汽车覆盖件模具数控自动化加工

郭洞双 史桂猛 刘延飞

【摘要】汽车的使用在现在家庭已经越来越普及，好的模具保证了汽车美的外观，汽车覆盖件尤其是外板件，其形状、尺寸精度要求较高，所以，覆盖件模具数控自动化加工工艺要求也在增高。本文主要研究了汽车覆盖件模具的工艺结构特征、分类及其加工工艺，总结阐述了先进的模具数控自动化工艺技术。

【关键词】汽车覆盖件；冲压模具；数控加工；工艺模版

中图分类号：F407文献标识码： A

一．前言

随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成为可能。CAPP 技术的应用为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期，提高信息处理能力和企业各部门间信息的交流能力，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用 CAPP 技术将缩短设计周期，对修改和变更设计能快速做出响应；工艺人员的经验能够得到充分的积累和继承，减小编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性。应用计算机辅助工艺设计的必要性已被越来越多的企业所认识。

二．汽车覆盖件模具结构特征及加工工艺

1、汽车覆盖件模具结构特征

由于汽车覆盖件模具结构的多样性和复杂性，不同部位的加工面和加工方式均不相同。针对汽车覆盖件模具加工工艺性的区别，汽车覆盖件模具可以分为不同的结构特征，不同的结构特征常有其特定的相似加工方法、走刀路线、工艺流程和工艺参数。对于大中型汽车覆盖件模具来说，由于常见的冲压件冲压工艺主要有拉深、修边、翻边、整形等几种冲压工序，则相应的模具类型也主要以拉延模、修边模、整形模等几种主要类型及其复合模具为主。这些大中型模具中，同一类模具的结构大同小异，而同一种结构特征的加工工艺大致相似。

2、结构特征加工工艺性

在制定该类型面结构特征加工工艺时，主要考虑如下： 在完成模具的定位和夹紧后，首先要对工件进行试加工，以检测毛坯各加工部位的切削余量是否均匀。因为大型模具型面毛坯体积均较大且以铸件为主，加工余量常不够均匀，直接对模具型面进行整个表面粗加工，会使刀具载荷变化较大，引起机床振动。检测后，对模具型面毛坯进行粗加工。之后，进行清角加工，习惯上把这道工序称为粗清角加工。主要是为了去除粗加工后毛坯角落处刀具未能加工到的材料，保证在半精加工过程中，加工量比较均匀，有利于提高半精加工的速度，达到提高效率的目的。而半精加工则是把前道工序加工后的残留加工变得平滑，同时去除拐角处的多余材料，在工件加工面上留下一层比较均匀的余量，为精加工做准备。半精加工后仍需进行清角加工，称为半精清角加工，主要是为去除半精加工后刀具未能加工到的残留余量，为精加工做准备；精加工的目的是按照零件的设计要求，达到较好的表面质量和轮廓精度，是实现模具型面最终形状最关键的一步。最后，对于某些型面曲率半径小于精加工刀具半径的地方，还需进行清角加工，去除精加工后刀具未能加工到的残留余量，使模具型面的表面质量和轮廓精度符合设计要求。

三．汽车覆盖件模具加工工艺模板的开发

为了实施工艺模版的开发，以 PowerMILL 软件为开发平台，利用其方便的工艺模版开发接口，可以灵活、快捷地开发出汽车覆盖件模具加工工艺模版 工艺模版的开发，根据每种结构特征的加工工艺性，首先确定它们的加工工艺流程，根据每一步加工工艺的特点，结合 PowerMILL 软件丰富的加工策略，找到与之相匹配的加工策略，并定义合理的加工工艺参数，以模版形式保存在 PowerMILL 软件的加工策略中。把每种结构特征合理的工艺流程所对应的加工策略和工艺参数以上述方式保存在相同的工艺模版中，即可完成汽车覆盖件模具加工工艺模的开发。 由于每种汽车覆盖件模具结构特征的工艺模版开发过程相同，现以上节所提及的拉延模模具型面加工工艺模版的开发为例，来详述工艺模版的开发。 首先，根据拉延模模具型面加工工艺的特点，在 PowerMILL 软件环境中，定义每一步工艺流程的加工策略及其合理的工艺参数。然后，将每一步的加工策略与工艺参数以模版的形式保存在 PowerMILL 软件加工策略的同一个模版目录中，即可完成汽车覆盖件拉延模模具型面加工工艺模版的开发。为汽车覆盖件拉延模模具型面每一步工艺流程对应的加工策略及加工工艺参数情况。

四．数控加工工艺方案

1、金属模具

大中型模具型面的数控加工，模具表面所留的加工余量较大，所以型面分粗加工、半精加工、精加工3道工序完成。为了提高编程效率，粗加工和半精加工一般采用多曲面连续加工刀具运动轨迹的生成方法，精加工可根据实际加工要求，采用单曲面刀具运动轨迹的生成方法或多曲面连续加工刀具运动轨迹的生成方法。

2、主模型

汽车主模型的数控加工，由于采用了可加工塑料作为原料，使这种主模型具有变形小、便于保存、切削加工性能好等特点。为了确保主模型的加工质量，主模型一般采用粗、精加工两道工序完成。

3、泡沫塑料模型

由于泡沫塑料模型精度要求低，而且泡沫材质松软，泡沫塑料模型可采用一次成形的加工方法。

五．数控加工工艺参数的设定

为了生成加工所需的刀具运动轨迹，必须首先弄清楚与此有关的一些概念，并在此基础上，合理地确定加工工艺参数。

1、刀具

在数控编程中，刀具各部分的几何参数可用两个选项来设定。第一选项用来确定刀体类型，包括圆柱形和圆锥形刀具;第二个选项用来确定刀头类型，包括平头、球形和圆角。定义刀具几何形状的参数包括如下几项：

(1)刀锥角度：用于定义圆锥刀具的刀具轴线与刀具斜侧刃的夹角，用角度表示。当角度为零时，就表示圆柱铣刀。

(2)刀具半径：对圆柱铣刀而言，指刀具圆柱形工作截面的半径;对圆锥铣刀而言，指圆锥刀体部分与刀头相接处的圆的半径。

(3)圆角半径：对具有球头的圆角头的刀具来说，它是指球的半径或圆角半径。

(4)刀具高度：用来表示刀具切削部分的高度值。在生成刀具运动轨迹的编程中，刀具选择合理与否，关系到零件的加工精度、效率及刀具的使用寿命。刀具应根据被加工零件的几何形状特性、材料的机械加工性能、切削余量、现存刀具的规格等进行综合考虑。

2、切削容差

对曲面的三轴数控加工而言，刀具的运动是通过对3个坐标轴进行线性插补来完成的，这意味着，刀具运动轨迹是由相应的直线段组成。为了确保被加工零件的加工精度，必须根据实际加工要求，由编程人员给定合理的加工容差值。该值表示实际切削轨迹偏离理论轨迹的量。有下列3种定义容差的方式可供编程人员选用:

(1)指定内容差值，它表示可被接受的表面切过量。

(2)指定外容差值，它表示由误差所产生的剩余材料被留在零件表面上作余量。

(3)同时指定内、外容差值。

3、切削间距

在数控编程中，切削间距的选择是非常重要的，它关系到被加工零件的精度和加工费用。切削间距小，则加工精度高，钳工的研修工作量小，但所需加工时间长;切削间距大，则加工精度低，钳工的研修工作量大，研修后模具型面失真性较大，难以保证模具的加工精度，但所需加工时间短。由此可见，切削间距必须根据加工精度要求及占用数控机床的机时来综合考虑。对于手工劳动费用昂贵的发达国家来说，切削间距可以选得很小。例如采用直径为20mm的刀具进行模具表面的数控加工，间距可选为0.5mm，甚至更小一些，此时留在模具表面的手工研修量仅0.005mm左右，只需对模具表面稍加抛光即可。但其数控加工的时间很长，这对数控加工费用相对较昂贵的我国来说，显然是不合理的。因此，切削间距必须根据国情和厂情来合理地选择。

六．结束语

近年来，模具制造业在我国迅速发展，汽车模具制造需求量也随之增加，所以，汽车模具制作是汽车制造的重要阶段，希望通过这篇论文的讲解，给汽车生产商和制造商有所帮助。

参考文献

[1]李海平.国内模具工业的现状及研发趋势[J].工业技术，2006，(26)：28-29。

[2]高崇辉,周雄辉,王玉，花广如。面向模具制造的 CAPP 系统研究与开发[J].模具技术，2003 (5): 50-53