模具加工中的高速切削技术
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工 业 技 术
模具 ］ ｃ ｍ－ 中的高速切 削技术
郑 华 新 张 清 胜
（、 １ 海马郑州汽车有限公司 ， 河南 郑州 ４ ０ １ ２ 河南安飞 电子玻璃有限公 司 ５０６ 、 河南 郑州 ４０ １ ） ５ ０ ６
热变 形小 ， 工精 度 高 。高 速铣 削轻金 属时 ， 加 由于加 工 过 程 存在 较 大 的 冲击 载荷 ，Ｃ Ｐ Ｄ和 Ｃ Ｎ刀具 的 寿命特 性并 不好 。当切削 速度达 Ｂ
到 １０ ｍｍ ｎ ， ００ ／ｉ 时 可使用 Ｋ型硬质合金刀具 ；
当切 削速 度 达 到 ２０ ｍｍｎ时 ，可 使用 金属 ００ ／ ｉ 陶瓷 刀具 ；当切削 速度 更高 时 ，可使 用 Ｐ Ｄ Ｃ 刀具 ； 高速 铣削 铝镁 合金 时 ， 可使用 Ｋ０硬质 １ 合 金刀具 。 高速 切削 （ ｉ ｐ ｅ ｕ ｉ ） Ｈ ｇ Ｓ ｅｄ Ｃ ｔｎ 是一 个相 ｈ ｔｇ 对概 念 ， 今 尚未 有一个 确切 的界定 。 迄 高速切 削通 常 指 比常 规Fra Baidu bibliotek 削 速度 和进 给速 度 高 出 ５ １ 倍 的切 削加 工 ，有 时 也称 为超 高速 切削 Ｏ （ｌａ Ｈｇ ｐｅ ｕ ｉ ） 有将主 轴转速 Ｕｎ － ｉ Ｓｅｄ Ｃ ｔｎ 。也 ｈ ｔｇ 达 到 １０ ０ ／ ｉ一 ０ ０ ｒ ｉ ，快 速进 给速 度 ０ ０ ｒ ｎ ６ ０ ０／ ｎ ｍ ａ ｒ ２ｍ ｍｎ以上 ，平 均进 给速度 ｌｒｒｎ以上 ， ０ ／ｉ Ｏ ／ｉ ｅａ 加 速度 大 于 ｌ 的切 削 加工 定义 为 高速切 削 。 ｇ 对 于不 同的工 件材 料 和加 工工艺 ，高速 切削
精 度高 ， 具不 仅要 有很 高 的加工 精度 ， 模 同时也 要有很 好 的加 工质 量 。 般地 ， 差 范 一 公 围应控 制在微 米级 。只 有高精 度 的模具 才 能 保 证产 品达 到一定 的精度 ，保 证产 品的合格 率 ， 可能延 长模 具的使 用。使 用寿命 长 ． 才有 模 具属 于 比较 昂贵 的工 艺装 备 ，其 加 工 费用 约 占成 本 的 １００３ ％，所 以要 求 模具 的 寿 ０／～０ 命 长更 有意 义 。 制 造周期 短 ，这主要 是 为了 满足 生产 的 要 求 和产品 的市场 竞争能 力 。 本低 ， 成 模具 的 成本 与模具结 构 的复杂 程度 、 具 材料 、 造 模 制 精 度要 求及 加工方 法等 有关 。所 以要合 理设 计 和制 定加 工工艺 ， 选用恰 当的加 工设 备 ， 保 证 低 的加工 成本 。 模 具形状 复杂 ，模具 的 工作部 分 一般 都 是 二维 或者 三维复 杂 曲面 ，而不是 简单 的平 面。 比如汽 车覆盖件 模具 ， 内腔 大部 分都 是 其
—
高速 切 削要 求 刀 具材 料具 有 如 下 性 能 ： 由曲面组成。 所用的材料硬度高， 一般模具都 高硬 度 、 强 度 和耐 磨性 ： 高 高韧 度 、 良好 的耐 是由淬火工具钢或硬质合金制成 ，运用传统 热冲击性 ； 高热硬性、 良好的化学稳定性。日 的加 工方法 加工较 为 困难 。 目前 在模 具加 工 前， 高速切削加工常用的刀具材料有 ： 涂层刀 制造 过程 中 ，主要 以普通 机 加工 和 电火花 加 具 、 瓷刀 具 、 方 氮 化硼 （Ｂ ） 陶 立 Ｃ Ｎ材料 和聚 品 工为 主 。 要缩 短制造 周期 并降低 成本 ， 广 金刚 石（Ｃ ） 等 。 必须 Ｐ Ｄ材料 泛采 用先进 切削加 工技 术加 工模 具 。而作 为 ３ 高速 切 削刀具 系统 ． ２ 先进 制造技 术 的高速切 削技 术 的 出现 ，正 是 刀具几 何 参数对加 工 质量 和刀具 耐用 度 满 足了模具 加工 这些要 求和特 点 。 有很 大影 响 ，一般 高速切 削刀 具 的前角 比普 ２高速 切削机 床技术 通 切 削刀具 约 小 １。后 角 约大 ５一。 刀具 Ｏ， ｏ８。 性能 良好 的高速切 削机 床是 实现 高速 切 在 高速旋 转时 ， 会承受 很大 的离 心力 ， 大小 其 削 的前提 和关键 ，而具 有 高精度 的 高速 主轴 远 远超过 切削 力 ， 为刀具 的 主要 载荷 ， 以 成 足 和 控制精 度高 的高速 进给 系统 ，则 是高 速切 导致 刀体 破碎 ， 造成重 大事 故 。
控 制精 度 高的高速 进 给系统 也是 实现 高 速 切 削的关 键技术 之一 。传 统 的滚珠 丝杠 副 传 动 系 统对 高速 进 给系 统表 现 出不 适 应性 ， 必 须对 其技 术改 进 和技 术 创新 ，才能 适应 高 速 切 削之要 求 。高速滚珠 丝杠 副传 动 系统 的
加 速 度范 围 为 ０ — ． ， 程 范围 ≤６ 用 于 ． １ ｇ行 ５ ０ ｍ， 低 档 高速数 控机 床 ；高速进 给 系统采 用 直线 电机 进 给 驱 动 系统 后 ，其 加 速 度 可高 达 ２ — １ｇ行 程 范 围不 受 限制 ， 于 高 档 高速 数 控 ０， 用 机 床 和高速 加工 中心 。 ３高速 切削 刀具技 术 刀具 技 术是 实 现 高速 切 削 的重 要 保证 。 正确选 择刀 具材料 和设 计 刀具 系统对 于提 高 加工 质量 、延长 刀具 寿命 和降低 加 工成本 都 起 着重 要作 用 。 ３ ． １高速 切 削刀具材 料
摘 要： 高速切 削是 一项 复杂 的 系统 工程 。 高速切 削不 只是切 削速 度 的提 高 ， 的发展 涉及 到 机床 、 它 刀具 、 艺和 材料 等诸 多领域 的 工 技 术 配合 和技 术创新 。 关键 词 ： 模具 加工 ； 高速切 削 ； 用 应
１模 具加工 的特 点
２ ． ２高速 进 给系统
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工 业 技 术
模具 ］ ｃ ｍ－ 中的高速切 削技术
郑 华 新 张 清 胜
（、 １ 海马郑州汽车有限公司 ， 河南 郑州 ４ ０ １ ２ 河南安飞 电子玻璃有限公 司 ５０６ 、 河南 郑州 ４０ １ ） ５ ０ ６
热变 形小 ， 工精 度 高 。高 速铣 削轻金 属时 ， 加 由于加 工 过 程 存在 较 大 的 冲击 载荷 ，Ｃ Ｐ Ｄ和 Ｃ Ｎ刀具 的 寿命特 性并 不好 。当切削 速度达 Ｂ
到 １０ ｍｍ ｎ ， ００ ／ｉ 时 可使用 Ｋ型硬质合金刀具 ；
当切 削速 度 达 到 ２０ ｍｍｎ时 ，可 使用 金属 ００ ／ ｉ 陶瓷 刀具 ；当切削 速度 更高 时 ，可使 用 Ｐ Ｄ Ｃ 刀具 ； 高速 铣削 铝镁 合金 时 ， 可使用 Ｋ０硬质 １ 合 金刀具 。 高速 切削 （ ｉ ｐ ｅ ｕ ｉ ） Ｈ ｇ Ｓ ｅｄ Ｃ ｔｎ 是一 个相 ｈ ｔｇ 对概 念 ， 今 尚未 有一个 确切 的界定 。 迄 高速切 削通 常 指 比常 规Fra Baidu bibliotek 削 速度 和进 给速 度 高 出 ５ １ 倍 的切 削加 工 ，有 时 也称 为超 高速 切削 Ｏ （ｌａ Ｈｇ ｐｅ ｕ ｉ ） 有将主 轴转速 Ｕｎ － ｉ Ｓｅｄ Ｃ ｔｎ 。也 ｈ ｔｇ 达 到 １０ ０ ／ ｉ一 ０ ０ ｒ ｉ ，快 速进 给速 度 ０ ０ ｒ ｎ ６ ０ ０／ ｎ ｍ ａ ｒ ２ｍ ｍｎ以上 ，平 均进 给速度 ｌｒｒｎ以上 ， ０ ／ｉ Ｏ ／ｉ ｅａ 加 速度 大 于 ｌ 的切 削 加工 定义 为 高速切 削 。 ｇ 对 于不 同的工 件材 料 和加 工工艺 ，高速 切削
精 度高 ， 具不 仅要 有很 高 的加工 精度 ， 模 同时也 要有很 好 的加 工质 量 。 般地 ， 差 范 一 公 围应控 制在微 米级 。只 有高精 度 的模具 才 能 保 证产 品达 到一定 的精度 ，保 证产 品的合格 率 ， 可能延 长模 具的使 用。使 用寿命 长 ． 才有 模 具属 于 比较 昂贵 的工 艺装 备 ，其 加 工 费用 约 占成 本 的 １００３ ％，所 以要 求 模具 的 寿 ０／～０ 命 长更 有意 义 。 制 造周期 短 ，这主要 是 为了 满足 生产 的 要 求 和产品 的市场 竞争能 力 。 本低 ， 成 模具 的 成本 与模具结 构 的复杂 程度 、 具 材料 、 造 模 制 精 度要 求及 加工方 法等 有关 。所 以要合 理设 计 和制 定加 工工艺 ， 选用恰 当的加 工设 备 ， 保 证 低 的加工 成本 。 模 具形状 复杂 ，模具 的 工作部 分 一般 都 是 二维 或者 三维复 杂 曲面 ，而不是 简单 的平 面。 比如汽 车覆盖件 模具 ， 内腔 大部 分都 是 其
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高速 切 削要 求 刀 具材 料具 有 如 下 性 能 ： 由曲面组成。 所用的材料硬度高， 一般模具都 高硬 度 、 强 度 和耐 磨性 ： 高 高韧 度 、 良好 的耐 是由淬火工具钢或硬质合金制成 ，运用传统 热冲击性 ； 高热硬性、 良好的化学稳定性。日 的加 工方法 加工较 为 困难 。 目前 在模 具加 工 前， 高速切削加工常用的刀具材料有 ： 涂层刀 制造 过程 中 ，主要 以普通 机 加工 和 电火花 加 具 、 瓷刀 具 、 方 氮 化硼 （Ｂ ） 陶 立 Ｃ Ｎ材料 和聚 品 工为 主 。 要缩 短制造 周期 并降低 成本 ， 广 金刚 石（Ｃ ） 等 。 必须 Ｐ Ｄ材料 泛采 用先进 切削加 工技 术加 工模 具 。而作 为 ３ 高速 切 削刀具 系统 ． ２ 先进 制造技 术 的高速切 削技 术 的 出现 ，正 是 刀具几 何 参数对加 工 质量 和刀具 耐用 度 满 足了模具 加工 这些要 求和特 点 。 有很 大影 响 ，一般 高速切 削刀 具 的前角 比普 ２高速 切削机 床技术 通 切 削刀具 约 小 １。后 角 约大 ５一。 刀具 Ｏ， ｏ８。 性能 良好 的高速切 削机 床是 实现 高速 切 在 高速旋 转时 ， 会承受 很大 的离 心力 ， 大小 其 削 的前提 和关键 ，而具 有 高精度 的 高速 主轴 远 远超过 切削 力 ， 为刀具 的 主要 载荷 ， 以 成 足 和 控制精 度高 的高速 进给 系统 ，则 是高 速切 导致 刀体 破碎 ， 造成重 大事 故 。
控 制精 度 高的高速 进 给系统 也是 实现 高 速 切 削的关 键技术 之一 。传 统 的滚珠 丝杠 副 传 动 系 统对 高速 进 给系 统表 现 出不 适 应性 ， 必 须对 其技 术改 进 和技 术 创新 ，才能 适应 高 速 切 削之要 求 。高速滚珠 丝杠 副传 动 系统 的
加 速 度范 围 为 ０ — ． ， 程 范围 ≤６ 用 于 ． １ ｇ行 ５ ０ ｍ， 低 档 高速数 控机 床 ；高速进 给 系统采 用 直线 电机 进 给 驱 动 系统 后 ，其 加 速 度 可高 达 ２ — １ｇ行 程 范 围不 受 限制 ， 于 高 档 高速 数 控 ０， 用 机 床 和高速 加工 中心 。 ３高速 切削 刀具技 术 刀具 技 术是 实 现 高速 切 削 的重 要 保证 。 正确选 择刀 具材料 和设 计 刀具 系统对 于提 高 加工 质量 、延长 刀具 寿命 和降低 加 工成本 都 起 着重 要作 用 。 ３ ． １高速 切 削刀具材 料
摘 要： 高速切 削是 一项 复杂 的 系统 工程 。 高速切 削不 只是切 削速 度 的提 高 ， 的发展 涉及 到 机床 、 它 刀具 、 艺和 材料 等诸 多领域 的 工 技 术 配合 和技 术创新 。 关键 词 ： 模具 加工 ； 高速切 削 ； 用 应
１模 具加工 的特 点
２ ． ２高速 进 给系统