高速切削加工技术应用于车辆覆盖件模具

马春文

摘  要：汽车产业是一个国家的支柱性产业之一，庞大的汽车需求需要成体系的加工制造产业，车辆覆盖件模具是车辆制造中的关键一环，通过车辆覆盖件模具可以完成车辆覆盖件的一次成型冲压，提高车辆覆盖件的制造效率。车辆覆盖件的冲压质量与车辆覆盖件模具的机械加工质量密切相关，由于车辆覆盖件模具的尺寸大、形状复杂、表面精度要求高，为完成车辆覆盖件模具的高精度加工现今多采用高速切削加工技术。利用高速切削加工技术可以在车辆覆盖件模具表面形成良好的加工精度。文章将在分析高速切削加工技术特点的基础上对其在车辆覆盖件模具加工中的应用进行分析介绍。

关键词：车辆覆盖件模具;高速切削加工技术;应用

中图分类号：TG76         文献标志码：A         文章编号：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

车辆覆盖件模具尺寸大、形状结构复杂、加工精度要求高，是车辆加工制造中的关键一环。传统的加工工艺耗时长、精度低无法满足大规模制造的需求。随着制造技术的发展与应用，高速切削加工技术以其高效、高精的特点在车辆覆盖件模具加工制造中取得了良好的应用效果。结合高速切削加工技术的特点与车辆覆盖件模具加工要求对高速切削加工技术与工艺进行相应的优化，以确保高速切削加工技术在车辆覆盖件模具加工中取得良好的加工效果。

1 高速切削加工技术的特点与在车辆覆盖件模具加工中应用的要求

高速切削加工技术是一种在工业机床取得长足进步基础上所发展起来的一种机械加工技术，其利用高速加工机床快速进给、主轴高转速、定位精度高的特点采取高转速、少进给、快速移动的加工工艺完成工件的加工，由于转速高所加工出来的工件表面质量也较好。相较于传统的加工方式高速切削加工技术具有加工效率高、工件变形量小、加工精度高等的特点。尤其是在车辆覆盖件模具这一高精度工件的加工中高速切削技术能够取得良好的加工效果。

高速切削加工技术其核心在于高速加工机床，现代高速切削加工机床具有强大的计算、模拟能力，其所具有的高精度CNC控制系统利用NURBS曲线插补技术能够为复杂的模具曲面提供短程序段和光滑插补的解决方案，数字化的控制系统能够有效提高机床的实时反应能力，有效避免模拟控制所带来的时间滞后缺陷，高精度的反馈部件为机床的高精度进给提供了良好的保证。高速切削加工机床其所采用的主轴多为电主轴，其主轴转速能够达到10000r/min，且一些机床的主轴转速能够达到20000～70000r/min。车辆覆盖件模具型腔结构复杂，在对其进行加工时需要采取长刀具进行加工，为满足加工需求要求主轴功率较大。现代高速四轴、五轴加工机床都能够满足车辆覆盖件模具的加工需求。

2 高速切削加工技术应用于车辆覆盖件模具加工时的刀具与切削参数的优化

高速切削加工作业时主轴转速高、切削发热大，为提高高速切削加工质量需要结合工件的结构、材料特性以及冷却方式等因素合理的选择加工刀具。在对车辆覆盖件模具进行高速切削加工之前，需要对车辆覆盖件模具进行热处理提高模具毛坯的表面硬度，高速切削加工時高速旋转的刀具与模具表面接触时将产生大量的热量。为满足高速切削加工需求，要求加工刀具具有高硬度、高强度、高耐磨性。此外，在车辆覆盖件模具的高速切削加工为减少换刀所带来的接刀差应尽量选择同一中刀型完成模具的加工。以某型车辆覆盖件模具的高速切削加工为例，某车型顶盖外板模具高速切削加工中采用镜面球头刀作为加工刀具，刀片选用的是合金PVD涂层刀片，合理的选用刀具不仅能够保障车辆覆盖件模具的高速切削加工取得良好的加工效率与加工质量，同时也能够减少因刀具改变所带来的接刀差。在刀具的装夹上，一般的HSK空心装夹刀柄已经无法满足加工需求，取而代之的是热胀式刀柄。热胀式刀柄相较于HSK空心装夹刀柄其安全性更高、精度更高、刚性也更强，能够确保刀具在高转速条件下具有良好的旋转特性。在冷却方式上需要结合车辆覆盖件模具的材料与刀具特性及冷却液的特性进行综合性的考虑，合理的进行选择。一般来说，在车辆覆盖件模具的高速切削加工中所采用的冷却方式主要有冷却液、喷气冷却和油雾冷却几种方式，其中油雾冷却应用较多也较为广泛。

在车辆覆盖件模具的高速切削加工参数的选择上也与传统加工方式有所不同，減少了刀具的使用，且加工一体化成形。传统的加工工艺中采用φ50mm球刀进行粗加工，加工余量为1mm，而后使用φ30mm球刀进行半精加工，加工余量为0.5mm，精加工采用φ30mm或是φ25mm的球头刀，整体加工耗时长、加工中需要进行多次调校，加工效率较低。在对车辆覆盖件模具进行高速切削加工时，粗加工使用φ63R8圆刀片进行去余量加工，加工余量为1mm，而后使用φ40mm、φ30mm或φ25mm的球刀对毛坯件进行预清根，使用φ30mm的球刀对车辆覆盖件模具进行半精加工，最后使用φ30mm或是φ25mm的球刀对车辆覆盖件模具进行精加工，对于车辆覆盖件模具的型腔、转角等都使用小直径球刀进行清根作业。

3 车辆覆盖件模具的高速切削加工工艺、程序优化

车辆覆盖件模具的高速切削加工工艺主要分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。其中粗加工主要完成车辆覆盖件模具毛坯件大余量的加工，加工精度较低，为提高加工效率可以采用φ63R8盘刀具进行加工，在使用φ63R8盘刀进行粗加工作业时需要注意的是刀具切入、切出的大量变化将为刀具带来较大的外加载荷，容易导致刀片的损毁。在编制加工程序时需要采用等高层切的加工方式，采用圆弧切入切出法，确保盘刀能够在车辆覆盖件模具的高速切削加工中取得良好的加工效果。对于车辆覆盖件模具的型腔、转角等部分将使用小直径球刀进行预清根作业。在车辆覆盖件模具的高速切削加工的半精加工程序编制上将主要使用φ30mm的球刀进行切削加工，余量留0.3mm，由于车辆覆盖件模具的高速切削加工对于加工后的表面质量要求较高，在程序编制时需要结合车辆覆盖件模具的结构特性、刀具参数以及机床结构进行综合性的编制，通过模拟仿真确保刀具的轨迹特性能够保持连续，避免出现接刀痕，同时对于刀具的切入、切出过程需要保持顺滑，提高切削的平稳性。在精加工阶段，为提高车辆覆盖件模具的高速切削加工效果，主轴刀具轨迹应尽量采用圆滑连接，以确保车辆覆盖件模具型面高速切削加工的连续性。同时采用圆滑连接方式将能够避免机床主轴高速运动所带来的惯性问题。在程序编制过程中需要对刀具的切入切出轨迹引起足够的重视。车辆覆盖件模具的高速切削加工时良好的刀具切入、切出轨迹将能够保证刀具平稳切入，刀具的切入、切出角度多选用的是圆弧或是倾斜角度，应尽量避免垂直进入，且应当将刀具的切入切出的连接控制在零件以外，这是由于刀具的切入、切出连接如直接作用在零件上将容易在零件的边缘部分产生毛刺，从而影响车辆覆盖件模具的加工质量。为提高车辆覆盖件模具的加工质量，在刀具的切入、切出方式上需要以圆弧或是倾斜式为主，从而使得刀具能够获得良好的加工效果。在应用高速切削加工工艺对车辆覆盖件模具进行切削加工时需要注意做好车辆覆盖件模具转角部分的程序编制，由于高速切削速度快、进给率高，机床在高速作用下会产生一定的惯性力，在主轴惯性力的作用、刀具切削所产生的内应力积聚的共同作用下车辆覆盖件模具的加工精度会受到一定的影响。为提高车辆覆盖件模具转角部分的加工精度需要结合车辆覆盖件模具的加工特性对加工程序、工艺进行一定的优化，减少或是消除不利因素对车辆覆盖件模具转角加工的影响。车辆覆盖件模具结构复杂在车辆覆盖件模具高速铣削加工时主要以球型刀作为车辆覆盖件模具型面加工的主要刀具，通过使用球刀对车辆覆盖件模具表面进行仿形铣削加工用以获得所需要的加工精度。在以往使用三轴普通机床进行车辆覆盖件模具加工时，在面临一些复杂曲面时由于刀具与曲面存在一定的角度偏差致使球刀无法取得良好的加工效果。此外，在使用三轴机床对车辆覆盖件模具进行加工时，所使用的球刀刀具在切削时刀尖的切削速度为零，致使在对复杂曲面进行加工时无法获得良好的型面加工质量，此外，角度的偏差也容易导致球刀刀片或整体式刀具的加速磨损。而在使用高速铣削五轴机床对车辆覆盖件模具进行加工时，通过侧偏五轴机床的A轴从而使得切削区域偏离所使用刀具的中心，从而使得切削刀具能够获得良好的加工性能和加工速度，通过侧摆主轴使得球刀刀具与加工型面形成约10°的角度偏差，利用球刀的侧刀面对车辆覆盖件模具表面进行加工，避开球刀刀具中心，在提高切削效率的同时增强球刀刀具的使用寿命。

4 结束语

高速切削技术是一种优秀的加工技术，其利用机床的高速切削性能在提高工件加工效率的同时增强工件加工后的表面质量。随着高速切削技术的日趋成熟其应用前景也更加广阔，现今高速切削技术在航空、航天、模具制造等领域都有着良好的应用，通过积极做好高速切削技术的研究与应用，从而使得高速切削技术能够最大限度的发挥出良好的应用效果。车辆覆盖件模具是高精度加工制造行业，由于车辆覆盖件模具结构复杂、表面加工质量要求高，传统的加工工艺已经无法满足车辆覆盖件模具的机械加工性能，通过在车辆覆盖件模具加工中应用高速切削技术将能够有效的提高车辆覆盖件模具的加工效率与表面加工性能，本文在分析高速切削技术加工特性的基础上对高速切削技术在车辆覆盖件模具加工中的工艺、工序进行了分析阐述。

参考文献：

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