汽車模具高速切削加工的工藝技術(shù)(上)

高速切削加工是汽車模具制造的發(fā)展趨勢

    高速切削加工技術(shù)是21世紀(jì)的一種先進(jìn)制造技術(shù)，有著強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。通過高速切削加工技術(shù) 可以解決在汽車模具常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題。近幾年來，在美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家高速切削加工技術(shù)在大部分的模具公司都得到了廣泛應(yīng)用，85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技術(shù)集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身，已成為國際模具制造工藝中的主流。

    通過國內(nèi)外汽車模具制造行業(yè)的高速切削加工技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用，高速切削加工技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

一、高速切削加工提高了加工速度

    高速切削加工以高于常規(guī)切削10倍左右的切削速度對汽車模具進(jìn)行高速切削加工。由于高速機(jī)床主軸激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，汽車模具加工過程平穩(wěn)且無沖擊。

二、高速切削加工生產(chǎn)效率高

    用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中完成型面的粗、精加工和汽車模具其他部位的機(jī)械加工，即所謂“一次過”技術(shù)（One Pass Machining）。高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用大大提高了汽車模具的開發(fā)速度。

三、高速切削加工可獲得高質(zhì)量的加工表面

    由于采取了極小的步距和切深，高速切削加工可獲得很高的表面質(zhì)量，甚至可以省去鉗工修光的工序。

四、簡化加工工序

    常規(guī)銑削加工只能在淬火之前進(jìn)行，淬火造成的變形必須要經(jīng)手工修整或采用電加工最終成形。現(xiàn)在則可以通過高速切削加工來完成，而且不會出現(xiàn)電加工所導(dǎo)致的表面硬化。另外，由于切削量減少，高速加工可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細(xì)節(jié)進(jìn)行加工，節(jié)省了部分機(jī)械加工或手工修整工序，從而縮短了生產(chǎn)周期。

五、高速切削加工使汽車模具修復(fù)過程變得更加方便

    汽車模具在使用過程中往往需要多次修復(fù)以延長使用壽命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成該工作，取得以銑代磨的加工效果，而且可使用原NC程序，無需重新編程，且能做到精確無誤。

六、高速切削加工可加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)汽車模具

    由高速切削機(jī)理可知：高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松，高速切削加工在切削高強(qiáng)度和高硬度材料方面具有較大優(yōu)勢，可以加工具有復(fù)雜型面、硬度比較高的汽車模具。

開展汽車模具高速切削工藝技術(shù)研究的意義

    高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外汽車模具制造行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并且已取得了巨大的效益，但是高速切削加工的機(jī)理和相關(guān)理論至今仍不完善，針對汽車模具的高速切削數(shù)據(jù)庫尚未建立。國內(nèi)外企業(yè)選擇高速切削刀具參數(shù)和高速切削加工參數(shù)的方式仍以傳統(tǒng)的“試切”法和“經(jīng)驗(yàn)”法為主，在加工某一新型材料時，往往需要使用多種刀具進(jìn)行重復(fù)切削試驗(yàn)，研究分析刀具的磨損、破損方式及其原因，從中找出一組最佳的刀具材料和加工參數(shù)，如此反覆多次，盲目性大，并且浪費(fèi)大量的人力、財(cái)力和資源。而針對特種材料如合金鑄鐵、高強(qiáng)度合金鋼、超級合金（如鈦合金）等材料的高速切削加工，如何根據(jù)材料特性選擇合適的切削刀具，如何設(shè)計(jì)合理的切削參數(shù)，目前仍在研究和發(fā)展中。

    關(guān)于高速切削數(shù)據(jù)庫的建立和使用，國內(nèi)外至今很少有關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。這主要是因?yàn)楦咚偾邢骷庸ぜ夹g(shù)起步晚，目前可用于生產(chǎn)的實(shí)用高速切削數(shù)據(jù)還十分缺乏。

    我國有關(guān)汽車模具高速切削加工技術(shù)的研究起步較晚。近年來，眾多模具企業(yè)相繼從美國、德國、法國、日本等國家購買了大量高速加工設(shè)備及切削刀具，并在實(shí)踐中摸索汽車模具高速切削加工的工藝技術(shù)，取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。但是，一方面，引進(jìn)設(shè)備不等于引進(jìn)技術(shù)。高速切削尤其是大型汽車覆蓋件模具的高速切削方面，沒有成功的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，怎樣使引進(jìn)的設(shè)備盡快發(fā)揮出應(yīng)有的作用是擺在企業(yè)管理者和工程技術(shù)人員面前的一大課題；另一方面，技術(shù)人員在工作中邊學(xué)習(xí)邊應(yīng)用，摸索、積累了一定的高速切削加工實(shí)例、工藝參數(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)，怎樣將這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)總結(jié)保存供其他技術(shù)人員借鑒、避免多走彎路也是一項(xiàng)難題。

    汽車模具企業(yè)不僅要建立一套高速加工切削數(shù)據(jù)庫，而且應(yīng)是針對汽車覆蓋件模具加工特徵的“特色”切削數(shù)據(jù)庫，即所建立的切削數(shù)據(jù)庫不但能夠存儲高速切削參數(shù)，而且能夠存儲優(yōu)秀的高速切削加工實(shí)例和決策知識，因此這是能夠“自動增長知識”的數(shù)據(jù)庫；在數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，還需要對高速加工數(shù)控編程工作任務(wù)進(jìn)行有效管理。建立這樣一個針對模具公司獨(dú)特情況的數(shù)據(jù)庫，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般切削數(shù)據(jù)庫的范疇，但這種“特色”數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用必定會提高汽車模具高速加工的質(zhì)量和效率，并為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

汽車模具高速切削工藝技術(shù)研究的內(nèi)容

一、高速切削加工機(jī)理的研究

    高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展的時間短，切削機(jī)理方面還有很多內(nèi)容仍需要進(jìn)一步的研究和完善，主要表現(xiàn)在由于速度大幅提高，加工過程產(chǎn)生的切削力、切削熱、刀具磨損狀況以及加工表面情況都將與傳統(tǒng)加工對應(yīng)因素所產(chǎn)生的現(xiàn)象和造成的結(jié)果顯著不同。高速切削機(jī)理的缺乏將阻礙高速切削加工技術(shù)的深入應(yīng)用，因此首先要進(jìn)行高速切削加工機(jī)理的研究以加深技術(shù)人員和操作人員對高速切削加工技術(shù)的認(rèn)識，并充分利用高速切削加工技術(shù)對汽車覆蓋件模具進(jìn)行高效高質(zhì)量的加工。

二、高速切削加工參數(shù)的優(yōu)化

    實(shí)踐證明，在設(shè)備、材料、加工策略一定的情況下使用合理的加工參數(shù)將大大提高工作效率，并做到加工效率、刀具磨損和加工質(zhì)量的最佳組合。因此，在汽車覆蓋件模具高速切削加工方面進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化是提高工作效率和汽車覆蓋件模具加工質(zhì)量的一個重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

三、復(fù)雜模具曲面高速切削加工策略研究

    成功進(jìn)行高速切削加工的重要前提是承受近乎恒定的切削載荷，在這種條件下能夠保證良好的高速切削加工效果。針對復(fù)雜模具曲面，需要進(jìn)行加工過程中去除材料體積變化小、切削載荷恒定的加工策略研究以避免刀具較快的磨損和減小讓刀誤差。

四、汽車模具高速加工切削數(shù)據(jù)庫建立

    高速加工切削數(shù)據(jù)庫存儲高速切削參數(shù)等數(shù)據(jù)供技術(shù)人員和操作人員查詢和使用，在管理工藝數(shù)據(jù)和輔助技術(shù)人員進(jìn)行工藝規(guī)劃方面起著重要作用。為提高技術(shù)人員和操作人員的工作效率、促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，建立針對汽車覆蓋件模具高速加工的切削數(shù)據(jù)庫勢在必行。