汽车大型覆盖件淬硬钢模具的高速铣削加工技术

汽车大型覆盖件淬硬钢模具的高速铣削加工技术

张哲 宋冰杰

上汽通用 (沈阳 )北盛汽车有限公司 辽宁 沈阳 110044

摘要：目前，我们国家的科技发展水平正在逐步提升，社会市场竞争力也在不断提高。在发展机器的过程中，我们需要不断提高数字控制技术的利用效率，从而提高所有机器的质量和效率，进而满足机械产品研发的多元化需求。对数字控制技术的发展，现阶段，我国在机械产品研发的过程中，需要充分利用更先进的数字控制技术，逐步改进和优化数控技术，同时在制造机械模具的过程中大范围采用数控技术，与此同时，在机械工程领域逐步提升数字控制技术的质量，在此基础上，为机器制造产业提供广阔的发展空间。

关键词：汽车大型覆盖件；淬硬钢模具；高速硬态铣削加工技术

引言

模具是一个重要的工业装备，广泛应用在国民经济的各个领域，模具制造水平就是一个国家工业装备水平的重要标志。模具的设计和制造对最终产品的质量起着决定性的作用，模具制造的成本将影响产品的研发投入和最终价格。随着模具产业的发展，模具制造面临着很大的竞争压力和市场压力，精确估算生产成本、优化核心部件的工艺成为模具企业应对国内外市场竞争的核心技术，研究这一领域将是非常有价值的。

1汽车大型覆盖件淬硬钢模具铣削加工常见问题

第一，表面损伤和尺寸误差。拼接后的镶块式淬硬钢模件精加工多基于整体铣削加工进行，铣削加工在多硬度拼接过渡区很容易出现载荷突变，导致明显的刀具振动，曲率不断变化的工件曲面也会导致切削层参数不断变化，加工过程中极不稳定的刀具载荷会最终导致模具型面的表面损伤和尺寸误差出现；第二，模具铣削过程颤振。对于型面复杂且硬度高的淬硬钢模具来说，颤振问题很容易在加工过程出现。由于不了解加工工艺系统（工件－刀具－机床）的动态性能，无法准确获得动态特性参数也会导致颤振难以有效控制，质量恶化的加工表面将出现麻点、凹坑，粗糙度不均等问题也会出现在模具型面表面；第三，刀具严重磨损和破损。为保证覆盖件成形质量和模具型面的完整性，需要使用同一把刀具和同一台机床完成不同硬度的加工区域，汽车模具间存在的硬度差和较大的硬度往往会导致刀具磨损加剧。此外，复杂多变的曲面使得交变切削载荷频繁出现于刃口部位，因此引发的磨损破损问题也需要得到重视。第四，专用刀具缺失。在粗加工时，国内部分汽车模具企业通过环形铣刀和圆角铣刀替代球头铣刀，增大数倍的步距使得加工时间缩短，加工效率得以提升，同时球头铣刀用于半精加工及精加工，点接触窄行加工的球头铣刀存在为零的顶点处线速度，恶劣的切削条件会降低切削效率，这与专用刀具缺乏存在直接关联，模具加工表面质量及效率受到的影响必须得到重视。

2汽车大型覆盖件淬硬钢模具高速铣削加工技术要点

2.1数控车削加工技术的应用

在模具加工中，在制造后轴标准件时，应用数控加工技术的关键是数控机床车削生产加工技术，以完成不同形状的旋转体、杆零件和其他模具的制造。旋转体模具加工一般包括轴类零件、注塑实体模型、盆形实体模型、瓶形实体模型等。根据数控车削生产加工技术，模具加工精度可以改善。在数控车削生产和加工技术方面，平面生产加工通常更简单，并且非常易于操作。因此，在操作过程中，使用数控车削生产加工技术一般只在模具内进行平面加工的一部分工作。利用数控车削生产加工技术进行模具加工，主要是对一部分零件进行生产加工，然后根据实际需要，配合其他数控加工技术进行整体模具生产。

2.2数控铣削

现如今，在机械模具加工领域平面结构的产品比较罕见，大部分是曲面结构的产品；在机械产品的生产与研发阶段，数控铣削加工工艺发挥着至关重要的作用，其主要加工的是机械模具生产阶段表面呈凹凸或曲面的模具。采用数控铣削加工技术在机械产品的生产和研发阶段发挥着至关重要的作用，与此同时，工作效率有所提升，且产品的质量得到了很大程度上的改善。

2.3数控电火花加工技术的应用

作为数控车床加工技术关键部分的数控电火花加工技术在模具加工发挥着重要作用。使用这种技术加工模具，可以很好地满足模具快速成型技术的需求。与编程方法相比，数控电火花技术的生产加工手段相对较低。模具加工中遇到的线切割状况一般是用直壁模具制作的，例如在冲压模具的生产过程中，对凹凸模具的制作，或者数控电火花加工技术中应用电极等。在模具加工中根据电极水平的操作技术，使用数控电火花加工技术，可以得出实际的技术效果，以确保加工流程的直线平整化。扩宽数控电火花加工技术的研究范围，可以进一步提高加工技术的技术强度，从而可以进一步提高模具加工的精度和质量。

3汽车大型覆盖件淬硬钢模具的高速铣削加工技术优化措施

3.1优化设计变量

在优化变量时，合理选择设计变量是优化设计的首要工作。在复杂曲面加工中，数控机床无法根据加工的要求实时调整加工参数，加工中切削条件会存在较大的变化，但在特定路径段内切削条件的变化范围较小。为降低优化问题的复杂度，在一定的切削范围内，可以用其中某一刀位点的切削情况来替代其他切削点位。因此，在加工过程中，可选定典型的切削线路并设定相应的切削参数，包括刀具行走的距离l、背吃刀量ap、切削步距ae，整个加工过程由n个路径组成，得到设计参数的矢量为：

3.2主轴转速

从微观上看，砂型材料的内部连接不会像金属原子间的连接一样紧密，而是存有大量的空隙。本质上，砂型铣削是利用刀具通过增加砂粒的动能将砂粒之间的连接力破坏后，将砂型分离。一般而言，砂型的表面粗糙度与主轴转速的大小呈现明显的正相关，主要是主轴的转速和刀具的冲击力成正比，主轴转速较小时刀具对砂型工件的冲击力也较小。铣削后会在工件的表面产生大颗粒的砂屑以及裂纹和凹坑。主轴转速的增加会导致工件表面的裂缝增多，可以形成小块的断裂砂型，提高工件表面的质量。

3.3工艺优化策略

零件的表面质量加工成本主要有数控铣加工成本和抛光加工成本。在模具企业实际工作，数控铣加工的成本为120元/小时，这里包含人工成本、刀具成本、其他消耗等；人工抛光的成本45元/小时，主要包括人工成本和抛光材料。本次加工的零件的表面积为1224.65mm2。因此我们可以对成本和工时核算。一是成本优先工艺策略。通过对多组工艺数据进行分析，数控铣参数进给量300mm/min、行距为0.1mm进行精加工，铣削表面结构在Ra0.8，在数控铣成本和抛光成本会有最佳成本；二是效率优先工艺策略，经过比较，如果希望最快速度完成零件加工，则需要采用进给量为600mm/min、行距为0.2mm进行加工，铣削表面结构为Ra1.38，在此基础上进行抛光，会在最短时间内完成零件的制造。

结束语

综上所述，汽车大型覆盖件淬硬钢模具的高速铣削加工技术拥有广阔发展前景。在此基础上，本文涉及的切削刀具技术、综合工艺优化等内容，则直观展示了高速铣削加工技术优化路径。为更好服务于汽车大型覆盖件淬硬钢模具加工，多硬度拼接曲面结构的深入研究、汽车模具曲面特征的针对性分类、非线性动力学模型的优化建设同样需要得到重视。

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