高速加工提高模具制造水平

作者:李树新 文章来源:山东潍坊福田模具有限责任公司 发布时间:2010-12-27
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高速加工是一个系统工程,是各方面技术的集成应用。

现如今市场对模具制造的要求越来越高,如汽车覆盖件冲压模具等,由于市场竞争愈发激烈,产品更新换代也更快,对模具制造精度和使用寿命提出了更高的要求,尤其是从设计到制造的周期要求更加苛刻。而随着切削技术的发展应运而生的高速加工,在模具制造的水平提升中起到了巨大的推动作用。

高速加工与一般加工相比,从CAD/CAM技术的应用、刀具的使用、切削参数到走刀路径的选择及程序的设计都有所区别,它的出现解决了长期困扰制造业质量、周期以及成本平衡的难题。

以汽车冲压模具举例来说,在国内由于技术、经验等方面的制约,高速切削生产模具还处于初期阶段,基本处在“准高速加工”阶段。我公司以生产汽车覆盖件模具为主,借鉴“高速加工”的理论,结合汽车覆盖件冲压模具的加工特点,其转速可达6000~8000r/min、进给在6000~10000mm/min范围内,“准高速加工”的比例占整个加工的20%~30%,多用在精加工和超精加工上。目前,我公司有一台意大利的五轴高速加工机,还有3台日本的五面加工中心,配高速加工头后,转速都可达到15000r/min,可对模具实施“准高速加工”。

高速高精度加工对机床结构、功能部件、控制系统、刀具等都有相当的要求,要推进“高速加工”,还需要在很多方面加以改进。

(1)进给速度问题。高速加工机床不仅要有高的主轴转速,也应具备与主轴转速相匹配的高的进给速度,不仅仅是高的空行程速度。

(2)进给加速度问题。单就数控设备而言,除了具备高速性能外,为了保证加工的高精度,数控机床的主轴和工作台还应具备极高的加速度性能,主轴从启动到最高转速 (或相反)只用1~2s的时间,工作台的加(减)速度要达到1~10g。如果一台高速机床没有足够高的进给加速度,那么它是无法高速地进行高精度复杂曲面和轮廓加工的,也就不能根据不同的曲率半径,在最短的时间内不断地调整所需的进给速度。

(3)刀具、刀具的夹持问题。这是影响高速切削的重要技术。一是刀具材料、耐用度以及与刀柄的动平衡问题都将影响到高速加工。目前,国产刀具还不适应高速切削的要求,而国外进口,价格昂贵,高速加工成本大,影响高速加工的开展。二是原来常有的锥度刀柄的夹紧方式,轴向定位精度较低,刚度差,在高速时会加剧这种趋势,且不安全。目前,主轴端面与锥部同时接触双定位式刀柄和热压装夹式刀柄正被推广应用。

(4)高速加工需要先进的数控系统平台。数控系统需要先进的插补方法、预处理功能、伺服系统的前馈控制技术及误差补偿功能、数据传输功能等。同时数控机床系统要考虑和研究具有专业化的加工专家模块系统,根据不同的行业加工特点达到机床结构与性能的最佳匹配,提高加工效率与质量。

实际上,高速加工不仅仅受限于加工设备,更多是产品的工艺条件和对高速加工成本的考虑。高速加工是一个系统工程,高速切削不仅仅是切削速度的提高,它是对机床、高性能刀具、数控系统、数控加工工艺、CAD/CAM系统、通信网络等各方面技术的集成应用。

高速加工推动了企业技术进步和生产方式的变革,也大大促进了节能减排项目的开展。

(1)优化工艺流程,使工艺简单。例如采用高速加工可实现模具淬火后的超硬加工、模具型面的超精加工,消除加工后的修研、修抛,降低模具开发成本、缩短开发周期。

(2)高速加工生产效率高。加工时间大幅度缩短,基本是原来的1/3~1/4。

(3)切削力少、加工质量高。高速加工采用小吃刀、快进给的加工方式来提高效率,不同于传统加工的大切深、慢进给。高速加工时,切削力可减少80%以上,机床和刀具负荷大大降低,加工过程振动小、加工平稳,所以其加工表面质量很高,可实现模具型面的无修抛加工。

(4)热变形小。由于切削力降低,尤其是径向切削力,零件变形小,加工时很少产生热量,特别适合薄壁件的加工。

(5)改善了加工状态。由于刀具负荷大大降低,加工过程振动小,保护了机床、刀具,延长机床寿命,降低刀具费用。

(6)容易实现自动化加工,减少工人数量,同时可减轻劳动者的劳动强度。

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