高速切削加工技術(shù)應(yīng)用于車輛覆蓋件模具

馬春文

摘? 要：汽車產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國(guó)家的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，龐大的汽車需求需要成體系的加工制造產(chǎn)業(yè)，車輛覆蓋件模具是車輛制造中的關(guān)鍵一環(huán)，通過車輛覆蓋件模具可以完成車輛覆蓋件的一次成型沖壓，提高車輛覆蓋件的制造效率。車輛覆蓋件的沖壓質(zhì)量與車輛覆蓋件模具的機(jī)械加工質(zhì)量密切相關(guān)，由于車輛覆蓋件模具的尺寸大、形狀復(fù)雜、表面精度要求高，為完成車輛覆蓋件模具的高精度加工現(xiàn)今多采用高速切削加工技術(shù)。利用高速切削加工技術(shù)可以在車輛覆蓋件模具表面形成良好的加工精度。文章將在分析高速切削加工技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)其在車輛覆蓋件模具加工中的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。

關(guān)鍵詞：車輛覆蓋件模具;高速切削加工技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG76? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0105-02

Abstract： The automobile industry is one of the pillar industries of a country， and the huge automobile demand requires a systematic processing and manufacturing industry， and the vehicle panel mould is a key link in the vehicle manufacturing. Through the vehicle panel die， the one-time forming and stamping of the vehicle panel can be completed， and the manufacturing efficiency of the vehicle panel can be improved. The stamping quality of the vehicle panel is closely related to the machining quality of the vehicle panel die. Because of the large size， complex shape and high surface accuracy of the vehicle panel die， the stamping quality of the vehicle panel is closely related to the machining quality of the vehicle panel die. Nowadays， high speed cutting technology is often used to complete the high precision machining of vehicle panel die. High speed machining technology can be used to form good machining accuracy on the surface of vehicle panel die. Based on the analysis of the characteristics of high speed cutting technology， this paper analyzes and introduces its application in vehicle panel die machining.

Keywords： vehicle panel die; high speed cutting technology; application

前言

車輛覆蓋件模具尺寸大、形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高，是車輛加工制造中的關(guān)鍵一環(huán)。傳統(tǒng)的加工工藝耗時(shí)長(zhǎng)、精度低無法滿足大規(guī)模制造的需求。隨著制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，高速切削加工技術(shù)以其高效、高精的特點(diǎn)在車輛覆蓋件模具加工制造中取得了良好的應(yīng)用效果。結(jié)合高速切削加工技術(shù)的特點(diǎn)與車輛覆蓋件模具加工要求對(duì)高速切削加工技術(shù)與工藝進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，以確保高速切削加工技術(shù)在車輛覆蓋件模具加工中取得良好的加工效果。

1 高速切削加工技術(shù)的特點(diǎn)與在車輛覆蓋件模具加工中應(yīng)用的要求

高速切削加工技術(shù)是一種在工業(yè)機(jī)床取得長(zhǎng)足進(jìn)步基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的一種機(jī)械加工技術(shù)，其利用高速加工機(jī)床快速進(jìn)給、主軸高轉(zhuǎn)速、定位精度高的特點(diǎn)采取高轉(zhuǎn)速、少進(jìn)給、快速移動(dòng)的加工工藝完成工件的加工，由于轉(zhuǎn)速高所加工出來的工件表面質(zhì)量也較好。相較于傳統(tǒng)的加工方式高速切削加工技術(shù)具有加工效率高、工件變形量小、加工精度高等的特點(diǎn)。尤其是在車輛覆蓋件模具這一高精度工件的加工中高速切削技術(shù)能夠取得良好的加工效果。

高速切削加工技術(shù)其核心在于高速加工機(jī)床，現(xiàn)代高速切削加工機(jī)床具有強(qiáng)大的計(jì)算、模擬能力，其所具有的高精度CNC控制系統(tǒng)利用NURBS曲線插補(bǔ)技術(shù)能夠?yàn)閺?fù)雜的模具曲面提供短程序段和光滑插補(bǔ)的解決方案，數(shù)字化的控制系統(tǒng)能夠有效提高機(jī)床的實(shí)時(shí)反應(yīng)能力，有效避免模擬控制所帶來的時(shí)間滯后缺陷，高精度的反饋部件為機(jī)床的高精度進(jìn)給提供了良好的保證。高速切削加工機(jī)床其所采用的主軸多為電主軸，其主軸轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到10000r/min，且一些機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到20000～70000r/min。車輛覆蓋件模具型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)需要采取長(zhǎng)刀具進(jìn)行加工，為滿足加工需求要求主軸功率較大?，F(xiàn)代高速四軸、五軸加工機(jī)床都能夠滿足車輛覆蓋件模具的加工需求。

2 高速切削加工技術(shù)應(yīng)用于車輛覆蓋件模具加工時(shí)的刀具與切削參數(shù)的優(yōu)化

高速切削加工作業(yè)時(shí)主軸轉(zhuǎn)速高、切削發(fā)熱大，為提高高速切削加工質(zhì)量需要結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)、材料特性以及冷卻方式等因素合理的選擇加工刀具。在對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行高速切削加工之前，需要對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行熱處理提高模具毛坯的表面硬度，高速切削加工時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的刀具與模具表面接觸時(shí)將產(chǎn)生大量的熱量。為滿足高速切削加工需求，要求加工刀具具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性。此外，在車輛覆蓋件模具的高速切削加工為減少換刀所帶來的接刀差應(yīng)盡量選擇同一中刀型完成模具的加工。以某型車輛覆蓋件模具的高速切削加工為例，某車型頂蓋外板模具高速切削加工中采用鏡面球頭刀作為加工刀具，刀片選用的是合金PVD涂層刀片，合理的選用刀具不僅能夠保障車輛覆蓋件模具的高速切削加工取得良好的加工效率與加工質(zhì)量，同時(shí)也能夠減少因刀具改變所帶來的接刀差。在刀具的裝夾上，一般的HSK空心裝夾刀柄已經(jīng)無法滿足加工需求，取而代之的是熱脹式刀柄。熱脹式刀柄相較于HSK空心裝夾刀柄其安全性更高、精度更高、剛性也更強(qiáng)，能夠確保刀具在高轉(zhuǎn)速條件下具有良好的旋轉(zhuǎn)特性。在冷卻方式上需要結(jié)合車輛覆蓋件模具的材料與刀具特性及冷卻液的特性進(jìn)行綜合性的考慮，合理的進(jìn)行選擇。一般來說，在車輛覆蓋件模具的高速切削加工中所采用的冷卻方式主要有冷卻液、噴氣冷卻和油霧冷卻幾種方式，其中油霧冷卻應(yīng)用較多也較為廣泛。

在車輛覆蓋件模具的高速切削加工參數(shù)的選擇上也與傳統(tǒng)加工方式有所不同，減少了刀具的使用，且加工一體化成形。傳統(tǒng)的加工工藝中采用φ50mm球刀進(jìn)行粗加工，加工余量為1mm，而后使用φ30mm球刀進(jìn)行半精加工，加工余量為0.5mm，精加工采用φ30mm或是φ25mm的球頭刀，整體加工耗時(shí)長(zhǎng)、加工中需要進(jìn)行多次調(diào)校，加工效率較低。在對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行高速切削加工時(shí)，粗加工使用φ63R8圓刀片進(jìn)行去余量加工，加工余量為1mm，而后使用φ40mm、φ30mm或φ25mm的球刀對(duì)毛坯件進(jìn)行預(yù)清根，使用φ30mm的球刀對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行半精加工，最后使用φ30mm或是φ25mm的球刀對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行精加工，對(duì)于車輛覆蓋件模具的型腔、轉(zhuǎn)角等都使用小直徑球刀進(jìn)行清根作業(yè)。

3 車輛覆蓋件模具的高速切削加工工藝、程序優(yōu)化

車輛覆蓋件模具的高速切削加工工藝主要分為粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段。其中粗加工主要完成車輛覆蓋件模具毛坯件大余量的加工，加工精度較低，為提高加工效率可以采用φ63R8盤刀具進(jìn)行加工，在使用φ63R8盤刀進(jìn)行粗加工作業(yè)時(shí)需要注意的是刀具切入、切出的大量變化將為刀具帶來較大的外加載荷，容易導(dǎo)致刀片的損毀。在編制加工程序時(shí)需要采用等高層切的加工方式，采用圓弧切入切出法，確保盤刀能夠在車輛覆蓋件模具的高速切削加工中取得良好的加工效果。對(duì)于車輛覆蓋件模具的型腔、轉(zhuǎn)角等部分將使用小直徑球刀進(jìn)行預(yù)清根作業(yè)。在車輛覆蓋件模具的高速切削加工的半精加工程序編制上將主要使用φ30mm的球刀進(jìn)行切削加工，余量留0.3mm，由于車輛覆蓋件模具的高速切削加工對(duì)于加工后的表面質(zhì)量要求較高，在程序編制時(shí)需要結(jié)合車輛覆蓋件模具的結(jié)構(gòu)特性、刀具參數(shù)以及機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性的編制，通過模擬仿真確保刀具的軌跡特性能夠保持連續(xù)，避免出現(xiàn)接刀痕，同時(shí)對(duì)于刀具的切入、切出過程需要保持順滑，提高切削的平穩(wěn)性。在精加工階段，為提高車輛覆蓋件模具的高速切削加工效果，主軸刀具軌跡應(yīng)盡量采用圓滑連接，以確保車輛覆蓋件模具型面高速切削加工的連續(xù)性。同時(shí)采用圓滑連接方式將能夠避免機(jī)床主軸高速運(yùn)動(dòng)所帶來的慣性問題。在程序編制過程中需要對(duì)刀具的切入切出軌跡引起足夠的重視。車輛覆蓋件模具的高速切削加工時(shí)良好的刀具切入、切出軌跡將能夠保證刀具平穩(wěn)切入，刀具的切入、切出角度多選用的是圓弧或是傾斜角度，應(yīng)盡量避免垂直進(jìn)入，且應(yīng)當(dāng)將刀具的切入切出的連接控制在零件以外，這是由于刀具的切入、切出連接如直接作用在零件上將容易在零件的邊緣部分產(chǎn)生毛刺，從而影響車輛覆蓋件模具的加工質(zhì)量。為提高車輛覆蓋件模具的加工質(zhì)量，在刀具的切入、切出方式上需要以圓弧或是傾斜式為主，從而使得刀具能夠獲得良好的加工效果。在應(yīng)用高速切削加工工藝對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行切削加工時(shí)需要注意做好車輛覆蓋件模具轉(zhuǎn)角部分的程序編制，由于高速切削速度快、進(jìn)給率高，機(jī)床在高速作用下會(huì)產(chǎn)生一定的慣性力，在主軸慣性力的作用、刀具切削所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力積聚的共同作用下車輛覆蓋件模具的加工精度會(huì)受到一定的影響。為提高車輛覆蓋件模具轉(zhuǎn)角部分的加工精度需要結(jié)合車輛覆蓋件模具的加工特性對(duì)加工程序、工藝進(jìn)行一定的優(yōu)化，減少或是消除不利因素對(duì)車輛覆蓋件模具轉(zhuǎn)角加工的影響。車輛覆蓋件模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜在車輛覆蓋件模具高速銑削加工時(shí)主要以球型刀作為車輛覆蓋件模具型面加工的主要刀具，通過使用球刀對(duì)車輛覆蓋件模具表面進(jìn)行仿形銑削加工用以獲得所需要的加工精度。在以往使用三軸普通機(jī)床進(jìn)行車輛覆蓋件模具加工時(shí)，在面臨一些復(fù)雜曲面時(shí)由于刀具與曲面存在一定的角度偏差致使球刀無法取得良好的加工效果。此外，在使用三軸機(jī)床對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行加工時(shí)，所使用的球刀刀具在切削時(shí)刀尖的切削速度為零，致使在對(duì)復(fù)雜曲面進(jìn)行加工時(shí)無法獲得良好的型面加工質(zhì)量，此外，角度的偏差也容易導(dǎo)致球刀刀片或整體式刀具的加速磨損。而在使用高速銑削五軸機(jī)床對(duì)車輛覆蓋件模具進(jìn)行加工時(shí)，通過側(cè)偏五軸機(jī)床的A軸從而使得切削區(qū)域偏離所使用刀具的中心，從而使得切削刀具能夠獲得良好的加工性能和加工速度，通過側(cè)擺主軸使得球刀刀具與加工型面形成約10°的角度偏差，利用球刀的側(cè)刀面對(duì)車輛覆蓋件模具表面進(jìn)行加工，避開球刀刀具中心，在提高切削效率的同時(shí)增強(qiáng)球刀刀具的使用壽命。

4 結(jié)束語

高速切削技術(shù)是一種優(yōu)秀的加工技術(shù)，其利用機(jī)床的高速切削性能在提高工件加工效率的同時(shí)增強(qiáng)工件加工后的表面質(zhì)量。隨著高速切削技術(shù)的日趨成熟其應(yīng)用前景也更加廣闊，現(xiàn)今高速切削技術(shù)在航空、航天、模具制造等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用，通過積極做好高速切削技術(shù)的研究與應(yīng)用，從而使得高速切削技術(shù)能夠最大限度的發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。車輛覆蓋件模具是高精度加工制造行業(yè)，由于車輛覆蓋件模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面加工質(zhì)量要求高，傳統(tǒng)的加工工藝已經(jīng)無法滿足車輛覆蓋件模具的機(jī)械加工性能，通過在車輛覆蓋件模具加工中應(yīng)用高速切削技術(shù)將能夠有效的提高車輛覆蓋件模具的加工效率與表面加工性能，本文在分析高速切削技術(shù)加工特性的基礎(chǔ)上對(duì)高速切削技術(shù)在車輛覆蓋件模具加工中的工藝、工序進(jìn)行了分析闡述。

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