高級(jí)轎車精鍛鋁車輪模具UG/CAD CAM應(yīng)用

2013-07-06 11:25:28中信戴卡股份有限公司河北秦皇島066011楊金嶺

金屬加工(冷加工) 2013年16期

中信戴卡股份有限公司（河北秦皇島 066011）楊金嶺

精鍛鋁合金輪轂是高級(jí)轎車、卡車上重要關(guān)鍵安全件。其特點(diǎn)是造型美觀、重量輕、散熱好、省油、性能高等倍受歐美市場(chǎng)青睞?；谏鲜鎏攸c(diǎn)又由于精鍛鋁合金車轂生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)含量高、價(jià)錢貴、現(xiàn)階段一般只在高級(jí)轎車和高端卡車上使用。鋁合金輪轂精鍛技術(shù)是繼傳統(tǒng)的重力、擠壓、低壓等鋁合金車輪鑄造工藝后，國內(nèi)鋁合金車輪生產(chǎn)工藝技術(shù)全新變革。此技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能比常規(guī)低壓鑄造工藝的要高18%以上，材料可節(jié)約15%以上，可以大大降低與杜絕常規(guī)低壓鑄造的通病問題，是國際上較具競爭力的新技術(shù)，有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。中信戴卡股份有限公司是2003年在國內(nèi)率先引進(jìn)全自動(dòng)化鍛造鋁合金輪轂生產(chǎn)線的廠家。借助歐美的先進(jìn)設(shè)備，擁有先進(jìn)的全自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線將傳統(tǒng)的鍛造工藝與現(xiàn)代先進(jìn)成形設(shè)備的完美結(jié)合，高效地生產(chǎn)高強(qiáng)度、高質(zhì)量的高級(jí)轎車和高端卡車精鍛鋁合金輪轂。高級(jí)轎車精鍛鋁輪轂產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)開發(fā)制造一般流程如圖1所示。實(shí)際高級(jí)轎車精鍛鋁輪轂的生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖 1

圖 2

1. UG NX在三維高級(jí)轎車精鍛鋁輪轂產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)說明

（1）鍛造模具設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)是完善的3D產(chǎn)品造型設(shè)計(jì) 鍛造產(chǎn)品3D造型設(shè)計(jì)過程：①創(chuàng)造曲線，曲線的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是點(diǎn)，線由點(diǎn)生即由點(diǎn)到線。②創(chuàng)造曲面，曲面的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是線，面由線生即由線到面。③3D輪廓曲面的創(chuàng)建方法：由線到面方法有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等；通過曲面創(chuàng)建曲面方法有橋接、N邊曲面、延伸曲面、過渡曲面、圓角曲面、偏置曲面等；通過自由曲面創(chuàng)建曲面方法有曲面變換、曲面圓角、樣式曲面、樣式圓角曲面、樣式掃描、樣式拐角。

綜上所述，通過設(shè)定基準(zhǔn)面、畫輪廓線、通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、剪切、倒圓、曲面縫合、布爾運(yùn)算、拔模及抽殼等命令完成鍛造產(chǎn)品三維造型（見圖3）。

2. UG NX在3D高級(jí)轎車精鍛鋁輪轂?zāi)＞邎D的設(shè)計(jì)應(yīng)用說明

金屬毛坯鍛造過程是體積發(fā)生變化質(zhì)量保持不變的過程，又受到金屬塑性變形程度比率的限制，所以鍛造一個(gè)產(chǎn)品毛坯是由幾套模具一步一步完成，一般可分為預(yù)鍛、初鍛、終鍛幾套鍛造模具。

圖3 鍛造產(chǎn)品

鍛造3D造型工步圖設(shè)計(jì)根據(jù)毛坯鍛造塑性變形過程體積不變的原理（見圖4）。這樣鍛造最終一個(gè)毛坯（即旋壓毛坯）需要通過預(yù)鍛、初鍛、終鍛、旋壓才能完成，這就需要分別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的預(yù)鍛毛坯、初鍛毛坯、終鍛毛坯及旋壓毛坯三維造型。每套鍛造模具的上下模型腔是根據(jù)對(duì)應(yīng)的工序毛坯來設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)的過程正好同實(shí)際生產(chǎn)過程反過來，是先設(shè)計(jì)旋壓毛坯而后設(shè)計(jì)終鍛毛坯、初鍛毛坯及預(yù)鍛毛坯，倒置過程目的是防治設(shè)計(jì)紕漏。

圖 4

現(xiàn)以高級(jí)轎車鍛造鋁輪轂終鍛模具為例說明模具設(shè)計(jì)過程：①導(dǎo)入3D終鍛產(chǎn)品造型（即終鍛毛坯3D造型）。②設(shè)定材料熱收縮率。③建立分模線和分模面。④由三維終鍛產(chǎn)品圖通過抽殼、剪切、曲面縫合、布爾運(yùn)算及拔模等命令完成上下模型腔基本體設(shè)計(jì)（見圖5）。⑤借助DFORM或QFORM鍛造模擬分析軟件進(jìn)行鍛造過程數(shù)字化3D模擬分析。⑥如模擬中發(fā)現(xiàn)問題需要重新修改各個(gè)工序的模具型腔直到模擬沒有問題為止。⑦進(jìn)行模具附件設(shè)計(jì)如模座、連接板、頂料器和模架等。⑧3D裝配各個(gè)部件然后通過UG NX－motion運(yùn)動(dòng)模擬檢查是否有干涉。⑨創(chuàng)建模具2D工程圖和標(biāo)注尺寸。⑩打印工程圖、審批后出圖、曬制工程藍(lán)圖。

圖5 鍛造模芯造型

3. UG NX在高級(jí)轎車鋁輪轂精鍛模具CAM數(shù)控制造加工過程

（1）數(shù)控加工的基本原則鍛造模具數(shù)控加工主要是針對(duì)要求精度較高的模芯進(jìn)行數(shù)控加工，而一般精度要求不高的附件為了降低成本一般在成本較低的普通機(jī)床上加工。

（2）模芯進(jìn)行數(shù)控的工藝路線 ①粗加工：粗銑開粗→去余量→清根。②半精加工：半精銑→去余量→清根。③精加工：精銑→清根。

4. UG NX在CAM方面高級(jí)轎車鋁輪轂精鍛模具應(yīng)用

（1）UG NX在CAM制造加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)技巧由于UG NX－CAM功能強(qiáng)大、一般沒有一定數(shù)控加工基礎(chǔ)知識(shí)的新手不知如何入手、所以認(rèn)為UG－CAM比較難學(xué)，其實(shí)你要是有一定數(shù)控加工基礎(chǔ)知識(shí)、UG NX－CAM學(xué)起來同其他加工軟件學(xué)起來一樣簡單、而且UG NX－CAM功能強(qiáng)大、靈活性強(qiáng)。

（2）UG NX數(shù)控加工一般過程研究 ①可以用原有的3D鍛造凸凹模數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入U(xiǎn)G NX－CAM中或直接用UG NX－CAD設(shè)計(jì)鍛造凸凹模數(shù)據(jù)模型切換到UG NX－CAM中（見CAD部分）。②模型分析如長寬高、拐角大小，加工方案工藝流程策劃、分析、方案確定。③機(jī)加毛坯定置方式：一種是通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式來定義毛坯；第二種是通過自己在UG NX－CAD設(shè)計(jì)方式來定義毛坯形狀、此方式自由度比較高，可以通過不同圖層來顯現(xiàn)或隱藏來決定是否選??；第三種是用UG凸凹模造型通過偏置方式定義圓形或方形模具毛坯，此方式定義毛坯自由度比較低。④鍛造模具數(shù)控加工編程基準(zhǔn)點(diǎn)的確定型式：第一種方式是用毛坯下端面中心點(diǎn)定義基準(zhǔn)點(diǎn)：此方式好處是數(shù)控加工后此點(diǎn)依然存在、數(shù)控修改模具時(shí)可再利用此點(diǎn)；第二種方式是用毛坯上端面中心點(diǎn)定義基準(zhǔn)點(diǎn)：好處加工好找正；第三種方式是用毛坯邊面頂點(diǎn)定義基準(zhǔn)點(diǎn)。⑤設(shè)定機(jī)加工安全平面。⑥鍛模加工精度等級(jí)分序是：粗加工、半精加工、精加工及清角加工（見圖6）。⑦刀具選擇：根據(jù)粗、精、清角加工位置不同特點(diǎn)選擇刀具（主要包括刀具種類、刀具材料選擇、刀頭形式、刀片尺寸、刀桿形狀及刀桿尺寸），如圖7所示。⑧刀具主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)粗、精、清角加工位置和造型的不同特點(diǎn)制定加工轉(zhuǎn)速。如圖8所示。⑨刀具進(jìn)給率：根據(jù)粗、精、清角加工位置和造型的不同特點(diǎn)制定進(jìn)給率。⑩切削方法按加工形式分為：面加工、型腔加工（凸凹處）、側(cè)壁或橫切加工（側(cè)面或斜面）、曲面加工、小曲面精加工和曲面加工，如圖9所示?！銮邢鲄?shù)設(shè)定包括：步進(jìn)距離、切削層、拐角控制及非切削參數(shù)等?！?鍛造車輪模加工軌跡生成如圖10所示?！鲥懺燔囕喣７抡婺M加工如圖11所示：將加工出的模型與最終要求成品進(jìn)行對(duì)比，觀察有無過切現(xiàn)象?！龈鶕?jù)機(jī)床G代碼類型如西門子、發(fā)那科等不同系統(tǒng)選擇生產(chǎn)后處理程序生成G代碼。■用傳輸機(jī)將后處理生成G代碼文件傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床供機(jī)床使用。

圖6 按加工精度定工序

圖7 刀具參數(shù)設(shè)定

圖8 刀具主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率

圖9 加工方式設(shè)定

圖10 切削加工軌跡

圖11 加工軌跡生成

5. 結(jié)語