一種多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件及凹模型面加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銑刀試件及銑刀凹模型面加工工藝，具體涉及一種多硬度拼接淬 硬鋼凹曲面試件及凹模型面加工工藝，屬于凹模型面加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車內(nèi)板覆蓋件凹模型面上存在大量凹陷、溝槽、轉(zhuǎn)角，多采用鑲塊式淬硬鋼拼接 而成，其切削加工區(qū)域存在大比例的多種高硬度表面；受加工表面硬度和曲率變化引起的 切削沖擊作用，銑刀振動明顯，直接影響模具型面的加工表面質(zhì)量。
[0003] 此類模具型面輪廓尺寸大，精加工工序余量小，為了避免對模具型面造成損傷，不 能直接在淬硬鋼模具型面上進行高速銑刀切削性能測試，無法預(yù)知高速球頭銑刀切削此類 模具時的振動狀態(tài)及其對加工表面質(zhì)量的影響；已有的工藝是采用與凸模相同的加工方法 進行切削，其加工表面粗糙度值高于Ral. 6 ym，無法滿足與凸模研合適配的要求；同時，由 于其型面上存在大量凹陷，后續(xù)修研困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決汽車內(nèi)板覆蓋件凹模高速銑削工藝不能直接在淬硬鋼 模具型面上進行高速銑刀切削性能測試，銑削工藝設(shè)計方案不合理，導(dǎo)致高速球頭銑刀振 動和加工表面粗糙度值過高，無法滿足凹模型面加工質(zhì)量要求的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件，所述試件為長方體結(jié) 構(gòu)，其長度為400mm，寬度為300mm，所述多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件包括第一零件、第二 零件、第三零件、第四零件、第五零件和第六零件，第四零件和第五零件上下平行的安裝在 第六零件的上端面上，第一零件、第二零件和第三零件依次沿排列安裝在由第四零件、第 五零件和第六零件構(gòu)成的凹槽內(nèi)，所述第一零件、第二零件、第三零件、第四零件和第五零 件的上表面組合成方形加工區(qū)域，所述加工區(qū)域為凹曲面，加工區(qū)域的上表面上設(shè)有一個 "凸"字形凹槽、一個脊形凹槽和一個梯形凹槽，所述第六零件為長方體結(jié)構(gòu)，第六零件的長 度大于加工區(qū)域的長度，第六零件的寬度與加工區(qū)域的寬度相同。
[0006] 所述脊形凹槽和梯形凹槽設(shè)在"凸"字形凹槽內(nèi)，脊形凹槽和梯形凹槽呈與"凸"字 形凹槽配合的T字形排布，所述梯形凹槽靠近脊形凹槽側(cè)為短底邊，遠離脊形凹槽側(cè)為長 底邊。
[0007] 所述"凸"字形凹槽的底面為平面，"凸"字形凹槽的底面與側(cè)面的接合處為圓角過 渡棱，"凸"字形凹槽的相鄰兩側(cè)面接合處為圓角過渡棱，"凸"字形凹槽底面輪廓小于其上 表面輪廓。
[0008] 所述脊形凹槽的橫切面和縱切面均為上底邊與下底邊平行的梯形，脊形凹槽的底 面和側(cè)面的接合處為圓角過渡棱。
[0009] 所述梯形凹槽的橫切面和縱切面均為下底邊為弧形的梯形，梯形凹槽的底面和側(cè) 面的接合處為圓角過渡棱。
[0010] 所述第三零件的洛氏硬度值大于第一零件的洛氏硬度值大于第二零件的洛氏硬 度值大于第四零件的洛氏硬度值等于第五零件的洛氏硬度值。
[0011] 基于所述的一種多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件的凹模型面加工工藝，包括以下步 驟：
[0012] 步驟一，沿所述試件長度400mm方向的平行銑刀切削路徑劃分出五種加工表面曲 率和硬度變化的切削區(qū)域，沿試件寬度300_方向的平行銑刀切削路徑劃分出六種加工表 面曲率和硬度變化的切削區(qū)域，沿三個凹槽周邊的銑刀切削路徑劃分出四種加工表面曲率 和硬度變化的切削區(qū)域；
[0013] 步驟二，利用兩把相同的銑刀以不同的轉(zhuǎn)速和進給速度分別切削步驟一所述任意 切削路徑劃分的切削區(qū)域，進行高速球頭銑刀切削力測試；
[0014] 步驟三，根據(jù)步驟二獲得銑刀瞬時切削層面積、單位切削力工件硬度影響系數(shù)，建 立高速球頭銑刀瞬時切削力模型；
[0015] 步驟四，通過汽車內(nèi)覆蓋件淬硬鋼凹模高速銑削工藝實驗，驗證高速銑削多硬度 拼接淬硬鋼凹曲面的工藝效果。
[0016] 步驟二所述加工表面形貌測試實驗具體包括：
[0017] 在加工表面區(qū)域上設(shè)置若干采樣點，提取各采樣點沿銑刀進給和銑削寬度方向上 曲率半徑和硬度，并計算各個采樣點的銑刀軸線與加工表面法線方向所夾的加工傾角和單 位切削力；
[0018] 記錄銑刀在不同的銑削寬度方向和進給方向下的振動變化，銑刀在不同轉(zhuǎn)速下加 工表面粗糙度的變化；
[0019] 所述步驟三具體包括：
[0020] 利用銑刀瞬時切削層面積和單位切削力，求解高速球頭銑刀瞬時切削力模型；
[0021] Fc( 9 ) = AD( 9 ) ? pc( 9 ) (1)
[0022] 式中：0為銑刀切觸角，AD( 0 )為銑刀瞬時切削層面積，pe( 0 )為面積切削力， Fc( 0 )為銑刀瞬時切削力；
[0023] 利用球頭銑刀瞬時平均切削層厚度、工件硬度、切削速度及銑刀有效切削直徑建 立高速球頭銑刀切削多硬度試件的單位切削力模型；
[0024] Pc( 0 ) =Pcl. !/haV( 0 ) = (p〇cl. j+k ? HRC)/haV( 0 ) (2)
[0025] 式中：haV( 0 )為銑刀瞬時平均切削層厚度，HRC為加工表面硬度，pocl. 1為切削 層公稱厚度和寬度各為1mm時切削層單位面積切削力；k為工件硬度影響系數(shù)；
[0026] 利用式⑴和式⑵獲得單位切削層面積切削力及工件硬度影響系數(shù)k ;
[0027] 通過實驗有：當 HRC〈50 時，k = 93. 75,當 HRC 彡 50 時，k = 107. 14 ;
[0028] pocL1= 7982. 4 ? (v/df)^21477 (3)
[0029] 式中：v為切削速度，七為銑刀有效切削直徑；
[0030]利用式（1)~式（3)，建立高速銑削多硬度拼接淬硬鋼瞬態(tài)切削力模型：
[0032] 式中：u為指數(shù)，表示haV對單位面積切削力的影響程度；
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：本發(fā)明提供一種帶有三個多邊型凹模的多 硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件和測試高速銑刀的方法；利用多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件高 速銑削實驗結(jié)果，設(shè)計的汽車內(nèi)覆蓋件淬硬鋼凹模高速銑削新工藝，盡管在加工效率上低 于原工藝，但在加工表面質(zhì)量、消耗的銑刀數(shù)量上分別優(yōu)于原有的兩種工藝，可滿足車內(nèi)覆 蓋件淬硬鋼凹模的加工要求。
[0034] 汽車大型覆蓋件模具整體加工中，多個淬硬鋼鑲塊硬度不一致，且淬硬鋼鑲塊和 模體硬度存在較大差別，導(dǎo)致連續(xù)往復(fù)切削過程中模具型面硬度呈周期性的離散型分布， 使得切削力載荷難以控制，銑刀使用壽命低下，換刀頻繁。
[0035] 已有的淬硬鋼試件沒有反映出淬硬鋼凹曲面硬度和曲率的多變性，無法揭示出銑 刀振動特性，不穩(wěn)定切削和加工表面質(zhì)量問題突出；其切削力模型沒有考慮淬硬鋼加工表 面曲率和硬度頻繁變化對切削力載荷的影響，無法反映此類模具高速銑削加工中切削力變 化特性。
[0036] 本發(fā)明提供的該試件、測試高速銑刀的方法和高速球頭銑刀瞬時切削力模型，可 以檢測出多硬度拼接淬硬鋼凹曲面曲率和硬度頻繁變化條件下銑刀加工傾角、單位切削力 和銑刀振動的變化特性，利用實驗測試結(jié)果可明顯區(qū)分出兩種工藝方案的優(yōu)劣，并可檢測 出提高切削效率所引起的高速銑刀單位切削力、振動振幅和加工表面粗糙度上升程度，以 及由此引起的加工表面形貌的改變。
【附圖說明】
[0037] 圖1，多硬度拼接淬硬鋼凹曲面試件結(jié)構(gòu)示意圖，圖a為試件的俯視圖，圖b為試件 沿圖a中XX線的剖視圖，圖c為試件沿圖a中YY線的剖視圖；
[0038] 圖2,本實施方式的銑刀切削路徑示意圖；
[0039] 圖3，本實施方式銑刀切削實驗采樣點示意圖，箭頭方向為切削方向，圖中1至6為 米樣點標號；