作為現代產品生產的關鍵工裝——模具的設計與生產周期、產品精度和使用壽命，也日益成為企業的新產品開發周期是否具有優勢的決定因素。所以中國的模具制造業迎來的是良好的發展機遇，同時也面臨著巨大的挑戰。

現代模具制造水平的高低、周期的長短取決于多方面技術的支持，主要包括模具的工藝設計、直接影響模具設計和制造水準的軟件、模具制造的設備、加工模具的切削刀具、模具的最后精修工藝、備件配件的標準化和通用化、直至模具設計制造工程技術人員的技能水平等諸多方面。本文關注的是模具的加工效率，將從刀具選用和切削工藝選擇方面做一些探討。

高速銑削方法

圖1  高速銑削方法

加工特征：采用小的徑向切削深度（嚙合量）ae（降低切削熱產生）；采用小的平均斷屑厚度切削hm（降低切削熱產生）；采用小的軸向切削深度（余量）ap（降低切削熱產生）；采用更耐磨的硬質合金刀片材質等級（因為紅硬性好的硬質合金刀片材質等級在高的線速度下以及工件硬度高但線速度相同時，具有更好的刀具壽命）；盡量采用比較鋒利的切削刃和槽型設計；采用加冷卻液的加工方法使其及時帶走因高速切削而產生的大量切削熱。（可能因此影響刀具壽命，但是綜合經濟性反而提高）。

用此方法帶來的優點是：大大減少后續拋光所需時間，減少（甚至取消）電火花加工所需時間，縮短3D造型所需時間，節省加工輔助材料的無畏消耗，良好的質量和表面粗糙度Ra，避免或延緩變形，生產效率高，切削熱量產生低，從而減少對工件質量的影響。

用此方法需要注意的事項：對編程要求提高，不過隨著軟件的發展會愈來愈沒問題；對操作人員素質要求提高；由于工藝新穎，需要時間學習、優化；必須確保萬無一失（新的軟件仿真、模擬技術提供強大支援）；適用于計劃性良好和有足夠利潤的中高端產品； 要求系統的同軸度好，刀具徑向跳動量小。

大量的試驗結果表明：刀具每增加約10 μm的徑向跳動量，其使用壽命就會出現20%~50%的下降。適用于高速銑削的刀具夾持產品有熱脹式刀柄、D型精密夾頭刀柄和液壓刀柄。

熱脹式刀柄的最高轉速為45000 r/min。D型精密彈簧夾頭刀柄的最高轉速為100 000r/min。HSK-A63型液壓刀柄的轉速上限為40 000 r/min，3倍刀具直徑處的徑向跳動量為3μm。

圖2  擺線銑削方法

“剝皮”銑削方法

加工特征：采用較小的徑向切削深度（嚙合量），較大或大的軸向切削深度，高切削線速度，螺旋切削刃設計要求，不僅起到粗加工的效果，還可以省卻半精加工過程。“擺線”銑削方法是與“剝皮”銑削方法類似的一種加工方法。它通過降低切削徑向深度（嚙合量）arc，減少切削熱的產生和積聚。采用小的切削徑向深度（嚙合量），采用實際較大的銑削擺動直徑。由于刀具切削過程中切削熱有效分散，刃口得到充分冷卻所以允許采用比常規方法更大的軸向切削深度或更高切削線速度。

高進給銑削方法

圖3  高進給銑刀與圓刀片銑刀相比較

其加工特征為：采用較小的軸向切削深度，采用非常高的每齒進給量，采用較高的切削線速度。不僅起到粗加工的效果，還可以省卻半精加工過程。在預硬模具鋼或難加工模具鋼零件加工中，如果采用山高的F15M刀片材質等級結合這種高進給銑削工藝，加工效果會特別好。

1.采用高進給銑削的優點

（1）盡管采用較小的軸向切削深度，似乎加工效率還不如用傳統圓刀片，但實際上由于采用了比傳統大得多的每齒進給量（尤其是當加工大懸伸深模腔時傳統圓刀片銑刀軸向切深往往也不大），所以實際金屬切除率明顯提高。

（2）切削力方向以軸向力為主，有利刀具切削剛性提高，尤其當加工大懸伸深模腔時，表現優于傳統圓刀片銑刀。

目前模具粗開型腔普遍使用的是圓刀片銑刀（俗稱牛鼻刀），圓刀片銑刀刀片的直徑基本采用的是10mm或12mm的，為了確保粗加工后的粗糙度不至于很差，走刀量一般不大于0.3mm/齒，而山高刀具采用標準凸三角弧形刀片設計的高進給銑刀系列（R220/217.21）進給量可達0.5~1.5mm/齒。盡管軸向切深一般只控制在0.6mm以下，但就以加工鋼件模具為例，實際金屬切除率可高達700cm3/min，加工時間比常規圓刀片銑刀節省2/3。不僅如此，由于這種銑刀比圓刀片銑刀有更低的徑向切削分力，所以即使刀桿比較長也不至于產生明顯的切削振動，刀片使用壽命得到提高。

2.加工案例

工件名稱：扳手手柄模具型腔，預硬模具鋼HRC56，山高第7組材料

刀桿型號：MM10-10045.0-007(Ф 10 mm)

刀片型號：MM10-10.50-HF-MD08, F15M 

切削參數： Vc = 200 m/min          N = 6350 r/min

fz = 0.50 mm/齒   

Vf = 6350 mm/min

ap = 0.5 mm
  
ae = 75%

插銑銑削方法

圖4  插銑銑削方法

其加工特征如下：這種方法主要適用于大長徑比的加工或機床剛性差的工況；采用常規的切削線速度；不同工件材料均適用的一種加工選擇；常用作深腔模具及復雜模具的粗加工，金屬去除率很高，表現出難以匹敵的高效率。

隨著機床Z軸進給功能的日趨普及和完善，插銑方法和插銑刀應用越來越多，尤其在模具加工中經常遇有深型腔和深凸模等刀具不得不采用大長徑比的工況。對于這樣的加工，如采用傳統的圓刀片銑刀進行等高線銑削或仿形銑削，為避免切削振動只能采用較小的切削深度、小進給量、有效切削刃數量少的低效率加工方法；而改用插銑的方法，由于切削力基本上完全沿主軸方向，所以刀具剛性極佳，切削效率比傳統方法至少提高2~3倍，刀片使用壽命也明顯改善。

以上介紹了應用于模具銑削加工的現代銑削方法，但需要在實際應用中結合模具自身的特點組合應用，有利于提高加工效率，為降低加工成本打下扎實的基礎。當模具制造的各個方面都取得長足的進步后，我國將變成模具制造的強國。