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模具加工中，高速切（qiē）削與（yǔ）電火花加工各（gè）有什麽特點和（hé）優勢？

2013-5-9 來源：作者：

高速切削技術

　　高速切削（HSC，High Speed Cutting）技（jì）術以其高（gāo）效率、高質量應用於（yú）航天、航空、汽車、模具（jù）和機床等行（háng）業中，尤其針對飛機薄壁零件及各種複雜的型（xíng）麵模具零件加工。

　　1.高速切削特點與優勢

　　（1）相比於普通（tōng）數控機床，高速切削機床具有如下特點：①具有高切削速度和高主軸轉速。

　　②具有高快（kuài）速移動速度：高速銑床的快速移動速度達到（dào）了30～90m/min。③金屬（shǔ）切除率高（gāo），切削效率高：切削45鋼時，金屬切除率通常為300～600cm3/min。④具備高剛性高精度。

　　（2）上述特點決定如下優勢：使用高（gāo）速切削，銑削深度較小，切削線速度和進給速度較高，銑削力低，切削產生的熱量大部分被高速流出的（de）切屑所帶走，故工件和刀（dāo）具（jù）熱變形小，吃刀時間短，衝擊和彎（wān）曲減小（xiǎo）了，加工表麵粗糙度（dù）值很小：銑削鋁合金（jīn）時可達R a＝0.4～0.6μm，銑削鋼件時可達R a＝0.2～0.4μm。無需拋光、研磨等二（èr）次加工處理（lǐ），有（yǒu）效地提高了模具的加工精度（見圖1）。

圖1 輪胎及複雜的型腔的模具

　　有利於加工薄壁（bì）模具和整體結構式零（líng）件，高速切削的材料去除率（lǜ）通常是常規的3～5倍，在精加工中獲得高生產率（lǜ）。如高速切削可使飛機大量采用整體結構零件（jiàn），明顯減輕部件重量（liàng），提高零（líng）件可靠性，減少裝配工時。在數碼產品或（huò）繼電器等電子產品中，薄壁模（mó）具加工困（kùn）難，采用高速銑削技（jì）術可以大大改善，能加工出壁厚0.2mm、壁高20mm的薄壁零件。

2.高速切削應用條件

　　由於高速加工技術具有諸多特點以及模具零件具有複雜的型麵，因此，模具高速加工技術（shù）對加工係統中的機床、刀具、數控係統等都提出了更高要（yào）求。

　　（1）高速主軸（zhóu）機床能實現（xiàn）高速切削的關鍵是機床的高速（sù）主軸。目前用於模（mó）具加工的高速切削機床主要是高速（sù）加工中心、高速銑床等，要求主軸轉速為10 000r/min～40 000r/min，另外還要求（qiú）主（zhǔ）軸能夠快速升速、減速（sù），即具有很高的加速度、減（jiǎn）速度。高速旋轉的主軸要求軸承具有高承載能力（lì）、高剛度、高回轉精度以及高使用（yòng）壽命。

　　（2）高速機床（chuáng）動態特性高速切削機床（chuáng）對其支承件的靜態、動態特性要求（qiú）很高，機床床身要具有（yǒu）高的靜剛度、動剛度、熱剛度（dù），好的（de）結構剛性，足夠的支承（chéng）強度，高水（shuǐ）平的阻尼特性，從而使機床固有頻率遠離高速切削時發生顫振的頻率，進而使（shǐ）機床具有好的動態響應特性。

　　（3）高（gāo）速切削刀具係統高速切削加工時，高速刀柄的動平衡等級需達2.5G及主軸（zhóu）最（zuì）高轉速以上，用以保護主軸軸承壽命，而刀柄本身的錐麵精度必須≤AT3，表麵粗糙度值必須達到R a≤0.4μm。

　　高速切削不但要求刀具具有良好的耐熱性、耐（nài）磨損性和抗破損性，同時對其動平衡質量也提出了嚴格要求。高速切（qiē）削時，由於主軸（zhóu）轉速很高，不平衡質量將引起非常大的慣性離心（xīn）力，影響刀具壽命（mìng）、加工精度和加工效率。針對鋁合金、鑄鐵（tiě）、鋼、鈦合金等不同加工材料，應合理高效地選擇刀具。目前常用的（de）高（gāo）速切削刀（dāo）具材料有（yǒu）：硬質（zhì）合金及其塗層、陶瓷、立方（fāng）氮化硼（CBN）、聚晶立方氮化硼（PCBN）、超硬材料金（jīn）剛石、聚晶金剛石和金剛石塗層等。

　　（4）高速切削（xuē）的（de）數控編程由於模具的型麵複雜（zá），通常采用CAD三維設計軟件建模。為充分發揮高速切削的高精度、高效率等特點，不但要（yào）求數控（kòng）係統具（jù）有高速編（biān）程計算功能，對編程（chéng）人員的專業（yè）水平及綜合能力提出（chū）更高要求。

　　電火花（huā）加工

　　電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈衝放電時（shí）產生的電蝕作用蝕（shí）除導電材料的特（tè）種加工方法，又稱放電（diàn）加工或電（diàn）蝕加工（英文簡稱EDM）。電火花加工能加（jiā）工普通切削加工方法難（nán）以切削的材料（liào）和複雜形狀的型孔和型腔的模具和零件：①加工（gōng）各種硬、脆材料，如硬質合金和淬火鋼（gāng）等。②加工（gōng）深（shēn）細孔、異形孔、深（shēn）槽、窄縫和切割薄片等，如各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模（mó）、塑（sù）料模和膠木膜等模具。

　　電火花（huā）加工包括電極的製作和EDM放電加工（gōng）。

　　1.電極的製作

　　電極製作主要采用三軸數控機床來加工，機床穩定性要好，三軸運動要均勻穩定不振動，主軸回轉精度也要好。可在同一台機床上進（jìn）行電極的（de）粗加工、半精加工（gōng）和精加工（見圖2）。

圖2 石墨電極加工

　　電極包括石墨（碳）和銅電極。

　　石墨與紫銅電極在CNC加工的特點：①石墨電極加工性能好，易於加工（gōng）各種複雜的形狀（zhuàng），切削阻力為（wéi）銅的1/5，加工效率為（wéi）銅的兩倍，且其強度很高，耐高溫，熱膨脹率極（jí）小，對於（yú）超高（50～90mm）、超薄（0.2～0.5mm）的電（diàn）極，加工時不易變形（xíng）。②比重輕，比重為銅的1/5，常用於重、大及整體（tǐ）電極加工（見圖（tú）3）。③石墨對刀具的磨（mó）損較為嚴重，加（jiā）工時產生的灰（huī）塵比較大，可能入侵（qīn）到機床的導（dǎo）軌絲杠（gàng）和主軸等，這就要求石墨加工機床有相應的處理石墨灰塵的裝置（zhì），機床密封性也要好，因為（wéi）石墨有毒。

圖3 重、大及整體石墨電極（jí）

2.電（diàn）火花加工特點

　　（1）電火花加工（gōng）速度與表麵質量模具（jù）在電火花機加工一般會采（cǎi）用粗、中、精（jīng）分檔加工方式。

　　粗加工采用大功（gōng）率、低損（sǔn）耗的實現方式，而中、精加工電極相對（duì）損耗大，但（dàn）一般情況（kuàng）下中、精加工餘量較少，因此電（diàn）極損耗也極小，可以通過加工尺（chǐ）寸控製進行補償，或在不影響精度要求時予（yǔ）以忽略。

　　石墨的導電性（xìng）能（néng）好，在放電（diàn）加工中能節省大量時間，粗加工優（yōu）勢（shì）明顯。石墨電（diàn）極放電速度比銅（tóng）快，但損耗大，銅電極常（cháng）用於模（mó）具精加工。但（dàn）其加工表麵往往需要拋光打磨，以提高模具表麵質量（liàng）。

　　（2）電火花碳渣與排渣電火花機加工在產生碳渣和排除碳渣平衡的條件下（xià）才（cái）能順利進行。實際中（zhōng），往往（wǎng）以犧牲加工速度去排（pái）除碳渣；另一個影響排除碳渣的原因是加工麵形（xíng）狀複雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創良好排除（chú）的條件，對症地采取一些方法來積極處理。有一定絕緣度的工作液作為放電介質，在加工過程中還起（qǐ）著冷卻（què）、排屑等作用。常用的工作液是黏度（dù）較低、閃點較高、性能穩定的介質，如煤油、去離子水（shuǐ）和乳化液（yè）等。

　　（3）電火花工件與電極相互損耗電火花機（jī）放電脈波時間長（zhǎng），有利於降（jiàng）低電極損耗。電火花機粗加工一般采用長放（fàng）電脈波和大電流放（fàng）電，加工速度快電極損耗小（xiǎo）。在精加工時，小電流放電必須減小放電脈波時間，這樣不僅加大了電極損耗（hào），也大幅度降低了加工速度。放電過程有（yǒu）部分能量消耗在工具電極（jí）上，導致電（diàn）極損耗，影響成形精（jīng）度。

　　電火花加工與高速切（qiē）削之比較

　　高速銑（xǐ）削是一項係統技術，企業必須根據產品的（de）材料和結構特點，購（gòu）置合適的高速切削機床，選擇合適的切削刀具（jù），采用最佳的切削工藝（yì），以達到理想的高速模具加工（gōng）效果。高速切削技術具有高的生產（chǎn）效率、加工精度（dù）、表麵質量等優點，已成為先進製造技術（shù）的重（chóng）要組成部分，但其加工成本很高，如高性（xìng）能的3～5軸數控機（jī）床、刀具、數控係（xì）統（tǒng），專業的軟件及編程人員等。如在高速銑（xǐ）削（xuē）加工中，刀具硬度必須比工件大，而數控電（diàn）火花加工（gōng）的電極材料不必比工件材料硬，可節省輔助時間和刀具費用。電火花加（jiā）工（gōng）是高速（sù）銑削加工的有力補充和堅強後盾，以柔克剛獨特的加工性能，在高速銑削無法加工的微小區域，或難以切（qiē）削的材料、複雜形狀的（de）型孔（kǒng）和型腔的模具和零件，發揮著極（jí）其重要的作用。

　　現（xiàn）代模具製造的發展方向是兩（liǎng）者緊（jǐn）密相連，優勢互補。以注射模具為例（見圖4），往往大麵積、易於（yú）高速切削加工為優先使（shǐ）用，其他難以切削加（jiā）工的型（xíng）腔部分由電火（huǒ）花加工完成。