鋅合金壓鑄的模具精加工技術(shù)介紹

模具作為重要的工藝裝備，在消費(fèi)品、電器電子、汽車、飛機(jī)制造等工業(yè)行業(yè)中占有舉足輕重的地位。近年來我國(guó)模具技術(shù)有了迅速的發(fā)展，但與制造強(qiáng)國(guó)相比尚有較大差距。目前我國(guó)技術(shù)含量較低的模具已供過于求，而精密模具則大量依靠進(jìn)口。

提高模具生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量是發(fā)展我國(guó)模具制造業(yè)的重要因素。采用模具高速切削技術(shù)可以明顯提高模具生產(chǎn)效率和模具精度及使用壽命，因此正逐漸取代電火花精加工模具，并已被國(guó)外的模具制造企業(yè)普遍采用，成為模具制造的大趨勢(shì)。高速切削技術(shù)在模具生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)間比較短，而且在使用中技術(shù)要求比較高。

高速切削加工技術(shù)

高速切削加工具有溫升低(加工工件只升高3℃)、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)，單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于鋅合金壓鑄的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時(shí)間毛坯材料的去除率增加，切削時(shí)間減少，加工效率提高，從而縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，高速加工的小吃刀量、大進(jìn)給速度減少了作用在工件上的切削力，切屑的高速排出減少傳遞到工件上的切削熱，減少了熱應(yīng)力變形，從而提高了鋅合金壓鑄的加工剛性，并為薄壁零件的切削加工提供了可能。對(duì)硬度超過HRC60的材料進(jìn)行高速銑削加工可在一定程度上替代效率較低的電火花加工，這樣，一定程度上縮短了模具的制造周期。同時(shí)，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時(shí)間，節(jié)約加工成本費(fèi)用近30%，模具表面粗糙度可達(dá)Ra0.1，刀具切削效率可提高1倍。

高速切削應(yīng)用于模具加工的優(yōu)勢(shì)

模具加工的特點(diǎn)是單件小批量、幾何形狀復(fù)雜，因此加工周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。在傳統(tǒng)的模具加工工藝中，精加工淬硬模具通常采用電火花加工和人工修光工藝?？s短加工時(shí)間和降低生產(chǎn)成本是發(fā)展模具加工技術(shù)的主要目標(biāo)。近年來，模具加工工藝方面有了許多新技術(shù)，如高速切削、CAD/CAE設(shè)計(jì)仿真、快速原型制模、電火花銑削成型加工和復(fù)合加工等，其中最引人注目、效果最好的是高速切削加工。

高速切削加工模具是利用機(jī)床的高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度，以切削方式完成模具的多個(gè)生產(chǎn)工序。高速切削加工模具的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①高速切削粗加工和半精加工，大大提高金屬切除率。

②采用高速切削機(jī)床、刀具和工藝，可加工淬硬材料。對(duì)于小型壓鑄模具，在材料熱處理后，粗、精加工可以在一次裝夾中完成；對(duì)于大型壓鑄模具，在熱處理前進(jìn)行粗加工和半精加工，熱處理淬硬后進(jìn)行精加工。

③高速高精度硬切削代替光整加工，減少大量耗時(shí)的手工修磨，比電火花加工提高效率50%。

④硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度（不僅表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于復(fù)雜曲面的模具加工更具優(yōu)勢(shì)。

⑤避免了電火花和磨削產(chǎn)生的脫碳、燒傷和微裂紋現(xiàn)象，大大減少了模具精加工后的表面損傷，提高模具壽命20%。

⑥工件發(fā)熱少、切削力減小，熱變形小，結(jié)合CAD/CAM技術(shù)用于快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類易變形的電極。

加工模具的高速切削機(jī)床

選擇用于高速切削模具的高速機(jī)床時(shí)要注意以下問題：

（1）要求機(jī)床主軸功率大、轉(zhuǎn)速高，滿足粗、精加工。精加工模具要用小直徑刀具，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到15000～20000rmp以上。主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生產(chǎn)中同時(shí)滿足粗、精加工，則所選機(jī)床最好具有兩種轉(zhuǎn)速的主軸，或兩種規(guī)格的電主軸。

（2）機(jī)床快速進(jìn)給對(duì)快速空行程要求不太高。但要具有比較高的加工進(jìn)給速度（30～60m/min）和高加減速度。

（3）具有良好的高速、高精度控制系統(tǒng)，并具有高精度插補(bǔ)、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。

（4）選用與高速機(jī)床配套的CAD/CAM軟件，特別是用于高速切削模具的軟件。

在模具生產(chǎn)中五軸機(jī)床的應(yīng)用逐漸增加，配合高速切削加工模具具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①可以改變刀具切削角度，切削條件好，減少刀具磨損，有利于保護(hù)刀具和延長(zhǎng)刀具壽命；

②加工路線靈活，減少刀具干涉，可以加工表面形狀復(fù)雜的模具以及深腔模具；

③加工范圍大、適合多種類型模具加工。

（五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削加工中心）

五軸機(jī)床通常有工作臺(tái)式和銑頭式五軸機(jī)床兩類，可以針對(duì)模具類型進(jìn)行選擇。銑頭式五軸機(jī)床中，可更換銑頭和更換電主軸頭的五軸機(jī)床可分別用于模具的粗、精加工。

高速切削模具的刀具技術(shù)

高速切削加工需配備適宜的刀具。硬質(zhì)合金涂層刀具、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具的應(yīng)用使得刀具同時(shí)兼具高硬度的刃部和高韌性的基體成為可能，促進(jìn)了高速加工的發(fā)展。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可達(dá)3500～4500HV，聚晶金剛石（PCD）硬度可達(dá)6000～10000HV。尤其是涂層刀具在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。

一般來說，要求刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上時(shí)，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015mm，而刀的長(zhǎng)度不大于刀具直徑的4倍。國(guó)內(nèi)高速精加工模具的經(jīng)驗(yàn)，采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具精加工時(shí)，線速度超過了400m/min。這對(duì)刀具材料（包括硬度、韌性、紅硬性）、刀具形狀（包括排屑性能、表面精度、動(dòng)平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。因此，在高速硬切削精加工模具時(shí)，不僅要選擇高速度的機(jī)床，而且必須合理選用刀具和切削工藝。

在高速加工模具時(shí)，要重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面：

①根據(jù)不同的加工對(duì)象，合理選擇硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具。

②采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具表面精加工，通常精加工刀具直徑＜10mm。根據(jù)被加工材料以及硬度，所選擇的刀具直徑也不同。在刀具材料的選用方面，TiAIN超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具潤(rùn)滑條件好，在切削模具鋼時(shí)，具有比TiCN硬質(zhì)合金涂層刀具更好的抗磨損性能。

③選擇合適的刀具參數(shù)，如負(fù)前角等。高速加工刀具要求比普通加工時(shí)抗沖擊韌性更高、抗熱沖擊能力更強(qiáng)。

④采取多種方法提高刀具壽命，如合適的進(jìn)給量、進(jìn)刀方式、潤(rùn)滑方式等，以降低刀具成本。

⑤采用高速刀柄。目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄和熱壓裝夾刀具，同時(shí)應(yīng)注意刀具裝夾后主軸系統(tǒng)的整體動(dòng)平衡。