普 通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。
④采取多种方法提高刀具寿命,如合适的进给量、进刀方式、 润滑方式等,以降低刀具成本。 ⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀 具,同时应注意刀具装夹后主轴系 统的整体动平衡。
（4）高速切削模具的工艺技术
在高速加工模具时,要重点注意以下几个方面: ①根据不同的加工对象,合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和 金刚石烧结层刀具。
②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工, 通常精加工刀具 直径<10mm。根据被加工材料以及硬度,所选择的刀具直径 也不同。在刀具材料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂 层刀具润滑条件好,在切削模具钢时,具有比TiCN硬质合金涂 层刀具更好的抗磨损性能。
③小进给量、小刀纹切削。通常进给量小于铣刀直径 10%,进给宽度小于铣刀直径40%。
④保留均匀精加工余量。 ⑤保持单刃切削。
内拐角以圆弧过渡
螺旋线进给切削
直线斜向进给切入
螺旋线进给切入
螺旋线进给加工平面
高速铣削加工孔
在等平面上加工轮廓
以螺旋线或摆线路径进给加工槽
大面积电子束的模具精加工技术
高速加工模具工艺处理应该遵循以下原则: ①采用小直径刀具精加工时,切削速度随着材料硬度的增
加而降低。 ②保持相对平稳的进给量和进给速度,切削载荷连续,减
少突变,缓进缓退。避免直接垂直向下进刀而导致崩刃:斜 线轨迹进刀的铣削力逐渐加大,对刀具和主轴的冲击小,可 明显减少崩刃;螺旋式轨迹进刀切入,更适合型腔模具的高 速加工。