模具数控加工中的两大利器

　　什么是高速铣削加工与精密电火花加工

　　高速铣削加工概述

　　高速铣削加工(High Speed Milling，简称HSM)的概念源于德国切削物理学家C.J.Salomon博士于1931年所提出的著名切削实验及物理引申,他认为对应一定的工具材料有一个临界切削速度，达到此温度切削温度最高。当超过这一临界切削速度，切削温度反而会降低，而大幅度提高机床的生成效率。

图1.1 切削速度与切削温度的关系

　　Fig. 1.1 The relation of cutting speed and cutting temperature

　　直到20世纪80年代初，由于机床高速主轴、直线电机以及新材料刀具的开发，高速切削加工在工业生产中逐渐得以广泛应用。但对于高速切削加工的概念世界各国还缺乏统一的定义。按不同分类方法主要有以下几种：

　　(1)与常规切削速度向比较，通常把切削速度比常规切削速度高5～10倍以上的切削称为高速切削;

　　(2)按线速度的大小，1978年CIRP切削委员会提出以500-7，000m/min的线速度的切削加工为高速加工;

　　(3)根据工件的材料对应的高速切削范围有：常用材料中，铝合金为1000～7000m/min, 铜为900～5000m/min, 钢为500～2000m/min, 灰口铸铁为800～3000m/min, 钛为100～1000m/min;

　　(4)按不同加工方式高速加工切削的范围有：车削700～7000m/min, 钻削100～1000m/min，铣削200～7000m/min。与之对应的进给速度一般为2～25m/min，高的达60～80m/min;

　　(5)按特定主轴转速下对应的功率分类，主轴转速为10000rpm时功率为37KW，15000rpm时的功率为22KW;

　　由以上定义可以看出高速的概念是相对的，是随着技术水平的发展而不断变化的。

　　自从德国 Carl Salomon博士首次提出高速铣削(HSM)概念以来，如今，高速铣削技术已成为切削加工的主流技术。

　　精密电火花加工概述

　　电火花加工(Electrical Discharge Machining,简称EDM) 又称电加工，属于特种加工的技术范畴，是模具制造技术的一个重要组成部分，主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工以及电火花高速小孔加工。表1列出了常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途。

表1常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途

　　高速铣削加工与精密电火花加工各自的优缺点

　　高速铣削加工的优缺点

　　1高速铣削加工的优点

　　高速铣削加工的主要优点有：材料去除率高，研制周期短，切削力低，切屑移除带走的热量使工件的变形小。在模具的加工中，特别是5轴加工中心能加工任何模具形状。加工质量好、表面光洁、加工效率极高，可加工淬火后的硬质材料。

　　2高速铣削加工的缺点

　　高速铣削加工的缺点为：过多的刀具磨损，需要特别昂贵的机床，并且这些机床必须有良好的主轴、控制器单元和夹具，具有动平衡的刀柄，最重要的是要有先进的刀具材料和涂层材料。

　　精密电火花加工的优缺点

　　1精密电火花加工的优点

　　因为精密数控电火花是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法，因些与其他加工方式相比有自己独立的特点：

　　(1)直接利用线状的电极丝或成型电极作为切削工具，不需要专门购买昂贵的刀具，可节约制造费用。

　　(2)可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不同的工件只需编制不同的控制程序或加工电极，很容易实现自动加工，很适合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工，且加工周期短。

　　(3)利用电蚀加工原理，电极丝或成型电极与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而电极丝或工具电极不需要太高的强度。

　　(4)在高速铣削加工中，刀具硬度必须比工件大，而数控电火花加工的电极材料不必比工件材料硬，可节省辅助时间和刀具费用。

　　(5)直接利用电、热能进行加工，可以方便地对影响加工精度的加工参数(脉冲宽度、间隔、伺服速度等)进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化控制。

　　(6)工作液一般采用水基乳化液或专用火花油，可实现浸液加工，冷却状态好。

　　(7)利用四轴或五轴联动，可加工锥度、上下面异形体或回转体、螺纹等各种零件。

　　(8)电火花线切割加工由于电极丝比较细，可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。由于切缝很窄，实际金属去除量很少，材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。

　　正是由于电火花加工有许多突出的特点，因而在国内外发展都很快，在塑料模具加工中已获得了广泛的应用，有高速铣削加工无法替代的地位。

　　2精密电火花加工的缺点

　　(1)加工材料上的局限

　　电火花加工目前不能加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来研究表明，在具备一定条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。

　　(2)加工效率比较低

　　电火花加工过程中，工件材料是靠一个个火花放电予以蚀除，电极和工件之间的切削运动速度和材料去除率相对切削加工而言很低，一般情况下，电火花加工时每安培加工电流的加工速度不超过20mm3/(A•min)。因此为提高生产率，通常采用切削加工去除大部分余量后，再进行电火花加工。此外，加工速度和表面质量存在着突出的矛盾，精加工时加工速度很低，粗加工时常受到表面质量的限制。

　　(3)加工质量受限制

　　火花放电时，工件和电极均会被蚀除，电极因而遭受损耗，而且损耗多集中在尖角或底面等部位，对工件成形精度的影响比切削加工时刀具磨损的影响更大。并且由于加工时的瞬时高热量会在工件表面产生热应力变形，造成零件已加工表面出现变质层甚至微裂纹。

　　(4)外部加工条件的限制

　　电火花加工时放电部位必须处在工作液中，否则将引起异常放电，不便于观察加工状态，工件的尺寸大小也受到限制。

　　两者结合，取长补短

　　国外将高速铣削中心与电火花机床并在一起制造，由同一系统控制，称之为模具制造中心。该模具制造中心可实现模具制造的无人化智能化加工。

　　总之，高速铣削是一项系统技术，企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的高速切削机床，选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速模具加工效果。电火花加工是高速铣削加工的有力补充和坚强后盾，在高速铣削无法加工的微小区域或复杂区域电加工机床发挥着极其重要的作用。模具企业只有充分发挥两种数控技术的各自优势，并进行优化结合，才能发挥出模具数控加工双刃剑的最高威力!