高速加工技术在汽车模具开发中应用

刘建兰

（郑州市技师学院,郑州 450006）

0 引言

工业制造业中的高速加工技术具有导热快、力度小、效率高的特点。高速加工技术的发展也受到很多因素的影响，如刀具、冷却技术和机床技术等。这项技术已成为近年来一项重要的技术改革，激烈的市场竞争，给企业带来了极大的生存压力，要降低成本、提高服务水准、加快跟新换代速度、要求个性化这些市场要求对制造业模具的制造有很大的刺激作用，汽车领域的生产压力也在不断加大利润空间受到挤压，大规模，小成本，快更新已经成了汽车领域在中的重要法宝，所以高速加工技术在汽车领域中的应用已经成了一个热点话题。

1 高速加工技术发展现状

1.1 发展起源

高速加工技术是二十世纪中期，德国科学家提出的概念。他研究发现刀具的磨损和温度的增加是随着速度而增加的，当速度超过某个零界点时候就会产生一种力度和温度双双降低效应。研究证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适加工的速度，所以告诉加工不是仅仅提高加工速度决定的二是材料特性，加工工艺，刀具寿命等相关，这种技术从航空材料发展起步，加工受到设备冷却能力和主轴的转速影响，主轴在每分钟6000—8000转左右。汽车中的模具制造，多是塑料模具和压铸模具，以及冲压型模具。硬度为大于洛氏55度，所以刀具才是加工限制条件转轴速度成了次要影响因素。速度在45000转以上是小型模具加工的速度，大型则要主轴达到125000转以上方可。

1.2 差距和不足

受多方面因素的影响我国企业的高速加工技术和设施大部分从国外引进，国内对该项技术的基础性研究不足，高速加工技术优化速度较慢，推广和集成受到影响，与工业发达地区还有一定差距。第一，产品的生命周期要以零件的材料选择和加工工业的成形技术为依托。后续的制造工艺都受到这个前提的影响，生产过程的成本、快慢和品质也会受到影响。但是国内在零部件毛坯技术上自住研发力度不够重视程度不足，工艺路线的发展受到阻碍。研究的科研成果转化生产力的程序复杂，第二，机床技术落后，高速技术需要高质量的机床技术，虽然目前国内机床技术有足量进步，但是机床上的关键部件的研发与国外还是有很大的差距。第三，国内的数据系统不健全，制造企业的工艺数据库是一项重要的资源，对后续的研发和生产有重要的参考作用，但国内很少有企业在做数据库的研发和建立，这对高速技术的发展极为不利。另外刀具技术也与国外差距很大，高性能材料在刀具上的应用，刀具的安全，刀具的使用，道具的表面涂层这些研究领域国内仍处于起步阶段。

2 高速加工技术的优势

高速加工技术的优势有传统行业所不具备的优点。首先切削工艺的效率得到很大提升，高速的给进速度和切削速度是保证主轴在单位时间内提高效率的关键。一次成型的技术让加工的过程得到了很大简化，同时也提高了精准度。高速铣床和高速加工中心可以实现一次性的完成所有的加工过程。比正常作业时间相比大大缩减，无需反复作业并且减少了一定的工序，例如后期的手工研磨和抛光作业。因此高速加工技术可以提高效率，增加产量。其次高速加工技术对制作零件的表面质量有很大提升，高速加工下，只需要提高少量的加工速度就可以提高工业制品表面的精度减少瑕疵的出现。被高速加工所切削下来的工业废料已经脱离工件从而减少了清理程序，不影响下一步的加工。另外零件的受热少、散热快，零部件的加工时积攒的热量已经被切削废料带走，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，对汽车模具加工工序有简化作用，传统铣削应该在淬火前，因为只有手工才对淬火形成变形进行修正，高速加工工艺的出现让电极加工程序和电极材料和电加工过程的费用都大大减少甚至扣除，汽车制作业的高速加工可以使用微型的刀具，有利于细微环节的加工和制作，人工修正和加工的环节就消除了，而且汽车模具的使用期限增长，模具的修复次数增加。

3 高速加工对加工系统的要求

由于高速加工技术的特殊性，尤其是汽车制作行业高速加工技术的特殊性，不得不考虑到高速加工需要的技术设备的承受能力。第一，是机床的技术机床主轴的质量关系到能否实现顺利切割的重要保障，当转速为15000—150000r/min时候要求主轴必须能够准确实现提升速度，所以高速主轴的速度常见方式是空气静压式，磁悬浮轴承式，等其他结构形式。第二，驱动程序，机床的驱动系统要保持一定的高速度，小直径刀具有利于减少对刀具的磨损程度，以常用的25-35m/m in的速度，用滚珠丝杠传动，可以提高到55m/m in，直线电机则可以提高到125m/min。加速度高，三维的复杂曲面轮廓对高速加工要求较高，需要驱动系统能够承受一定的加速度特性。当速度增益因子达到Kv=30m/mim 时候三维动态滞后性最小。第三，数控系统保障，模具加工已经逐渐以数控为主导，传统手工制作的领域越来越少，插补方法要有一定的先进性，保证表面质量和工件的几何精度。智能的预处理功能，缓冲寄存器要一定是大容量可持续的，保证多个程序都可以提前受到检查。另外还有一顶的误差修补功能，包所有的主轴、电机、象限和测量方面的误差都可以一定程度上及时发现并补偿。另外汽车模具的高速加工工艺过程需要很高的数据传输程序，用最先进的互联网数据传输可以达到2200kbps。

4 汽车模具开发中的高速加工技术应用

有报道称大众汽车公司在上海的工厂已经采用了高速加工技术替代了原来的技术，汽车发动机的缸体和缸盖等大平面的加工，都是高速加工技术的应用之地。高估钻削技术开始应用到缸体模具的打孔中，电主轴方式也开始在主轴加工研磨床上推广运用。高达65000r/min的转速在直线电动机的应用下更加的稳定了生产的过程提高了生产效率。便捷柔性生产线也是以高速加工技术为基础的，欧美的许多汽车生产大国都普遍采用了该项技术开设了高速柔性的生产线。汽车生产过程中的模具制作是该生产过程的关键因素，只有良好的模具才能有高质量的汽车零部件，模具生产开发的速度决定着产品的好坏和生产进度进度的快慢。高速加工技术的出现直接成了汽车磨具制造的关键性突破。树立了现代汽车磨具生产的技术典范。汽车的发动机气缸模具、汽车覆盖件的模具、其它零件模具。其中覆盖件最重要，它决定着一辆汽车的外观和型号，是研究的重要内容，近期的重点研究课题是有关设备的使用标准，机床的调试和安装，刀具的使用，高速加工的软件编程和测量技术，这些研究很好的满足了汽车模具生产企业的要求。高速加工技术具有高转速，大给进，高精度和长寿命的特点，这项技术符合了汽车生产模具制作中多曲面多类型的生产需求。降低了模具制作过程的切削力度，减少了刀具的磨损，切削的热量也被废料带走，这些因素可以加速汽车生产的更新换代。高速加工的技术基础是人们前期总结的经验和教训，让效率和工艺互相提升。另外系统软件的设计也在不断的更新，CAD等相关软件也在帮助高速加工技术的不断推进，选择不同的清除废弃物的方法。

5 高速加工技术的趋势

首先今后高速加工技术的发展必然迎来一个材料范围扩大的局面，不仅仅是铝合金的加工，其它高硬度和高难度加工的材料都可以通过高速加工技术完成，湿式切割将逐渐替代干式切割，高速切割的温度升高致使大量的冷却液产生并污染环境，研发能在一定干度条件下顺利进行高速切割。其次，为了满足更过的生产需求不断研究CAD和CAM等相关软件，让高速机床的控制技术更加成熟和稳定，保证安全生产方面可以预见未来将会有关于远程监控和安全防护的技术出现在该领域。最后，研发和实验将会得到重视，从理论到实验从实验到实践是不断推动科技进步的规律。加大对该项技术的研发力度将是主要努力方向。

6 结语

现代工业制作业的发展离不开高速加工技术的发展，是汽车模具制造的必由之路和主要研究方向。继续研发和推广该技术不仅可以提高汽车工业领域的生产效率还能降低成产成，提高产品质量，从而带动整个行业发展进而促进产业结构的升级调整。

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