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高速切削加工推動汽車模具制造的發展
來源:西安機械加工 日期:2018-09-29 08:15:52

    高速切削加工技術是21世紀的一種先進制造技術,有著強大的生命力和廣闊的應用前景。通過高速切削加工技術可以解決在汽車模具常規切削加工中備受困擾的一系列問題。

    近年來,在美國、德國、日本等工業發達國家高速切削加工技術在大部分的模具公司都得到了廣泛應用,85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技術集高效、優質、低耗于一身,已成為國際模具制造工藝中的主流。

    我國有關汽車模具高速切削加工技術的研究起步較晚。據國際模協秘書長羅百輝介紹,我國眾多模具企業相繼從美國、德國、法國、日本等國家購買了大量高速加工設備及切削刀具,并在實踐中摸索汽車模具高速切削加工的工藝技術,取得了一些成功經驗。但是,一方面,引進設備不等于引進技術。高速切削尤其是大型汽車覆蓋件模具的高速切削方面,沒有成功的經驗可供借鑒,怎樣使引進的設備盡快發揮出應有的作用是擺在企業管理者和工程技術人員面前的一大課題;另一方面,技術人員在工作中邊學習邊應用,摸索、積累了一定的高速切削加工實例、工藝參數和工作經驗,怎樣將這些寶貴的經驗和教訓總結保存供其他技術人員借鑒、避免多走彎路也是一項難題。

    高速切削加工技術在國內外汽車模具制造行業得到了廣泛的應用,并且已取得了巨大的效益,但是高速切削加工的機理和相關理論至今仍不完善,針對汽車模具的高速切削數據庫尚未建立。國內外企業選擇高速切削刀具參數和高速切削加工參數的方式仍以傳統的“試切”法和“經驗”法為主,在加工某一新型材料時,往往需要使用多種刀具進行重復切削試驗,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,如此反覆多次,盲目性大,并且浪費大量的人力、財力和資源。而針對特種材料如合金鑄鐵、高強度合金鋼、超級合金(如鈦合金)等材料的高速切削加工,如何根據材料特性選擇合適的切削刀具,如何設計合理的切削參數,目前仍在研究和發展中。

    通過國內外汽車模具制造行業的高速切削加工技術實踐應用,高速切削加工技術具有如下優勢:

    1、高速切削加工提高了加工速度

    高速切削加工以高于常規切削10倍左右的切削速度對汽車模具進行高速切削加工。由于高速機床主軸激振頻率遠遠超過“機床—刀具—工件”系統的固有頻率范圍,汽車模具加工過程平穩且無沖擊。

    2、高速切削加工生產效率高

    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械加工,即所謂“一次過”技術(OnePassMachining)。高速切削加工技術的應用大大提高了汽車模具的開發速度。

    3、高速切削加工可獲得高質量的加工表面

    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量,甚至可以省去鉗工修光的工序。

    4、簡化加工工序

    常規銑削加工只能在淬火之前進行,淬火造成的變形必須要經手工修整或采用電加工最終成形,F在則可以通過高速切削加工來完成,而且不會出現電加工所導致的表面硬化。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節進行加工,節省了部分機械加工或手工修整工序,從而縮短了生產周期。

    5、高速切削加工使汽車模具修復過程變得更加方便

    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。

    6、高速切削加工可加工形狀復雜的硬質汽車模具

    由高速切削機理可知: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度和高硬度材料方面具有較大優勢,可以加工具有復雜型面、硬度比較高的汽車模具。

    在現代模具生產中,隨著對塑件的美觀度及功能要求得越來越高,塑件內部結構設計得越來越復雜,模具的外形設計也日趨復雜,自由曲面所占比例不斷增加,相應的模具結構也設計得越來越復雜。這些都對模具加工技術提出了更高要求,不僅應保證高的制造精度和表面質量,而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術研究的不斷深入,尤其在加工機床、數控系統、刀具系統、CAD/CAM軟件等相關技術不斷發展的推動下,高速加工技術已越來越多地應用于模具型腔的加工與制造中。

    數控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項先進制造技術,是集高效、優質、低耗于一身的先進制造技術。相對于傳統的切削加工,其切削速度、進給速度有了很大的提高,而且切削機理也不相同。高速切削使切削加工發生了本質性的飛躍,其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%,切削力降低了 30%,刀具的切削壽命提高了70%,留于工件的切削熱大幅度降低,低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高,單位時間毛坯材料的去除率增加了,切削時間減少了,加工效率提高了,從而縮短了產品的制造周期,提高了產品的市場競爭力。同時,高速加工的小量快進使切削力減少了,切屑的高速排出減少了工件的切削力和熱應力變形,提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低,轉速的提高使切削系統的工作頻率遠離機床的低階固有頻率,而工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感,由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過程中,采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序,從而避免了電極的制造和費時的電加工,大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對于一些市場上越來越需要的薄壁模具工件,高速銑削也可順利完成,而且在高速銑削CNC加工中心上,模具一次裝夾可完成多工步加工。

    高速加工技術對模具加工工藝產生了巨大影響,改變了傳統模具加工采用的“退火→銑削加工→熱處理→磨削”或“電火花加工→手工打磨、拋光” 等復雜冗長的工藝流程,甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術除可應用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外,在EDM 電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應用。大量生產實踐表明,應用高速切削技術可節省模具后續加工中約80%的手工研磨時間,節約加工成本費用近 30%,模具表面加工精度可達1m,刀具切削效率可提高1倍。

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