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[其他] 压合模数控加工工艺改进

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发表于 2016-3-24 20:43:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
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压合模数控加工工艺改进

压合模数控加工工艺改进

        压合模具调试困难,制造周期长,除了工艺设计等原因外,数控加工水平不高也是一个重要因素,如何提高数控加工水平,正确体现设计意图,是需要在数控加工工序解决的问题。
        在汽车制造过程中,发动机罩内外板、前后车门内外板和背门内外板等零件在组装前都要靠压合模具把它们压合在一起。压合模,也称包边模,多是由铸件、钢板和镶块拼合焊接而成,有结构紧凑、外形轻巧及操作方便等优点,在整车开发中有着广泛的应用。而压合模的制造却比较复杂,如车门内外板,产品要求沿周边都要压合,而其型面曲率变化大、轮廓复杂、拐角多且有尖点,压合非常困难,因此其制造要求比较高。由于压合模存在结构紧凑、干涉多以及钢板弹性变形大等问题,常规的加工方法难以保证质量,薄弱区域在预弯的过程中容易引起变形。常规的数控加工效率低、质量差,一个重要原因就是加工工艺不合理。下面我们就以车门内外板压合模为例探讨改进压合模的加工。
        模具结构
        从结构看,压合模分上模组件、下模组件两大块,其中上模组件包括压合凸模镶块(见图1)和压料板(见图2)两部分,下模组件包括预压合镶块组件(见图3)和定位凸模(见图4)两部分。压合模的工作过程如下:压力机下行,上模驱动块首先与下模预压合结构接触,驱动预压合结构沿特定的角度摆动,预弯镶块安装座及预弯镶块随之摆动对零件进行预弯,到达预弯位置之后,再沿特定的角度返回到原来的位置。压力机继续下行,通过上模压合凸模把内外板压合在一起。可以看出,压合模的机构、镶块特别多,为避免装配误差,在条件允许的情况下,压合模各组件尽量组装后整体加工。
       

压合模数控加工工艺改进

压合模数控加工工艺改进

        技术分析
        为节省材料,降低模具成本,除上、下模座和镶块安装座为铸件外,压合模其他部件多是由铸造空冷钢或钢板焊接而成。从加工角度讲,压合模加工主要存在以下难点:
        1.上模压合凸模材料为铸造空冷钢,弹性变形大,底部宽约30mm,顶部宽仅有10mm,高度超过200mm,属于细高件,组装在一起加工时容易发生振动。
        2.压料板为50mm厚钢板焊接15个异型小爪而成,异形小爪的压料面仅为40mm×20mm,而高度超过200mm,加工时振动非常严重,并产生啸叫声。
        3.下模组件的压合凹模镶块除了有定位作用外,侧斜面还要起到预弯的作用。其压合轮廓长,型面曲率变化大,若斜面加工有误差,在预弯的过程中容易引起变形。
        4.下模预压合结构是压合模的重要工作部分,预弯斜楔一般是标准的,而预弯镶块却是各式各样,若不能同步运动,工作过程中会由于受力不均而窜动,因此预弯镶块的加工和定位要求较高。
        工艺措施
        针对上述问题,在加工中我们采取相应措施。
       

压合模数控加工工艺改进

压合模数控加工工艺改进

        1. 压合凸模镶块
        上模压合凸模属于细高件,加工过程中首先要解决振动问题。颤动不仅会影响表面加工质量,而且会降低刀具寿命和生产效率,并引起刺耳噪声,必须设法消除或减轻。根据凸模形状,我们发现采用等高环绕高速切削的方法可以有效解决问题。由于凸模壁厚仅有30mm,切削时刀径不宜过大,经比较,我们选用φ32mm镶片式合金立铣刀,转速5000r/m,进给速度4500mm/min ,每层切削厚度1mm,采用减薄径向切屑厚度的高进给铣削方式(见图5)。经过实际加工效果看,不仅可以缩短加工时间,延长刀具寿命,而且还有效避免了颤动和啸叫。
        2. 压料板
        压料板的符型区为几个异形小爪,由于焊接误差,其定位不准确,表面粗糙度值大,加工硬化残余应力大,我们选用φ20mm合金立铣刀进行高速切削,转速6000r/min,进给速度6000mm/min,每层切削厚度0.5mm,通过采用小切深快进给的铣削方式(见图6),可以在保证生产效率的最大化和保证加工要求的切削条件下,有效降低切削力,减轻振动。
        虽然在通常情况下,顺铣较之逆铣有表面质量高、刀具寿命长等优点。但我们在实际生产中发现,加工薄壁件时,在切削参数完全相同的情况下,逆铣比顺铣时振动要小很多,加工质量也相对较好,因此加工薄壁件时可以选择逆铣。
       

压合模数控加工工艺改进

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        3. 压合凹模镶块
        压合凹模镶块上表面主要起定位、压料作用,其加工也比较简单。侧面与预弯机构作用,其加工要求就比较高。因此加工压合凹模镶块上表面时,可以选用φ30mm球头铣刀,按普通型面加工,侧面要选用φ20mm球头铣刀,用螺旋方法加工。
        4. 预弯镶块
        由于数模本身复杂,预弯镶块的型面加工分片也比较多,正面和4个侧面需要分开加工。型面加工主要有三种方法:
        (1)分块加工  就是每个镶块单独加工,然后再安装在预弯斜楔上,再把预弯斜楔装配到模座上。这种方法比较常见,其优点是编程简单、操作方便,普通数控机床就能加工。缺点是镶块各式各样,又没有合适的通用工装,需要用虎钳频繁装夹翻转找正,费时费力,加工效率低、质量差。而且由于机构安装、模具装配和加工基准的不统一,单件加工的预弯镶块装配后积累误差一般较大,钳工需要耗费大量时间进行拼装修研。
        (2)整体加工  在能调头的数控机床上,可以采用把所有预弯镶块装配到模座上,沿周调刀轴加工,一般沿周分4~8个方向(见图7)。其优点是基准统一,排除了装配积累误差,加工效率高,质量好,省却了大量修抛时间。缺点是只能在带有角度头或“3+2”式的机床加工;必须要保证拼块安装在模具下死点位置,加工基准和设计基准才能统一;而且模座容易与机床侧铣头干涉,必须保证模座与预弯镶块之间有适当距离,便于进刀退刀。若有加工不到位处要留出基准,拆下后按基准找正加工。
        (3)分体翻转加工  即把同一预弯机构上的预弯镶块组装在一起加工,然后再把预弯机构装配到模座上,是在单件加工和整体加工之间的折中方法(见图8)。因为预弯机构数目有限,相对来说基准不是特别分散,所以分体翻转加工既不像单件加工那样琐碎,又能有效避免整体加工的干涉问题。其优点是多个预弯镶块组装在一起加工,减少了大部分的装配误差,翻转后可以用立刀加工,不用调头,对机床要求不高。缺点是预弯机构在模座上组装时存在一定装配误差。
        预压合部分加工工艺的选择方案
        第一种加工方法对机床要求相对较低,适用于没有角度头的普通数控机床,优点是加工效率高,成本低;缺点是装夹不方便,拼块基准不统一,需要多基准转换,装配后积累误差大,需要耗费大量时间修抛,因此采用的越来越少。第二种加工方法要求机床是带角度头的加工中心或五面体数控机床,优点是基准统一,加工质量高,没有装配误差;缺点是不能用于普通机床,而且调头加工容易干涉。第三种分体翻转加工方法是在第二种方法无法加工的情况下,不得已采用的一种加工方法。这种方法针对一些设备条件不允许整体加工的情况,或设计结构很紧凑,或空间狭小,无法进行整体加工时采用,效率和精度都较第二种方法低,但加工质量优于第一种加工方法。
        比较以上3种加工方法,我们通常采用第二种方法加工,即装配后整体加工的方式。这样,不仅钳工装配省时省力,而且基准同一,制造质量能够得到保证。同时,加工效率和质量也得到了明显提高(见图9)。我们通过多套压合模的实际加工,这种方式优势越来越明显。
        结语
        不管是从结构上看,还是从材料上看,压合模与拉延、修边等其他汽车模具都有所不同,因此压合模的加工也要相应采取新的措施。提高压合模的数控加工效率和质量,要从工艺改进、刀具选择及切削理念等多个方面进行,需要经过长期实践探索,数据搜集和整理,而且要结合本单位机床的实际情况,灵活应用,选取合理的加工方法。
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