鍛造鋁合金輪轂是轎車的重要部件。鍛造鋁合金輪轂因其造型美觀、質(zhì)量輕、散熱性好和力學(xué)性能高等特點，近些年備受歐、美國家青睞。鋁合金鍛造車輪是繼傳統(tǒng)的重力鑄造、擠壓鑄造、低壓鑄造等鋁合金車輪成型工藝后，國內(nèi)鋁合金車輪生產(chǎn)工藝領(lǐng)域的又一次全新變革。中信戴卡股份有限公司從歐美引進(jìn)先進(jìn)的全自動化鍛造生產(chǎn)線，將傳統(tǒng)的鍛造工藝與現(xiàn)代先進(jìn)成形設(shè)備完美結(jié)合，高效地生產(chǎn)高強度、高質(zhì)量的鍛造鋁合金輪轂。

　　鍛造鋁合金輪轂工藝的特點是采用標(biāo)準(zhǔn)鋁合金棒加工，通過施加正壓力和斜向滾壓力方式制出毛坯，再通過軸向模鍛工藝鍛造出輪輻及初步輪輞，然后旋壓成形輪輞。這樣通過擺動碾壓、鍛造、擠壓等多種復(fù)合壓力塑性變形工藝，促使鋁合金材料內(nèi)部組織均勻、緊密，形成良好的金屬纖維流線組織，內(nèi)在結(jié)構(gòu)致密，力學(xué)強度更高。所生產(chǎn)輪轂的力學(xué)性能比常規(guī)低壓鑄造的要高18% 以上，材料可節(jié)約15%以上; 可以避免常規(guī)低壓鑄造的缺點。它是國際上較具競爭力的新技術(shù)，有較好的市場應(yīng)用前景。由于鍛造鋁合金內(nèi)在結(jié)構(gòu)致密，力學(xué)強度更高的特點，這就給鍛造鋁合金產(chǎn)品加工和鍛造模具加工提出了新的要求。本文針對上述特點要求提出新的加工方案。

1 、CAM 數(shù)控加工工藝原則

　　基準(zhǔn)先行、先面后孔、先近后遠(yuǎn)、先粗加工后精加工; 先加工基準(zhǔn)表面再加工其他表面; 先加工主要表面然后加工次要表面。而且在實際應(yīng)用中一定要注意能用普通機床進(jìn)行粗加工的部位，絕對不用數(shù)控加工，否則會浪費數(shù)控機床的工時和增加產(chǎn)品或模具的成本。

2 、運用CAM 自動編程軟件的一般通用流程　　(1) 用CAD 軟件功能創(chuàng)建加工幾何模型。

　　(2) 幾何模型轉(zhuǎn)化導(dǎo)入到CAM 軟件中。

　　(3) 分析幾何模型編制數(shù)控加工工藝，確定加工設(shè)備及數(shù)控加工系統(tǒng)。

　　(4) 運用軟件CAM 功能，確定加工方式，創(chuàng)建刀具走刀路徑。

　　(5) 生成的刀具軌跡進(jìn)行模擬仿真，檢查刀具路徑是否正確、有無干涉、過切現(xiàn)象以便從新編程。

　　(6) 用數(shù)控系統(tǒng)匹配的后置處理，生成NC程序。

　　(7) 用傳輸設(shè)備將程序數(shù)據(jù)傳入數(shù)控機床，進(jìn)行首件加工驗證。

　　(8) 首件進(jìn)行檢定，根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)對程序進(jìn)行判定、評價，來修改和確定最終程序。

　　(9) 經(jīng)檢測零件加工尺寸全部合格后，方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

3 、鍛造鋁合金車輪加工機床設(shè)備的特點和車削編程流程

　　鍛造鋁合金車輪加工機床設(shè)備的特點:

　　一種是一臺單工位雙刀塔立車、一臺單工位單刀塔立車、一臺加工中心三臺機床設(shè)備布局作為一組機床，占地面積較大。

　　另一種是一臺雙工位雙刀塔立車、一臺加工中心兩臺機床設(shè)備布局作為一組機床，占地面積較小。由于雙工位機床對兩個工位定位要求較高，又由于雙工位雙刀塔立車主要為進(jìn)口設(shè)備，成本較高。一般歐、美設(shè)備廠家在賣設(shè)備時都是連工藝帶設(shè)備進(jìn)行交鑰匙工程，故而價格較高。應(yīng)用Mastercam 軟件數(shù)控車削編程的一般流程:設(shè)計加工零件→零件加工工藝分析( 確定加工路線) →設(shè)置坯料和夾具→車端面加工( 找齊端面)→粗車輪廓→精車輪廓( 達(dá)到要求表面粗糙度) →車槽→螺紋加工→切斷工件→后處理生成G 代碼→G代碼傳給機床。

　　Mastercam 數(shù)控車削鍛造鋁合金車輪編程具體過程如下:

　　(1) 進(jìn)入CAM 軟件選擇加工機床類型。

　　(2) 啟動刀具路徑/選擇“車削”。

　　(3) 輸入新的NC 名稱如“D0001”。

　　(4) 選定加工圖形。粗、精車削一道鍛造輪轂內(nèi)外輪輞、背腔法蘭和中心孔。

　　(5) 設(shè)置刀具加工路徑參數(shù)選擇刀具類型、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率( 如圖1) 。由于鍛造鋁合金熱處理后韌性好、比較黏，因此加工時的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率決定著鍛造鋁合金產(chǎn)品的加工效率和加工質(zhì)量，我們通常將主軸轉(zhuǎn)速定為1 500 r /min、進(jìn)給率定為0． 4mm/r，能達(dá)到很好效果。

圖1 設(shè)置刀具加工路徑參數(shù)

　　(6) 設(shè)置進(jìn)刀點、退刀點和機床原點。

　　(7) 設(shè)置如“車”參數(shù)、如步進(jìn)量、X 和Y 方向預(yù)留量、切削方法、粗車方向/角度、刀具補正( 如圖2、3) 。由于旋壓和鍛造后輪唇部位有過多多余不規(guī)則碾壓硬飛邊，工件在被加工時時常打碎刀片。經(jīng)過多次試驗，我們采取的辦法是刀片在剛接觸此部位時，刀片沿垂直切線方向進(jìn)刀便很好地解決了問題。

　　(8) 定義刀具-刀片參數(shù)設(shè)置，如刀片型式、厚度、刀片材料和刀把參數(shù)設(shè)置。

　　(9) 重復(fù)上述過程粗、精車削二道鍛造輪轂外輪輞、正面和冒口。

　　(10) 生成刀具仿真路徑檢查路徑，然后執(zhí)行后處理生成G 代碼程序( 如圖4) 。

圖2 設(shè)置車參數(shù)

圖3 刀片參數(shù)設(shè)置

4、 模具CAM 數(shù)控加工編程　　一般模芯數(shù)控加工的工藝路線如下:

　　(1) 粗加工: ①粗銑開粗，②去余量，③清根。

　　(2) 半精加工: ①半精銑，②去余量，③清根。

　　(3) 精加工: ①精銑，②清根。　　下面針對Ug CAM 軟件銑削鍛造鋁合金產(chǎn)品加工模具數(shù)控編程過程介紹如下:

　　(1) 直接用CAD、Mastercam X、UG 設(shè)計鍛造凸凹模數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入或轉(zhuǎn)換到cam 中。

圖4 刀具仿真路徑

　　(2) 通過分類分析模型角、面、造型，定義刀具和加工工藝方案流程。

　　(3) 選擇切削方式: ①面銑，②型腔銑( 凸凹處) ，③側(cè)壁或橫切銑( 側(cè)面或斜面) ，④多軸曲面銑。

　　(4) 定義機加工毛坯方式: ①一種是通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式來定義毛坯; ②另一種是通過自己在cad 設(shè)計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取; ③第三種是用CAM 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。

　　(5) 模具數(shù)控編程基準(zhǔn)點的確定方式: ①一種方式是用毛坯下端面中心點定義基準(zhǔn)點: 此方式好處是數(shù)控加工后此點依然存在，數(shù)控修改模具時可再利用此點; ②另一種方式是用毛坯上端面中心點定義基準(zhǔn)點，優(yōu)點是好加工找正; ③第三種是用毛坯邊面頂點定義基準(zhǔn)點。

　　(6) 設(shè)定安全平面。

　　(7) 刀具選擇: 根據(jù)粗、精、清角加工精度等級不同，選擇加工刀具( 主要包括刀具材料，如高速鋼、硬質(zhì)合金刀; 刀具種類，刀頭形式如平刀、圓角刀、球刀，刀片、刀桿形狀是整體或可轉(zhuǎn)位式) ; 精、清角加工通常采用參考刀具運算方式，自動尋找前面刀具留下殘料，節(jié)省走刀時間。

　　(8) 刀具主軸轉(zhuǎn)速選定: 根據(jù)粗、精、清角加工位置和造型的不同特點，制定加工轉(zhuǎn)速。例如粗銑3 000 r /min 、精銑5 000 r /min、清角1 500 r /min。

　　(9) 刀具進(jìn)給率選定: 根據(jù)粗、精、清角加工位置和造型的不同特點，制定進(jìn)給率分別為1 500 mm/min、800 mm/ min 、2 000 mm/ min。

　　(10) 切削參數(shù)選定( 包括加工走刀方式: ①單向或往復(fù)平行切削，②環(huán)繞切削，③放射切削) : 切削深度，拐角控制。

　　(11) 設(shè)定非切削參數(shù)等。

　　(12) 模具加工軌跡生成( 如圖5) 。

圖5 模芯加工刀路軌跡

　　(13) 模具仿真模擬加工( 圖6) : 將加工出的模型與最終要求成品進(jìn)行對比，觀察有無過切削現(xiàn)象。

圖6 模芯加工仿真模擬

　　(14) 通過后處理程序生成G 代碼、用傳輸機將后處理生成G 代碼文件傳輸?shù)綌?shù)控機床供機床使用。模具實際加工過程就是不斷重復(fù)上述軟件使用的過程。

5 、結(jié)束語

　　用cam 軟件進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)控加工和模具數(shù)控加工制造是比較方便的?？梢越档推髽I(yè)生產(chǎn)成本、提高設(shè)計精度、縮短設(shè)計周期、提高生產(chǎn)效率、增強企業(yè)競爭力。