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高速切削加工技术在汽车覆盖件模具制造中的应用

发表时间:2015/3/6 作者:郭宏军 陈平 杨玻 
数控加工技术是汽车覆盖件模具制造技术中的一项关键技术,由于汽车覆盖件结构尺寸大,形状复杂、表面质量要求高,因此,数控加工技术水平的高低直接影响到汽车覆盖件模具的加工质量,进而影响到零件的表面质量。近年来,以高速、高精度加工为主要特征的高速切削加工技术发展十分迅猛,已成为先进制造业的关键技术之一。随着科学技术的发展,高速切削加工技术在汽车覆盖件模具制造中逐渐开始得以应用。

  数控加工技术是汽车覆盖件模具制造技术中的一项关键技术,由于汽车覆盖件结构尺寸大,形状复杂、表面质量要求高,因此,数控加工技术水平的高低直接影响到汽车覆盖件模具的加工质量,进而影响到零件的表面质量。近年来,以高速、高精度加工为主要特征的高速切削加工技术发展十分迅猛,已成为先进制造业的关键技术之一。随着科学技术的发展,高速切削加工技术在汽车覆盖件模具制造中逐渐开始得以应用。

1. 高速切削加工与传统加工相比的优点

  汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、形状复杂、表面质量要求高等特点,传统的汽车覆盖件模具加工方式不仅效率低,模具表面加工质量也不好,导致最后钳工手工研配的周期比较长。在汽车覆盖件模具制造中,采用高速切削加工与传统的加工方式相比的优点: ① 生产效率高。② 工件变形小。③ 加工精度高。④ 刀具寿命高。故此,现在高速切削加工技术已在汽车覆盖件模具制造业得到越来越广泛的应用。

2. 汽车覆盖件模具高速切削加工技术对机床的要求

  由于汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、形状复杂、表面质量要求高的特点,结合高速切削加工技术的特性,如果要使汽车覆盖件模具在高速切削加工中获得良好的应用效果,使用高速切削机床是最基本的条件之一。

  (1) 高速机床控制系统在高速切削加工中,由于切削速度高,机床应具备预处理能力( Look-ahead)的CNC 控制系统,并且要求具有大容量内存和ETH-ERNET 通信等技术。NURBS 曲线插补为复杂的模具曲面提供了短程序段和光滑插补的解决方案,数字驱动克服了模拟控制微量的时间滞后问题,高分辨率反馈技术是高精度加工的保障。

  (2) 高速机床转速高、功率大高速切削机床的主轴是核心部件,它决定着高速切削加工中所能达到的切削速度、加工精度、零件的加工品质和应用范围。目前,高速切削加工机床的主轴转速通常都大于10 000r /min,20 000 ~ 80 000r /min 的主轴转速也已在高速切削加工中应用。由于汽车覆盖件模具形状复杂,在加工型腔时刀具悬伸较长,因此要求主轴功率要大,否则将无法满足加工需求,一般主轴功率要求在十几到几十千瓦以上。

  (3) 高速机床直线运动的高加速度高速切削加工中,根据高速切削的特性,在高动态的进给驱动速度下,从主轴启动到加速通常只有1 ~ 2s 的时间,工作台( 龙门横梁) 的加、减速度为1 ~ 5s,以此保证汽车覆盖件模具型面中的小圆角半径曲面的高速加工。

RAMBAUDI 公司的RAM—Speed—H45 PLUS 型高速加工中心

图1 RAMBAUDI 公司的RAM—Speed—H45 PLUS 型高速加工中心

3. 汽车覆盖件模具高速切削刀具的选择及切削参数优化

  (1) 汽车覆盖件模具高速切削加工对刀具的要求在高速切削加工过程中,由于切削速度高,并且汽车覆盖件模具型面关键部位进行了热处理或直接采用整体淬火钢,硬度较高,因此,在高速切削中刀具和切屑之间的温度很高,既有热的性质,又有化学特性,这就要求刀具材质具备高硬度、高强度、耐磨性好、抗冲击性能强和热稳定性的特性。汽车覆盖件模具高速切削刀具主要根据汽车覆盖件模具的材质、几何形状、机床结构和切削参数等进行选择。

  汽车覆盖件模具高速切削加工的刀具类型按材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、表面涂层刀具等。在汽车外板件模具型面的高速切削加工中,为保证外板件模具型面的高精度要求,减少型面精加工过程中产生的接刀差,精加工过程中应尽量采用一颗刀片加工完成。在我公司承制的某车型顶盖外板模具精加工中,我们采用镜面球刀进行加工,刀片选用的是合金PVD 涂层刀片,保证了该模具型面的高精度要求,如图2 所示。汽车覆盖件模具高速切削加工中,由于其几何形状的复杂性,如果刀具的装夹不合理,在加工中就有可能现掉刀( 拉刀) 现象,从而影响到加工质量和效率。一般高速切削加工的刀具采用HSK 空心刀柄装夹,以确保刀具高速运转下的安全和轴向的加工精度。随着汽车覆盖件模具制造向高速、高精度发展,现在已逐渐使用热胀式刀柄装夹刀具,这种装夹方式使刀具在高速切削加工中精度更高、刚性更好、传递转矩也更高,保证了加工中刀具的动平衡和刀具寿命。

某车型的机罩外板加工完成图

图2 某车型的机罩外板加工完成图

  在加工冷却方面,高速切削加工通常采用喷气冷却和油雾冷却,油雾冷却是目前高速切削加工较为理想的冷却方式之一。

  (2) 汽车覆盖件模具高速切削加工参数的优化传统的汽车覆盖件模具加工方式一般采用直径50mm球刀、留量1mm 进行粗加工,然后用直径30mm 球刀、留量0. 5mm 进行半精加工,最后采用直径30mm 或直径25mm 球刀完成精加工。

  汽车覆盖件模具采用高速切削加工的方式和传统的加工方式有很大不同,现以我公司承制的某车型后车门内板( 见图3) 模具为例,对高速切削加工进行论述。在粗加工中主要是去除大余量,为了更有效地提高效率,采用直径63R8 圆刀片进行加工,然后用直径40mm、直径30mm 和直径25mm 的球刀进行预清根; 在半精加工中用直径30mm 球刀进行加工,然后用直径25mm 球刀进行预清根; 最后,在精加工中采用直径30mm 或直径25mm 球刀进行加工,型腔、转角部位采用小直径球刀清根完成,具体切削参数如表1所示。

某车型的后车门内板模型

图3 某车型的后车门内板模型
某车型的后车门内板模型

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