一种多硬度拼接淬硬钢凹曲面试件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种锐刀试件，具体设及一种多硬度拼接泽硬钢凹曲面试件，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，多采用镶块式泽硬钢拼接 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，锐刀振动明显，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 能直接在泽硬钢模具型面上进行高速锐刀切削性能测试，无法预知高速球头锐刀切削此类 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，其加工表面粗糖度值高于Ral. 6ym，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。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了解决汽车内板覆盖件凹模高速锐削工艺不能直接在泽 硬钢模具型面上进行高速锐刀切削性能测试，锐削工艺设计方案不合理，导致高速球头锐 刀振动和加工表面粗糖度值过高，无法满足凹模型面加工质量要求的问题。
[0005] 本实用新型的技术方案是：一种多硬度拼接泽硬钢凹曲面试件，所述试件为长方 体结构，长为400mm，宽为300mm，包括第一零件、第二零件、第S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=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=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=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泽硬钢凹曲面试件的凹模型面加工工艺，包括W下步 骤：
[0012] 步骤一，沿所述试件长度400mm方向的平行锐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300mm方向的平行锐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=个凹槽周边的锐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，利用两把相同的锐刀W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，进行高速球头锐刀切削力测试；
[0014] 步骤=，根据步骤二获得锐刀瞬时切削层面积、单位切削力工件硬度影响系数，建 立高速球头锐刀瞬时切削力模型；
[0015] 步骤四，通过汽车内覆盖件泽硬钢凹模高速锐削工艺实验，验证高速锐削多硬度 拼接泽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，提取各采样点沿锐刀进给和锐削宽度方向上 曲率半径和硬度，并计算各个采样点的锐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；
[001引记录锐刀在不同的锐削宽度方向和进给方向下的振动变化，锐刀在不同转速下加 工表面粗糖度的变化；
[0019] 所述步骤=具体包括：
[0020] 利用锐刀瞬时切削层面积和单位切削力，求解高速球头锐刀瞬时切削力模型；
[0021] Fc(目）=Ad(目）-Pc(目）(1)
[0022] 式中：0为锐刀切触角，Ad( 0 )为锐刀瞬时切削层面积，Pe( 0 )为面积切削力， Fe(0)为锐刀瞬时切削力；
[0023] 利用球头锐刀瞬时平均切削层厚度、工件硬度、切削速度及锐刀有效切削直径建 立高速球头锐刀切削多硬度试件的单位切削力模型；
[0024] Pc(目）=Pel.lAav(目）=(Pocl.l+k?HRC)Aav(目）似
[00幼式中：：hav(0)为锐刀瞬时平均切削层厚度，HRC为加工表面硬度，Peel. 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（1)和式（2)获得单位切削层面积切削力及工件硬度影响系数k;
[0027] 由实验获得：当HRC<50 时，k= 93. 75,当HRC> 50 时，k= 107. 14 ;
[002引 口。吐1= 7982. 4 ? (v/df) °'214"做
[002引式中：V为切削速度，屯为锐刀有效切削直径；
[0030] 利用式（1)~式（3)，建立高速锐削多硬度拼接泽硬钢瞬态切削力模型：
[003。 (0) = 4,(外（7982.4.0' / (/,r +A'A化化')//,二,,W (I)
[003引式中：u为指数，表示心对单位面积切削力的影响程度；
[0033] 本实用新型与现有技术相比具有W下效果：本实用新型提供一种带有=个多边型 凹槽的多硬度拼接泽硬钢凹曲面试件和测试高速锐刀的方法；利用多硬度拼接泽硬钢凹曲 面试件高速锐削实验结果，设计的汽车内覆盖件泽硬钢凹模高速锐削新工艺，尽管在加工 效率上低于原工艺，但在加工表面质量、消耗的锐刀数量上分别优于原有的两种工艺，可满 足车内覆盖件泽硬钢凹模的加工要求。
[0034] 汽车大型覆盖件模具整体加工中，多个泽硬钢镶块硬度不一致，且泽硬钢镶块和 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W控制，锐刀使用寿命低下，换刀频繁。
[0035] 已有的泽硬钢试件没有反映出泽硬钢凹曲面硬度和曲率的多变性，无法掲示出锐 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泽硬钢加工表 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锐削加工中切削力变 化特性。
[0036] 本实用新型提供的该试件、测试高速锐刀的方法和高速球头锐刀瞬时切削力模 型，可W检测出多硬度拼接泽硬钢凹曲面曲率和硬度频繁变化条件下锐刀加工倾角、单位 切削力和锐刀振动的变化特性，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锐刀单位切削力、振动振幅和加工表面粗糖度上升程 度，化及由此引起的加工表面形貌的改变。
【附图说明】
[0037] 图1，多硬度拼接泽硬钢凹曲面试件结构示意图，图la为试件的俯视图，图化为试 件沿图la中XX线的剖视图，图Ic为试件沿图la中YY线的剖视图；
[0038] 图2,本实施方式的锐刀切削路径示意图；
[003引图3，本实施方式锐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 采样点标号；
【具体实施方式】
[0040] 结合【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】，本实用新型的一种多硬度拼接泽硬钢 凹曲面试件为长方体结构，轮廓尺寸400mmX300mmX138mm，如图1所示，包括第一零件A、 第二零件B、第=零件C、第四零件D、第五零件E和第六零件F，所述第一零件A、第二零件 B、第=零件C、第四零件D和第五零件E的下表面通过定位销和紧固螺钉与第六零件F的上 表面相连接，第四零件D和第五零件E上下平行的安装在第六零件F的上端面上，所述第四 零件D和第五零件E的长度相同，第一零件A、第二零件B和第=零件C依次沿排列安装在 由第四零件D、第五零件E和第六零件F构成的凹槽内，第一零件A、第二零件B和第=零件 C的长度和宽度相同，第一零件A、第二零件B和第=零件C的宽度和等于第四零件D或第 五零件E的长度，所述第一零件A、第二零件B、第=零件C、第四零件D和第五零件E的上表 面组合成SOOmmXSOOmmX56mm的高速锐削加工区域，并位于试件长度400mm方向的中间部 位，所述加工区域的平坦凹曲面，其沿试件宽度300mm方向曲率半径呈800mm、200mm、800mm 分布，其沿试件长度400mm方向的曲率半径呈1000mm、200mm、1000mm分布；
[0041] 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F为长方体结构，第六零件F的宽度与加工区域的宽度相同，第六零件F的长度 大于加工区域的长度，第六零件F沿长度400mm方向两侧预留的各相同空间，用于试件与机 床工作台连接、固定；
[0042] 沿试件宽度300mm方向，第一零件A、第二零件B、第=零件C的两端分别与第四零 件D、第五零件E侧面连接；
[0043] 沿试件长度400mm方向，第二零件B的两侧分别与第一零件A、第=零件C的侧面 连接，并与第四零件D、第五零件E两端对齐；
[0044] 所述脊形凹槽和梯形凹槽设在"凸"字形凹槽底面上，脊形凹槽和梯形凹槽呈与 "凸"字形凹槽配合的T字形分布，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。
[0045] 所述"凸"字形凹槽底面为平面，"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，本实施方式的"凸"字形凹槽的轮廓为轮廓尺寸为250mmXleOmmX15mm，深15mm， 横跨第一零件A、第二零件B、第=零件C，其边缘由直线和半径为20mm、30mm和200mm的圆 弧连接而成，四周侧立面与竖直面之间的锐角夹角为3°斜度