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汽車覆蓋（gài）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，切削參數也在不斷（duàn）變化，另外。由（yóu）於不（bú）同機（jī）床（chuáng）的結構不同，切削參數也不同。在汽車覆蓋件模具加工過程中，3+2（五麵體）的加工方式是刀具及機（jī）床發揮其功能的極佳方式。　　在汽車模（mó）具數控加工過（guò）程中（zhōng），由於覆（fù）蓋件模具的（de）特殊性和複雜（zá）性以及3軸數控機床無法根據零件表麵曲率的（de）變化調整加工角度，使得刀具在不同的加（jiā）工角度下，切削的線速度（dù）始終在變化，無法達到理想的狀態。當垂直角度（dù）加工時，球頭刀的切削點線速度為零，且在刀尖點附（fù）近切削線速度（dù）也很低，影響模具的表麵質量；另外，在加工深型腔的模具時，則（zé）需要加長刀具來進行切削。以北汽（qì）福田汽車股份有限公司濰坊模（mó）具廠的（de）實際加工為例，加工（gōng）前（qián）罩板拉延模具（jù）的過程中出現的（de）主要問題有：

　　□切削後的型麵的表麵粗（cū）糙度不均勻；

　　□側麵加工時產生了讓刀現象，導致側麵間隙變小；

　　□刀（dāo）具在頻繁（fán）的線速度變（biàn）化（huà）中提前磨（mó）損；

　　□由於刀具的加（jiā）長使其切削剛性不足而導致整體剛性下降，引起（qǐ）機床顫（chàn）動，在變型區出（chū）現刀具顫動後產生的凹坑、麻（má）點；

　　□一些區（qū）域受刀具長度限（xiàn）製（zhì）而難於加（jiā）工，甚至不能（néng）加（jiā）工；

　　□一些修邊模（mó）的刃口及型麵因熱處理而產生變形，導致難以加工；

　　□一些盆型的深型腔的模具用球頭刀加工時，效率低下。

　　刀具及加工參數的選擇（zé）原則

　　人（rén）們通常的思維中有一個誤區（qū），那就（jiù）是人們更關心數控機床的轉速，而往（wǎng）往忽略（luè）了刀具的額定（dìng）線速度。實際上，每種刀具（jù）都有其適宜的加（jiā）工範圍，其（qí）線速度是一（yī）定的。以最常用的SANDVIK硬質合（hé）金球頭刀為例（lì），我們根據多（duō）年的（de）實（shí）踐經驗總（zǒng）結出了較適合本廠情況的加（jiā）工區域(見圖1)。

　　從圖中可（kě）以看出，直徑為20mm的球頭刀的線速度為200～300m／min時，其適宜的機床轉速在5000～7000r／min之間，而這個線速度已接近該刀具的（de）最高線速度了，因（yīn）此，刀具的選擇應當在轉速和線速度之間找出最佳值（zhí），使刀具壽命和加工效率達到最理想的狀態。

圖1 SANDVIK 球頭刀的加工區域圖

　　當然，選擇各類塗層刀具可在相同的線速度時提高刀具的壽命，特別是對一（yī）些硬度（dù）較高的模具，另外，選（xuǎn）擇陶瓷刀具可提高刀具的線速度（dù），但由於（yú）其脆性等因素在模具加工中用量較少。

　　刀具切（qiē）削直徑分析

　　刀具線速（sù）度（dù）的計算公式為：

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

　　一般來說，刀具的直徑不（bú）同於刀具的切削直徑。平頭刀的切（qiē）削直徑接（jiē）近於刀具直（zhí）徑，這樣在選擇切削參數（shù）時，可參照刀具供應商提供的刀具手冊；而對於在模具加工中常用的球（qiú）頭刀，則因加工深度和（hé）切削角度不同，刀具切（qiē）削直徑和刀（dāo）具外（wài）徑相差很（hěn）大(見圖2)，當直徑為20mm的球頭刀切（qiē）削深度為4mm時，刀具的切削直徑隻有16mm，為刀具外徑的80％。

　　通過分析，我們設（shè）想（xiǎng）要達到理想的切削效果，就必須盡量提高刀具的切削直徑，進而提高切削速度（dù），以提高加（jiā）工效率和加工質量，另外，包括對淬火後（hòu）型麵及刃口等的加（jiā）工，我們采取了改善刀具（jù）加工的角（jiǎo）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（jìng）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　改善刀具的加（jiā）工角度

　　1、五軸聯動加工

　　五軸（zhóu）聯動（dòng）機床可以根據不同的（de）切削角度來調整刀具的傾斜角度以使切削線速度基本恒（héng）定（dìng），始終保持理想的切削速度，其優點（diǎn）可概括如下：

　　□減小（xiǎo）刀具長度，提高了加工剛性

　　□可獲得較均勻的表麵粗糙度

　　□使用相（xiàng）對低的轉速，達到理想的切削效果；

　　□可保持較佳的切削線速度；

　　□可（kě）加工三軸數控機床難以加（jiā）工或無法加（jiā）工的深型腔模具。

　　但（dàn）是，在（zài）實際加工過程中，我們也發現五軸聯動加工也存在（zài）一些缺點：

　　□CAM編程序時，計算時間長、工作量大：

　　□由於是五軸聯動，A、C頭轉動也需要時間，從而降低了加工效率；

　　□五軸聯動還要考慮是否（fǒu）產生了（le）一些新（xīn）的加工幹涉；

　　□由於A、C頭始（shǐ）終處於非夾緊狀態，降低了加工的剛性；

　　□操作人員幹預性較差。

　　2、3+2的加工方式

　　所謂“3+2(五麵體)”的加工方式是指A、c頭根據不同型麵的需要轉到一定的角度，然後鎖緊進行加工（gōng），當加工完某一（yī）區域後，再根據需要調整A、C頭的角度。要實現300mm／min的切削線速度，0度傾角時需要（yào）14000r／min的轉速，而30度傾角時隻需要6500r／min的轉速就可達到相同的切削線速度（dù）。

　　概括起來，3+2(五麵體)的加工方式（shì）具有以下優點（diǎn）：

　　□可根據（jù）不（bú）同的（de）型（xíng）腔（qiāng）采用不同的加工傾角，使傾角加工實（shí）現了較理想的切（qiē）削直徑，從而獲得較佳的線速度（見表）；

　　□可實現一個工件分不同區域采用多方向、多角（jiǎo）度的加工，例如（rú）在加工前罩板拉延模凹模時，共分了9個區域進行加工，取得了良好的效果；

　　□可使操作人員根據實際情況隨時靈活調節加工角度；

　　□由於A、C頭的鎖緊而增加了整體的剛性，從而獲得了理（lǐ）想的間隙；

表為直徑20mm球頭刀在不同傾角下的切削直徑

　　□由（yóu）於轉速相對較低，可用普（pǔ）通刀柄代替平衡刀柄，降低加工費用。

　　選擇合理的刀具種類

　　對於一些淬火（huǒ）後產生變形的修邊模（mó）刃口（kǒu），我們采用的方法是淬火前留下0.3mm的餘量，淬火後采用大螺（luó）旋角六刃的（de）超（chāo）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、轉速為1600r／min、進給速度為600mm／min、加工材（cái）料為7CrSi和Crl2MoV等、硬（yìng）度在HRC55以上，取（qǔ）得了良好的效果。

　　在型麵較平（píng）緩的表麵或固定截麵(等高線)的表麵加工時，利用平刀或成形刀具，如（rú）長（zhǎng）鼻端銑刀等，也能獲得很高的線速度(見圖4)，從而達到良好的切削效果。這類刀具特別適用於深盆腔型模具的固定截麵(等高線)的加工。

　　對（duì）於那些型麵淬火後變形的模具，我們采用帶有立方（fāng）氮化硼塗（tú）層（céng）材料CBN的（de）硬質合金刀（dāo）片（piàn）來加工，實（shí）際加工效果也很理（lǐ）想，其線速度可達500m／min以上。

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