模具高速加工技術(shù)是多種*加工技術(shù)的集成，不僅涉及到高速加工工藝，而且還包括高速加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、高速切削刀具及CAD/CAM技術(shù)等。*模協(xié)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝表示，模具高速加工技術(shù)目前已在發(fā)達(dá)國(guó)家的模具制造業(yè)中普遍應(yīng)用，而在我國(guó)的應(yīng)用范圍及應(yīng)用水平仍有待提高，大力發(fā)展和推廣應(yīng)用模具高速加工技術(shù)對(duì)促進(jìn)我國(guó)模具制造業(yè)整體技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要意義。

1、高速銑削加工

普通銑削加工采用低的進(jìn)給速度和大的切削參數(shù)，而高速銑削加工則采用高的進(jìn)給速度和小的切削參數(shù)，高速銑削加工相對(duì)于普通銑削加工具有如下特點(diǎn)：

a.*高速銑削的主軸轉(zhuǎn)速一般為15000r/min～40000r/min，zui高可達(dá)100000r/min。在切削鋼時(shí)，其切削速度約為400m/min，比傳統(tǒng)的銑削加工高5～10倍；在加工模具型腔時(shí)與傳統(tǒng)的加工方法(傳統(tǒng)銑削、電火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。

b.高精度高速銑削加工精度一般為10μm，有的精度還要高。

c.高的表面質(zhì)量由于高速銑削時(shí)工件溫升?。s為3°C），故表面沒(méi)有變質(zhì)層及微裂紋，熱變形也小。zui好的表面粗糙度Ra小于1μm，減少了后續(xù)磨削及拋光工作量。

d.可加工高硬材料可銑削50～54HRC的鋼材，銑削的zui高硬度可達(dá)60HRC。鑒于高速加工具備上述優(yōu)點(diǎn)，所以高速加工在模具制造中正得到廣泛應(yīng)用，并逐步替代部分磨削加工和電加工。

五金模具粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。在切削過(guò)程中因切削層金屬面積發(fā)生變化，導(dǎo)致五金刀具承受的載荷發(fā)生變化，使切削過(guò)程不穩(wěn)定，五金刀具磨損速度不均勻，加工表面質(zhì)量下降。

目前開(kāi)發(fā)的許多CAM軟件可通過(guò)以下措施保持切削條件恒定，從而獲得良好的加工質(zhì)量。恒定的切削載荷。通過(guò)計(jì)算獲得恒定的切削層面積和材料去除率，使切削載荷與刀具磨損速率保持均衡，以提高刀具壽命和加工質(zhì)量。避免突然改變刀具進(jìn)給方向。避免將刀具埋入工件。如加工模具型腔時(shí)，應(yīng)避免刀具垂直插入工件，而應(yīng)采用傾斜下刀方式(常用傾斜角為20°～30°)，zui好采用螺旋式下刀以降低刀具載荷；加工模具型芯時(shí)，應(yīng)盡量先從工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件時(shí)應(yīng)盡可能采用傾斜式(或圓弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削(Climb cutting) 可降低切削熱，減小刀具受力和加工硬化程度，提高加工質(zhì)量。半精加工模具半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻，這對(duì)于工具鋼模具尤為重要，因?yàn)樗鼘⒂绊懢庸r(shí)刀具切削層面積的變化及刀具載荷的變化，從而影響切削過(guò)程的穩(wěn)定性及精加工表面質(zhì)量。粗加工是基于體積模型(Volumemodel)，精加工則是基于面模型(Surfacemodel)。而以前開(kāi)發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)零件的幾何描述是不連續(xù)的，由于沒(méi)有描述粗加工后、精加工前加工模型的中間信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及zui大剩余加工余量均是未知的。因此應(yīng)對(duì)半精加工策略進(jìn)行優(yōu)化以保證半精加工后工件表面具有均勻的剩余加工余量。

優(yōu)化過(guò)程包括：粗加工后輪廓的計(jì)算、zui大剩余加工余量的計(jì)算、zui大允許加工余量的確定、對(duì)剩余加工余量大于zui大允許加工余量的型面分區(qū)(如凹槽、拐角等過(guò)渡半徑小于粗加工刀具半徑的區(qū)域)以及半精加工時(shí)刀心軌跡的計(jì)算等?，F(xiàn)有的模具高速加工CAD/CAM軟件大都具備剩余加工余量分析功能，并能根據(jù)剩余加工余量的大小及分布情況采用合理的半精加工策略。如OpenMind公司的HyperMill和HyperForm軟件提供了束狀銑削(Pencilmilling)和剩余銑削(Restmilling)等方法來(lái)清除粗加工后剩余加工余量較大的角落以保證后續(xù)工序均勻的加工余量。Pro/Engineer軟件的局部銑削(Localmilling)具有相似的功能，如局部銑削工序的剩余加工余量取值與粗加工相等，該工序只用一把小直徑銑刀來(lái)清除粗加工未切到的角落，然后再進(jìn)行半精加工；如果取局部銑削工序的剩余加工余量值作為半精加工的剩余加工余量，則該工序不僅可清除粗加工未切到的角落，還可完成半精加工。

精加工模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點(diǎn)，而刀具與工件的接觸點(diǎn)隨著加工表面的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。對(duì)于由多個(gè)曲面組合而成的復(fù)雜曲面加工，應(yīng)盡可能在一個(gè)工序中進(jìn)行連續(xù)加工，而不是對(duì)各個(gè)曲面分別進(jìn)行加工，以減少抬刀、下刀的次數(shù)。然而由于加工中表面斜率的變化，如果只定義加工的側(cè)吃刀量(Stepover)，就可能造成在斜率不同的表面上實(shí)際步距不均勻，從而影響加工質(zhì)量。Pro/Engineer解決上述問(wèn)題的方法是在定義側(cè)吃刀量的同時(shí)，再定義加工表面殘留面積高度(Scallopmachine)；HyperMill則提供了等步距加工(Equidistantmachine)方式，可保證走刀路徑間均勻的側(cè)吃刀量，而不受表面斜率及曲率的限制，保證刀具在切削過(guò)程中始終承受均勻的載荷。

一般情況下，精加工曲面的曲率半徑應(yīng)大于刀具半徑的1.5倍，以避免進(jìn)給方向的突然轉(zhuǎn)變。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時(shí)，進(jìn)給方向的改變應(yīng)盡量采用圓弧或曲線轉(zhuǎn)接，避免采用直線轉(zhuǎn)接，以保持切削過(guò)程的平穩(wěn)性。進(jìn)給速度的優(yōu)化目前很多CAM軟件都具有進(jìn)給速度的優(yōu)化調(diào)整功能：在半精加工過(guò)程中，當(dāng)切削層面積大時(shí)降低進(jìn)給速度，而切削層面積小時(shí)增大進(jìn)給速度。應(yīng)用進(jìn)給速度的優(yōu)化調(diào)整可使切削過(guò)程平穩(wěn)，提高加工表面質(zhì)量。切削層面積的大小完全由CAM軟件自動(dòng)計(jì)算，進(jìn)給速度的調(diào)整可由用戶(hù)根據(jù)加工要求來(lái)設(shè)置。

2、電火花銑削加工

電火花銑削加工（又稱(chēng)為電火花創(chuàng)成加工）是電火花加工技術(shù)的重大發(fā)展，這是一種替代傳統(tǒng)用成型電極加工模具型腔的新技術(shù)。像數(shù)控銑削加工一樣，電火花銑削加工采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極對(duì)工件進(jìn)行二維或三維輪廓加工，無(wú)需制造復(fù)雜、昂貴的成型電極。日本三菱公司zui近推出的EDSCAN8E電火花創(chuàng)成加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花創(chuàng)成加工機(jī)床的水平。

3、慢走絲線切割技術(shù)

目前，數(shù)控慢走絲線切割技術(shù)發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度。zui大切割速度已達(dá)300mm2/min，加工精度可達(dá)到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。直徑0.03～0.1mm細(xì)絲線切割技術(shù)的開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)凹凸模的一次切割完成，并可進(jìn)行0.04mm的窄槽及半徑0.02mm內(nèi)圓角的切割加工。錐度切割技術(shù)已能進(jìn)行30°以上錐度的精密加工。

4、模具表面處理技術(shù)及其發(fā)展

在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備。隨著現(xiàn)代工業(yè)和*科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)模具工業(yè)提出的要求越來(lái)越高，因?yàn)樗鼈冎苯記Q定與其相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量、成本及使用壽命。據(jù)羅百輝介紹，如何提高模具的質(zhì)量、使用壽命和降低生產(chǎn)成本，成為當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。對(duì)于那些在高溫條件下使用并要求耐磨、抗氧化等的模具來(lái)講，表面處理是提高表面性能常用的工藝方法，是提高模具質(zhì)量和使用壽命、降低成本的zui有效途徑，對(duì)于提高模具質(zhì)量、大幅度降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和充分發(fā)揮模具材料的潛能都具有重大意義。

模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強(qiáng)度和韌性的合理配合外，其表面性能對(duì)模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要。這些表面性能指：耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。這些性能的改善，單純依賴(lài)基體材料的改進(jìn)和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟(jì)的，而通過(guò)表面處理技術(shù)，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術(shù)得到迅速發(fā)展的原因。

模具的表面處理技術(shù)，是通過(guò)表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機(jī)械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。

滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式，每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術(shù)，可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性，同時(shí)滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此模具的表面強(qiáng)化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用zui廣泛的。

模具滲碳的目的，主要是為了提高模具的整體強(qiáng)韌性，即模具的工作表面具有高的強(qiáng)度和耐磨性，由此引入的技術(shù)思路是，用較低級(jí)的材料，即通過(guò)滲碳淬火來(lái)代替較高級(jí)別的材料，從而降低制造成本。

硬化膜沉積技術(shù)目前較成熟的是CVD、PVD。為了增加膜層工件表面的結(jié)合強(qiáng)度，現(xiàn)在發(fā)展了多種增強(qiáng)型CVD、PVD技術(shù)。硬化膜沉積技術(shù)zui早在工具（刀具、刃具、量具等）上應(yīng)用，效果很好，多種刀具已將涂覆硬化膜作為標(biāo)準(zhǔn)工藝。模具自上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始采用涂覆硬化膜技術(shù)。目前的技術(shù)條件下，硬化膜沉積技術(shù)（主要是設(shè)備）的成本較高，仍然只在一些精密、長(zhǎng)壽命模具上應(yīng)用，如果采用建立熱處理中心的方式，則涂覆硬化膜的成本會(huì)大大降低，更多的模具如果采用這一技術(shù)，可以整體提高我國(guó)的模具制造水平。

表面處理技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于模具上，在提高模具壽命和制品質(zhì)量方面已有顯著的進(jìn)步和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是*表面技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展方面與國(guó)外相比還有一定的差距。充分應(yīng)用表面處理技術(shù)是提高模具壽命的一種重要的經(jīng)濟(jì)、*手段，也是發(fā)展現(xiàn)代模具的必經(jīng)之路，研究開(kāi)發(fā)出適用于精密、大型模具的表面處理技術(shù)，是發(fā)展模具表面技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

表面處理技術(shù)在模具表面中的應(yīng)用，在相當(dāng)程度上彌補(bǔ)了模具材料的性能缺陷，可達(dá)到以下效