一種整體式淬硬鋼拐角清根試件及其高速銑削工藝方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種高速銑削淬硬鋼模具拐角清根的試件及其工藝設計方法，具體涉 及整體式淬硬鋼拐角清根試件及其高速銑削工藝方法。
【背景技術】：
[0002] 采用球頭銑刀切削淬硬鋼模具鑲塊的拐角清根時，復雜的加工表面曲率變化使得 切削力和銑刀振動處于不穩定狀態，導致加工表面形貌惡化、銑刀磨損嚴重，銑刀使用壽命 和切削效率下降。受淬硬鋼工件曲率和加工傾角頻繁變化及銑刀拐角進給降速影響，切削 力和銑刀振動處于不穩定狀態；同時發現，轉速過高或過低均使切削力產生較大幅度變化， 引起沖擊載荷突變。
[0003] 考慮拐角清根半徑影響，在拐角半徑較小處采用降低進給速度的方法，引起了銑 刀切削震顫，加工表面殘余高度在較大范圍內頻繁變化，淬硬鋼拐角清根加工表面形貌極 其不均勻，導致加工表面質量顯著惡化。
[0004] 已有的方法直接在大型淬硬鋼模具上進行銑刀振動測試，極易造成模具型面損 傷，影響模具壽命。且大型淬硬鋼模具中有多個拐角及清根鑲塊，其半徑分布各不相同，而 采用半徑單一變化的試件進行切削實驗所獲得的切削工藝無法有效控制加工表面曲率變 化對加工表面形貌的影響。
【發明內容】
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[0005] 本發明提供了一種整體式淬硬鋼拐角清根試件及其高速銑削工藝方法，解決了高 速銑削模具拐角清根加工表面形貌不均勻的問題。
[0006] 本發明的整體式淬硬鋼拐角清根試件，為實現上述目的所采用的技術方案在于： 所述試件包括銑削加工區域和其底部的底座，所述銑削加工區域的頂面為沿寬度方向向下 彎曲的頂面凹曲面，所述頂面凹曲面由沿長度方向分布的5段擁有不同曲率半徑的曲面依 次光滑過渡連接而成，頂面凹曲面的四個拐角為半徑不同的圓弧拐角，銑削加工區域的側 立面上設有一段向其中心處凹陷的側面凹曲面，銑削加工區域的側立面上處于側面凹曲面 的下方形成周凸臺，周凸臺的表面與頂面凹曲面平行，側面凹曲面的上邊緣與頂面凹曲面 的邊緣相交，側面凹曲面的下邊緣與周凸臺相交；所述底座沿銑削加工區域寬度方向的兩 側向外延伸形成凸臺，每側凸臺上沿試件的長度方向分布有兩個U形槽。
[0007] 進一步地，所述銑削加工區域1的尺寸為100mmX48mmX45mm，所述底座2的尺寸 為100_X 73_X 5_，所述U形槽8的尺寸為12. 5_X 10_X 5_。該尺寸按照實際銑削 的淬硬鋼模具而定，以便真實模擬淬硬鋼拐角清根的情況。
[0008] 進一步地，所述頂面凹曲面3沿寬度方向向下彎曲的曲率半徑為200mm，構成頂面 凹曲面3的5段曲面依次為：長度14mm、曲率半徑1170mm的凸圓弧線，長度26mm、曲率半徑 66mm的凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑1140mm的凹圓弧線，長度18mm、曲率半徑66mm的凹 圓弧線，長度12_、曲率半徑1112mm的凹圓弧線，5段曲面依次連接后沿長度方向的軌跡為 正弦型軌跡，由此形成具有變曲率凹曲面的頂面凹曲面，以便全面體現淬硬鋼拐角清根的 所有情況。
[0009] 進一步地，所述側面凹曲面4的高度為14mm，向銑削加工區域1中心處凹陷的半 徑為10mm，側面凹曲面4的下邊緣與周凸臺6的相交線由5段曲線構成，依次為長度19mm、 曲率半徑1170mm的凸圓弧線，長度26mm、曲率半徑66mm的凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑 1140mm的凹圓弧線，長度18mm、曲率半徑66mm的凹圓弧線，長度17mm、曲率半徑1112mm的 凹圓弧線，5段曲線依次連接后沿長度方向的軌跡為正弦型軌跡，由此形成具有變曲率凹曲 面的側面凹曲面，以便全面體現淬硬鋼拐角清根的所有情況。
[0010] 進一步地，所述頂面凹曲面3的四個拐角從左上角起，其半徑分別為：R20mm、 RIOmm、R15mm、R5mm，此些半徑為淬硬鋼拐角清根中常見的拐角半徑。
[0011] 進一步地，所述試件為Crl2M〇V鍛件，其淬火后硬度為HRC55-60,該材質及硬度為 實際淬硬鋼模具的常用材質及硬度。
[0012] 本發明的高速銑削淬硬鋼模具拐角清根的工藝方法，所用的試件為上述整體式淬 硬鋼拐角清根試件，具體由以下步驟構成：
[0013] 步驟一、加工區域的選取：
[0014] 分別選取側面凹曲面4的四個拐角與周凸臺的相交處為銑削測試點，半徑R20mm 的拐角處的銑削測試點命名為點A，半徑R5mm的拐角處的銑削測試點命名為點B，半徑 R15mm的拐角處的銑削測試點命名為點C，半徑RIOmm的拐角處的銑削測試點命名為點D， 相鄰銑削測試點所連成的線段為銑削測試線段，依次命名為線段AB、線段BC、線段CD、線段 DA ；
[0015] 步驟二、設計刀具切削路徑：
[0016] 以步驟一中的點B為起始位置依次對線段BC、線段CD、線段DA、線段AB進行切削；
[0017] 步驟三、測試高速銑削淬硬鋼拐角清根時加工表面形貌的工藝方案：
[0018] a、采用主軸轉速8000rpm、每齒進給量0. 3mm對點A、點B、點C、點D進行淬硬鋼拐 角側立面加工表面形貌切削實驗，并提取加工表面形貌數據，采用主軸轉速6000rpm、進給 速度分別為 360mm/min、600mm/min、780mm/min、960mm/min、1320mm/min 對線段 AB、線段 BC、 線段CD、線段DA進行淬硬鋼清根加工表面形貌切削實驗，獲取加工表面形貌；
[0019] b、分別采用主軸轉速3500rpm、進給速度1000mm/min和主軸轉速6000rpm、進給速 度1800mm/min對點A、點B、點C、點D進行高速銑削淬硬鋼拐角側立面的工藝驗證實驗，并 對比兩種高速銑削淬硬鋼拐角側立面工藝方案的加工表面形貌；
[0020] C、采用降低轉速的清根工藝方案，分別采用主軸轉速2000rpm、進給速度1000mm/ min和主軸轉速6000rpm、進給速度1320mm/min對線段AB、線段BC、線段⑶、線段DA進行淬 硬鋼清根切削實驗，對比兩種高速銑削淬硬鋼拐角工藝方案的加工表面形貌，獲得高速銑 削淬硬鋼拐角清根的最優工藝方案；
[0021] 進一步地，銑刀采用安裝有涂層硬質合金刀片的直徑20mm兩齒可轉位高速球頭 銑刀，機床采用五軸數控機床MIKRON UCP710,銑刀懸伸量為100mm，每齒進給量0. 25mm、銑 削寬度0. 3mm、切削深度0. 2mm，銑削方式為逆銑，此些為銑削淬硬鋼模具拐角清根時常用 的工藝條件，以便盡可能模擬真實的淬硬鋼模具拐角清根工藝。
[0022] 進一步地，對步驟三切削后的試件加工表面進行粗糙度檢測，以確定試件加工表 面的質量。
[0023] 進一步地，進行粗糙度檢測采用的儀器為TR200便攜式粗糙度儀，其檢測精度高。
[0024]本發明的有益效果是：本項發明提供了一種具有變曲率凹曲面的淬硬鋼拐角清 根試件，通過該試件來模擬汽車覆蓋件淬硬鋼模具型面的復雜結構，再通過采用不同的切 削參數來對該試件進行銑削淬硬鋼拐角清根的實驗，獲得了不同半徑條件下加工表面的形 貌，從而確定高速銑削淬硬鋼拐角清根的最優工藝方案，該試件和方法適用于大型淬硬鋼 模具高速銑削工藝設計，可滿足淬硬鋼模具拐角清根型面的高效加工需求。
【附圖說明】：
[0025] 圖1是本發明的整體式淬硬鋼拐角清根試件的主視圖；
[0026] 圖2是本發明的整體式淬硬鋼拐角清根試件的俯視圖；
[0027] 圖3是本發明的整體式淬硬鋼拐角清根試件的側視圖；
[0028] 圖4是淬硬鋼拐角側立面加工表面殘余高度圖，圖中 表示進給方向表面殘余 高度、 表示行距方向表面殘余高度；
[0029] 圖5是淬硬鋼拐角側立面加工表面形貌實驗結果圖；
[0030] 圖6是淬硬鋼清根加工表面形貌實驗結果圖；
[0031] 圖7是分別采用主軸轉速3500rpm和主軸轉速6000rpm進行淬硬鋼拐角側立面切 削的加工表面質量實驗對比圖；
[0032] 圖8是分別采用主軸轉速2000rpm和主軸轉速6000rpm進行淬硬鋼拐角側立面切 削的加工表面質量實驗對比圖；
[0033] 圖9是采用主軸轉速6000rpm進行淬硬鋼清根高速銑削的實驗結果圖。
【具體實施方式】：
[0034] 參照圖1至圖3,該整體式淬硬鋼拐角清根試件，包括銑削加工區域1和其底部的 底座2,所述銑削加工區域1的頂面為沿寬度方向為曲率半徑200mm的頂面凹曲面3,所述 頂面凹曲面3由沿長度方向分布的5段擁有不同曲率半徑的曲面依次光滑過渡連接而成， 頂面凹曲面3的四個拐角為半徑不同的圓弧拐角5,銑削加工區域1的側立面上設有一段 向其中心處凹陷的側面凹曲面4,銑削加工區域1的側立面上處于側面凹曲面4的下方形 成周凸臺6,周凸臺6的表面與頂面凹曲面3平行，側面凹曲面4的上邊緣與頂面凹曲面3 的邊緣相交，側面凹曲面4的下邊緣與周凸臺6相交；所述底座2沿銑削加工區域1寬度方 向的兩側向外延伸形成凸臺7,每側凸臺7上沿試件的長度方向分布有兩個U形槽8,通過 U形槽8將試件固定在機床上。所述銑削加工區域1的尺寸為100mmX48mmX45mm，所述底 座2的尺寸為100_X 73_X 5_，所述U形槽8的尺寸為12. 5_X 10_X 5_。所述構成 頂面凹曲面3的5段曲面依次為：長度14mm、曲率半徑1170mm的凸圓弧線，長度26mm、曲率 半徑66mm的凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑1140mm的凹圓弧線，長度18mm、曲率半徑66mm 的凹圓弧線，長度12mm、曲率半徑1112mm的凹圓弧線，5段曲面依次連接后沿長度方向的 軌跡為正弦型軌跡。所述側面凹曲面4的高度為14mm，向銑削加工區域1中心處凹陷的半 徑為10mm，側面凹曲面4的下邊緣與周凸臺6的相交線由5段曲線構成，依次為長度19mm、 曲率半徑1170mm的凸圓弧線，長度26mm、曲率半徑66mm的凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑 1140mm的凹圓弧線，長度18mm、曲率半徑66mm的凹圓弧線，長度17mm、曲率半徑1112mm的 凹圓弧線，5段曲線依次連接后沿長度方向的軌跡為正弦型軌跡。所述頂面凹曲面3的四個 拐角從左上角起，其半徑分別為：1?20臟、1?10臟、1?15臟、1?5臟。所述試件為(>1211〇￥鍛件，其 淬火后硬度為HRC55-60。
[0035] 一種高速銑削淬硬鋼模具拐角清根的工藝方法，所用的試件為上述整體式淬硬鋼 拐角清根試件，具體由以下步驟構成：
[0036] 步驟一、加工區域的選取：
[0037] 參照圖2,分別選取側面凹曲面4的四個拐角與周凸臺的相交處為銑削測試點，半 徑R20mm的拐角處的銑削測試點命名為點A，半徑R5mm的拐角處的銑削測試點命名為點B， 半徑R15mm的拐角處的銑削測試點命名為點C，半徑RIOmm的拐角處的銑削測試點命名為點 D，相鄰銑削測試點所連成的線段為銑削測試線段，依次命名為線段AB、線段BC、線段CD、線 段DA ;