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高速切削模具的刀具技术
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一、加工模具的高速切削机床
  选择用于高速切削模具的高速机床时,要注意以下问题:
  (1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具主轴转速达到15000-20000rpm以上。主轴转速在10000rpm以下的机床,可以进行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主轴。
  (2)机床快速进给对快速空行程要求不太高,但要具有比较高的加工进给速度(30-60m/min)和高加减速度。
  (3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
  (4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高速切削模具的软件。
  在模具生产中,五轴机床的应用逐渐增加,配合高速切削加工模具,具有以下优点:
  ①可以改变刀具切削角度,切削条件好,减少刀具磨损,有利于保护刀具和延长刀具寿命;
  ②加工路线灵活,减少刀具干涉,可以加工表面形状复杂的模具以及深腔模具;
  ③加工范围大、适合多种类型模具加工。
  五轴机床通常有工作台式五轴机床和铣头式五轴机床两类,可以针对模具类型进行选择。铣头式五轴机床中,可更换铣头和更换电主轴头的五轴机床,可分别用于模具的粗、精加工。
二、高速切削模具的刀具技术
  高速切削加工需配备适宜的刀具。
  硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用,使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为可能,促进了高速加工的发展。
  聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的硬度可达3500-4500HV,聚晶金刚石(PCD)硬度可达6000-10000HV。
  近年来,以色列ISCAR、日本三菱住友、瑞典山特维克可乐满、美国肯纳等国外著名刀具公司,先后推出各自的高速切削刀具,不仅有高速切削普通结构钢的刀具,还有直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具,在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。
  目前,国内高速加工刀具的开发与国外还有较大差距,而进口刀具的昂贵价格也成为阻碍高速切削模具应用的重要因素。
  一般来说,要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实际统计,在使用碳氮化钛(TiCN)涂层的整体硬质合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀具线速度约为100m/min,而精加工和超精加工时,线速度超过了280m/min。
  据国内高速精加工模具的经验,采用小直径球头铣刀进行模具精加工时,线速度超过了400m/min,这对刀具材料(包括硬度、韧性、红硬性)、刀具形状(包括排屑性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高的要求。
  因此,在高速硬切削精加工模具时,不仅要选择高速度的机床,而且必须合理选用刀具和切削工艺。
  在高速加工模具时,要重点注意以下几个方面:
  ①根据不同的加工对象,合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。
  ②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工,通常精加工刀具直径<10mm。根据被加工材料以及硬度,所选择的刀具直径也不同。在刀具材料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具润滑条件好,在切削模具钢时,具有比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损性能。
  ③选择合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具要求比普通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。
  ④采取多种方法提高刀具寿命,如合适的进给量、进刀方式、润滑方式等,以降低刀具成本。
  ⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具,同时应注意刀具装夹后主轴系统的整体动平衡。
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