高速加工技術(shù)在汽車模具開發(fā)中應(yīng)用

劉建蘭

（鄭州市技師學院,鄭州 450006）

0 引言

工業(yè)制造業(yè)中的高速加工技術(shù)具有導熱快、力度小、效率高的特點。高速加工技術(shù)的發(fā)展也受到很多因素的影響，如刀具、冷卻技術(shù)和機床技術(shù)等。這項技術(shù)已成為近年來一項重要的技術(shù)改革，激烈的市場競爭，給企業(yè)帶來了極大的生存壓力，要降低成本、提高服務(wù)水準、加快跟新?lián)Q代速度、要求個性化這些市場要求對制造業(yè)模具的制造有很大的刺激作用，汽車領(lǐng)域的生產(chǎn)壓力也在不斷加大利潤空間受到擠壓，大規(guī)模，小成本，快更新已經(jīng)成了汽車領(lǐng)域在中的重要法寶，所以高速加工技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)成了一個熱點話題。

1 高速加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展起源

高速加工技術(shù)是二十世紀中期，德國科學家提出的概念。他研究發(fā)現(xiàn)刀具的磨損和溫度的增加是隨著速度而增加的，當速度超過某個零界點時候就會產(chǎn)生一種力度和溫度雙雙降低效應(yīng)。研究證明不同材料的加工特性是不相同的，只有符合一定材料的加工速度才是最合適加工的速度，所以告訴加工不是僅僅提高加工速度決定的二是材料特性，加工工藝，刀具壽命等相關(guān)，這種技術(shù)從航空材料發(fā)展起步，加工受到設(shè)備冷卻能力和主軸的轉(zhuǎn)速影響，主軸在每分鐘6000—8000轉(zhuǎn)左右。汽車中的模具制造，多是塑料模具和壓鑄模具，以及沖壓型模具。硬度為大于洛氏55度，所以刀具才是加工限制條件轉(zhuǎn)軸速度成了次要影響因素。速度在45000轉(zhuǎn)以上是小型模具加工的速度，大型則要主軸達到125000轉(zhuǎn)以上方可。

1.2 差距和不足

受多方面因素的影響我國企業(yè)的高速加工技術(shù)和設(shè)施大部分從國外引進，國內(nèi)對該項技術(shù)的基礎(chǔ)性研究不足，高速加工技術(shù)優(yōu)化速度較慢，推廣和集成受到影響，與工業(yè)發(fā)達地區(qū)還有一定差距。第一，產(chǎn)品的生命周期要以零件的材料選擇和加工工業(yè)的成形技術(shù)為依托。后續(xù)的制造工藝都受到這個前提的影響，生產(chǎn)過程的成本、快慢和品質(zhì)也會受到影響。但是國內(nèi)在零部件毛坯技術(shù)上自住研發(fā)力度不夠重視程度不足，工藝路線的發(fā)展受到阻礙。研究的科研成果轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力的程序復雜，第二，機床技術(shù)落后，高速技術(shù)需要高質(zhì)量的機床技術(shù)，雖然目前國內(nèi)機床技術(shù)有足量進步，但是機床上的關(guān)鍵部件的研發(fā)與國外還是有很大的差距。第三，國內(nèi)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)不健全，制造企業(yè)的工藝數(shù)據(jù)庫是一項重要的資源，對后續(xù)的研發(fā)和生產(chǎn)有重要的參考作用，但國內(nèi)很少有企業(yè)在做數(shù)據(jù)庫的研發(fā)和建立，這對高速技術(shù)的發(fā)展極為不利。另外刀具技術(shù)也與國外差距很大，高性能材料在刀具上的應(yīng)用，刀具的安全，刀具的使用，道具的表面涂層這些研究領(lǐng)域國內(nèi)仍處于起步階段。

2 高速加工技術(shù)的優(yōu)勢

高速加工技術(shù)的優(yōu)勢有傳統(tǒng)行業(yè)所不具備的優(yōu)點。首先切削工藝的效率得到很大提升，高速的給進速度和切削速度是保證主軸在單位時間內(nèi)提高效率的關(guān)鍵。一次成型的技術(shù)讓加工的過程得到了很大簡化，同時也提高了精準度。高速銑床和高速加工中心可以實現(xiàn)一次性的完成所有的加工過程。比正常作業(yè)時間相比大大縮減，無需反復作業(yè)并且減少了一定的工序，例如后期的手工研磨和拋光作業(yè)。因此高速加工技術(shù)可以提高效率，增加產(chǎn)量。其次高速加工技術(shù)對制作零件的表面質(zhì)量有很大提升，高速加工下，只需要提高少量的加工速度就可以提高工業(yè)制品表面的精度減少瑕疵的出現(xiàn)。被高速加工所切削下來的工業(yè)廢料已經(jīng)脫離工件從而減少了清理程序，不影響下一步的加工。另外零件的受熱少、散熱快，零部件的加工時積攢的熱量已經(jīng)被切削廢料帶走，很少部分留在原料上，高速加工的力度小可以提高切削加工的效率。再次，對汽車模具加工工序有簡化作用，傳統(tǒng)銑削應(yīng)該在淬火前，因為只有手工才對淬火形成變形進行修正，高速加工工藝的出現(xiàn)讓電極加工程序和電極材料和電加工過程的費用都大大減少甚至扣除，汽車制作業(yè)的高速加工可以使用微型的刀具，有利于細微環(huán)節(jié)的加工和制作，人工修正和加工的環(huán)節(jié)就消除了，而且汽車模具的使用期限增長，模具的修復次數(shù)增加。

3 高速加工對加工系統(tǒng)的要求

由于高速加工技術(shù)的特殊性，尤其是汽車制作行業(yè)高速加工技術(shù)的特殊性，不得不考慮到高速加工需要的技術(shù)設(shè)備的承受能力。第一，是機床的技術(shù)機床主軸的質(zhì)量關(guān)系到能否實現(xiàn)順利切割的重要保障，當轉(zhuǎn)速為15000—150000r/min時候要求主軸必須能夠準確實現(xiàn)提升速度，所以高速主軸的速度常見方式是空氣靜壓式，磁懸浮軸承式，等其他結(jié)構(gòu)形式。第二，驅(qū)動程序，機床的驅(qū)動系統(tǒng)要保持一定的高速度，小直徑刀具有利于減少對刀具的磨損程度，以常用的25-35m/m in的速度，用滾珠絲杠傳動，可以提高到55m/m in，直線電機則可以提高到125m/min。加速度高，三維的復雜曲面輪廓對高速加工要求較高，需要驅(qū)動系統(tǒng)能夠承受一定的加速度特性。當速度增益因子達到Kv=30m/mim 時候三維動態(tài)滯后性最小。第三，數(shù)控系統(tǒng)保障，模具加工已經(jīng)逐漸以數(shù)控為主導，傳統(tǒng)手工制作的領(lǐng)域越來越少，插補方法要有一定的先進性，保證表面質(zhì)量和工件的幾何精度。智能的預(yù)處理功能，緩沖寄存器要一定是大容量可持續(xù)的，保證多個程序都可以提前受到檢查。另外還有一頂?shù)恼`差修補功能，包所有的主軸、電機、象限和測量方面的誤差都可以一定程度上及時發(fā)現(xiàn)并補償。另外汽車模具的高速加工工藝過程需要很高的數(shù)據(jù)傳輸程序，用最先進的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可以達到2200kbps。

4 汽車模具開發(fā)中的高速加工技術(shù)應(yīng)用

有報道稱大眾汽車公司在上海的工廠已經(jīng)采用了高速加工技術(shù)替代了原來的技術(shù)，汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋等大平面的加工，都是高速加工技術(shù)的應(yīng)用之地。高估鉆削技術(shù)開始應(yīng)用到缸體模具的打孔中，電主軸方式也開始在主軸加工研磨床上推廣運用。高達65000r/min的轉(zhuǎn)速在直線電動機的應(yīng)用下更加的穩(wěn)定了生產(chǎn)的過程提高了生產(chǎn)效率。便捷柔性生產(chǎn)線也是以高速加工技術(shù)為基礎(chǔ)的，歐美的許多汽車生產(chǎn)大國都普遍采用了該項技術(shù)開設(shè)了高速柔性的生產(chǎn)線。汽車生產(chǎn)過程中的模具制作是該生產(chǎn)過程的關(guān)鍵因素，只有良好的模具才能有高質(zhì)量的汽車零部件，模具生產(chǎn)開發(fā)的速度決定著產(chǎn)品的好壞和生產(chǎn)進度進度的快慢。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)直接成了汽車磨具制造的關(guān)鍵性突破。樹立了現(xiàn)代汽車磨具生產(chǎn)的技術(shù)典范。汽車的發(fā)動機氣缸模具、汽車覆蓋件的模具、其它零件模具。其中覆蓋件最重要，它決定著一輛汽車的外觀和型號，是研究的重要內(nèi)容，近期的重點研究課題是有關(guān)設(shè)備的使用標準，機床的調(diào)試和安裝，刀具的使用，高速加工的軟件編程和測量技術(shù)，這些研究很好的滿足了汽車模具生產(chǎn)企業(yè)的要求。高速加工技術(shù)具有高轉(zhuǎn)速，大給進，高精度和長壽命的特點，這項技術(shù)符合了汽車生產(chǎn)模具制作中多曲面多類型的生產(chǎn)需求。降低了模具制作過程的切削力度，減少了刀具的磨損，切削的熱量也被廢料帶走，這些因素可以加速汽車生產(chǎn)的更新?lián)Q代。高速加工的技術(shù)基礎(chǔ)是人們前期總結(jié)的經(jīng)驗和教訓，讓效率和工藝互相提升。另外系統(tǒng)軟件的設(shè)計也在不斷的更新，CAD等相關(guān)軟件也在幫助高速加工技術(shù)的不斷推進，選擇不同的清除廢棄物的方法。

5 高速加工技術(shù)的趨勢

首先今后高速加工技術(shù)的發(fā)展必然迎來一個材料范圍擴大的局面，不僅僅是鋁合金的加工，其它高硬度和高難度加工的材料都可以通過高速加工技術(shù)完成，濕式切割將逐漸替代干式切割，高速切割的溫度升高致使大量的冷卻液產(chǎn)生并污染環(huán)境，研發(fā)能在一定干度條件下順利進行高速切割。其次，為了滿足更過的生產(chǎn)需求不斷研究CAD和CAM等相關(guān)軟件，讓高速機床的控制技術(shù)更加成熟和穩(wěn)定，保證安全生產(chǎn)方面可以預(yù)見未來將會有關(guān)于遠程監(jiān)控和安全防護的技術(shù)出現(xiàn)在該領(lǐng)域。最后，研發(fā)和實驗將會得到重視，從理論到實驗從實驗到實踐是不斷推動科技進步的規(guī)律。加大對該項技術(shù)的研發(fā)力度將是主要努力方向。

6 結(jié)語

現(xiàn)代工業(yè)制作業(yè)的發(fā)展離不開高速加工技術(shù)的發(fā)展，是汽車模具制造的必由之路和主要研究方向。繼續(xù)研發(fā)和推廣該技術(shù)不僅可以提高汽車工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率還能降低成產(chǎn)成，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而帶動整個行業(yè)發(fā)展進而促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級調(diào)整。

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