汽車覆蓋件模具加工中的刀具選擇
發(fā)布日期:2012-11-18 蘭生客服中心 瀏覽:5776
汽車覆蓋件模具加工中的刀具選擇 | ||
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。 在汽車模具數(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(zhǎng)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; □刀具在頻繁的線速度變化中提前磨損; □由于刀具的加長(zhǎng)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(dòng),在變型區(qū)出現(xiàn)刀具顫動(dòng)后產(chǎn)生的凹坑、麻點(diǎn); □一些區(qū)域受刀具長(zhǎng)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(duì)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=∏·Dw·n/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(cè);而對(duì)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?cè)O(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(duì)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(dòng)加工 五軸聯(lián)動(dòng)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(zhǎng)度,提高了加工剛性 □可獲得較均勻的表面粗糙度 □使用相對(duì)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(dòng)加工也存在一 些缺點(diǎn): □CAM編程序時(shí),計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、工作量大: □由于是五軸聯(lián)動(dòng),A、C頭轉(zhuǎn)動(dòng)也需要時(shí)間,從而降低了加工效率; □五軸聯(lián)動(dòng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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。 □北汽福田汽車股份有限公司濰坊模具廠 劉寶閣 □北汽福田汽車股份有限公司車身工程部 高宏壇 圖3大螺旋角六刃超硬刀具 圖4長(zhǎng)鼻端銑刀的加工圖
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