模具之家讯：应用高速切削技术及设备进行制模，可大大缩减加工时间，提高模具质量，以及增加刀具的寿命，但是这些都是建立在对于高速切削技术及设备的正确运用基础上的，本文对此进行了详细阐述，并提出了一些很好的建议。 高速切削 一词在金属加工行业中正越来越流行，
应用高速切削技术及设备进行制模，可大大缩减加工时间，提高模具质量，以及增加刀具的寿命，但是这些都是建立在对于高速切削技术及设备的正确运用基础上的，本文对此进行了详细阐述，并提出了一些很好的建议。
“高速切削” 一词在金属加工行业中正越来越流行，不论是机械制造商、刀具制造商，或是从事金属加工的厂商等都在积极探讨中。所谓高速切削，广义来说就是以立铣刀作高速旋转，同时机床也以高速度的进给来进行切削或加工。需要注意的是，在不同行业的领域或应用上对高速切削的定义会有所不同。高速切削并不等同于代表高生产量或高制造量，但它肯定有助于提升生产量及有关的质量。
在20世纪30年代航空业的需求下，非铁金属 (以铝合金为主) 的零部件加工数量逐渐增加。约于1931年，德国工程师 Carl Salomon提出 “高速切削”理论——以高切削速度来加工 (5～10倍的传统切削速度。以硬质合金刀具为例，以往传统机床能抵受的最高切削速度约为600 SFM（180m/min），进给约为40IPM（1m/min)），降低切屑从刃口移出时的温度……, 从而最终提升材料的移除速率，增强生产力。由于当时的冶金、机床、控制、刀具等方面的技术还不如现今发达，所以对于该理论的应用只是处在初级阶段，如提升切削速度时，只能以增加刀具的直径及切削刃数来替代高进给等，效果自然不甚理想。不过，高速切削的确可降低切屑从刃口移出时的温度，特别是铝及非铁金属，它们较铁质合金及生铁有着更为显著的降温效果(见图1)，从而可以大大增加刀具的寿命。
图1 高速切削对于不同材料刀具的降温效果比较
对高硬度金属来说，放电加工是最有效的加工方法之一，但放电加工所需的时间很长，不易对成品的精准度及表面的光滑情况等进行控制，且表面或局部材料的性质会被放电时产生的高温 (局部可达8 000℃或以上) 所改变。随着机械制造、电子计算机、伺服控制系统等技术的进展，高速切削的应用得以日趋成熟，除应用于非铁金属之外，于20世纪90年代期间更被引入到铁金属及其他合金金属的加工中，之后更是盛行于模具制造行业。直接对模具做出复杂的三维高速切削可大大缩减加工时间 (对深穴或其它特殊加工除外)，且可获更佳的效果，这是高速切削应用于制模业的优势。另外，以高速切削加工石墨电极会有更佳的回报。高速切削也适合加工复合零部件，如涡轮增压机的叶轮及叶片等。现时一般对应用于加工钢材的高速切削的基本准则是：被加工材料的硬度为洛氏50或以上，表面切削速度在300m/min或以上，可编控的进给速度为25m/min或以上。该准则是从研究与实践中得来的，实践证明，以4～6倍于传统的切削速度来加工高硬度的钢材，既能获得不俗的加工效果，同时又能平衡各方，包括用户及机床、控制系统等的制造商之间的利益。
高速切削在模具加工方面的应用建议
用户在应用高速切削设备时，应注意以下方面：
(1) 经有限元分析(见图2)而设计制造的机床较传统的机型纤巧，而且具有更强的刚性，可抵御高速切削时由急速移动带来的动态变化，从而保持位移的精确度。
左 右
图2 经有限元分析而设计制造的高速切削机床
(2) 加工体积不大于400mm (长) × 400mm(宽) × 150mm(高) 的模具最具经济效益。
(3) 经热处理后，硬度达洛氏63的钢材，仍可以应用高速切削来做出修正。
(4) 采用适合高速切削的电脑辅助设计软件及控制系统，可使高速切削更加流畅和顺滑。
(5) 使用通过动平衡修正的刀具夹头 (HSK类型) 及整体性硬质合金刀具，有助减低对主轴及刃具所造成的振动，以及保持工作面应有的光洁程度。
(6) 采用适当的比例来夹持立铣刀 （刃具在刀夹内的最少长度为2倍于刀具的直径）可增加其刚性，减少振颤的情况出现；不良的夹套，或不合适的锁紧将使刃具产生翘起的现象；热缩性设计的刀头，具有较强的刚性及同心性，有助于增加表面的光洁度。
(7) 刃具的工作长度以短为佳，因挠度与长度成正比；在一般加工情况下，刀具外露于夹套的长度在3倍于刀具直径或以下时，将有较佳的工作效果（请结合实际加工所需及参考各刀具生产商建议的切削指引或参数）。
(8) 铣削不同硬度的材料时，需考虑刀具的涂层。如涂有TiN 或 TiCN的硬质合金刀具较适合铣削洛氏硬度42或以下的合金钢材，涂有TiAlN 的硬质合金刃具较适合铣削洛氏硬度42以上的合金钢材，多晶立方氮化硼涂层刀片较适合切削洛氏硬度60~65的硬质材料（请参考各刀具生产商建议的切削指引或参数）。
(9) 采用快速排屑形刀具 （直径与排屑槽长度的比例为1~1.5），将有效防止切屑在工作表面上堆积，以及防止产生不必要的热区。
(10) 以刃具在加工时接触到工件的有效工作直径 （Deff） (见图3)来运算主轴的转速，较以刃具的直径来计算更为准确。在计算出最佳转速后，必须考虑切削时刃口与工件接触的频率是否与自然频率(2000Hz)产生谐振，以免使刀具产生不必要的振颤从而影响工件表面。
(11) 采用浅薄式的轴向进刀 （ap ） (见图3)，有助于减轻刀刃的负荷及刀具的变形量，而且仍能保持效率；每次ap的进刀量，应不大于刃具直径的10% （粗切削：6~8%；中切削：4~6%；精切削：3% 或以下。请参考各刃具生产商建议的切削指引或参数），同时也需对被加工材料的硬度及加工所需的精度做出适量的调整。
图3 高速切削刀具示意图
(12) 径向进给量（ae） (见图3)影响着工件表面的圆滑情况，ae应小于有效切削直径的35% （粗切削：25~30%；中切削：15~20%；精切削：10%或以下。请参考各刀具生产商建议的切削指引或参数），同时也需对被加工材料的硬度及加工所需的精度做出适量的调整。
(13) 进给将影响着刀具的寿命及工件表面的光洁度。每刃的进给量应尽可能控制在0.2~0.02mm 范围以内，同时被切削材料的硬度、刃具的涂层及长度也需考虑 （请参考各刃具生产商建议的切削指引或参数）。
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