汽車覆蓋件模具加工中的刀具選擇

　　隨著新型刀具的不斷推出以及模具材料的不斷變化，切削參數也在不斷變化，另外。由于不同機床的結構不同，切削參數也不同。在汽車覆蓋件模具加工過程中，3+2（五面體）的加工方式是刀具及機床發揮其功能的極佳方式。

　　在汽車模具數控加工過程中，由

　　□切削后的型面的表面粗糙度不均勻；

　　□側面加工時產生了讓刀現象，導致側面間隙變��；

　　□刀具在頻繁的線速度變化中提前磨損；

　　□由于刀具的加長使其切削剛性不足而導致整體剛性下降，引起機床顫動，在變型區出現刀具顫動后產生的凹坑、麻點；

　　□一些區域受刀具長度限制而難于加工，甚至不能加工；

　　□一些修邊模的刃口及型面因熱處理而產生變形，導致難以加工；

　　□一些盆型的深型腔的模具用球頭刀加工時，效率低下。

　　刀具及加工參數的選擇原則

　　人們通常的思維中有一個誤區，那就是人們更關心數控機床的轉速，而往往忽略了刀具的額定線速度。實際上，每種刀具都有其適宜的加工范圍，其線速度是一定的。以最常用的SANDVIK硬質合金球頭刀為例，我們根據多年的實踐經驗總結出了較適合本廠情況的加工區域(見圖1)。

　　從圖中可以看出，直徑為20mm的球頭刀的線速度為200～300m／min時，其適宜的機床轉速在5000～7000r／min之間，而這個線速度已接近該刀具的最高線速度了，因此，刀具的選擇應當在轉速和線速度之間找出最佳值，使刀具壽命和加工效率達到最理想的狀態。

圖1 SANDVIK 球頭刀的加工區域圖

　　當然，選擇各類涂層刀具可在相同的線速度時提高刀具的壽命，特別是對一些硬度較高的模具，另外，選擇陶瓷刀具可提高刀具的線速度，但由于其脆性等因素在模具加工中用量較少。

　　刀具切削直徑分析

　　刀具線速度的計算公式為：

　　V_c=∏·D_w·n/l000其中：D_w為刀具的切削直徑；V_c為切削線速度；n為主軸的轉速。

　　一般來說，刀具的直徑不同于刀具的切削直徑。平頭刀的切削直徑接近于刀具直徑，這樣在選擇切削參數時，可參照刀具供應商提供的刀具手冊；而對于在模具加工中常用的球頭刀，則因加工深度和切削角度不同，刀具切削直徑和刀具外徑相差很大(見圖2)，當直徑為20mm的球頭刀切削深度為4mm時，刀具的切削直徑只有16mm，為刀具外徑的80％。

　　通過分析，我們設想要達到理想的切削效果，就必須盡量提高刀具的切削直徑，進而提高切削速度，以提高加工效率和加工質量，另外，包括對淬火后型面及刃口等的加工，我們采取了改善刀具加工的角度和選擇合理的刀具種類等方式。

圖2直徑為20mm球頭刀的切削直徑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　改善刀具的加工角度

　　1、五軸聯動加工

　　五軸聯動機床可以根據不同的切削角度來調整刀具的傾斜角度以使切削線速度基本恒定，始終保持理想的切削速度，其優點可概括如下：

　　□減小刀具長度，提高了加工剛性   

　　□可獲得較均勻的表面粗糙度   

　　□使用相對低的轉速，達到理想的切削效果； 

　　□可保持較佳的切削線速度；   

　　□可加工三軸數控機床難以加工或無法加工的深型腔模具。 

　　但是，在實際加工過程中，我們也發現五軸聯動加工也存在一 些缺點：

　　□CAM編程序時，計算時間長、工作量大： 

　　□由于是五軸聯動，A、C頭轉動也需要時間，從而降低了加工效率；

　　□五軸聯動還要考慮是否產生了一些新的加工干涉；   

　　□由于A、C頭始終處于非夾緊狀態，降低了加工的剛性；

　　□操作人員干預性較差。   

　　2、3+2的加工方式

　　所謂“3+2(五面體)”的加工方式是指A、c頭根據不同型面的需要轉到一定的角度，然后鎖緊進行加工，當加工完某一區域后，再根據需要調整A、C頭的角度。要實現300mm／min的切削線速度，0度傾角時需要14000r／min的轉速，而30度傾角時只需要6500r／min的轉速就可達到相同的切削線速度。

　　概括起來，3+2(五面體)的加工方式具有以下優點：

　　□可根據不同的型腔采用不同的加工傾角，使傾角加工實現了較理想的切削直徑，從而獲得較佳的線速度（見表）；

　　□可實現一個工件分不同區域采用多方向、多角度的加工，例如在加工前罩板拉延模凹模時，共分了9個區域進行加工，取得了良好的效果；

　　□可使操作人員根據實際情況隨時靈活調節加工角度；

　　□由于A、C頭的鎖緊而增加了整體的剛性，從而獲得了理想的間隙；

表為直徑20mm球頭刀在不同傾角下的切削直徑

　　□由于轉速相對較低，可用普通刀柄代替平衡刀柄，降低加工費用。

　　選擇合理的刀具種類

　　對于一些淬火后產生變形的修邊模刃口，我們采用的方法是淬火前留下0.3mm的余量，淬火后采用大螺旋角六刃的超硬刀具加工，如日立的CEPR6200-TH-20-HHE及SANDVIK的R215.3A-10030-BC22H-1010(見圖3)，切削參數為：刀具直徑為20mm、轉速為1600r／min、進給速度為600mm／min、加工材料為7CrSi和Crl2MoV等、硬度在HRC55以上，取得了良好的效果。

　　在型面較平緩的表面或固定截面(等高線)的表面加工時，利用平刀或成形刀具，如長鼻端銑刀等，也能獲得很高的線速度(見圖4)，從而達到良好的切削效果。這類刀具特別適用于深盆腔型模具的固定截面(等高線)的加工。

　　對于那些型面淬火后變形的模具，我們采用帶有立方氮化硼涂層材料CBN的硬質合金刀片來加工，實際加工效果也很理想，其線速度可達500m／min以上。

　　□北汽福田汽車股份有限公司濰坊模具廠  劉寶閣

　　□北汽福田汽車股份有限公司車身工程部  高宏壇

圖3大螺旋角六刃超硬刀具   圖4長鼻端銑刀的加工圖