冲压模具型面和修边刃口的精细化加工

19910124曼 · 发表于 2013-1-15 11:30

冲压模具型面和修边刃口的精细化加工
内容摘要：随着我们国家模具制造工业的飞速发展，特别是轿车工业的带动，轿车覆盖件模具的发展也进入了一个新的阶段，这个新阶段的含义有两个：第一，作为轿车模具的质量要求越来越高。第二，汽车行业的竞争决定着模具开发周期也越来越短。
　　型面加工
　　按照冲压模具传统的制作方法型面加工都是采用：粗加工→半精加工精加工→清根。转到装配后，钳工一般先用砂轮机打磨，然后再用粗油石修抛，最后再用细油石修光。这样往往就会产生两方面的问题。一个是型面被破坏的问题，通常情况下，型面由于砂轮机修研造成0.1～0.2mm的误差是很正常的，另一方面就是钳工的修延装配周期将会较长一些。
　　修冲类模具的刃口加工
　　修冲类模具刃口的加工通常都是先加工完，留量淬火，最后再由钳工逐一修研，这样一来装配精度和周期都不能保证。尺寸精度因为修研的原因也有一定的出入，常常造成间隙不均匀，修边毛刺很大。
　　型面和修边刃口精细化加工介绍
　　精细化加工工艺在继承传统加工方法的基础上有较大的改进，型面质量有较大的提高，可以不用研配就压件，修边刃口的间隙合格率达到75%以上。减少钳工装配修研时间达30%～40%，大大提高质量和效率。直接降低成本达548元/标准套(一标准门外板拉研模为一标准套)。
　　型面精细化加工
　　型面精细化加工工艺路线：粗清根50——粗加工50——半精清根32——半精加工32——精清根30——精加工30——精清根20——精清根16——精清根12——精清根10——精清根8——精清根6——精清根4。
　　加工以后的型面光可鉴人不用抛光就可以直接压件
　　加工实例
　　加工工件名称：轿车门外板拉延凸模
　　工件材料：MoCr铸铁合金
　　硬度：HRC28左右
　　主轴转速：6000 rpm
　　切削线速度：400m/min
　　进给速度：F=4000mm/min
　　每齿进给：Fz=0.5mm/rev
　　切深：Ap=0.2mm
　　步距：Ae(step)=0.4mm
冷却方式：干式
　　加工刀具：黛杰镜面球刀
　　刀具直径：φ30
　　加工时间：12小时
　　通过12小时加工后，可以看到表面的粗糙度非常好，不用接刀，刀具磨损情况通过检验仅磨掉0.015mm左右，而且还非常锋利，模具型面手感光滑，如用户没有型面方面的推光要求，可以不用修抛，直接拉件，如果用户有要求，可直接用150#油石推光，型面可达到镜面要求效果，可节约钳工工时每标准套(一个门外板拉延模为一个标准套，约30～35小时)，而且型面精度与数模比较，最大误差为0.06mm(推光后检验)。
　　修边模具刃口的精细化加工
　　修边刃口的间隙、尺寸精度非常重要，往往因间隙的大小不合理、尺寸精度超差造成带毛刺或刃口使用寿命太短而影响了尺寸精度，在这一方面，工艺路线是这样的：修边轮廓粗铣(STOCK=1mm留10mm量)→修边轮廓精铣(STOCK=0.3mm)→R角清角(STOCK=0.3mm)→拆卸淬火→拼装→φ20超硬刀加工→φ16清角→φ10清角→φ8清角(一般在设计时没有特殊要求工艺圆角留R4)。
　　加工过程中，通过这种加工工艺路线走下来以后，修边刃口间隙的合格率达到75%～80%，如果角设计合理的话，完全可以达到100%，δ=0.8mm以上的修冲类模具完全可以达到100%。在这一方面，刀具的选择非常关键，难点为淬火以后的加工，这是整个工艺的关键部分，在这一方面，有几种刀具可供选择：
　　(1)超硬刀具;
　　(2)黛杰Dajet的整体硬质合金立铣刀;
　　(3)HITACHI整体超硬立铣刀+超硬涂层。
　　我们在这个举例中选的是HITACHI整体超硬立铣刀，这种刀具的参数如下：
　　转速：1500rpm
　　进给：2500mm/min
　　影响超精加工的尺寸精度、表面粗糙度的因素
　　应该说对于数控加工而言，影响加工精度的因素很多，归结起来有如下几大类：
　　(1)设备的几何精度和线性精度、插补性能等;
　　(2)机床的结构和刚性对加工的影响;
　　(3)切削过程中的热变形;
　　(4)加工余量的大小;
　　(5)刀具材质、切削参数的选择;
(6)环境温度变化影响;
　　(7)装夹、二次找正、定位等;
　　(8)操作人员的责任心。
　　★设备的结构对于超精加工的影响。
　　首先，设备的结构决定了设备本身的重量，而设备本身的质量，根据加速度能量守恒定律：FT=MV就直接转变成设备动态响应的能力，这就是直观的所谓伺服控制时间，一般要控制在4毫秒以内才能达到这个要求。第二，设备的结构又决定了设备的刚性，设备的刚性，决定了设备满负荷运转，包括主轴带刀柄后，全范围内旋转是否震动的问题，往往轻铣床或门桥移动式的刚性不好，往往在Speed=6000～8000rpm时产生震动，这种震动表现在模具上就是我们所说的橘皮现象。
　　★设备的精度也非常关键。
　　按照国家行业标准规定，NC试验、Bar检验精度必须达到要求，另外对于设备的定位精度、重复定位精度、反向间隙要求也是极严格的，通常P≤0.015/L，max≤0.005/L mm，Backlash≤0.006(VDI3441 standard)(tenpure 25°±4)。如果达不到这个标准，我们做出来的精加工效果就会有缩水，我们厂在实现这个操作过程采用了两台日本OKUMA机床。
　　★刀具的磨损不管是型面还是轮廓都有很大的影响。
　　在因为磨损的型面加工过程中，因为线速度在刀尖部分Vc=0逐渐到Vc=πn/1000*m，因此侧面的磨损较大。这样特别是侧壁容易产生让刀。我们采用的镜面球刀在17小时以内的磨损通过用对刀块和三座标测量后，磨损为0.015mm。不要小看这0.015mm，它的磨损过程是分三个阶段的。
　　第一阶段：急剧磨损阶段，这个阶段约持续20分钟左右;
　　第二阶段：恒定阶段，这个阶段刀具运行平稳;
　　第三阶段：为缓慢磨损阶段，以上两个阶段只是一种物理方面变化，而到第三阶段时，变性的化学变化，而且随着时间推移，这种磨损是加速度的，最后恶性循环，导致表面精粗糙度下降很快，手感为锉一样感觉，通常情况下这种变化是占主要的。
　　★热变形对于超精加工的影响也是很大的，热的来源主要就是切削热。
　　切削热一般情况下存在于三个方面，工件约占20%，铁屑约占70%，刀具约占10%。对于超精加工来说，不要小看刀具带走的10%热量，在整个装夹系统里面，10%的热量能使刀具连同装夹系统伸长约0.015～0.02mm，如果切深在0.5mm以上，这个现象会非常明显，这也就是经常发现一把刀在换完刀片后，突然感觉型面较换刀前深了。
　　★材质的情况、余量大小、切削参数的选择都非常关键。
　　被加工材料的材质、余量大小是非常重要的。材质不同，热处理手段不同，硬度不同，让刀量就不一样。余量大了，对于型面加工来说，特别是侧面的让刀会非常严重，通常情况下，如果侧面留量达到0.5mm，侧面让刀最超码要0.06～0.08mm左右。如果侧面余量为0.2mm，侧面的让刀在0.02～0.04mm。所以说，留量的大小很关键，参数的选择也相当关键。
★环境温度的影响也至关重要。
　　从数控机床的工作原理来讲，半闭环(Semi Closed loop) 和(Closed loop)的记数方式是不一样的。(Semi Closed loop)的记数器是旋转编码器或圆光栅，而(Closed loop)的编码器是线性的光栅、磁栅、球栅等。由于温度的影响，线性光栅天有一个线长系数，也就是说随温度上升或降低的澎涨或收缩，以Heidenhain线性光栅尺为例，同一温度下的误差基本为重复性误差，但在不同温度下，它的误差就会很大，如没有恒温装置的车间，温度变化10℃，其定位精度的变化就是0.0807mm～0.11mm的变化量，特别对于修边刃口的影响很大，薄板料的修边间隙一般为5%～7%*δmm，所以说，这么大的一个误差其结果肯定是不准的，解决这个问题的关键就是：首先恒温，没有条件的应尽量的将凸模或凹模时的温差控制在1～3℃以内，如果超出这个范围，其结果必然是不符合要求、不合格的。
　　★操作人员的责任心也是决定精细化加工能否达到要求的关键因素。
　　所谓操作人员的责任心，具体包括做三基准销孔时的质量等，装夹、找正的精密度、垫铁的多少、执行加工工艺时的严谨性等、对刀时的误差。
　　一般垫铁的布置：垫铁数为Δ=7+(L-1.5m)/1.5m×2。
　　刀具的选择是修边刃口精细化加工的关键所在，在加工过程中，我们选择了如下厂家的刀具。
　　这几种刀具的一个普遍特点就是加工硬度高，耐磨性好，精度高，以HITACHI刀具为例，φ20刀具为6齿，螺旋升角为40°，涂层为TINAI切削时刃口硬度可加工65°以上，进给1800～2500mm/min，转速S=2500rpm，切削侧刃0.3～0.5mm，但掌握原则余量越小，效果会越好。
　　通过精细化加工的实施，对于提高效率、提高质量，都起到很大的促进作用，我们相信，随着新技术、新工艺、新材料、新机床的出现，无钳工化模具制造已经为期不远了。

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