镁铝合金汽车覆盖件外板模具型面高精准数控加工方法与流程

本发明涉及模具型面加工技术领域，特别是指镁铝合金汽车覆盖件外板模具型面高精准数控加工方法。

背景技术：

汽车覆盖件前期主要材料是钢板，但是伴随着人们对高品质汽车的不断追求，新材料的汽车覆盖件不断涌现，主要满足高品质的需求和汽车轻量化、节能减排大续航能力的需求。目前能将两者完美结合的汽车覆盖件材料是镁铝板，拥有质量轻、强度高、耐磨损腐蚀等一系列的优点，但是因其材料延展率低，材料粘滞性和变形不确定性等方面的原因，镁铝合金板材的汽车覆盖件外板模具成型一直进展缓慢，冷冲压成型技术一直得不到关键技术突破和广泛应用，随着技术攻关的持续推进，发现镁铝合金汽车覆盖件外板模具成型需要超精准的加工精度和完美的特征保存度。镁铝合金汽车覆盖件外板模具需要超精准的加工来解决其回弹不确定、易开裂等无法精准冷作成型的问题，但是镁铝合金汽车覆盖件外板对应的是高端汽车，需要的是高的精度，因此需要不断研究实验现有高精度数控机床的加工方法

传统的加工方式受机床轴向间隙、机床跨越减速、刀具用力点、刀具磨损、走刀方式、温度等多重因素的影响，精度无法更高提升，而且特征保留也出现损伤情况，造成无法实现超精准加工。镁铝合金汽车覆盖件外板模具如果要实现高精度的冷成型，必须有高精准的加工来保证精度和特征保留程度，以此来更加贴近cae分析，获取精准实验数据，从而解决镁铝合金板材冷作成型过程的易开裂，回弹不确定，精度无法保证的问题，因此深入加工过程实验研究一种高精准的加工方法是解决镁铝合金汽车覆盖件外板模具成型的重点难题。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出镁铝合金汽车覆盖件外板模具型面高精准数控加工方法，解决了机床轴向间隙、机床跨越减速、刀具用力点、刀具磨损、走刀方式、温度等多重因素造成的精度降低和典型特征保留不完整的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：镁铝合金汽车覆盖件外板模具型面高精准数控加工方法，包括以下步骤：步骤一：型面工艺分析，步骤二：型面加工分区，步骤三：孤岛区填充与细分，步骤四：加工分区排序，步骤五：加工方式变换，步骤六：程序编制，步骤七：磨具型面超细加工。

所述步骤一包括将模具按照模具型面功能区和形状结构进行全面分析，梳理模具型面的型面特征：起伏角度、型面曲率、最小r角值、小面积凹槽，同时分析模具型面的功能等级，将功能等级和模具区域做对应，为加工工艺整体编排做全面的数据性分析。

在完成所述步骤一后，进行步骤二所述的型面加工分区，针对不同起伏角度、型面曲率、最小r角值采取针对性的程序编制策略，实现机床跨越减速小量化和刀具步距均衡化。

进一步地，所述型面加工分区原则为：产品补充面单独分区、产品补充面周边圆角区单独分区、圆角下端至产品区单独分区、整体缓曲率平面单独分区，面积小于0.3平米孤岛区域单独分区；每个分区采用单独的型面程序编制方式。

完成所述步骤二后，进行步骤三的孤岛区填充与细分，包括凸起孤岛处理和凹型孤岛处理，凸起孤岛处理时，以孤岛最外边界的形状，向外扩展20mm制作椭圆、圆形的孤岛防护区，防护区内作为单独区域进行加工；凹型孤岛处理时，对孤岛进行型面拉平处理，使初次加工区域时机床做直线跨越加工，然后从凹型孤岛的上圆角开始按单独区域重新加工。

进一步地，完成所述步骤三后，进行所述步骤四的加工分区排序：

1）上下模具排序对应，即上下模具加工区域的顺序对应；

2）先加工外侧非产品型面周边圆角；

3）其次加工所有外侧圆角外区域；

4）加工曲率较大及有大转角角度或者立面区域；

5）加工孤岛区域；

6）加工关键产品型面平缓区。

所述步骤五的加工方式变换包括倾斜轴加工和等高线加工，所述倾斜轴加工采用数控机床主轴转角功能，将刀具中心受力方向和模具型面之间形成25度左右的夹角，利用距刀具中心点10-15度角度区域作为切削点进行切削；所述等高线加工采用z字形走刀方式，对起伏较大型面和立面采用法向投影的方式编制刀具加工轨迹，保证型面的单位表面积内加工步距均匀合格。

所述步骤六模具型面加工程序编为步骤一完成后，按照步骤二和步骤三的分区方式、按照步骤四的排序方式、按照步骤五的加工方式，对被加工模具型面进行加工程序编制，编制程序过程中注意原则为：所有型面加工采用相同直径、相同材质、相同厂家批号的刀具对相同模具进行上下模加工，优选φ30直径刀具；减少因刀具本身问题造成的加工误差；当遇到狭小槽区，对刀具直径降级且其他要求不变。

进一步地，模具型面加工过程采用同时段机床加工，在相同时间采用两台同样数控机床对同一模具的上下模进行加工，或者选择温度相同的时间起止点在同一设备对相同模具的上下模进行加工，加工时间一般优选温度趋于平稳的夜间进行。

所述步骤七的模具型面超精加工是在模具型面完全加工完成后，利用高精度机床对模具进行高速度、大进给的微量轻切削，具体为：

1）超精加工转速进给设置，超精加工为高速轻切削，要求采用转速8000-12000r/min，进给6000-8000mm/min，以达到高速轻切削效果；

2）超精加工步距在0.3-0.5mm之间，选用倾斜轴加工方式，同时对模具立面进行z字形走刀，对模具平面进行回字形走刀。

本发明的有益效果为：

1）本加工方法以研究高精度模具型面需求时产生加工误差的原因进行试验和改进，从而形成了系统性的加工方法体系，解决了高精度要求时模具型面的加工误差造成的型面失真和典型特征失真，保证了模具型面加工精度，使镁铝合金汽车覆盖件外板模具超高精度的加工要求得到满足，为完成镁铝合金汽车覆盖件外板的模具冷冲压成型提供了前提；

2）通过型面分析、型面分区排序等综合分析，大幅度降低了机床加工跨越减速、机床轴向间隙等问题造成的误差和失真，保证了加工精度；

3）通过倾斜轴加工、等高线加工等加工方式，解决刀具中心点问题造成的加工误差，提升了加工精度，降低了刀具磨损造成的加工失真；

4）通过同时段机床加工，解决了因外界温度变化造成的加工失真，从而实现了产品的高精度、高特征保真度制造得以完成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，镁铝合金汽车覆盖件外板模具型面高精准数控加工方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一：型面工艺分析，步骤二：型面加工分区，步骤三：孤岛区填充与细分，步骤四：加工分区排序，步骤五：加工方式变换，步骤六：程序编制，步骤七：磨具型面超细加工。

所述步骤一包括将模具按照模具型面功能区和形状结构进行全面分析，梳理模具型面的型面特征：起伏角度、型面曲率、最小r角值、小面积凹槽，同时分析模具型面的功能等级。将功能等级和模具区域做对应从而全面把控模具的型面信息，为加工工艺整体编排做全面的数据性分析。

在完成所述步骤一后，根据型面工艺分析结果进行步骤二所述的型面加工分区，针对不同起伏角度、型面曲率、最小r角值造成的加工过程机床跨越减速问题和走刀步距不均衡问题，采取针对性的程序编制策略，实现机床跨越减速小量化和刀具步距均衡化。

进一步地，所述型面加工分区原则为：产品补充面单独分区、产品补充面周边圆角区单独分区、圆角下端至产品区单独分区、整体缓曲率平面单独分区，面积小于0.3平米孤岛区域单独分区，面积小于0.3平米孤岛区域包含小面积型孤岛和凸起孤岛；每个分区采用单独的型面程序编制方式。

完成所述步骤二后，进行步骤三的孤岛区填充与细分，包括凸起孤岛处理和凹型孤岛处理，以此来解决机床跨越减速问题。跨越减速指，机床加工过程中的高速切削中，遇到转弯等情况时，发生的为确保精度而减速转弯的情况，该情况会造成切削力发生变化从而引起型面质量微变形。凸起孤岛处理时，以孤岛最外边界的形状，向外扩展20mm制作椭圆、圆形的孤岛防护区，防护区内作为单独区域进行加工；凹型孤岛处理时，对孤岛进行型面拉平处理，使初次加工区域时机床做直线跨越加工，然后从凹型孤岛的上圆角开始按单独区域重新加工。

进一步地，完成所述步骤三后，进行所述步骤四的加工分区排序，加工分区排序主要为解决机床轴向间隙、刀具磨损、区域搭接等因素带来的加工误差和典型特征失真问题。加工分区排序具体为：

1）上下模具排序对应，即上下模具加工区域的顺序对应；

2）先加工外侧非产品型面周边圆角；

3）其次加工所有外侧圆角外区域；

4）加工曲率较大及有大转角角度或者立面区域；

5）加工孤岛区域；

6）加工关键产品型面平缓区。

利用该加工排序方式，可以将加工区域的做对应式消除，同时将关键特征优先加工出来，从而减少关键特征的失真，消除大平面区域因搭接或者机床跨越减速引起的型面失真，从而达到最佳的加工效果

所述步骤五的加工方式变换，主要解决因刀具受力问题带来的刀轨波峰波谷误差和因型面高低不平带来的刀具刀轨不均匀问题，提升刀具使用寿命，降低加工过程中因刀具磨损带来的加工失真。加工方式变换主要包括倾斜轴加工和等高线加工，倾斜轴加工主要解决刀具受力问题带来的误差和刀轨波峰波谷误差，等高线加工主要是为解决型面起伏较大而造成的加工步距宽窄不一、精度失真的问题。所述等高线加工采用z字形走刀方式，对起伏较大型面和立面采用法向投影的方式编制刀具加工轨迹，保证型面的单位表面积内加工步距均匀合格。

所述倾斜轴加工采用数控机床主轴转角功能，将刀具中心受力方向和模具型面之间形成25度左右的夹角，利用距刀具中心点10-15度角度区域作为切削点进行切削。因为常规机床加工过程中，一般采用刀具中心垂直于被加工型面，但这样加工在加工时刀具的中心点只有移动的线速度，而旋转的线速度没有，由此刀具中心点一直处于挖模具型面的状态，受到压力较大，容易对被加工模具型面造成细微的压痕和刀具中心点区域轻微冷作硬化，从而使被加工模具型面出现明显的刀轨波峰波谷和轻微加工失真。而倾斜轴加工采用夹角式加工，刀具受力点为刀具的外侧而非刀具中心，因此所有切削点在加工过程中都是刀具移动线速度和刀具旋转线速度的结合，因此会大幅度减少型面抗力，提升加工精度，减少波峰波谷失真。同时会大幅度延长刀具寿命，从而保证在整个型面加工的过程汇总，刀具磨损量大幅度降低，刀具磨损误差也因此大幅度减少。

所述步骤六模具型面加工程序编为步骤一完成后，按照步骤二和步骤三的分区方式、按照步骤四的排序方式、按照步骤五的加工方式，对被加工模具型面进行加工程序编制。编制程序过程中注意原则为：所有型面加工采用相同直径、相同材质、相同厂家批号的刀具对相同模具进行上下模加工，优选φ30直径刀具；减少因刀具本身问题造成的加工误差；当遇到狭小槽区，对刀具直径降级且其他要求不变。

进一步地，模具型面加工过程采用同时段机床加工，同时段机床加工是为避免因环境温度影响而采取的加工措施。即在相同时间采用两台同样数控机床对同一模具的上下模进行加工，或者选择温度相同的时间起止点在同一设备对相同模具的上下模进行加工，加工时间一般优选温度趋于平稳的夜间进行。

所述步骤七的模具型面超精加工是在模具型面完全加工完成后，利用高精度机床对模具进行高速度、大进给的微量轻切削，以大幅度提高模具型面精度，降低加工型面的表面粗糙度，最大限度保证加工精度和连续性，保护典型特征不失真。具体为：

1）超精加工转速进给设置，超精加工为高速轻切削，要求采用转速8000-12000r/min，进给6000-8000mm/min，以达到高速轻切削效果；

2）超精加工步距在0.3-0.5mm之间，选用倾斜轴加工方式，同时对模具立面进行z字形走刀，对模具平面进行回字形走刀。

使用本方法加工完成后，型面最大误差0.07mm，表面粗糙度1.6左右，满足镁铝合金汽车覆盖件外板模具超高精度的要求。本发明解决了镁含量在6%以下、厚度在0.4-4mm之间的镁铝合金板材的成型模具高精准加工问题。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。