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工程机械观察高速切削加工是汽车模具制造发展
时间:2018/3/31 23:51:32 阅读23次数

二手挖掘机市场高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术,有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。

近年来,在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用,85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身,已成为国际模具制造工艺中的主流。

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二手挖掘机价格我国有关汽车模具高速切削加工技术的研究起步较晚。据国际模协秘书长罗百辉介绍,我国众多模具企业相继从美国、德国、法国、日本等国家购买了大量高速加工设备及切削刀具,并在实践中摸索汽车模具高速切削加工的工艺技术,取得了一些成功经验。但是,一方面,引进设备不等于引进技术。高速切削尤其是大型汽车覆盖件模具的高速切削方面,没有成功的经验可供借鉴,怎样使引进的设备尽快发挥出应有的作用是摆在企业管理者和工程技术人员面前的一大课题;另一方面,技术人员在工作中边学习边应用,摸索、积累了一定的高速切削加工实例、工艺参数和工作经验,怎样将这些宝贵的经验和教训总结保存供其他技术人员借鉴、避免多走弯路也是一项难题。

高速切削加工技术在国内外汽车模具制造行业得到了广泛的应用,并且已取得了巨大的效益,但是高速切削加工的机理和相关理论至今仍不完善,针对汽车模具的高速切削数据库尚未建立。国内外企业选择高速切削刀具参数和高速切削加工参数的方式仍以传统的“试切”法和“经验”法为主,在加工某一新型材料时,往往需要使用多种刀具进行重复切削试验,研究分析刀具的磨损、破损方式及其原因,从中找出一组最佳的刀具材料和加工参数,如此反覆多次,盲目性大,并且浪费大量的人力、财力和资源。而针对特种材料如合金铸铁、高强度合金钢、超级合金(如钛合金)等材料的高速切削加工,如何根据材料特性选择合适的切削刀具,如何设计合理的切削参数,目前仍在研究和发展中。

通过国内外汽车模具制造行业的高速切削加工技术实践应用,高速切削加工技术具有如下优势:二手挖掘机市场

1、高速切削加工提高了加工速度

高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对汽车模具进行高速切削加工。由于高速机床主轴激振频率远远超过“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围,汽车模具加工过程平稳且无冲击。

2、高速切削加工生产效率高用高速加工中心或高速铣床加工模具,可以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和汽车模具其他部位的机械加工,即所谓“一次过”技术(OnePassMachining)。高速切削加工技术的应用大大提高了汽车模具的开发速度。

3、高速切削加工可获得高质量的加工表面

二手挖掘机市场由于采取了极小的步距和切深,高速切削加工可获得很高的表面质量,甚至可以省去钳工修光的工序。

4、简化加工工序

常规铣削加工只能在淬火之前进行,淬火造成的变形必须要经手工修整或采用电加工最终成形。现在则可以通过高速切削加工来完成,而且不会出现电加工所导致的表面硬化。另外,由于切削量减少,高速加工可使用更小直径的刀具对更小的圆角半径及模具细节进行加工,节省了部分机械加工或手工修整工序,从而缩短了生产周期。

5、高速切削加工使汽车模具修复过程变得更加方便

汽车模具在使用过程中往往需要多次修复以延长使用寿命,如果采用高速切削加工就可以更快地完成该工作,取得以铣代磨的加工效果,而且可使用原NC程序,无需重新编程,且能做到精确无误。

6、高速切削加工可加工形状复杂的硬质汽车模具

由高速切削机理可知:高速切削时,切削力大为减少,切削过程变得比较轻松,高速切削加工在切削高强度和高硬度材料方面具有较大优势,可以加工具有复杂型面、硬度比较高的汽车模具。

在现代模具生产中,随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高,塑件内部结构设计得越来越复杂,模具的外形设计也日趋复杂,自由曲面所占比例不断增加,相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求,不仅应保证高的制造精度和表面质量,而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入,尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下,高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中二手挖掘机市场

数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术,是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。相对于传统的切削加工,其切削速度、进给速度有了很大的提高,而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃,其单位功率的金属切除率提高了30%~40%,切削力降低了30%,刀具的切削寿命提高了70%,留于工件的切削热大幅度降低,低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高,单位时间毛坯材料的去除率增加了,切削时间减少了,加工效率提高了,从而缩短了产品的制造周期,提高了产品的市场竞争力。同时,高速加工的小量快进使切削力减少了,切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形,提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低,转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率,而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感,由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中,采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序,从而避免了电极的制造和费时的电加工,大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件,高速铣削也可顺利完成,而且在高速铣削CNC加工中心上,模具一次装夹可完成多工步加工。

高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响,改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程,甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外,在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明,应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间,节约加工成本费用近30%,模具表面加工精度可达1m,刀具切削效率可提高1倍。

汽车模具高速切削工艺技术研究的技术手段

一、切削加工有限元模拟技术

电脑技术的飞速发展使得利用数值模拟方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能,始于上世纪70年代的金属切削加工的有限元模拟技术在电脑技术的发展中也得到了长足的进步。金属切削加工的有限元模拟考虑了材料属性、刀具的几何条件、切削加工参数(切削速度、进给量、切削深度)以及切削加工引起的切削力载荷、热载荷和残余应力等因素。在试验辅助和验证的基础上,虚拟切削加工过程中刀具和零件相对运动的作用过程,对切屑成形过程进行动态物理仿真,可以显示加工行为以及被加工零件的内部应力、应变、应变率和温度等物理量的分布情况,预测零件的加工质量和刀具磨损、破损等情况。进而,通过对工艺参数的优化,可以提高零件的加工质量,有效减少刀具的磨损程度,减少采用传统试凑法确定新工艺时所需的昂贵费用和时间。另外,金属切削加工模拟时,可以定义相关因素(加工参数、刀具几何条件以及热、力的上限)与材料的去除率之间的关系。在确保零件加工质量的前提下,通过改变切削参数提高材料的去除率,从而达到提高生产率的目的。

汽车覆盖件模具高速切削加工机理和加工参数优化技术涉及材料科学、力学、金属物理学、机械制造等多个学科,在数控加工领域一直难以解决。现有的CAM软件只能根据零件曲面特徵进行数控编程,保证刀位轨迹不碰撞、不干涉,但难以保证加工后的零件在表面质量和刀具寿命等物理目标上也是最优的,往往造成产品精度低下,刀具磨损严重,所以对高速切削加工过程进行最优化分析是一项比较困难却又相当重要的课题。从上述切削加工有限元模拟技术概述来看,走数字模拟仿真和试验研究相结合之路,是解决该实际问题的有效措施。切削工艺过程和切屑成形过程的有限元模拟为深入研究切削机理、提高切削加工质量提供了新的、更加有效的分析方法。

二、基于实例推理的高速切削加工数据库构建技术

基于实例的推理(CBR—Case-Based Reasoning)起源于二十世纪七十年代,是人工智能技术发展过程中出现的一种推理模式。简单地说,就是利用以前类似问题的解决方案及知识来解决新问题。基于实例推理是一种被广泛应用于各种问题求解领域的推理方法,应用这种推理方法求解问题不依赖于所求解问题领域的规则,而是依赖于以前积累的经验和成功解决的类似实例。这非常接近于人类专家解决问题的思路和方法。

实际上,基于实例推理的技术是一种问题求解方法,可应用于众多的领域。在汽车模具高速切削加工领域,问题求解要考虑的因素非常多,解决方案的某些部分可用简单的规则来确定,但大多数情况下,则要注意到实际问题的具体情况。如选择切削刀具时,刀具类型可很简单地应用规则来确定,但像刀具尺寸、几何角度、刀片型号、尺寸、角度、加工参数等数据的确定,就很难用简单有效的规则来确定。有时,使用某些已经存在的规则甚至可能导致错误的结论。在这种情况下,应用基于规则的推理就受到了很大的局限,应用人工神经网路演算法又很难处理问题领域的非数值型数据,而应用基于实例推理的技术来解决这样的问题就很容易克服上述困难。

另外,由于积累的经验少,高速切削加工过程中,零件与刀具材料的最优匹配及切削用量的选择、切削液的选用、机床刚性与工件刚性对加工精度和表面质量的影响及切削方法与机床的选用、刀具寿命与切削用量和加工成本之间的合理匹配、零件及加工面类型对工艺方案的影响等问题,也不能用简单的公式或规则来表示。而这些信息和经验对推广高速切削技术意义重大,因此如何收集和处理十分重要。而基于实例推理解决问题的方法正好可以利用上述经验和加工实例来解决高速切削加工过程中出现的各种问题。在目前高速切削加工领域缺乏大量系统适用的切削数据、经验和规则的情况下,应用基于实例推理技术解决问题的思想方法,可为建立高速切削数据库、推广高速切削加工技术,提供一条切实可行的途径二手挖掘机价格

汽车模具高速切削工艺技术的技术路线以有限元模拟技术和基于实例推理的高速切削数据库构建技术为研究支撑技术,以理论分析和试验研究等为辅助技术,对汽车模具尤其是覆盖件模具高速切削加工工艺展开深入研究。其研究过程为:首先进行材料力学性能试验,利用试验数据构建有限元模型,探讨高速切削加工机理,优化高速切削加工参数和揭示高速切削加工规律;基于优化的加工参数源数据和高速切削加工规律,采用实例推理方法建立高速切削数据库;研究具有复杂曲面特徵的汽车覆盖件模具保持近似恒定切削载荷的高速切削加工策略,突破3+2轴数控加工方式关键应用技术环节,开发汽车覆盖件模具3+2轴数控加工辅助编程工具,最后将这些成果在实际高速切削加工中进行应用。图1为研究路线示意图。

图1 汽车模具高速切削工艺研究技术路线

汽车模具高速切削工艺技术应用实例东风汽车模具有限公司是国内汽车模具行业规模最大、技术最先进的企业之一。从2000年开始,该公司组织技术人员进行高速切削加工技术研究,密切结合汽车模具尤其是覆盖件模具制造的实际,解决了一系列关键技术,总结了一套适合汽车覆盖件模具高速切削加工的技术方案和方法,包括:汽车覆盖件模具高速切削加工的基本概念;高速加工设备的选购标准;高速加工机床的安装与调试;高速切削刀具的使用;适合于高速切削加工的CAM软件;“3+2"轴高速切削加工技术;高速切削加工工艺及测量技术等。

图2 在高速加工中心上进行的汽车覆盖件模具高速铣削

二手挖掘机市场近两年又与浙江大学、湖北汽车工业学院联合开展了汽车模具高速加工工艺参数优化及数据库系统开发与应用项目。该项目以大型汽车覆盖件模具复杂型面的高速精加工为主要研究对像,在引进国外大型高速数控加工中心设备的基础上,采用金属切削有限元模拟和实验技术相结合,研究了模具常用材料的高速切削加工机理;采用基于实例推理方法建立了具有自学习功能的汽车模具高速切削数据库;紧密结合UG CAM软件功能,开发了刀轴倾角优化工具,因而在汽车覆盖件模具复杂型面“3+2轴”加工时,达到了汽车模具的高速度、高质量、高可靠性的加工要求。经过实际应用,取得了良好的应用效果。

 
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