高速加工(HSM)通常是指高的主轴转速(10,000-100,000rΠmin)、高的进给速度(40m-180mΠmin)下的铣削加工。高速加工一般采用高的铣削速度和快速多次走刀来提高效率,小直径刀具,适当的进给量,小的径向和轴向切削深度,即切削体积。高速加工在实际应用中能解决新材料的加工问题,适应表面质量高、精度高、形状复杂的三维曲面加工,减少和避免效率低的电火花加工,解决薄壁零件的加工问题,数控高速复合加工还可以减少搬运与装夹次数,避免重复定位带来的加工误差等,既提高了加工质量,又提高了加工效率。
高速加工技术逐渐应用于加工铸铁和硬铝合金,尤其是加工大型覆盖件冲压模、锻模、压铸模和注射模。目前国际上高速切削加工技术主要应用于模具、航空航天和汽车工业等复杂曲面的加工领域。国内高速切削加工技术的研究与应用始于20世纪90年代,也是主要应用于模具、航空航天和汽车工业,但采用的高速切削CNC机床、高速切削刀具和CADΠCAM软件等以从日美欧发达国家进口为主。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点,对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。本文将着重分析模具高速加工技术及其对数控加工中心机床的要求和应用。
2模具高速加工目前塑料模具越来越精巧、结构越来越复杂,要求的合模次数接近和超过80万次,采用的模具钢材的硬度越来越高,有的甚至超过HRC64以上,而模具的交货期却要求越来越短。这些市场特点给模具制造商带来了极大的压力。高速加工技术的出现为模具制造带来了新的发展机会,尤其在中小型精密塑料模具加工中显示了巨大的优势。
用高速铣削加工模具,不仅可用高转速、大进给,且粗、精加工一次完成,大大提高了生产效率。采用高速切削加工淬硬钢模具,硬度60HRC以上,表面粗糙度Ra0.6μm,达到了磨削加工的水平,效率比电加工高数倍,不仅节省了大量的修光时间,还可代替绝大部分的电加工工序。
大多数模具材料都是高硬度、耐磨性能好,其加工难度大。传统工艺广泛采用电火花(EDM)微切削加工成形,生产效率极低。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响,它改变了传统模具加工所采用的“电火花→抛光”等复杂冗长的工艺流程,甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。在模具的高淬硬钢件(HRC45~65)的加工过程中,采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序,避免了电极的制造和费时的电加工时间。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外,在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。