汽車覆蓋件模具高速切削加工過程的數(shù)值模擬與關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

湯金所

摘要：汽車覆蓋件模具是汽車生產(chǎn)中最為復(fù)雜的大型工藝裝備，為了提高汽車覆蓋件模具的加工精度以及加工效率，目前通常采用高速切削的加工方式。完善全面的高速切削工藝可以更好的保證高速切削加工的加工質(zhì)量并且可以降低加工成本。汽車覆蓋件模具高速切削加工的數(shù)值模擬和關(guān)鍵工藝技術(shù)的研究具有很重要的理論意義與實用價值。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件模具;高速切削加工;數(shù)值模擬

引言

現(xiàn)在國內(nèi)外的制造業(yè)競爭十分激烈，而汽車制造業(yè)是制造業(yè)中最為重要的一部分，所以汽車制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)實力的標(biāo)準(zhǔn)。在汽車開發(fā)制造過程中，汽車車身的設(shè)計制造是整車開發(fā)的重點也是開發(fā)的難點，因此，車身的開發(fā)制造一直是汽車制造業(yè)研究的熱點。隨著社會的發(fā)展，經(jīng)濟的進(jìn)步，人民的生活水平逐漸提高，消費觀念開始向個性化發(fā)展，汽車已經(jīng)不僅僅是單純的交通工具，購車者在選車時更加注重汽車的外型和輪廓是否美觀。為了滿足廣大消費者對汽車外型的不同需求，各個汽車公司的車型也是越來越多，在研發(fā)過程中，更加注重汽車覆蓋件的種類和質(zhì)量。汽車覆蓋件主要包括汽車外部結(jié)構(gòu)的一些沖壓件，比如發(fā)動機罩、前后翼子板、后行李箱等等。汽車覆蓋件的質(zhì)量直接影響整車的裝配質(zhì)量，并且汽車覆蓋件也與汽車的行車安全性、行車舒適性有很大關(guān)聯(lián)。汽車覆蓋件在不斷更新發(fā)展，不僅要滿足消費者的審美要求，也要更多考慮汽車的行車動力學(xué)特性，在保證美觀、舒適、安全的的同時，減少行車阻力，降低油耗，提高整車性價比。本文對汽車覆蓋件高速切削加工過程的數(shù)值模擬進(jìn)行了具體分析，并且對高速切削加工過程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行研究，通過對比確定最佳加工方式。

1.汽車覆蓋件模具高速切削加工過程的數(shù)值模擬

汽車覆蓋件模具的加工過程很復(fù)雜，涉及到摩擦學(xué)、熱力學(xué)等很對領(lǐng)域。因此很難用傳統(tǒng)的方法對汽車模具高速切削加工過程進(jìn)行準(zhǔn)確的分析研究。過去科學(xué)水平有限，常常采用的逐個實驗法的方法對其進(jìn)行研究，不僅費事費力，生產(chǎn)成本也會增加，并且得出數(shù)據(jù)也只是經(jīng)驗值，不能做到對汽車覆蓋件模具切削的定量分析?，F(xiàn)在計算機技術(shù)發(fā)展迅速，可以利用有限元方法對高速切削加工過程進(jìn)行仿真加工模擬，從而得到切削加工過程中各個參數(shù)之間的關(guān)系。應(yīng)用計算機有限元分析能夠更為準(zhǔn)確的對高速切削加工過程進(jìn)行實時監(jiān)測，隨時調(diào)整完善加工進(jìn)給量等工藝過程，保證高速切削加工的工作效率。并且有限元方法對于切削材料在加工過程中的熱變形等行為的考慮更加準(zhǔn)確實際，對比傳統(tǒng)的逐個實驗法獲取經(jīng)驗值的方法，采用有限元的方法得到的數(shù)據(jù)得到的更為準(zhǔn)確可靠?，F(xiàn)在數(shù)值模擬分析技術(shù)主要應(yīng)用于金屬的常規(guī)速度切削加工，對于高速切削加工領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)值模擬還很少，所以將數(shù)值模擬應(yīng)用于汽車覆蓋件模具的高速切削加工過程中，首先要優(yōu)化其加工工藝參數(shù)，建立完善的高速切削數(shù)據(jù)庫，并且設(shè)計具有針對性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬可以建立很多力學(xué)模型，例如在高速切削加工過程中，前刀面上受力不均勻，刀具行程越大，正應(yīng)力越大，基于數(shù)值模擬可以建立刀屑界面接觸應(yīng)力模型，刀屑界面摩擦力方程為：

當(dāng)（滑動摩擦區(qū)域）

當(dāng)（粘著摩擦區(qū)域）

式中—工件材料極限剪切應(yīng)力

—摩擦系數(shù)

—正應(yīng)力

2.覆蓋件模具高速切削加工過程中關(guān)鍵工藝技術(shù)

汽車覆蓋件模具對于加工工藝的要求很高，其具有曲面多、尤其參與成型凸R角硬度高等特點，所以汽車覆蓋件模具的加工不同于傳統(tǒng)的機械零部件加工，汽車覆蓋件的制造加工過程更為復(fù)雜。對于汽車模具高速加工運用，對其加工工藝、編程策略的策劃，刀具系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)以及設(shè)備的選型都有別于傳統(tǒng)的數(shù)控加工模式。

圖2-1陡峭斜面3+2軸加工示意圖????????圖2-2曲面3+2軸加工示意圖

隨著對模具材料的不斷開發(fā)和切削刀具的不斷更新，高速切削過程中的切削參數(shù)也有著質(zhì)的變化，并且，不同的加工機床有不同的加工工藝。目前汽車覆蓋件模具高速切削加工工藝主要有3軸聯(lián)動數(shù)控加工、3+2軸數(shù)控加工以及5軸聯(lián)動數(shù)控加工這三種加工方式。對比三種加工工藝，3+2軸數(shù)控加工相對是較優(yōu)的。因為3軸聯(lián)動數(shù)控加工過程中球頭刀具的軸線方向是固定的，會導(dǎo)致零切削速度點和刀桿撓曲變形的問題;而5軸聯(lián)動雖然克服了3軸聯(lián)動加工的缺點，但是其高速切削加工過程的數(shù)控編程過于復(fù)雜，必須要有計算能力和計算速度很高的計算機數(shù)控系統(tǒng)才能支持5軸聯(lián)動高速切削加工的進(jìn)行，再有就是模具型面曲面不規(guī)則，法向不斷變化，加工時五軸聯(lián)動會對五軸數(shù)控提出較高的剛性和強度要求;對于3+2軸數(shù)控加工方式，其具有以下優(yōu)點：①把新的加工坐標(biāo)設(shè)置好后，在高速切削加工過程中對其碰撞干涉模擬檢查和過切檢查步驟就很容易進(jìn)行;②可以用不同的進(jìn)給量對覆蓋件模具的不同型面區(qū)域進(jìn)行分塊加工;③在對覆蓋件模具進(jìn)行精加工時，可以根據(jù)仿真模擬模具型面區(qū)域的型腔深淺將刀具自動替換成相應(yīng)刀長的刀具（刀具取短原則），保證覆蓋件模具型面加工精度要求。④加工不同的區(qū)域有編程人員按模具型面分類編程，分類編程后程序員將所有分模塊程序處理為一個程序?qū)φ麄€模具型面數(shù)控加工，保證各個區(qū)域的加工精度滿足設(shè)計要求。

3.結(jié)語

本文研究的重點是汽車覆蓋件高速切削加工過程的數(shù)值模擬相關(guān)內(nèi)容，討論了在高速切削加工過程中對加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并且建立高速切削數(shù)據(jù)庫，通過對多種加工方式的對比，確定3+2軸數(shù)控加工為最優(yōu)加工方式。本文研究所得到的結(jié)論希望能夠為以后對于汽車覆蓋件高速切削加工過程提供支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]周學(xué)良，阮景奎，宮愛紅，蔣德輝.基于UG的高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2005，19（4）：31-33

[2]宮愛紅，阮景奎，楊勇，周學(xué)良.合金鑄鐵高速切削的有限元模型.制造技術(shù)與機床，2007，（8）：36-40

[3]阮景奎，胡明茂.模糊綜合評判法在高速切削工藝設(shè)計CBR系統(tǒng)中的應(yīng)用.中國機械工程學(xué)會第十次工業(yè)工程年會論文集.天津：天津大學(xué)出版社，2007：86-90