模具在制造業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、創(chuàng)新和生產(chǎn)中所具有的獨(dú)特的重要地位，使得模具制造能力和水平的高低成為國(guó)家創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代模具的成形制造中，由于模具的形面設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，因此對(duì)模具加工技術(shù)提出了更高要求，即要保證高的制造精度和表面質(zhì)量，又要追求加工表面的美觀(guān)。另一方面，隨著全球化的進(jìn)程，制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也變得越來(lái)越激烈，為了在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，許多企業(yè)都致力于“降低成本”、“縮短交貨期”等。模具的高精度化、高效化加工已成為模具工業(yè)重要的目標(biāo)。當(dāng)今世界模具制造業(yè)面對(duì)的諸多矛盾中，效率是最主要的矛盾。實(shí)踐證明，只有通過(guò)對(duì)效率的不斷追求，才能經(jīng)濟(jì)有效的處理好其他矛盾。所以，在現(xiàn)代模具制造技術(shù)的發(fā)展中，效率被推到了最為突出的位置。高效切削技術(shù)成為現(xiàn)代模具制造技術(shù)的主流，是必然的發(fā)展趨勢(shì)。
　　作為模具應(yīng)用中的術(shù)語(yǔ)——“高速切削（HSC）”實(shí)際上意味著兩個(gè)不同的方面。首先，它意味著在很高的主軸轉(zhuǎn)速和超高的進(jìn)給率的精加工保證加工后表面光潔度好到足以明顯降低，甚至消除在鉗工臺(tái)上的輔助手工精加工。另外，這個(gè)術(shù)語(yǔ)還指在高的金屬切除率下進(jìn)行重粗加工。因此，高速切削是高效加工的手段之一，更重要的是高速切削可以導(dǎo)致工藝替代，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程。在模具制造中用高速硬銑替代電火花加工是一個(gè)十分典型的例子，淬硬后的工件可在一次裝夾下通過(guò)粗銑和高速精銑加工成成品。這方面還反映出，高速硬銑的應(yīng)用，為模具制造實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/HPC的集成創(chuàng)造了條件。高速硬銑工藝無(wú)疑給模具制造技術(shù)帶來(lái)了一次重大變革。
　　但是，高效切削（HPC）不僅僅是速度的提高，HPC銑削被描述為能滿(mǎn)足提高金屬去除率要求的銑削加工。銑削單位時(shí)間的材料切除量可用Q=ae×ap×vf/1000=ae×ap×fz×z×n/1000(cm3/min)來(lái)表示。銑刀所能達(dá)到的材料切除率已成為衡量銑刀加工性能的一個(gè)重要指標(biāo)。fz是其中一個(gè)重要的參數(shù)，它和諸多因素有關(guān)，如被切削下來(lái)的材料的切屑厚度。在加工某一類(lèi)特定的工件材料時(shí)，為了獲得最佳的切屑厚度，需要采用不同的切削參數(shù)。編制CNC加工程序時(shí)需要輸入的每齒進(jìn)給量可用以下公式計(jì)算：fz＝h/sinκ。針對(duì)某一類(lèi)工件材料，給出的h值有一個(gè)數(shù)值范圍，其中較小的數(shù)值為切削起始點(diǎn)的切屑厚度值。在機(jī)床功率達(dá)50hp的加工中心上銑削加工鋁或非鐵族合金時(shí)，推薦的切屑厚度范圍為h=0.051～0.076mm；加工不銹鋼、鋁合金和耐熱超級(jí)合金時(shí)，推薦的切屑厚度范圍為h=0.076～0.152mm；加工鋼、鑄鐵和球墨鑄鐵時(shí)，推薦的切屑厚度范圍為h=0.152～0.254mm。如果采用大于推薦值的切屑厚度，則要冒著刀片過(guò)載和切削刃崩損的風(fēng)險(xiǎn)。
一種提高刀片承載能力的方法是增加刀片的尺寸，如增加厚度來(lái)提高刀齒的強(qiáng)度。銑刀的立裝刀片結(jié)構(gòu)，將通常刀片承受載荷的平截面改為立截面，不改變刀片尺寸，而只改變刀片安裝方向來(lái)增加刀片承載能力，如HELITANG立裝螺旋刃銑刀。
　　從切屑厚度h值入手來(lái)提高切削效率是近年高效切削的一個(gè)卓有成效的思路。
切屑厚度h=fz×sinκ與刀具的主偏角有關(guān)，對(duì)于直刃面銑刀立銑刀，主偏角一定，切屑厚度也是恒定。而圓形銑刀例外，圓弧切削刃每一點(diǎn)的主偏角是變化的。當(dāng)圓弧刃切削時(shí)，如90時(shí)切屑厚度是1，那么70時(shí)就是0.94，60為0.87，45時(shí)為0.71。圓刀片切出的切屑厚度將隨著切削深度的增加而增大。因此，可采用平均切屑厚度hm來(lái)表示圓刀片的切削厚度。對(duì)于不同類(lèi)型的工件材料，典型的hm值選取范圍與上述h值的選取范圍相同。
將一種圓刀片與一種90刀片的切削情況作比較。如果兩種刀片采用相同的切削深度和每齒進(jìn)給量進(jìn)行切削，則它們切除的切屑量也完全相同。但是，如果當(dāng)切削深度為圓刀片內(nèi)切圓的1/2時(shí)，圓刀片的切屑厚度將減薄29%，這是因?yàn)閳A刀片與工件徑向接合的切削刃較長(zhǎng)的緣故。換言之，如果圓刀片和90刀片各自切除的切屑量相等，而圓刀片切削產(chǎn)生的切屑長(zhǎng)度比90刀片長(zhǎng)約50%，則圓刀片切出的切屑厚度必然會(huì)大幅度減薄。此時(shí)，如果進(jìn)給量保持不變，而切削深度減小至等于銑刀圓刀片的25%，則在切屑量相等的情況下，圓刀片銑刀切出的切屑厚度將減薄50%。為了達(dá)到通過(guò)減薄切屑厚度來(lái)提高生產(chǎn)率的目的，選取的最大切削深度應(yīng)為圓刀片內(nèi)切圓的20%～25%。
　　由于切屑厚度隨著切削深度的變淺而減薄，因此為了獲得高的加工生產(chǎn)率，需要通過(guò)提高進(jìn)給率來(lái)補(bǔ)償較小的切削深度。無(wú)論是使用圓刀片或是小主偏角的銑刀，均可利用切屑減薄效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給率銑削。
因此，在確定輸入CNC加工程序的每齒進(jìn)給量時(shí)，將變量平均切屑厚度hm和主偏角κχ代入計(jì)算公式fz=hm/sinκ中，進(jìn)給率可獲得大幅度提高。
　　利用軸向減薄技術(shù)的例子：這個(gè)任務(wù)涉及到寬1500mm、長(zhǎng)1500mm、厚430mm及硬度HRC36～40的P20模具鋼的粗加工。模具的設(shè)計(jì)上需要在粗加工時(shí)切除超過(guò)2000kg的材料。為了完成這個(gè)重載粗加工任務(wù)，需要大量時(shí)間和資源。最初使用直徑4in（1in=25.4mm，下同）的圓刀片銑刀用于粗加工，刀片的每個(gè)切削刃通常僅能連續(xù)加工約15min，對(duì)于淬硬的P20工具鋼的加工參數(shù)為切深1mm、進(jìn)給速度約為1000mm/min。而且，這種粗加工刀具具有很大的刀尖圓弧半徑，那意味著精加工刀具最終將要碰到更多的加工量。解決方案是用D100的仿形銑刀。使用IC908牌號(hào)的D12刀片，在轉(zhuǎn)速450r/min、切深1.5mm時(shí)獲得了1650mm/m的進(jìn)給速度。使用這把銑刀時(shí)，每個(gè)切削刃的刀片壽命1h，為原來(lái)的4倍。但這還是不能令人滿(mǎn)意。后來(lái)，采用了ISCAR的FEEDMILL飛碟銑刀，這個(gè)系列刀具使用一種特殊形狀的三角形刀片，它能承受高達(dá)每齒3.5mm的進(jìn)給量。三角形的刀片使用大的圓弧半徑，切削刃外形使得刀具在很高的進(jìn)給速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，每齒切除量很大。另外，刀片設(shè)計(jì)成底部帶有一個(gè)凸臺(tái)，能裝到刀片座上相匹配的孔里。這使得刀片能承受更高的切削力，使其能運(yùn)轉(zhuǎn)于比常規(guī)更高的進(jìn)給速度。有了這種設(shè)計(jì)，刀片被更牢固地夾緊，并因此能釋放通常作用到夾緊螺釘?shù)拇蟛糠謶?yīng)力。于是切削力沿軸向作用到主軸上，即使加工時(shí)有長(zhǎng)的懸伸也有助于提供穩(wěn)定性。加工時(shí)，主軸上的懸伸超過(guò)203mm，使用D63mm的FEEDMILL、切深為1mm，以轉(zhuǎn)速800r/min和進(jìn)給速度6350mm/min運(yùn)轉(zhuǎn)。小的主偏角減薄切削使每齒能承受更高的進(jìn)給。
　　小主偏角減薄切削技術(shù)也可用在模具加工的其他銑刀，如八角銑刀片每齒進(jìn)給可達(dá)3.0mm、變形金剛銑刀每齒進(jìn)給1.0mm和牛鼻刀每齒進(jìn)給1.5mm。
　　這種高進(jìn)給技術(shù)不僅用于專(zhuān)門(mén)的FEEDMILLL，在最常規(guī)的可轉(zhuǎn)位立銑刀上也得到了應(yīng)用。例如，ISCAR可裝在常規(guī)立銑刀上的APKT10和ADKT15的高進(jìn)給銑刀片，這種多刃型大進(jìn)給圓角刀具的設(shè)計(jì)理念是在有限的刀具外徑內(nèi)，根據(jù)以往的刃數(shù)設(shè)計(jì)方法，將切削刃尺寸縮小，但又不會(huì)降低刃口強(qiáng)度。將大進(jìn)給圓角立銑刀的刀片主切削刃半徑設(shè)定為R8。與半徑同為R8的圓刀片相比，它具有相同的刃口強(qiáng)度，但又最大限度地縮小了刀片面積。如ADKT1505R8T-FF，每齒進(jìn)給可達(dá)1.5mm，是普通銑刀ADKT1505PDR的5～10倍。
改變切屑截面還可以減小切削力。模具的深腔加工常被振動(dòng)問(wèn)題所困擾，刀具采用大的懸伸量加工深的部位，其剛性與懸伸長(zhǎng)度的四次方成反比，加工效率的主要制約因素是加工振動(dòng)，所以必須降低走刀速度。通過(guò)改變切屑的形狀，可以在切屑截面不變的情況下提高走刀速度，或者在同等金屬去除率的情況下，可以降低切削阻力和消耗功率15%～30%。
　　ISCAR風(fēng)火輪銑刀圓刀片的波形刃將長(zhǎng)的切屑分屑，降低了切削力，使銑刀在10倍長(zhǎng)徑比的條件下也能穩(wěn)定可靠的切削，同時(shí)碎的切屑在深腔中較容易排出，避免了長(zhǎng)切屑對(duì)加工的糾纏，以及被二次切削的可能。特別為模具工業(yè)設(shè)計(jì)的鋸齒形刀片，用于深腔加工，刀具穩(wěn)定性高，排屑流暢，切削力小。
　　從上述內(nèi)容可以看出，HPC的焦點(diǎn)是優(yōu)化切削效率，以獲得最大的材料切除率。與HSC不同的是，HPC通常將主軸轉(zhuǎn)速控制到一定的程度，既產(chǎn)生很大的切削力矩和功率，又允許較大的進(jìn)給和兼顧一定的吃刀深度。HPC也不同于傳統(tǒng)的大余量切削，在大余量切削方式下，刀具充分切入材料，而HPC僅利用刀具有效直徑的一小部分進(jìn)行切削，為提高進(jìn)給速率和材料切除率酌留余地。因此，HPC是決定一個(gè)加工過(guò)程性能潛力的關(guān)鍵技術(shù)量值，與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，能提高200%~500%。更廣義的解釋就是，HPC這個(gè)名詞還意味著對(duì)整個(gè)加工工藝鏈進(jìn)行優(yōu)化，目標(biāo)是還要將生產(chǎn)成本降低10%～30％。