本文介紹了汽車模具制造發(fā)展中的高速切削加工趨勢相關(guān)內(nèi)容。

　　高速切削加工技術(shù)是21世紀的一種先進制造技術(shù)，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(shù),可以解決在汽車模具常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題。近幾年來，在美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家高速切削加工技術(shù)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(shù)集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身，已成為國際模具制造工藝中的主流。

　　通過國內(nèi)外汽車模具制造行業(yè)的高速切削加工技術(shù)實踐應用，高速切削加工技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

　　一、高速切削加工提高了加工速度

　　高速切削加工以高于常規(guī)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(tǒng)的固有頻率范圍，汽車模具加工過程平穩(wěn)且無沖擊。

　　二、高速切削加工生產(chǎn)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(shù)(One Pass Machining)。高速切削加工技術(shù)的應用大大提高了汽車模具的開發(fā)速度。

　　三、高速切削加工可獲得高質(zhì)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(zhì)量，甚至可以省去鉗工修光的工序。

　　四、簡化加工工序

　　常規(guī)銑削加工只能在淬火之前進行，淬火造成的變形必須要經(jīng)手工修整或采用電加工最終成形。現(xiàn)在則可以通過高速切削加工來完成，而且不會出現(xiàn)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(jié)進行加工，節(jié)省了部分機械加工或手工修整工序，從而縮短了生產(chǎn)周期。

　　五、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。

　　六、高速切削加工可加工形狀復雜的硬質(zhì)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(yōu)勢，可以加工具有復雜型面、硬度比較高的汽車模具。

　　開展汽車模具高速切削工藝技術(shù)研究的意義

　　高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外汽車模具制造行業(yè)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(guān)理論至今仍不完善，針對汽車模具的高速切削數(shù)據(jù)庫尚未建立。國內(nèi)外企業(yè)選擇高速切削刀具參數(shù)和高速切削加工參數(shù)的方式仍以傳統(tǒng)的“試切”法和“經(jīng)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(shù)，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(jù)材料特性選擇合適的切削刀具，如何設計合理的切削參數(shù)，目前仍在研究和發(fā)展中。

　　關(guān)于高速切削數(shù)據(jù)庫的建立和使用，國內(nèi)外至今很少有關(guān)的文獻報道。這主要是因為高速切削加工技術(shù)起步晚，目前可用于生產(chǎn)的實用高速切削數(shù)據(jù)還十分缺乏。

　　我國有關(guān)汽車模具高速切削加工技術(shù)的研究起步較晚。近年來，眾多模具企業(yè)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(shù)，取得了一些成功經(jīng)驗。但是，一方面，引進設備不等于引進技術(shù)。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(jīng)驗可供借鑒，怎樣使引進的設備盡快發(fā)揮出應有的作用是擺在企業(yè)管理者和工程技術(shù)人員面前的一大課題;另一方面，技術(shù)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(shù)和工作經(jīng)驗，怎樣將這些寶貴的經(jīng)驗和教訓總結(jié)保存供其他技術(shù)人員借鑒、避免多走彎路也是一項難題。

　　汽車模具企業(yè)不僅要建立一套高速加工切削數(shù)據(jù)庫，而且應是針對汽車覆蓋件模具加工特徵的“特色”切削數(shù)據(jù)庫，即所建立的切削數(shù)據(jù)庫不但能夠存儲高速切削參數(shù)，而且能夠存儲優(yōu)秀的高速切削加工實例和決策知識，因此這是能夠“自動增長知識”的數(shù)據(jù)庫;在數(shù)據(jù)和經(jīng)驗基礎之上，還需要對高速加工數(shù)控編程工作任務進行有效管理。建立這樣一個針對模具公司獨特情況的數(shù)據(jù)庫，已遠遠超出一般切削數(shù)據(jù)庫的范疇，但這種“特色”數(shù)據(jù)庫的建立和應用必定會提高汽車模具高速加工的質(zhì)量和效率，并為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

　　汽車模具高速切削工藝技術(shù)研究的內(nèi)容

　　一、高速切削加工機理的研究

　　高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展的時間短，切削機理方面還有很多內(nèi)容仍需要進一步的研究和完善，主要表現(xiàn)在由于速度大幅提高，加工過程產(chǎn)生的切削力、切削熱、刀具磨損狀況以及加工表面情況都將與傳統(tǒng)加工對應因素所產(chǎn)生的現(xiàn)象和造成的結(jié)果顯著不同。高速切削機理的缺乏將阻礙高速切削加工技術(shù)的深入應用，因此首先要進行高速切削加工機理的研究以加深技術(shù)人員和操作人員對高速切削加工技術(shù)的認識，并充分利用高速切削加工技術(shù)對汽車覆蓋件模具進行高效高質(zhì)量的加工。

　　二、高速切削加工參數(shù)的優(yōu)化

　　實踐證明，在設備、材料、加工策略一定的情況下使用合理的加工參數(shù)將大大提高工作效率，并做到加工效率、刀具磨損和加工質(zhì)量的最佳組合。因此，在汽車覆蓋件模具高速切削加工方面進行加工參數(shù)優(yōu)化是提高工作效率和汽車覆蓋件模具加工質(zhì)量的一個重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　三、復雜模具曲面高速切削加工策略研究

　　成功進行高速切削加工的重要前提是承受近乎恒定的切削載荷，在這種條件下能夠保證良好的高速切削加工效果。針對復雜模具曲面，需要進行加工過程中去除材料體積變化小、切削載荷恒定的加工策略研究以避免刀具較快的磨損和減小讓刀誤差。

　　四、汽車模具高速加工切削數(shù)據(jù)庫建立

　　高速加工切削數(shù)據(jù)庫存儲高速切削參數(shù)等數(shù)據(jù)供技術(shù)人員和操作人員查詢和使用，在管理工藝數(shù)據(jù)和輔助技術(shù)人員進行工藝規(guī)劃方面起著重要作用。為提高技術(shù)人員和操作人員的工作效率、促進企業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，建立針對汽車覆蓋件模具高速加工的切削數(shù)據(jù)庫勢在必行。

　　汽車模具高速切削工藝技術(shù)研究的技術(shù)手段

　　一、切削加工有限元模擬技術(shù)

　　電腦技術(shù)的飛速發(fā)展使得利用數(shù)值模擬方法來研究切削加工過程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能，始于上世紀70年代的金屬切削加工的有限元模擬技術(shù)在電腦技術(shù)的發(fā)展中也得到了長足的進步。金屬切削加工的有限元模擬考慮了材料屬性、刀具的幾何條件、切削加工參數(shù)(切削速度、進給量、切削深度)以及切削加工引起的切削力載荷、熱載荷和殘余應力等因素。在試驗輔助和驗證的基礎上，虛擬切削加工過程中刀具和零件相對運動的作用過程，對切屑成形過程進行動態(tài)物理仿真，可以顯示加工行為以及被加工零件的內(nèi)部應力、應變、應變率和溫度等物理量的分布情況，預測零件的加工質(zhì)量和刀具磨損、破損等情況。進而，通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以提高零件的加工質(zhì)量，有效減少刀具的磨損程度，減少采用傳統(tǒng)試湊法確定新工藝時所需的昂貴費用和時間。另外，金屬切削加工模擬時，可以定義相關(guān)因素(加工參數(shù)、刀具幾何條件以及熱、力的上限)與材料的去除率之間的關(guān)系。在確保零件加工質(zhì)量的前提下，通過改變切削參數(shù)提高材料的去除率，從而達到提高生產(chǎn)率的目的。

　　汽車覆蓋件模具高速切削加工機理和加工參數(shù)優(yōu)化技術(shù)涉及材料科學、力學、金屬物理學、機械制造等多個學科，在數(shù)控加工領域一直難以解決。現(xiàn)有的CAM軟件只能根據(jù)零件曲面特徵進行數(shù)控編程，保證刀位軌跡不碰撞、不干涉，但難以保證加工后的零件在表面質(zhì)量和刀具壽命等物理目標上也是最優(yōu)的，往往造成產(chǎn)品精度低下，刀具磨損嚴重，所以對高速切削加工過程進行最優(yōu)化分析是一項比較困難卻又相當重要的課題。從上述切削加工有限元模擬技術(shù)概述來看，走數(shù)字模擬仿真和試驗研究相結(jié)合之路，是解決該實際問題的有效措施。切削工藝過程和切屑成形過程的有限元模擬為深入研究切削機理、提高切削加工質(zhì)量提供了新的、更加有效的分析方法。