模具是用來製造汽車、飛機、電子和家電等產品各種構件的重要技術裝備。它作為從產品開發到成批生產構件的整個製造流程中的重要一環，在工業生產的增值鏈中佔有十分重要的位置：模具的開發和製造，在很大程度上決定著新產品的質量、成本和投放市場的時間。
由於像鍛造、鋁合金壓鑄和塑料注塑這樣的成形加工工藝和無定形材料的成形加工工藝，常常採用的是幾何形狀十分複雜的成形模具，有著凹、凸的自由曲面或較深的型腔，要求具有較高的精度和表面質量；另外，由於競爭促使產品品種不斷增多，同時產品更新周期日益縮短，又鑒於模具主要是按單件或較小批量進行生產，這就迫使模具製造廠商必須要採用先進的加工技術，在確保工件加工精度的同時，提高生產效率和加工柔性，縮短加工時間。例如，在汽車工業領域，汽車的開發周期已力求縮短到3年，模具的交貨期需從18個月縮短到12個月。
這些成形模具通常由高性能合金模具鋼製成。模具的加工普遍採用兩種工藝方法：一是採用藉助於銅或石墨電極的電火花加工；二是直接採用高速銑削加工模具。在過去，成形模的加工廣泛採用電火花加工工藝。而這種工藝的生產工藝流程較長，並缺乏柔性。在進行電火花加工之前需要製造出石墨或銅電極。如果由於工藝技術的原因必須變動成形模時，那就需要變動整個生產工藝流程。由於其較低的柔性，難於進行調整或只能進行有限的調整。此外，還有一個問題就是電火花加工的時間較長，在電火花加工后，模具還需要進行拋光處理，去除「白色層」。近年來，儘管電火花加工技術在電源技術和石墨材料領域裡取得了很大的進步，然而，上世紀90年代以來，隨著高速切削技術的興起和發展，高速銑削技術以其能顯著縮短整個生產流程時間、很高的加工質量和較好的加工柔性而得到普遍接受，已成為加工成形模和注塑模的關鍵工藝。
高速銑削是模具製造最重要的加工工藝
在模具製造中，高速銑削不僅廣泛應用於加工複雜的自由曲面和型腔，而且還被用來加工電火花加工用的電極。
高速銑削，由於採用了比常規銑削高5～10倍的切削速度和進給速度，既能大大縮短加工時間，也可顯著提高工件的表面質量。為了獲得很高的工件表面質量，高速銑削工藝可以通過採用較小的每齒進給量和較小的刀軌行距（約百分之幾毫米）來提高工件表面的加工質量（圖1），由此減少或完全免去加工表面的後序拋光處理。從而縮短模具整個加工工藝流程的時間（圖2）。高速硬銑（通常把硬度超過56HRC、Rm>2000N/mm2的鋼鐵材料進行的加工稱之為硬加工）為模具加工提供了很大的應用潛力，高速硬銑可以補充模具傳統的加工工藝流程，在許多情況甚至可以完全替代電火花加工。這就可以在一次裝夾下對模具構件進行全部加工，不僅大幅度地減少加工時間、改善型面的表面質量和加工精度，而且可以簡化加工工藝流程。由於節省了製造電極、電火花加工和拋光（或大大減少拋光工作量）三道工序，縮短了模具的製造周期，降低了生產成本。例如，製造一個材質為熱作模具鋼的注塑模，硬度56HRC。採用高速硬銑，工件可在一次裝夾下進行粗、半精和精銑加工成成品。而採用電火花加工，工件需經過粗銑、調質、（同時製造電極）、電火花加工和拋光，模具的製造時間要比高速硬銑高三倍。
近幾年來，許多錐齒輪鍛模的製造幾乎都採用了高速硬銑工藝。如WalterPrototyp以及日立工具株式會社等刀具廠商都為高速硬銑錐齒輪鍛模（圖3）提供了成套刀具，僅從這些高速硬銑的加工實例中可以看出，銑削工藝比電火花加工贏得了更為重要的地位，特別是高速硬銑已成為模具加工最為重要的關鍵工藝，在模具製造業採用硬銑工藝已成為模具加工技術的發展趨向。5軸聯動加工
對於一些較深或難於接近的型腔自由曲面，通過5軸加工就能夠採用相對短的銑刀，以增強銑刀的剛性和提高銑刀加工的穩定性。由此提高自由曲面的表面質量、尺寸精度和形狀精度。通過5軸加工結合刀具的幾何角度，也有利於加工難於切削的材料。
5軸聯動加工是通過在三個現有的笛卡爾直線坐標軸上集成兩個附加的旋轉迴轉坐標軸，使銑刀以5個自由度相對於構件的自由表面實施5軸聯動加工。由此，就能實現最佳的銑刀切削情況，通過銑刀軸自由的幾何定向，能使銑刀的刀刃最佳地適應構件的輪廓加工表面。
5軸加工有下列優點：
◆可以加工複雜的自由曲面；
◆能加工工件的側凹；
◆工件可以在一次裝夾下或稍經換夾完成全部加工；
◆可以加工垂直的工件表面；
◆可以採用短和剛性好的銑刀進行加工。
但是，5軸聯動銑削的缺點是CAM系統複雜的編程，並需較長的編程時間，由此影響到模具這種單件生產的經濟性。
高速銑削（硬銑）的應用限制
高速硬銑的難度常常會隨著工件硬度和工件幾何形狀複雜性的增加而加大。前些年，在模具製造業，工件硬度在62～64HRC被認為是高速硬銑能進行可靠加工的硬度上限。因為當硬度超過極限值時，銑削時銑刀就會迅速磨損。而複雜的幾何形狀會使切削條件變差，致使加工難於順利進行。
近年來，許多刀具製造廠商通過開發專門的硬塗層來提高刀具的耐高溫性能，以便加工硬度較高的工件。例如德國Walter公司，通過PVD的TiAlSiN塗層，使銑刀能加工硬度為70HRC的淬硬材料；又如日本的日立工具株式會社，通過納米半晶態或非晶態TH45+塗層使銑刀加工工件的硬度達到72HRC（這種塗層的最高適應溫度達1100℃，硬度達3600HV；而常用的TiAlN硬鍍層最高適應溫度僅為900℃；硬度為3300HV）。
在過去，當材料硬度超過64HRC時，模具構件的加工就需要採用電火花加工。現在工件加工硬度的提高意味著高速硬銑的應用範圍又得到了擴大。
限制高速銑削應用的另一個因素是加工具有較大的深度/寬度比的型腔。對於加工這樣深的型腔，除了不得不採用細長的銑刀、不利於加工外，型腔加工的順利與否還與許多因素有關：如材料的硬度和韌性、刀夾的園跳動、銑刀的園跳動、刀夾和銑刀的動平衡、排屑和潤滑情況，以及是3軸還是5軸加工等。
根據GF阿奇夏米爾公司的資料，加工較深的型腔，採用的銑刀其長度/直徑比為10時，銑削過程通常是可靠的；當比值達到10～15時，就需要機床操作者高度注意其銑削過程；當比值超過15時，銑削時就需要使用者具有專門的經驗和訣竅。
為了能夠解決材料愈來愈硬和形狀變得越來越複雜的加工任務。應採用確保加工順利進行的一些措施：如加工較深的型腔時，應採用細長錐形和具有減震性能的刀夾（例如：液壓膨脹夾頭或三菱應力鎖緊夾頭），以避免銑刀在高速銑削時產生振動，導致加工表面質量惡化和刀具壽命變短。刀夾、刀具還應進行動平衡，銑刀也應採用具有錐形桿的銑刀。並在進行高速硬銑的過程中，應採用微量潤滑來提高刀具壽命和改善工件表面質量。
通常，在遇到型腔極窄且深的極端情況下，才考慮採用電火花加工工藝，而電極則可以通過高速銑削來製造。
結語
高速銑削，特別是高速硬銑在模具製造業中的推廣應用，是模具製造技術的一次重大變革。高速硬銑在多數情況下，不僅可以替代電火花加工，簡化模具製造的整個生產工藝流程，而且可提高模具的加工質量、縮短模具製造時間和降低生產成本。
對製造模具來說，高速加工和電火花加工是兩個相互進行競爭的加工工藝，然而從當前高速硬銑和5軸加工技術的發展現狀和發展的趨向看，可以確信，隨著刀具材料和塗層技術，以及5軸加工機床和CAD/CAM軟體等技術的進一步發展，在模具製造中5軸聯動的硬銑技術，其潛力將會得到更好的展現。
