高速加工技術在汽車模具開發中應用

劉建蘭

（鄭州市技師學院,鄭州 450006）

0 引言

工業制造業中的高速加工技術具有導熱快、力度小、效率高的特點。高速加工技術的發展也受到很多因素的影響，如刀具、冷卻技術和機床技術等。這項技術已成為近年來一項重要的技術改革，激烈的市場競爭，給企業帶來了極大的生存壓力，要降低成本、提高服務水準、加快跟新換代速度、要求個性化這些市場要求對制造業模具的制造有很大的刺激作用，汽車領域的生產壓力也在不斷加大利潤空間受到擠壓，大規模，小成本，快更新已經成了汽車領域在中的重要法寶，所以高速加工技術在汽車領域中的應用已經成了一個熱點話題。

1 高速加工技術發展現狀

1.1 發展起源

高速加工技術是二十世紀中期，德國科學家提出的概念。他研究發現刀具的磨損和溫度的增加是隨著速度而增加的，當速度超過某個零界點時候就會產生一種力度和溫度雙雙降低效應。研究證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適加工的速度，所以告訴加工不是僅僅提高加工速度決定的二是材料特性，加工工藝，刀具壽命等相關，這種技術從航空材料發展起步，加工受到設備冷卻能力和主軸的轉速影響，主軸在每分鐘6000—8000轉左右。汽車中的模具制造，多是塑料模具和壓鑄模具，以及沖壓型模具。硬度為大于洛氏55度，所以刀具才是加工限制條件轉軸速度成了次要影響因素。速度在45000轉以上是小型模具加工的速度，大型則要主軸達到125000轉以上方可。

1.2 差距和不足

受多方面因素的影響我國企業的高速加工技術和設施大部分從國外引進，國內對該項技術的基礎性研究不足，高速加工技術優化速度較慢，推廣和集成受到影響，與工業發達地區還有一定差距。第一，產品的生命周期要以零件的材料選擇和加工工業的成形技術為依托。后續的制造工藝都受到這個前提的影響，生產過程的成本、快慢和品質也會受到影響。但是國內在零部件毛坯技術上自住研發力度不夠重視程度不足，工藝路線的發展受到阻礙。研究的科研成果轉化生產力的程序復雜，第二，機床技術落后，高速技術需要高質量的機床技術，雖然目前國內機床技術有足量進步，但是機床上的關鍵部件的研發與國外還是有很大的差距。第三，國內的數據系統不健全，制造企業的工藝數據庫是一項重要的資源，對后續的研發和生產有重要的參考作用，但國內很少有企業在做數據庫的研發和建立，這對高速技術的發展極為不利。另外刀具技術也與國外差距很大，高性能材料在刀具上的應用，刀具的安全，刀具的使用，道具的表面涂層這些研究領域國內仍處于起步階段。

2 高速加工技術的優勢

高速加工技術的優勢有傳統行業所不具備的優點。首先切削工藝的效率得到很大提升，高速的給進速度和切削速度是保證主軸在單位時間內提高效率的關鍵。一次成型的技術讓加工的過程得到了很大簡化，同時也提高了精準度。高速銑床和高速加工中心可以實現一次性的完成所有的加工過程。比正常作業時間相比大大縮減，無需反復作業并且減少了一定的工序，例如后期的手工研磨和拋光作業。因此高速加工技術可以提高效率，增加產量。其次高速加工技術對制作零件的表面質量有很大提升，高速加工下，只需要提高少量的加工速度就可以提高工業制品表面的精度減少瑕疵的出現。被高速加工所切削下來的工業廢料已經脫離工件從而減少了清理程序，不影響下一步的加工。另外零件的受熱少、散熱快，零部件的加工時積攢的熱量已經被切削廢料帶走，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，對汽車模具加工工序有簡化作用，傳統銑削應該在淬火前，因為只有手工才對淬火形成變形進行修正，高速加工工藝的出現讓電極加工程序和電極材料和電加工過程的費用都大大減少甚至扣除，汽車制作業的高速加工可以使用微型的刀具，有利于細微環節的加工和制作，人工修正和加工的環節就消除了，而且汽車模具的使用期限增長，模具的修復次數增加。

3 高速加工對加工系統的要求

由于高速加工技術的特殊性，尤其是汽車制作行業高速加工技術的特殊性，不得不考慮到高速加工需要的技術設備的承受能力。第一，是機床的技術機床主軸的質量關系到能否實現順利切割的重要保障，當轉速為15000—150000r/min時候要求主軸必須能夠準確實現提升速度，所以高速主軸的速度常見方式是空氣靜壓式，磁懸浮軸承式，等其他結構形式。第二，驅動程序，機床的驅動系統要保持一定的高速度，小直徑刀具有利于減少對刀具的磨損程度，以常用的25-35m/m in的速度，用滾珠絲杠傳動，可以提高到55m/m in，直線電機則可以提高到125m/min。加速度高，三維的復雜曲面輪廓對高速加工要求較高，需要驅動系統能夠承受一定的加速度特性。當速度增益因子達到Kv=30m/mim 時候三維動態滯后性最小。第三，數控系統保障，模具加工已經逐漸以數控為主導，傳統手工制作的領域越來越少，插補方法要有一定的先進性，保證表面質量和工件的幾何精度。智能的預處理功能，緩沖寄存器要一定是大容量可持續的，保證多個程序都可以提前受到檢查。另外還有一頂的誤差修補功能，包所有的主軸、電機、象限和測量方面的誤差都可以一定程度上及時發現并補償。另外汽車模具的高速加工工藝過程需要很高的數據傳輸程序，用最先進的互聯網數據傳輸可以達到2200kbps。

4 汽車模具開發中的高速加工技術應用

有報道稱大眾汽車公司在上海的工廠已經采用了高速加工技術替代了原來的技術，汽車發動機的缸體和缸蓋等大平面的加工，都是高速加工技術的應用之地。高估鉆削技術開始應用到缸體模具的打孔中，電主軸方式也開始在主軸加工研磨床上推廣運用。高達65000r/min的轉速在直線電動機的應用下更加的穩定了生產的過程提高了生產效率。便捷柔性生產線也是以高速加工技術為基礎的，歐美的許多汽車生產大國都普遍采用了該項技術開設了高速柔性的生產線。汽車生產過程中的模具制作是該生產過程的關鍵因素，只有良好的模具才能有高質量的汽車零部件，模具生產開發的速度決定著產品的好壞和生產進度進度的快慢。高速加工技術的出現直接成了汽車磨具制造的關鍵性突破。樹立了現代汽車磨具生產的技術典范。汽車的發動機氣缸模具、汽車覆蓋件的模具、其它零件模具。其中覆蓋件最重要，它決定著一輛汽車的外觀和型號，是研究的重要內容，近期的重點研究課題是有關設備的使用標準，機床的調試和安裝，刀具的使用，高速加工的軟件編程和測量技術，這些研究很好的滿足了汽車模具生產企業的要求。高速加工技術具有高轉速，大給進，高精度和長壽命的特點，這項技術符合了汽車生產模具制作中多曲面多類型的生產需求。降低了模具制作過程的切削力度，減少了刀具的磨損，切削的熱量也被廢料帶走，這些因素可以加速汽車生產的更新換代。高速加工的技術基礎是人們前期總結的經驗和教訓，讓效率和工藝互相提升。另外系統軟件的設計也在不斷的更新，CAD等相關軟件也在幫助高速加工技術的不斷推進，選擇不同的清除廢棄物的方法。

5 高速加工技術的趨勢

首先今后高速加工技術的發展必然迎來一個材料范圍擴大的局面，不僅僅是鋁合金的加工，其它高硬度和高難度加工的材料都可以通過高速加工技術完成，濕式切割將逐漸替代干式切割，高速切割的溫度升高致使大量的冷卻液產生并污染環境，研發能在一定干度條件下順利進行高速切割。其次，為了滿足更過的生產需求不斷研究CAD和CAM等相關軟件，讓高速機床的控制技術更加成熟和穩定，保證安全生產方面可以預見未來將會有關于遠程監控和安全防護的技術出現在該領域。最后，研發和實驗將會得到重視，從理論到實驗從實驗到實踐是不斷推動科技進步的規律。加大對該項技術的研發力度將是主要努力方向。

6 結語

現代工業制作業的發展離不開高速加工技術的發展，是汽車模具制造的必由之路和主要研究方向。繼續研發和推廣該技術不僅可以提高汽車工業領域的生產效率還能降低成產成，提高產品質量，從而帶動整個行業發展進而促進產業結構的升級調整。

[1]艾興.高速切削技術和刀具材料現狀與展望[J].世界制造 技術與裝備市場,2001(03).

[2]彭海濤,閆光榮，雷毅.高速加工技術[J].新工藝—新技術—新設備,2004(06):92-96.

[3]洪美琴，楊國先. 高速加工—金屬加工技術里程碑[J]. 數控機床,2008(02):23-26.

[4]張伯霖，黃曉明，李志英.高速加工中心及應用[J].機電工種技術,2001,30(05):11-13.