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汽車覆蓋件模具加工中的刀具選擇

2013-4-6 來源：作者：

隨著新型刀具的不斷推出以及模具材料的不斷變化，切削參數(shù)也在不斷變化，另外。由于不同機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，切削參數(shù)也不同。在汽車覆蓋件模具加工過程中，3+2（五面體）的加工方式是刀具及機(jī)床發(fā)揮其功能的極佳方式?！　≡谄嚹＞邤?shù)控加工過程中，由于覆蓋件模具的特殊性和復(fù)雜性以及3軸數(shù)控機(jī)床無法根據(jù)零件表面曲率的變化調(diào)整加工角度，使得刀具在不同的加工角度下，切削的線速度始終在變化，無法達(dá)到理想的狀態(tài)。當(dāng)垂直角度加工時(shí)，球頭刀的切削點(diǎn)線速度為零，且在刀尖點(diǎn)附近切削線速度也很低，影響模具的表面質(zhì)量；另外，在加工深型腔的模具時(shí)，則需要加長刀具來進(jìn)行切削。以北汽福田汽車股份有限公司濰坊模具廠的實(shí)際加工為例，加工前罩板拉延模具的過程中出現(xiàn)的主要問題有：

　　□切削后的型面的表面粗糙度不均勻；

　　□側(cè)面加工時(shí)產(chǎn)生了讓刀現(xiàn)象，導(dǎo)致側(cè)面間隙變小；

　　□刀具在頻繁的線速度變化中提前磨損；

　　□由于刀具的加長使其切削剛性不足而導(dǎo)致整體剛性下降，引起機(jī)床顫動，在變型區(qū)出現(xiàn)刀具顫動后產(chǎn)生的凹坑、麻點(diǎn)；

　　□一些區(qū)域受刀具長度限制而難于加工，甚至不能加工；

　　□一些修邊模的刃口及型面因熱處理而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致難以加工；

　　□一些盆型的深型腔的模具用球頭刀加工時(shí)，效率低下。

　　刀具及加工參數(shù)的選擇原則

　　人們通常的思維中有一個(gè)誤區(qū)，那就是人們更關(guān)心數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速，而往往忽略了刀具的額定線速度。實(shí)際上，每種刀具都有其適宜的加工范圍，其線速度是一定的。以最常用的SANDVIK硬質(zhì)合金球頭刀為例，我們根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了較適合本廠情況的加工區(qū)域(見圖1)。

　　從圖中可以看出，直徑為20mm的球頭刀的線速度為200～300m／min時(shí)，其適宜的機(jī)床轉(zhuǎn)速在5000～7000r／min之間，而這個(gè)線速度已接近該刀具的最高線速度了，因此，刀具的選擇應(yīng)當(dāng)在轉(zhuǎn)速和線速度之間找出最佳值，使刀具壽命和加工效率達(dá)到最理想的狀態(tài)。

圖1 SANDVIK 球頭刀的加工區(qū)域圖

　　當(dāng)然，選擇各類涂層刀具可在相同的線速度時(shí)提高刀具的壽命，特別是對一些硬度較高的模具，另外，選擇陶瓷刀具可提高刀具的線速度，但由于其脆性等因素在模具加工中用量較少。

　　刀具切削直徑分析

　　刀具線速度的計(jì)算公式為：

　　Vc=∏?w?/l000其中：Dw為刀具的切削直徑；Vc為切削線速度；n為主軸的轉(zhuǎn)速。

　　一般來說，刀具的直徑不同于刀具的切削直徑。平頭刀的切削直徑接近于刀具直徑，這樣在選擇切削參數(shù)時(shí)，可參照刀具供應(yīng)商提供的刀具手冊；而對于在模具加工中常用的球頭刀，則因加工深度和切削角度不同，刀具切削直徑和刀具外徑相差很大(見圖2)，當(dāng)直徑為20mm的球頭刀切削深度為4mm時(shí)，刀具的切削直徑只有16mm，為刀具外徑的80％。

　　通過分析，我們設(shè)想要達(dá)到理想的切削效果，就必須盡量提高刀具的切削直徑，進(jìn)而提高切削速度，以提高加工效率和加工質(zhì)量，另外，包括對淬火后型面及刃口等的加工，我們采取了改善刀具加工的角度和選擇合理的刀具種類等方式。

圖2直徑為20mm球頭刀的切削直徑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　改善刀具的加工角度

　　1、五軸聯(lián)動加工

　　五軸聯(lián)動機(jī)床可以根據(jù)不同的切削角度來調(diào)整刀具的傾斜角度以使切削線速度基本恒定，始終保持理想的切削速度，其優(yōu)點(diǎn)可概括如下：

　　□減小刀具長度，提高了加工剛性

　　□可獲得較均勻的表面粗糙度

　　□使用相對低的轉(zhuǎn)速，達(dá)到理想的切削效果；

　　□可保持較佳的切削線速度；

　　□可加工三軸數(shù)控機(jī)床難以加工或無法加工的深型腔模具。

　　但是，在實(shí)際加工過程中，我們也發(fā)現(xiàn)五軸聯(lián)動加工也存在一些缺點(diǎn)：

　　□CAM編程序時(shí)，計(jì)算時(shí)間長、工作量大：

　　□由于是五軸聯(lián)動，A、C頭轉(zhuǎn)動也需要時(shí)間，從而降低了加工效率；

　　□五軸聯(lián)動還要考慮是否產(chǎn)生了一些新的加工干涉；

　　□由于A、C頭始終處于非夾緊狀態(tài)，降低了加工的剛性；

　　□操作人員干預(yù)性較差。

　　2、3+2的加工方式

　　所謂“3+2(五面體)”的加工方式是指A、c頭根據(jù)不同型面的需要轉(zhuǎn)到一定的角度，然后鎖緊進(jìn)行加工，當(dāng)加工完某一區(qū)域后，再根據(jù)需要調(diào)整A、C頭的角度。要實(shí)現(xiàn)300mm／min的切削線速度，0度傾角時(shí)需要14000r／min的轉(zhuǎn)速，而30度傾角時(shí)只需要6500r／min的轉(zhuǎn)速就可達(dá)到相同的切削線速度。

　　概括起來，3+2(五面體)的加工方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　□可根據(jù)不同的型腔采用不同的加工傾角，使傾角加工實(shí)現(xiàn)了較理想的切削直徑，從而獲得較佳的線速度（見表）；

　　□可實(shí)現(xiàn)一個(gè)工件分不同區(qū)域采用多方向、多角度的加工，例如在加工前罩板拉延模凹模時(shí)，共分了9個(gè)區(qū)域進(jìn)行加工，取得了良好的效果；

　　□可使操作人員根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)靈活調(diào)節(jié)加工角度；

　　□由于A、C頭的鎖緊而增加了整體的剛性，從而獲得了理想的間隙；

表為直徑20mm球頭刀在不同傾角下的切削直徑

　　□由于轉(zhuǎn)速相對較低，可用普通刀柄代替平衡刀柄，降低加工費(fèi)用。

　　選擇合理的刀具種類

　　對于一些淬火后產(chǎn)生變形的修邊模刃口，我們采用的方法是淬火前留下0.3mm的余量，淬火后采用大螺旋角六刃的超硬刀具加工，如日立的CEPR6200-TH-20-HHE及SANDVIK的R215.3A-10030-BC22H-1010(見圖3)，切削參數(shù)為：刀具直徑為20mm、轉(zhuǎn)速為1600r／min、進(jìn)給速度為600mm／min、加工材料為7CrSi和Crl2MoV等、硬度在HRC55以上，取得了良好的效果。

　　在型面較平緩的表面或固定截面(等高線)的表面加工時(shí)，利用平刀或成形刀具，如長鼻端銑刀等，也能獲得很高的線速度(見圖4)，從而達(dá)到良好的切削效果。這類刀具特別適用于深盆腔型模具的固定截面(等高線)的加工。

　　對于那些型面淬火后變形的模具，我們采用帶有立方氮化硼涂層材料CBN的硬質(zhì)合金刀片來加工，實(shí)際加工效果也很理想，其線速度可達(dá)500m／min以上。

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