一、概述

        目前模具制造的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

　　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)部門中，占有舉足輕重的地位。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)部門中，占有舉足輕重的地位。工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75%，精加工的50%及塑料零件的90%將由模具完成。目前中國(guó)模具市場(chǎng)需求已達(dá)500億元之規(guī)模。汽車模具、特別是覆蓋件模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò)20%；建材模具也迅速發(fā)展，各種異型材模具、墻面和地面模具成為模具的新增長(zhǎng)點(diǎn)，今后幾年塑料門窗和塑料排水管增長(zhǎng)將超過(guò)30%；家電模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò)10%；IT業(yè)年均增長(zhǎng)速度超過(guò)20%，對(duì)模具的需求占模具市場(chǎng)的20%。2004年中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)產(chǎn)值將繼續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)模具制造市場(chǎng)潛力巨大。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，我國(guó)模具的年總產(chǎn)值達(dá)到30億美元，進(jìn)口超過(guò)10億美元，出口超過(guò)1億美元。增長(zhǎng)從1995年的25%增加到2005年的50%。國(guó)外專家預(yù)言：亞洲在全球模具制造中占據(jù)的份額，將從1995年的25%增加至2005年的50%。

　　中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，形成了華東和華南兩大基地，并且逐漸擴(kuò)大到其他省份。(山東，安徽，四川)1996年～2002年，模具制造業(yè)產(chǎn)值年平均增長(zhǎng)14%，2003年增長(zhǎng)25%。2003年我國(guó)模具產(chǎn)值為450億人民幣。總產(chǎn)量位居世界第3，出口模具3.368億美元，比上年增長(zhǎng)33.5%。但是，我國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過(guò)于求，精密、復(fù)雜的高檔模具很大部分依靠進(jìn)口。每年進(jìn)口模具超過(guò)10億美元。出口超過(guò)1億美元。

　　密模具精度要求在2μm～3μm，大型模具需要滿足8000kN合模力注塑機(jī)的要求;小型模具需滿足直徑1mm塑料管的要求。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢(shì)，在國(guó)外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機(jī)床大面積取代電火花機(jī)床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率。機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)企業(yè)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60%以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國(guó)外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大趨勢(shì)，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。采用高速切削替代電火花生產(chǎn)模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長(zhǎng)。

　　高速加工在模具制造中的應(yīng)用

　　高速切削的優(yōu)點(diǎn)：

　　·刀具的高轉(zhuǎn)速和機(jī)床的高進(jìn)給以及高加速度，大大提高金屬切除率；
　　·高速切削減小切削力；
　　·高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少；
　　·高速切削減少振動(dòng)，提高加工質(zhì)量；

　　高速加工應(yīng)用于模具加工的效益 :

　　·快速粗加工和半精加工，提高加工效率；高速高精度精加工硬切削代替光整加工，表明質(zhì)量高，形狀精度提高，比EDM加工提高效率50%，減少手工修磨；
　　·硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度，(不僅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高)，用于復(fù)雜表面的加工更具優(yōu)勢(shì)；
　　·避免EDM加工產(chǎn)生的表面損傷，提高模具壽命20%；
　　·結(jié)合CAD/CAM技術(shù)快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類電極。

　　采用高速切削加工模具需要解決的問(wèn)題

　　·在國(guó)內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段。還存在機(jī)床、刀具、工藝以及其他方面的一些問(wèn)題需要逐步解決。
　　·缺點(diǎn)是加工成本高，對(duì)刀具的使用有較高的要求，不能使用過(guò)大的刀具，要有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)做支持，設(shè)備運(yùn)行成本高。
　　·高速加工模具的機(jī)床
　　·選擇切削刀具
　　·合理的加工工藝
　　·編程和刀具軌跡
　　·根據(jù)生產(chǎn)條件大量的工藝實(shí)驗(yàn)

　　二、加工模具的高速加工機(jī)床

　　模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機(jī)床，模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機(jī)床等。許多機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60%以上賣給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有50億元的固定資產(chǎn)投入，其中80%是購(gòu)買模具加工設(shè)備，也就是說(shuō)每年有40億元人民幣要購(gòu)買金切機(jī)床。

　　目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的平均利用率大約20%，高速機(jī)床的利用率3%～5%。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁?gòu)買高速機(jī)床，從6000r/min～40000r/min的都有。

　　高速機(jī)床的技術(shù)參數(shù)要求

　　加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機(jī)床一般要達(dá)到15000r/min～20000r/min。通常主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工，達(dá)不到精加工的精度；無(wú)法達(dá)到400m/min以上的切削速度。

　　快速進(jìn)給的一般要求和汽車、飛機(jī)企業(yè)的區(qū)別；快速進(jìn)給30m/min～60m/min。

　　根據(jù)模具生產(chǎn)種類選擇立、臥式加工中心或龍門式加工中心。

　　具有好的高速控制系統(tǒng)：高精度插補(bǔ)、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等。

　　因此，選擇高速加工模具的機(jī)床必須考慮具體的生產(chǎn)情況。

　　五軸機(jī)床的應(yīng)用增加趨勢(shì) ：

　　·加工路線靈活，表面形狀復(fù)雜；
　　·加工范圍大，適合多種類型模具加工；
　　·切削條件好，減少刀具磨損，提高刀具壽命；
　　·針對(duì)模具類型，選擇工作臺(tái)式或銑頭式五軸機(jī)床；
    ·多頭機(jī)床和多電主軸頭可以更好的擴(kuò)大加工范圍；
　　·購(gòu)買CAD/CAM軟件和高速機(jī)床配套 。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有幾十億美元用于進(jìn)口機(jī)床，大部分電加工機(jī)床和高速機(jī)床需要進(jìn)口。

　　三、高速切削模具的刀具技術(shù)

　　高速切削刀具需要解決的問(wèn)題：

　　·刀具成本
　　·刀具耐用度
　　·適合于刀具的切削工藝參數(shù)

　　解決方法：

　　·發(fā)展高速切削國(guó)產(chǎn)涂層刀具、刀柄。
　　·根據(jù)刀具本性能的差異、模具材料的差異、機(jī)床的差異等進(jìn)行實(shí)際工藝試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，參考刀具生產(chǎn)廠的參數(shù)。
　　·利用各方面力量開(kāi)展研究和應(yīng)用，如產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、國(guó)家基金支持。
　　·高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進(jìn)展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì)合金涂層刀具、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片，其硬度可達(dá)3500HV～4500HV。聚晶金剛石(PCD)其硬度可達(dá)6000HV～10000HV。近年來(lái)德國(guó)SCS、日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國(guó)肯納飛碩等國(guó)外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具，還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂層刀具異軍突起，在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工上的瓶頸問(wèn)題不再會(huì)出現(xiàn)在刀具上。
 
　　但是，進(jìn)口刀具的昂貴價(jià)格也阻礙高速切削模具的重要因素。
 
　　一般來(lái)說(shuō)，刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015mm，而刀的長(zhǎng)度不能大于4倍的刀具直徑。根據(jù)SANDVIK公司的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，在使用碳氮化鈦(TiCN)涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀(58HRC)進(jìn)行高速銑削時(shí)，粗加工刀具線速度約為100m/min，而精加工和超精加工時(shí)，其線速度超過(guò)了280m/min。這樣對(duì)刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性)、刀具的形狀(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。
　  
    根據(jù)國(guó)內(nèi)模具高速精加工的經(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(guò)了400m/min～800m/min。選擇足夠高速度的機(jī)床硬切削模具精加工。

　　Delcam采用0.8mm直徑的刀具加工窄槽，轉(zhuǎn)速40000r/min，0.1mm深度，進(jìn)給速度30m/min。

　　根據(jù)不同的加工對(duì)象合理選擇刀具：硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具。采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具表面精加工；根據(jù)Millstar公司的介紹TiAlN(鋁氮化鈦)超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具由于潤(rùn)滑條件好，比(TiCN)硬質(zhì)合金涂層刀具抗磨損性能更好。切削模具鋼。

　　選擇刀具參數(shù)，如負(fù)前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能力強(qiáng)。

　　采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。

　　采用高速刀柄，目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體動(dòng)平衡。

　　當(dāng)前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)做了很多工作，面向加工的刀具服務(wù)會(huì)幫助解決很多問(wèn)題，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)。