一种多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件及凹模型面加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铣刀试件及铣刀凹模型面加工工艺，具体涉及一种多硬度拼接淬 硬钢凹曲面试件及凹模型面加工工艺，属于凹模型面加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 汽车内板覆盖件凹模型面上存在大量凹陷、沟槽、转角，多采用镶块式淬硬钢拼接 而成，其切削加工区域存在大比例的多种高硬度表面；受加工表面硬度和曲率变化引起的 切削冲击作用，铣刀振动明显，直接影响模具型面的加工表面质量。
[0003] 此类模具型面轮廓尺寸大，精加工工序余量小，为了避免对模具型面造成损伤，不 能直接在淬硬钢模具型面上进行高速铣刀切削性能测试，无法预知高速球头铣刀切削此类 模具时的振动状态及其对加工表面质量的影响；已有的工艺是采用与凸模相同的加工方法 进行切削，其加工表面粗糙度值高于Ral. 6 ym，无法满足与凸模研合适配的要求；同时，由 于其型面上存在大量凹陷，后续修研困难。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决汽车内板覆盖件凹模高速铣削工艺不能直接在淬硬钢 模具型面上进行高速铣刀切削性能测试，铣削工艺设计方案不合理，导致高速球头铣刀振 动和加工表面粗糙度值过高，无法满足凹模型面加工质量要求的问题。
[0005] 本发明的技术方案是：一种多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件，所述试件为长方体结 构，其长度为400mm，宽度为300mm，所述多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件包括第一零件、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装在 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装在由第四零件、第 五零件和第六零件构成的凹槽内，所述第一零件、第二零件、第三零件、第四零件和第五零 件的上表面组合成方形加工区域，所述加工区域为凹曲面，加工区域的上表面上设有一个 "凸"字形凹槽、一个脊形凹槽和一个梯形凹槽，所述第六零件为长方体结构，第六零件的长 度大于加工区域的长度，第六零件的宽度与加工区域的宽度相同。
[0006] 所述脊形凹槽和梯形凹槽设在"凸"字形凹槽内，脊形凹槽和梯形凹槽呈与"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侧为短底边，远离脊形凹槽侧为长 底边。
[0007] 所述"凸"字形凹槽的底面为平面，"凸"字形凹槽的底面与侧面的接合处为圆角过 渡棱，"凸"字形凹槽的相邻两侧面接合处为圆角过渡棱，"凸"字形凹槽底面轮廓小于其上 表面轮廓。
[0008] 所述脊形凹槽的横切面和纵切面均为上底边与下底边平行的梯形，脊形凹槽的底 面和侧面的接合处为圆角过渡棱。
[0009] 所述梯形凹槽的横切面和纵切面均为下底边为弧形的梯形，梯形凹槽的底面和侧 面的接合处为圆角过渡棱。
[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] 基于所述的一种多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件的凹模型面加工工艺，包括以下步 骤：
[0012] 步骤一，沿所述试件长度400mm方向的平行铣刀切削路径划分出五种加工表面曲 率和硬度变化的切削区域，沿试件宽度300_方向的平行铣刀切削路径划分出六种加工表 面曲率和硬度变化的切削区域，沿三个凹槽周边的铣刀切削路径划分出四种加工表面曲率 和硬度变化的切削区域；
[0013] 步骤二，利用两把相同的铣刀以不同的转速和进给速度分别切削步骤一所述任意 切削路径划分的切削区域，进行高速球头铣刀切削力测试；
[0014] 步骤三，根据步骤二获得铣刀瞬时切削层面积、单位切削力工件硬度影响系数，建 立高速球头铣刀瞬时切削力模型；
[0015] 步骤四，通过汽车内覆盖件淬硬钢凹模高速铣削工艺实验，验证高速铣削多硬度 拼接淬硬钢凹曲面的工艺效果。
[0016] 步骤二所述加工表面形貌测试实验具体包括：
[0017] 在加工表面区域上设置若干采样点，提取各采样点沿铣刀进给和铣削宽度方向上 曲率半径和硬度，并计算各个采样点的铣刀轴线与加工表面法线方向所夹的加工倾角和单 位切削力；
[0018] 记录铣刀在不同的铣削宽度方向和进给方向下的振动变化，铣刀在不同转速下加 工表面粗糙度的变化；
[0019] 所述步骤三具体包括：
[0020] 利用铣刀瞬时切削层面积和单位切削力，求解高速球头铣刀瞬时切削力模型；
[0021] Fc( 9 ) = AD( 9 ) ? pc( 9 ) (1)
[0022] 式中：0为铣刀切触角，AD( 0 )为铣刀瞬时切削层面积，pe( 0 )为面积切削力， Fc( 0 )为铣刀瞬时切削力；
[0023] 利用球头铣刀瞬时平均切削层厚度、工件硬度、切削速度及铣刀有效切削直径建 立高速球头铣刀切削多硬度试件的单位切削力模型；
[0024] Pc( 0 ) =Pcl. !/haV( 0 ) = (p〇cl. j+k ? HRC)/haV( 0 ) (2)
[0025] 式中：haV( 0 )为铣刀瞬时平均切削层厚度，HRC为加工表面硬度，pocl. 1为切削 层公称厚度和宽度各为1mm时切削层单位面积切削力；k为工件硬度影响系数；
[0026] 利用式⑴和式⑵获得单位切削层面积切削力及工件硬度影响系数k ;
[0027] 通过实验有：当 HRC〈50 时，k = 93. 75,当 HRC 彡 50 时，k = 107. 14 ;
[0028] pocL1= 7982. 4 ? (v/df)^21477 (3)
[0029] 式中：v为切削速度，七为铣刀有效切削直径；
[0030]利用式（1)~式（3)，建立高速铣削多硬度拼接淬硬钢瞬态切削力模型：
[0032] 式中：u为指数，表示haV对单位面积切削力的影响程度；
[0033] 本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明提供一种带有三个多边型凹模的多 硬度拼接淬硬钢凹曲面试件和测试高速铣刀的方法；利用多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件高 速铣削实验结果，设计的汽车内覆盖件淬硬钢凹模高速铣削新工艺，尽管在加工效率上低 于原工艺，但在加工表面质量、消耗的铣刀数量上分别优于原有的两种工艺，可满足车内覆 盖件淬硬钢凹模的加工要求。
[0034] 汽车大型覆盖件模具整体加工中，多个淬硬钢镶块硬度不一致，且淬硬钢镶块和 模体硬度存在较大差别，导致连续往复切削过程中模具型面硬度呈周期性的离散型分布， 使得切削力载荷难以控制，铣刀使用寿命低下，换刀频繁。
[0035] 已有的淬硬钢试件没有反映出淬硬钢凹曲面硬度和曲率的多变性，无法揭示出铣 刀振动特性，不稳定切削和加工表面质量问题突出；其切削力模型没有考虑淬硬钢加工表 面曲率和硬度频繁变化对切削力载荷的影响，无法反映此类模具高速铣削加工中切削力变 化特性。
[0036] 本发明提供的该试件、测试高速铣刀的方法和高速球头铣刀瞬时切削力模型，可 以检测出多硬度拼接淬硬钢凹曲面曲率和硬度频繁变化条件下铣刀加工倾角、单位切削力 和铣刀振动的变化特性，利用实验测试结果可明显区分出两种工艺方案的优劣，并可检测 出提高切削效率所引起的高速铣刀单位切削力、振动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变。
【附图说明】
[0037] 图1，多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件结构示意图，图a为试件的俯视图，图b为试件 沿图a中XX线的剖视图，图c为试件沿图a中YY线的剖视图；
[0038] 图2,本实施方式的铣刀切削路径示意图；
[0039] 图3，本实施方式铣刀切削实验采样点示意图，箭头方向为切削方向，图中1至6为 米样点标号；