模具是制造业的重要工艺装备,工业产品的大批量生产以及新产品的研发都离不开模具,二维型腔是模具本身的生产中较常见的加工内容。插铣加工具有材料去除率高,径向切削力小等特点,非常适合模具二维型腔加工。然而直接将插铣法用于二维型腔加工,通常会出现插铣顶刀和退刀剐蹭等问题,使得插铣过程中存在载荷和振动的突变,影响刀具寿命甚至发生刀具损坏等异常。而且目前针对二维型腔插铣加工的刀具与工艺都是从传统层铣加工中借鉴而来,没有充分考虑插铣技术的特点,从而阻碍了插铣技术在数控加工领域的广泛应用。因此,研究二维型腔插铣加工刀具与工艺技术,具有重要的理论与实际意义。具体研究内容如下:针对二维型腔等高插铣中的顶刀问题,通过切削仿真,发现主偏角小于90°的刀具插铣加工到工件底部时其切削刃与工件的接触长度突然增大,接触长度的突增导致的载荷突变是出现插铣顶刀的主要原因;而主偏角大于90°的刀具在整个加工过程中其切削刃与工件的接触长度基本保持恒定,即主偏角大于90°的刀具能够规避插铣顶刀。定制了主偏角从87°到99°的系列单齿插铣刀具,通过对二维型腔等高插铣实验获得的切削力进行分析,验证了主偏角大于90°的刀具能够有效消减插铣顶刀的载荷突变,并在一定程度上降低径向切削力,实现二维型腔等高插铣及插铣原路退刀。从切削力、切削振动及加工效率三个角度对比研究了顺铣和逆铣插铣、壁面和开槽插铣的工艺性优劣,同时研究了切削参数对插铣切削力的影响情况,并且对插铣步距及刀具径向切削深度的取值进行了优选。总体上逆铣的切削力小于顺铣,这有利于延长刀具寿命;壁面插铣比开槽插铣的切削力小,但切削振动强度较大,且加工效率明显低于开槽插铣,故应将逆铣插铣和开槽插铣作为二维型腔等高插铣加工时的首选工艺。壁面插铣中顺铣径向力和轴向力与插铣步距成正相关、顺铣径向力及逆铣的三向切削力均与每齿进给量成正相关、顺铣及逆铣切向力和逆铣轴向力与径向切深成正相关。开槽插铣中三向切削力与插铣步距和每齿进给量均呈正相关,无论是壁面插铣还是开槽插铣切削力基本不随切削速度而变化。针对开放式、半封闭式、封闭式二维型腔,分别提出了变移刀路径去孤角的工艺策略、双列开槽及双列开槽和去残留材料相组合的工艺策略以及预钻孔和单圈成形及变移刀路径去孤角相组合的工艺策略。通过二维型腔等高插铣加工实例与传统型腔层铣的对比,验证了所提工艺策略的有效性与高效性。