【正文】 模具知識 高速加工技術的主要特點，論述用於模具工業(yè)的高速機床、高速刀具和高速 CAD/CAM 系統(tǒng)等關鍵技術。 模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產出被廣泛應用和具有競爭價格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產中，沒有高水平的模具，就沒有高質量的產品，它對企業(yè)提高生產效率、降低生產成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計分析，金屬零件粗加工的 75%、精加工的 50%和塑料零件的 90%是用模具加工完成的。因此，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”。 如今，模具制造已成為先進制造技術的一個重要組成部分。 制造模具的材料通常是一類難加工材料，目前國內模具型腔一般都釆用電火花加工（ EDM）成型。但電加工的生產效率很低，不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制造質量方面，都不能滿足現(xiàn)代批量生產的要求。 高速加工技術的出現(xiàn)，為模具制造技術開辟了一條嶄新的道路。盡可能用高速加工來代替電加工，是加快模具開發(fā)速度、提高模具制造質量的必然趨勢。 高速加工制造薄壁零件 模具高速加工的優(yōu)越性 不論是沖壓模具還是塑料模具（包括注射模、擠壓模、吹塑模等），為了提高其 使用壽命，構成模具型腔的有關零件一般都用高強度的耐磨材料制造（如各種牌號的合金結構鋼、合金工具鋼和不銹鋼等），這些材料經過熱處理後硬度很高，很難用常規(guī)的機械加工方法進行加工。幾十年來，對付這類難加工材料的最好辦法就是釆用特種加工。 在中國，模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下，電火花加工（包括成形加工和線切割）在模具制造中一直起十分重要的作用。 生產的發(fā)展和產品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產效率和制造質量提出了越來越高的要求，於是電火花加工存在的問題就逐漸暴露出來。從物理本質上說，電火花加工 是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝，加工過程非常之緩慢；在電火花對工件表面進行局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理 機械性能會受到一定程度的損傷，常常會在型腔表面產生微細裂紋，表面粗糙度也達不到模具的要求，因而經過電加工後的型腔類零件一般還要進行費力、費時的手工研磨和拋光。因此，電火花加工的生產效率很低，制造質量不穩(wěn)定，在許多場合，模具已成為影響新產品開發(fā)速度的一個關鍵因素。 20 世紀 90 年代以來，在國外模具工業(yè)中開始逐漸應用高速切削 (HSC)方法進行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和電火花加工相比， 高速加工的主要優(yōu)點是： 產品質量好 — 高速切削以高於常規(guī)切速 10 倍左右的切削速度對零件進行高速加工，毛坯材料的馀量還來不及充分變形就在瞬間被切離工件，工件表面的殘馀應力非常??；切削過程中產生的絕大多數(shù)熱量（ 95%以上）被切屑迅速帶走，工件的熱變形??；高速加工過程中，機床主軸以極高的轉速（ ~ r/min）運轉，激振頻率遠遠離開了“機床 — 刀具 — 工件”系統(tǒng)的固有頻率範圍，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊。因此零件的加工精度高，表面質量好，粗糙度可達 Ra 以上。經過高速銑削的型腔，表面質量能達到磨削的水平，故常?？墒?去後續(xù)的許多精加工工序。 生產效率高 — 用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機械加工，即所謂“一次過”技術（ One Pass Machining），切削速度很高，加工過程本身的效率比電加工要高出好幾倍。除此以外，它既不要做電極，常常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光，又容易實現(xiàn)加工過程自動化。因此，高速加工技術的應用，使模具的開發(fā)速度大為提高。 能加工形狀復雜的硬質零件和薄壁零件 — 由高速切削機理可知，高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松 。高速切削可以加工淬火鋼，材料硬度可高達 60HRC 以上，加工過程甚至可以不用切削液，這就是所謂的硬切削（ Hard Machining）和乾切削 (Dry Machining)。尤其可貴的是，在高速加工中，橫向切削力（ Py）很小，這就有利於加工復雜模具型腔中一些細筋和薄壁，其壁厚甚至可以小於 1mm。圖 1 所示為高速加工方法加工出的零件，其各個薄壁的壁厚分別為 、 ，薄壁高度為 20mm。 近幾年來，高速加工技術在國外已廣泛用於模具工業(yè)。在工業(yè)發(fā)達國家，據(jù)統(tǒng)計目前有 85%左右的模具電火 花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在國際模具制造工藝中的主流地位已經確立。原來一些從事電加工設備制造的著名公司（如瑞士 Agie 公司），已敏感地看到這一技術發(fā)展趨勢，為了不被模具設備巿場淘汰出局，已釆取了與高速機床制造廠家（如瑞士 Mikron）聯(lián)手合并的措施。 發(fā)展前景 高速加工的加工精度高、表面質量好，生產效率很高，在模具工業(yè)中的應用效果非常好，傳統(tǒng)的電加工工藝無法與之匹敵，完全符合現(xiàn)代制造技術“高效率、高精度和高度自動化”的發(fā)展方向，有廣闊的應用前景。 當然，電火花成形加工對一些尖角、窄槽、深 小孔和過于復雜的型腔表面的精密加工還是有用的。高速加工還不能完全代替電火花成形加工，兩者應該揚長避短，相輔相成。同時應該看到，高速加工的一次性設備投資比較大，并不是所有模具廠都能承受，而且中國目前還有大量的小型模具廠和電加工作坊存在，短期內高速加工對電加工還不會造成太大的威脅。但是應該看到，高速加工在發(fā)達國家模具制造工業(yè)中已處于主流地位，目前更以其巨大的優(yōu)勢，猛烈地沖擊傳統(tǒng)的電加工工藝，模具工業(yè)大規(guī)模設備更新的時代即將到來，有遠見、有實力的企業(yè)家應該首選高速加工這個當今世界模具制造的主流技術，主動迎接新技術 革命的挑戰(zhàn)。 [] 模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程，對模具的制造精度、模具的強度、模具的工作壽命、模具的制造成本等有著直接的影響。 20 世紀 80 年代以來，國際模具熱處理技術發(fā)展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和模具材料的預硬化技術。 模具的真空熱處理技術 真空熱處理技術是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術，它所具備的特點，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣，消除氫脆，從而提高材料（零件）的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內外溫 差較小等因素，決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。 模具真空熱處理中主要應用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件（如模具）真空加熱的優(yōu)良特性，冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要，模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。對于熱處理后不再進行機械加工的模具工作面，淬火后盡可能采用真空回火，特別是真空淬火的工件（模具），它可以提高與表面質量相關的機械性能，如疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。 熱處理過程的計算機模擬技術的成功開發(fā)和應用，使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產的小批量（甚至是單件 ）、多品種的特性，以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點，又使得模具的智能化熱處理成為必須。國外工業(yè)發(fā)達國家，