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冲压模具型面和修边刃口的精细化加工

2013-09-03    字号:【

 引言

  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,无论外观质量还是内在质量以及尺寸精度都越来越苛刻。

  第二,因为汽车行业的竞争决定着模具开发周期也越来越短。本文所介绍的型面和修边刃口的精细化加工就是提高模具内外在质量、缩短制造周期的最有效的加工方法之一。

  概述

  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。

  一般垫铁的布置如图6: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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