一种整体式淬硬钢拐角清根试件及其高速铣削工艺方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种高速铣削淬硬钢模具拐角清根的试件及其工艺设计方法，具体涉 及整体式淬硬钢拐角清根试件及其高速铣削工艺方法。
【背景技术】：
[0002] 采用球头铣刀切削淬硬钢模具镶块的拐角清根时，复杂的加工表面曲率变化使得 切削力和铣刀振动处于不稳定状态，导致加工表面形貌恶化、铣刀磨损严重，铣刀使用寿命 和切削效率下降。受淬硬钢工件曲率和加工倾角频繁变化及铣刀拐角进给降速影响，切削 力和铣刀振动处于不稳定状态；同时发现，转速过高或过低均使切削力产生较大幅度变化， 引起冲击载荷突变。
[0003] 考虑拐角清根半径影响，在拐角半径较小处采用降低进给速度的方法，引起了铣 刀切削震颤，加工表面残余高度在较大范围内频繁变化，淬硬钢拐角清根加工表面形貌极 其不均匀，导致加工表面质量显著恶化。
[0004] 已有的方法直接在大型淬硬钢模具上进行铣刀振动测试，极易造成模具型面损 伤，影响模具寿命。且大型淬硬钢模具中有多个拐角及清根镶块，其半径分布各不相同，而 采用半径单一变化的试件进行切削实验所获得的切削工艺无法有效控制加工表面曲率变 化对加工表面形貌的影响。
【发明内容】
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[0005] 本发明提供了一种整体式淬硬钢拐角清根试件及其高速铣削工艺方法，解决了高 速铣削模具拐角清根加工表面形貌不均匀的问题。
[0006] 本发明的整体式淬硬钢拐角清根试件，为实现上述目的所采用的技术方案在于： 所述试件包括铣削加工区域和其底部的底座，所述铣削加工区域的顶面为沿宽度方向向下 弯曲的顶面凹曲面，所述顶面凹曲面由沿长度方向分布的5段拥有不同曲率半径的曲面依 次光滑过渡连接而成，顶面凹曲面的四个拐角为半径不同的圆弧拐角，铣削加工区域的侧 立面上设有一段向其中心处凹陷的侧面凹曲面，铣削加工区域的侧立面上处于侧面凹曲面 的下方形成周凸台，周凸台的表面与顶面凹曲面平行，侧面凹曲面的上边缘与顶面凹曲面 的边缘相交，侧面凹曲面的下边缘与周凸台相交；所述底座沿铣削加工区域宽度方向的两 侧向外延伸形成凸台，每侧凸台上沿试件的长度方向分布有两个U形槽。
[0007] 进一步地，所述铣削加工区域1的尺寸为100mmX48mmX45mm，所述底座2的尺寸 为100_X 73_X 5_，所述U形槽8的尺寸为12. 5_X 10_X 5_。该尺寸按照实际铣削 的淬硬钢模具而定，以便真实模拟淬硬钢拐角清根的情况。
[0008] 进一步地，所述顶面凹曲面3沿宽度方向向下弯曲的曲率半径为200mm，构成顶面 凹曲面3的5段曲面依次为：长度14mm、曲率半径1170mm的凸圆弧线，长度26mm、曲率半径 66mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径1140mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径66mm的凹 圆弧线，长度12_、曲率半径1112mm的凹圆弧线，5段曲面依次连接后沿长度方向的轨迹为 正弦型轨迹，由此形成具有变曲率凹曲面的顶面凹曲面，以便全面体现淬硬钢拐角清根的 所有情况。
[0009] 进一步地，所述侧面凹曲面4的高度为14mm，向铣削加工区域1中心处凹陷的半 径为10mm，侧面凹曲面4的下边缘与周凸台6的相交线由5段曲线构成，依次为长度19mm、 曲率半径1170mm的凸圆弧线，长度26mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径 1140mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度17mm、曲率半径1112mm的 凹圆弧线，5段曲线依次连接后沿长度方向的轨迹为正弦型轨迹，由此形成具有变曲率凹曲 面的侧面凹曲面，以便全面体现淬硬钢拐角清根的所有情况。
[0010] 进一步地，所述顶面凹曲面3的四个拐角从左上角起，其半径分别为：R20mm、 RIOmm、R15mm、R5mm，此些半径为淬硬钢拐角清根中常见的拐角半径。
[0011] 进一步地，所述试件为Crl2M〇V锻件，其淬火后硬度为HRC55-60,该材质及硬度为 实际淬硬钢模具的常用材质及硬度。
[0012] 本发明的高速铣削淬硬钢模具拐角清根的工艺方法，所用的试件为上述整体式淬 硬钢拐角清根试件，具体由以下步骤构成：
[0013] 步骤一、加工区域的选取：
[0014] 分别选取侧面凹曲面4的四个拐角与周凸台的相交处为铣削测试点，半径R20mm 的拐角处的铣削测试点命名为点A，半径R5mm的拐角处的铣削测试点命名为点B，半径 R15mm的拐角处的铣削测试点命名为点C，半径RIOmm的拐角处的铣削测试点命名为点D， 相邻铣削测试点所连成的线段为铣削测试线段，依次命名为线段AB、线段BC、线段CD、线段 DA ；
[0015] 步骤二、设计刀具切削路径：
[0016] 以步骤一中的点B为起始位置依次对线段BC、线段CD、线段DA、线段AB进行切削；
[0017] 步骤三、测试高速铣削淬硬钢拐角清根时加工表面形貌的工艺方案：
[0018] a、采用主轴转速8000rpm、每齿进给量0. 3mm对点A、点B、点C、点D进行淬硬钢拐 角侧立面加工表面形貌切削实验，并提取加工表面形貌数据，采用主轴转速6000rpm、进给 速度分别为 360mm/min、600mm/min、780mm/min、960mm/min、1320mm/min 对线段 AB、线段 BC、 线段CD、线段DA进行淬硬钢清根加工表面形貌切削实验，获取加工表面形貌；
[0019] b、分别采用主轴转速3500rpm、进给速度1000mm/min和主轴转速6000rpm、进给速 度1800mm/min对点A、点B、点C、点D进行高速铣削淬硬钢拐角侧立面的工艺验证实验，并 对比两种高速铣削淬硬钢拐角侧立面工艺方案的加工表面形貌；
[0020] C、采用降低转速的清根工艺方案，分别采用主轴转速2000rpm、进给速度1000mm/ min和主轴转速6000rpm、进给速度1320mm/min对线段AB、线段BC、线段⑶、线段DA进行淬 硬钢清根切削实验，对比两种高速铣削淬硬钢拐角工艺方案的加工表面形貌，获得高速铣 削淬硬钢拐角清根的最优工艺方案；
[0021] 进一步地，铣刀采用安装有涂层硬质合金刀片的直径20mm两齿可转位高速球头 铣刀，机床采用五轴数控机床MIKRON UCP710,铣刀悬伸量为100mm，每齿进给量0. 25mm、铣 削宽度0. 3mm、切削深度0. 2mm，铣削方式为逆铣，此些为铣削淬硬钢模具拐角清根时常用 的工艺条件，以便尽可能模拟真实的淬硬钢模具拐角清根工艺。
[0022] 进一步地，对步骤三切削后的试件加工表面进行粗糙度检测，以确定试件加工表 面的质量。
[0023] 进一步地，进行粗糙度检测采用的仪器为TR200便携式粗糙度仪，其检测精度高。
[0024]本发明的有益效果是：本项发明提供了一种具有变曲率凹曲面的淬硬钢拐角清 根试件，通过该试件来模拟汽车覆盖件淬硬钢模具型面的复杂结构，再通过采用不同的切 削参数来对该试件进行铣削淬硬钢拐角清根的实验，获得了不同半径条件下加工表面的形 貌，从而确定高速铣削淬硬钢拐角清根的最优工艺方案，该试件和方法适用于大型淬硬钢 模具高速铣削工艺设计，可满足淬硬钢模具拐角清根型面的高效加工需求。
【附图说明】：
[0025] 图1是本发明的整体式淬硬钢拐角清根试件的主视图；
[0026] 图2是本发明的整体式淬硬钢拐角清根试件的俯视图；
[0027] 图3是本发明的整体式淬硬钢拐角清根试件的侧视图；
[0028] 图4是淬硬钢拐角侧立面加工表面残余高度图，图中 表示进给方向表面残余 高度、 表示行距方向表面残余高度；
[0029] 图5是淬硬钢拐角侧立面加工表面形貌实验结果图；
[0030] 图6是淬硬钢清根加工表面形貌实验结果图；
[0031] 图7是分别采用主轴转速3500rpm和主轴转速6000rpm进行淬硬钢拐角侧立面切 削的加工表面质量实验对比图；
[0032] 图8是分别采用主轴转速2000rpm和主轴转速6000rpm进行淬硬钢拐角侧立面切 削的加工表面质量实验对比图；
[0033] 图9是采用主轴转速6000rpm进行淬硬钢清根高速铣削的实验结果图。
【具体实施方式】：
[0034] 参照图1至图3,该整体式淬硬钢拐角清根试件，包括铣削加工区域1和其底部的 底座2,所述铣削加工区域1的顶面为沿宽度方向为曲率半径200mm的顶面凹曲面3,所述 顶面凹曲面3由沿长度方向分布的5段拥有不同曲率半径的曲面依次光滑过渡连接而成， 顶面凹曲面3的四个拐角为半径不同的圆弧拐角5,铣削加工区域1的侧立面上设有一段 向其中心处凹陷的侧面凹曲面4,铣削加工区域1的侧立面上处于侧面凹曲面4的下方形 成周凸台6,周凸台6的表面与顶面凹曲面3平行，侧面凹曲面4的上边缘与顶面凹曲面3 的边缘相交，侧面凹曲面4的下边缘与周凸台6相交；所述底座2沿铣削加工区域1宽度方 向的两侧向外延伸形成凸台7,每侧凸台7上沿试件的长度方向分布有两个U形槽8,通过 U形槽8将试件固定在机床上。所述铣削加工区域1的尺寸为100mmX48mmX45mm，所述底 座2的尺寸为100_X 73_X 5_，所述U形槽8的尺寸为12. 5_X 10_X 5_。所述构成 顶面凹曲面3的5段曲面依次为：长度14mm、曲率半径1170mm的凸圆弧线，长度26mm、曲率 半径66mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径1140mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径66mm 的凹圆弧线，长度12mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线，5段曲面依次连接后沿长度方向的 轨迹为正弦型轨迹。所述侧面凹曲面4的高度为14mm，向铣削加工区域1中心处凹陷的半 径为10mm，侧面凹曲面4的下边缘与周凸台6的相交线由5段曲线构成，依次为长度19mm、 曲率半径1170mm的凸圆弧线，长度26mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径 1140mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度17mm、曲率半径1112mm的 凹圆弧线，5段曲线依次连接后沿长度方向的轨迹为正弦型轨迹。所述顶面凹曲面3的四个 拐角从左上角起，其半径分别为：1?20臟、1?10臟、1?15臟、1?5臟。所述试件为(>1211〇￥锻件，其 淬火后硬度为HRC55-60。
[0035] 一种高速铣削淬硬钢模具拐角清根的工艺方法，所用的试件为上述整体式淬硬钢 拐角清根试件，具体由以下步骤构成：
[0036] 步骤一、加工区域的选取：
[0037] 参照图2,分别选取侧面凹曲面4的四个拐角与周凸台的相交处为铣削测试点，半 径R20mm的拐角处的铣削测试点命名为点A，半径R5mm的拐角处的铣削测试点命名为点B， 半径R15mm的拐角处的铣削测试点命名为点C，半径RIOmm的拐角处的铣削测试点命名为点 D，相邻铣削测试点所连成的线段为铣削测试线段，依次命名为线段AB、线段BC、线段CD、线 段DA ;