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高速切削在现代模具制造中的应用
摘要：论述了高速切削在现代模具制造中应用及其应具备的高速切削机床、高速切削刀具和工艺。
关键词：高速切削；现代模具制造；应用
1前言
在现代工业中，模具扮演着越来越重要的角色，没有
模具，就无法批量生产具有竞争力的塑料件、合金压铸
件、钢板件和锻件。因此模具是制造业中使用量大、影响
面广的专用工具产品。模具大多数采用难以加工的材料，
同时，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。并且现代模具制造业还面临市场需求动
态多变，产品更新周期缩短，市场竞争日趋激烈的问题，
因此如何提高模具精度、缩短模具制造时间、确保产品及
时上市是现代模具行业面临的紧迫问题。近年来，许多新
的技术和加工手段正在迅速崛起。高速切削技术是面向
21世纪的一项高新技术，它是一种不同于传统加工的方
式。与之相比，高速切削加工主轴转速高、切削进给速度
高、切削量小，但单位时间内的材料切除量却增加3～6
倍。它以高效率和高精度为基本特征，解决加工狭小区
域、复杂型面及其高质量表面的难度，正在被现代模具制
造等行业逐渐推广应用。
2实施高速切削的必要技术条件
高速机床、高速刀具、高速切削工艺及其相应的软件
等是实现高速切削的前提和重要条件，在高速切削加工
中对高速机床的性能、刀具材料和工艺的选择都有严格
的要求。
2．1高速切削机床
为了实现高速切削加工，一般采用高柔性的高速数
控机床、加工中心，也有采用高速铣床和钻床等。这些机
床都具有高稳定性的机床支撑部件、高速主轴系统、高的
主轴刚度特性、高精度定位功能和高精度插补功能、特别
是圆弧高精度插补功能、高精度快速进给系统、高效的冷
却系统、高性能CNC控制系统、高精度、高速度的传感检
测技术（包括位置检测、刀具状态检测、工件状态检测和
机床工况监测等技术）。
2．2高速切削刀具
高速切削刀具与普通加工刀具的材料有很大不同。
高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具
有良好的耐磨损、抗冲击和抗热疲劳的特性。其采用的刀
具材料主要是硬质合金，并且普遍采用刀具涂层技术，涂
层材料为氮化钛（TiN）、氮化铝钛（TiALN）等。涂层技术
由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层。这一技术
已成为提高高速切削能力的关键技术之一。针对加工模
具的材料的不同还可采用聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方
氮化硼（PCBN）和陶瓷等刀具材料。
2．3高速切削工艺
合理的切削工艺也是进行高速切削加工的关键。切
削参数和切削方法选择不当，会使刀具加剧磨损，完全达
不到高速切削的目的。实践证明，如果只有高速机床和刀
具而没有合理的工艺技术作导向，昂贵的高速切削加工
设备也不能充分发挥作用。高速切削工艺的关键技术是
优化选择切削参数和切削方法。
3高速切削在现代模具制造中的应用
我们根据所罗门原理进行高速切削实验，把实验所
得的相关工艺参数应用到现代模具制造中去，缩短了模
具制造周期，降低成本，提高竞争能力。现把从实践生产
中获得的资料加以归纳总结如下。
3．1高速切削时的切削力小
利用力的传感器测得高速切削时的切削力小，有较
好的稳定性，可高质量地加工出薄壁零件，有利于加工模
具中的薄壁形状。采用分层顺铣的加工方法，可高速切削
出壁厚0.8mm，壁高20mm的薄壁筋板。此时，刀刃和工
件的接触时间非常短，避免了侧壁的变形。
3．2高速切削时刀具和工件处于低温度状态
在这状态下延长了刀具的寿命，提高了模具精度和
加工效率。因为高速切削加工是浅切削，同时进给速度很
快，刀刃和工件的接触长度和接触时间非常短，减少了刀
刃和工件的热传导，避免了传统加工时在刀具和工件接
触处产生大量热的缺点，保证刀具在温度不高的条件下
工作，延长了刀具的使用寿命。
3．3高速切削减少振动，提高加工精度和表面质量
高速机床具备了高刚性和高精度等性能，机床激振
频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很
小，由于切削力低，工件热变形减少，刀具变形小，提高了
高速切削的加工精度。切削深度较小，而进给速度较快，
加工表面粗糙度值很小，切削铝合金时可达Ra0.4～0.6，
切削钢件时可达Ra0.2～0.4。
3．4生产率高，可实现“一次清”加工
高速切削中主轴转速和进给速度高，可提高材料去
除率。同时，高速切削可加工淬硬钢，钢硬度可达62HRC
左右。许多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部
工序，对复杂型面加工可以直接达到零件表面质量要求，
因此，高速切削工艺往往可省却电火花加工、手工修磨等
工序，缩短工艺路线，提高模具质量，降低生产成本和制
造周期，大大提高加工生产率。
图1为传统模具加工过程：毛坯→粗加工→半精加
工→热处理硬化→电火花加工→电火花钻孔→精加工→
手工磨修。
在图2所示的高速切削模具加工过程中，减少了电
火花加工等两个工艺过程，大约缩短加工时间35%～
55%。传统加工工艺中的电火花加工容易在熔化的加工
表层形成硬化层，硬度可达HV1000，给后面的切削加工
带来难度。电火花加工还容易引起表层疲劳裂纹和刀具
的破损。
4结语
高速切削在现代模具制造中的应用可简化工序、提
高质量和刀具寿命、提高效率。同时机床和刀具投资以及
维护等费用有所增加，因此高速切削要与相应的工艺技
术紧密结合起来，才能可靠地实现高效率、高精度，使综
合经济效益显著提高。
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