高速加工和现代模具制造

北京机械工业学院 杨庆东

    模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中，占有举足轻重的地位。模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中，占有举足轻重的地位。工业产品零件粗加工的75%，精加工的50%及塑料零件的90%将由模具完成。目前中国模具市场需求已达 500 亿元之规模。汽车模具、特别是覆盖件模具年增长速度将超过 20 %；建材模具也迅速发展，各种异型材模具、墙面和地面模具成为模具的新增长点，今后几年塑料门窗和塑料排水管增长将超过 30 %；家电模具年增长速度将超过 10 %；IT 业年均增长速度超过 20 % ，对模具的需求占模具市场的 20 %。2004 年中国机床工具工业产值将继续增长。我国模具制造市场潜力巨大。根据资料统计，近年来，我国模具的年总产值达到30亿美元，进口超过10亿美元，出口超过1亿美元。增长从1995年的25％增加到2005年的50％。国外专家预言：亚洲在全球模具制造中占据的份额，将从1995年的25％增加至2005年的50％。
    中国模具工业发展迅速，形成了华东和华南两大基地，并且逐渐扩大到其他省份。(山东,安徽,四川) 1996年～2002年，模具制造业产值年平均增长14％，2003年增长25％。2003年我国模具产值为450亿人民币。总产量位居世界第3，出口模具3.368亿美元，比上年增长33.5%。但是，我国技术含量低的模具已供过于求，精密、复杂的高档模具很大部分依靠进口。每年进口模具超过10亿美元。出口超过1亿美元。
    精密模具精度要求在 2～3μm,大型模具需要满足8000kN合模力注塑机的要求;小型模具需满足直径1mm塑料管的要求。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势，在国外一些模具生产厂家，高速机床大面积取代电火花机床，高速切削大大提高了模具生产效率。机床企业瞄准模具生产企业，有的加工中心生产厂机床的60％以上卖给模具加工企业。高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，高速切削生产模具已经成为逐渐模具制造的大趋势，大大提高了模具生产效率和质量。采用高速切削替代电火花生产模具，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。

    2．2高速加工应用于模具加工的效益

    1） 快速粗加工和半精加工，提高加工效率；
    2） 高速高精度精加工硬切削代替光整加工，表明质量高，形状精度提高，比EDM加工提高效率50％，减少手工修磨；
    3） 硬切削加工最后成型表面，提高表面质量、形状精度，(不仅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高)，用于复杂表面的加工更具优势；
    4） 避免EDM加工产生的表面损伤，提高模具寿命20％；
    5） 结合CAD/CAM技术快速加工电极，特别是形状复杂、薄壁类电极。

    在国内，由于资金、技术等方面的原因，应用高速切削生产模具还处于初期阶段。还存在机床、刀具、工艺以及其他方面的一些问题需要逐步解决。
　　缺点是加工成本高，对刀具的使用有较高的要求，不能使用过大的刀具，要有复杂的计算机编程技术做支持，设备运行成本高。
    1） 高速加工模具的机床
    2） 选择切削刀具
    3） 合理的加工工艺
    4） 编程和刀具轨迹
    5） 根据生产条件大量的工艺实验

二、 加工模具的高速加工机床

    1． 高速机床的技术参数要求

    1） 加工中心主轴大功率、高转速，满足粗精加工；精加工模具要用小直径刀具，机床一般要达到15000～20000rmp。通常主轴转速在10000rpm以下的机床可以进行粗加工和半精加工，达不到精加工的精度；无法达到400m/min以上的切削速度。
    2） 快速进给的一般要求和汽车、飞机企业的区别；快速进给30～60m/min。
    3） 根据模具生产种类选择立、卧式加工中心或龙门式加工中心；
    4） 具有好的高速控制系统：高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等；
    因此，选择高速加工模具的机床必须考虑具体的生产情况。

    2． 五轴机床的应用增加趋势

    1）加工路线灵活，表面形状复杂；
    2）加工范围大，适合多种类型模具加工；
    3）切削条件好，减少刀具磨损，提高刀具寿命；
    4）针对模具类型，选择工作台式或铣头式五轴机床。
    5）多头机床和多电主轴头可以更好的扩大加工范围。

    3． 购买CAD/CAM软件和高速机床配套