謝 強，王放達，劉翰陽

（中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412002）

隨著設(shè)備加工精度逐漸提高，各行業(yè)對于不同金屬零件的要求也越來越嚴格，同時零件的復(fù)雜程度呈現(xiàn)出逐漸加強的態(tài)勢。面對這一變化趨勢，如何從加工技術(shù)上實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升成為了加工制作業(yè)關(guān)注的重點[1]。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)加工工藝中，由于對加工設(shè)備的選擇和參數(shù)的設(shè)置都存在一定的限制性，導(dǎo)致金屬零件加工的合格率存在一定瓶頸[2]。數(shù)控高速切削加工技術(shù)作為一項先進的加工技術(shù)，其允許使用較大的進給率實現(xiàn)了大幅提升，與常規(guī)切削加工技術(shù)相比，提高范圍可以達到5倍～10倍，這就直接決定了在單位時間內(nèi)，其對金屬材料的切削效率可以實現(xiàn)3倍～6倍的提升，這一特性為切削量較大的金屬零件加工帶來了極大的便利，對于加工效率的提升具有極為突出的作用[3]。

為此，將該技術(shù)應(yīng)用于模具制造中具有巨大的開發(fā)價值。本文提出金屬成形模具制造中數(shù)控高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用研究，以期為提高模具加工制造精度提供有價值的參考。

1 數(shù)控高速切削加工技術(shù)在金屬成形模具制造中的應(yīng)用

1.1 制定工藝方案

在運用數(shù)控高速切削加工技術(shù)進行金屬零件加工之前，首先需要按照零件的加工要求制定出合理的工藝方案。對于壁板、整體框、梁、肋等結(jié)構(gòu)件的模具，其加工的母材多為合金預(yù)拉伸材料，對于加工強度的要求較高。面對該類型零件，可以將其分為兩類，一類是工藝較為簡單的單面加工零件，此時的加工路線只需要經(jīng)過粗加工-半精加工-精加工，甚至粗加工-精加工兩個過程即可。另一類是工藝較為復(fù)雜的雙面加工零件，對應(yīng)的加工工藝路線為：正/反面粗加工-正/反面精加工-翻面-反/正面粗加工-反/正面精加工。以此為基礎(chǔ)，在確定加工工藝路線的基礎(chǔ)上，利用數(shù)控高速切削加工技術(shù)確定加工方式。

1.2 選擇定位、裝夾方案

由于數(shù)控高速切削加工技術(shù)的給進速度一般較高，因此需要對母材的定位和裝夾具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。考慮到這一要求，使用一面兩孔的定位方案進行母材的定位處理。以零件表面的基準平面和孔為定位的基礎(chǔ)，當(dāng)母材特性不滿足定位要求時，通過在零件輪廓外的母材上繪制工藝臺和工藝孔的方式實現(xiàn)定位。

1.3 刀具選擇

為使數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)勢可以充分發(fā)揮，在刀具和切削參數(shù)的選擇上要以實際加工需求為基礎(chǔ)進行，同時充分考慮高速問題，以此保證金屬零件的加工質(zhì)量。對于刀具，可以采用HSK系列，與普通刀具相比，HSK系列刀具的前后角更小100，后角的大小一般在5°～8°之間。在對刀具的控制過程中，應(yīng)盡量縮短切削部位，以提高刀具的剛性和減小刀刃的破損率。對于某些強度較高的切削材料，要對刀具進行最高應(yīng)力試驗，測試方式如圖1所示。

圖1 刀具最高應(yīng)力測試

對于帶有PKD或CBN刀片的刀具，使用前要進行預(yù)處理。在削切過程中，刀具和裝夾系統(tǒng)的接口部分的徑向擺動精度、懸臂長度、振動性能都會影響最終的加工質(zhì)量，因此要選用液壓夾頭、收縮夾頭和力壓縮夾頭的連接方式，將徑向擺動精度控制在0.003mm以內(nèi)。

2 數(shù)控高速加工技術(shù)的具體應(yīng)用實例

將上文提出的模具加工方式應(yīng)用在實際加工中，研究該加工方法的實際效果。

2.1 大型鋁合金壁板加工

作為一個較為典型的金屬壁板零件，其也是金屬成形模具制作中較為常見的一種零件。加工使用的母材為7B04T7451預(yù)拉伸板，要求制成的鋁合金壁板規(guī)格為1520×1500×35，零件壁的厚度為2.50mm～6.0mm不等，不同位置的厚度存在一定差異，同時零件的結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，對于表面尺寸的質(zhì)量要求為誤差不超過0.01mm。在此要求下，采用以往的模具加工方式較難實現(xiàn)加工目標，其采用的普通數(shù)控機床加工方法中，機床的控制精度以及刀具的操作效果都會限制加工零件的質(zhì)量，同時1500r/min～3000r/min的轉(zhuǎn)速也會影響切割的效率，2000r/min以下的進給速度無法為刀具的操作提供足夠的動力，這也會導(dǎo)致母材在單位時間內(nèi)的切削率下降，提高金屬零件表面粗糙程度，加大后期零件打磨工作量，影響最終零件的加工質(zhì)量和效率。

以此為基礎(chǔ)，本文以三坐標高速龍門銑床V2-3500B為基礎(chǔ)設(shè)備，考慮都加工母材的屬性特征，使用奧地利攀時機夾高速銑刀和荷蘭亞寶硬質(zhì)合金高速銑刀作為切割刀具，以此避免由于刀具硬度無法滿足切割要求帶來的質(zhì)量問題。使用的數(shù)控編程軟件為CATIA，版本為V5。裝夾方式為真空吸附，在配合壓板輔助下以150Pa的壓力吸附在平臺表面。對應(yīng)零件不同部位的加工要求，將其劃分為7個部分，并編號1～7。通過編程對加工參數(shù)進行個性化設(shè)計，具體如表1所示。

表1 切削加工參數(shù)

在上述加工條件下，進行大型鋁合金壁板零件的加工，經(jīng)過產(chǎn)品檢驗后，合格率為98.46%，遠遠高于行業(yè)的加工要求，不僅在一定程度上降低了零件加工的原料成本，同時通過提高產(chǎn)品合格率也縮短了產(chǎn)品的加工時間。表明本文提出以數(shù)控高速切削加工技術(shù)為基礎(chǔ)的模具制造方法具有良好的應(yīng)用效果。

2.2 滑軌肋零件的加工

上述內(nèi)容是對直線造型零件加工效果的測試，而在實際的模具制造中，弧形零件的加工需求也是較為常見的。為此本文以滑軌肋為測試對象，對所提加工方法的應(yīng)用性能進行測試。

選擇的滑軌肋為某機械組件，其在安裝位置位于整體機械的前緣處，通過在前梁上增加該零件，實現(xiàn)對前緣移動部分的支撐，同時當(dāng)支撐前緣需要轉(zhuǎn)動時，機械的滑軌將作為其轉(zhuǎn)動的階段。該組件在機械設(shè)備上的安裝是以對稱的形式存在的，每臺機械設(shè)備上共安裝6對。加工肋對的母材為7010/7050-T7651鋁合金預(yù)拉伸板材，厚度為50mm。零件加工需要首先需要將其改造為以一個內(nèi)肋和一個外肋為一組的形式，并對其建立固定標識，確保在后續(xù)的加工中其一直是固定肋對。同時由于設(shè)備的不同位置其弧度也有不同。因此，為確保每個肋板零件與機械蒙皮緣條可以實現(xiàn)高度匹配，要求每組肋對內(nèi)部的減輕槽腔深度和寬度、加強筋彎曲度數(shù)、裝配孔的大小、通孔的位置與其預(yù)計安裝位置一致，同時確保每組肋對中的兩個滑軌肋質(zhì)量差異不超過10g。

在上述基礎(chǔ)上，考慮到零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，切削量較大，同時精加工后的零件在腹板、筋條位置的厚度較薄，容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象導(dǎo)致零件報廢。因此采用DIGIT318高速加工機床作為基礎(chǔ)設(shè)備，刀具為整體合金的高速銑刀，冷卻方式為油霧，以此最大限度降低由于溫度劇烈變化帶來的母材形變，確保弧度的精度。

由于加工過程中需要對其添加一定的弧度，因此正面加工時的裝夾方式為真空平臺吸附+壓板輔助，反面的裝夾方式為專用真空平臺吸附+沉頭螺釘輔助。在CATIA編程控制下，對12組滑軌肋的加工參數(shù)進行設(shè)計，具體如表2所示。

表2 滑軌肋加工參數(shù)

在該加工參數(shù)的基礎(chǔ)下，進行滑軌肋零件的加工，經(jīng)產(chǎn)品檢驗后，產(chǎn)品的合格率為97.65%，達到了零件加工標準的要求，表明本文提出方法可以實現(xiàn)對彎曲零件的精準加工。

3 結(jié)語

數(shù)控高速切削加工技術(shù)作為一項先進的金屬零件加工方式，彌補了傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)在加工精度上存在的不足，同時作為一項正在不斷發(fā)展的發(fā)展型綜合技術(shù)，其未來在零件加工中發(fā)揮的價值也將越來越大。在此背景下，要切實體現(xiàn)數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)勢，優(yōu)化對高速加工機床的選擇是十分必要的。