高速切削技术及其在模具加工中的应用
摘要 : 介绍了高速切刘理论、机理，总结了高速切*.1的特点阶段制约高速切划技术发展、应用的因紊.
关键 词 : 高速切.1k;模其制造;制约
1 缘由
高速 切 削 加工技术因其以提高切削加工效率和质量为特征，已成为近二十多年来全世界制造业中一项快速发展的高新技术，也是国际上最重要、{zj1}共性的先进制造技术之一
t1I通常 认 为 ，如果切削速度达到传统切削方式的5~01倍，就属于高速加工。但是具体的切削速度值在很大程度上与加工的材料有关，对于钢切削速度大于20助Imin、而对于铝切削速度大于600助lmin以上则可认为是高速切削的范围了。
2 高速切削理论、机理及其特点
2.1 高速切刚理论
高速 切 削 的提出源于1913年德国切削物理学家萨洛蒙博士(CarlJ.Salo园)发表的xx的“高速切削理论”，即同年申请德国专利(M朗hinewithhighcuting sl”eds)的所罗
门原理团:被加工材料都有一个临界切削速度vo，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到临界速度(一般为普通切削速度
的5币倍)时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。现在人们常用“萨洛蒙曲线”来表示，如图1。萨洛蒙原理的出发点是用传统刀具进
行高速度切削，从而提高生产率。尽管后人的研究表明，实际切削中切削温度并没有随切速度的增加而降低，但萨洛蒙博士的思想给后来研究者一个非常重要的启示:如果切削
过程中切削速度超过临界速度而进入高速区工作，则可能利用现有的刀具进行高速切削，从而大幅度地提高机床的生产效率闷.
2.2 高速切削机理叭
高速 切 削 机理是高速切削技术应用和发展的理论基础。在高速切削机理研究方面成就比较突出的是美国洛克希德导弹和空间公司的科学家罗伯特•金(RDbetl•King)和麦克唐纳(Mcd •nd叨.他们提出了一套较完整的高速切削机理，从理论上证实了高速切削的可行性和优越性。他们的研究主要在切屑成形理论、金属断裂、突变滑移、绝热剪切以及各种材料的切屑成形方面.近10多年来，高速切削基础理论研究有了进一步深入，主要是锯齿状切屑的形成机理，极高速切削加工钦合金时切屑的形成机理，机床结构动态特性及切削颇振的避免，多种刀具材料加工不同工件材料时的刀具前刀面、后刀面和加工表面的温度以及高速切削时切屑、刀具和工件切削热量的分配等。所有这些，都进一步证实了高速切削时大部分切削热被切屑所带走，而工件和刀具的温升都非常小，因此，高速切削也被称为“冷态切削”。
2.3 高速切1.1的特点
在采 用 高 速切削技术加工时，随着加工速度的提高，进给速度也相应地提高。这样，单位时间内的材料切除率大大增加，可达到常规切削的3币倍甚至更高。因此，人们通常看到的是其效率高，成本低的突出特点。其实，深入研究，会发现它还有以下两大突出特点:
2.3。1加工精度高
由于 切 削 速度高，剪切变形区窄，剪切角增大，变形系数减少，剪切力降低。这样就有利于零件加工。而且在加工速度达到一定的值后，切削力可降低30%以上.尤其是径向切削力的大幅度减少，这更有利于薄壁零件的加工;高速切削时，机床的激震频率特别高，远远离开了机械加工工艺系统的固有频率范围，工作平稳，因而能加工出非常精密、光洁的零件，甚至可以省去精加工。
2.3.2 适应面更广
高速 切 削 时，90%以上的切削热来不及传给工件就被切屑带走，工件基本上保持冷态，因而特别适合于产生热变形的零件，优于低速切削工艺;高速切削还可以加工各种高难度加工材料，因而特别适宜于模具加工。
3 高速切削在模具加工中的应用
3.1 高速切刘在模具加工中的应用范围阅__在机 械 制 造行业中，模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6仍卜80%的零部件都要依靠模具成型。高速铣削加工技术应用于模具制造业中，引起了模具制造的一次革命，主要应用于以下几个方面:
3.1.1淬硬模具型腔的直接加工
利用 高 速 切削可加工硬材料的特点直接加工淬硬后的模具型腔，提高了模具加工的质量和效率。
3.1.2 EDM电极加工
应用 高 速 切削技术加工电极提高了电极的表面质量和精度，减少了后续加工工序。
3.13 快速样件制造
利用 高 速 切削加工加工塑料和铝合金模型，通过CAD设计后可快速生成3D实体模型。比快速原型制造技术效率高、质量好。与传统的模具制造工艺相比高速加工缩短了模具的制造周期。因此高速切削加工技术在模具制造业中的应用得到了飞速的发展。
3.2 高速切1.1在模其行业的应用优势
高速 切 削 在模具行业具有明显的应用优势，这主要体现在以下三个方面:
3:21 减少加工环节
可以 省 去 ①电极的准备和加工;②刀具的中间硬化;③EDM加工:④人工修模和修配过程。
3.2.2 降低加工难度
对于 高 速 切削加工来说，只要改变CADCIAM就可以随时更改模具的设计和制造，而不同于传统的必须同时更新电极和EDM加工参数才能更改模具设计和制造。
3:2 提高产品质量
用高 速 切 削，模具表面的组织结构没有改变，减少了人工修模具产生的表面几何变形。
33 高速切刘技术的制约因素
高速 切 削 技术在模具制造中的成功应用是与诸多因素的有机、合理的配合分不开的。而这些因素又制约了高速切削技术的应用，基本表现是:
33.1设备购置、使用成本高
高速 切 削 机床、电主轴、控制器、夹具、刀夹平衡系统等现阶段主要由国外公司生产，其价格昂贵。因使用中大部分高速切削刀具，部分润滑油也需用进口产品，致使其成本费用较高。
3.3.2 机床部件耐用度差
由于 高 速 切削机床精度高、速度高，其机床导轨、滚珠丝杠、主轴轴承和电主轴精度丧失快。
3.33 编程、工艺参数确定难度增加
由于 高 速 切削机床主轴转数和进给速度很高，一些传统的数控编程方法和走刀路线不再适用，以往通过查表和经验得到的工艺参数不再管用。因此，在高速数控编程时应注意
以下问题:
A切 削 方 式的选择。合理选用顺铣、逆铣;
B切 入 、 切出方式的选择。应尽量选用圆弧方式;
C避 免 急 速换向，可采用单向切削;
D切 削 参 数的选择和优化，应尽量参照刀具生产商的建议参数，但进口刀具其参数是针对国外材料使用，在使用国产材料时应做实验并形成参数库，以达到合理选用参数的目的;
E加 工 前 应在计算机上做加工模拟，避免不必要的机床、刀具损坏。
3:3 加工对象适度受限
对于 深 腔 或小的拐角半径、长径比超过了规定值等情况下，高速加工困难。这种情况下应采用其他加工方法和高速加工方法相结合完成加工。
4 结束语
高速 切 削 技术是多项技术综合运用的结果，‘在模具精加工中的应用显示出其无可比拟的优势，大幅度降低了模具的打磨量，并取代了部分传统工艺，是缩短模具生产周期，提高模具加工质量的必然趋势。高速切削作为模具加工中的重要环节，在模具精加工中得到很好的应用，我们应在其各关键技术上进一步研究，从而降低使用成本和使用难度，推动其快速发展以满足现代模具生产的需要。
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