沖壓模具型面和修邊刃口的精細化加工

 引言

　　隨著我們國家模具制造工業的飛速發展，特別是轎車工業的帶動，轎車覆蓋件模具的發展也進入了一個新的階段，這個新階段的含義有兩個：

　　第一，作為轎車模具的質量要求越來越高，無論外觀質量還是內在質量以及尺寸精度都越來越苛刻。

　　第二，因為汽車行業的競爭決定著模具開發周期也越來越短。本文所介紹的型面和修邊刃口的精細化加工就是提高模具內外在質量、縮短制造周期的最有效的加工方法之一。

　　概述

　　型面加工

　　按照沖壓模具傳統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。轉到裝配后，鉗工一般先用砂輪機打磨，然后再用粗油石修拋，最后再用細油石修光。這樣往往就會產生兩方面的問題。一個是型面被破壞的問題，通常情況下，型面由于砂輪機修研造成0.1～0.2mm的誤差是很正常的，另一方面就是鉗工的修延裝配周期將會較長一些。

　　修沖類模具的刃口加工

　　修沖類模具刃口的加工通常都是先加工完，留量淬火，最后再由鉗工逐一修研，這樣一來裝配精度和周期都不能保證。尺寸精度因為修研的原因也有一定的出入，常常造成間隙不均勻，修邊毛刺很大。

　　型面和修邊刃口精細化加工介紹

　　精細化加工工藝在繼承傳統加工方法的基礎上有較大的改進，型面質量有較大的提高，可以不用研配就壓件，修邊刃口的間隙合格率達到75%以上。減少鉗工裝配修研時間達30%～40%，大大提高質量和效率。直接降低成本達548元/標準套(一標準門外板拉研模為一標準套)。

　　型面精細化加工

　　型面精細化加工工藝路線：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鑒人不用拋光就可以直接壓件

　　加工實例

　　加工工件名稱：轎車門外板拉延凸模

　　工件材料：MoCr鑄鐵合金

　　硬度：HRC28左右

　　主軸轉速：6000 rpm

　　切削線速度：400m/min

　　進給速度：F=4000mm/min

　　每齒進給：Fz=0.5mm/rev

　　切深：Ap=0.2mm

　　步距：Ae(step)=0.4mm

　　冷卻方式：干式

　　加工刀具：黛杰鏡面球刀

　　刀具直徑：φ30

　　加工時間：12小時

　　通過12小時加工后，可以看到表面的粗糙度非常好，不用接刀，刀具磨損情況通過檢驗僅磨掉0.015mm左右，而且還非常鋒利，模具型面手感光滑，如用戶沒有型面方面的推光要求，可以不用修拋，直接拉件，如果用戶有要求，可直接用150#油石推光，型面可達到鏡面要求效果，可節約鉗工工時每標準套(一個門外板拉延模為一個標準套，約30～35小時)，而且型面精度與數模比較，最大誤差為0.06mm(推光后檢驗)。

　　修邊模具刃口的精細化加工

　　修邊刃口的間隙、尺寸精度非常重要，往往因間隙的大小不合理、尺寸精度超差造成帶毛刺或刃口使用壽命太短而影響了尺寸精度，在這一方面，工藝路線是這樣的：修邊輪廓粗銑(STOCK=1mm留10mm量)→修邊輪廓精銑(STOCK=0.3mm)→R角清角(STOCK=0.3mm)→拆卸淬火→拼裝→φ20超硬刀加工→φ16清角→φ10清角→φ8清角(一般在設計時沒有特殊要求工藝圓角留R4)。

　　加工過程中，通過這種加工工藝路線走下來以后，修邊刃口間隙的合格率達到75%～80%，如果角設計合理的話，完全可以達到100%，δ=0.8mm以上的修沖類模具完全可以達到100%。在這一方面，刀具的選擇非常關鍵，難點為淬火以后的加工，這是整個工藝的關鍵部分，在這一方面，有幾種刀具可供選擇：

　　(1)超硬刀具;

　　(2)黛杰Dajet的整體硬質合金立銑刀;

　　(3)HITACHI整體超硬立銑刀+超硬涂層。

　　我們在這個舉例中選的是HITACHI整體超硬立銑刀，這種刀具的參數如下：

　　轉速：1500rpm

　　進給：2500mm/min

　　影響超精加工的尺寸精度、表面粗糙度的因素

　　應該說對于數控加工而言，影響加工精度的因素很多，歸結起來有如下幾大類：

　　(1)設備的幾何精度和線性精度、插補性能等;

　　(2)機床的結構和剛性對加工的影響;

　　(3)切削過程中的熱變形;

　　(4)加工余量的大小;

　　(5)刀具材質、切削參數的選擇;

　　(6)環境溫度變化影響;

　　(7)裝夾、二次找正、定位等;

　　(8)操作人員的責任心。

　　★設備的結構對于超精加工的影響。

　　首先，設備的結構決定了設備本身的重量，而設備本身的質量，根據加速度能量守恒定律：FT=MV就直接轉變成設備動態響應的能力，這就是直觀的所謂伺服控制時間，一般要控制在4毫秒以內才能達到這個要求。第二，設備的結構又決定了設備的剛性，設備的剛性，決定了設備滿負荷運轉，包括主軸帶刀柄后，全范圍內旋轉是否震動的問題，往往輕銑床或門橋移動式的剛性不好，往往在Speed=6000～8000rpm時產生震動，這種震動表現在模具上就是我們所說的橘皮現象。

　　★設備的精度也非常關鍵。

　　按照國家行業標準規定，NC試驗、Bar檢驗精度必須達到要求，另外對于設備的定位精度、重復定位精度、反向間隙要求也是極嚴格的，通常P≤0.015/L，max≤0.005/L mm，Backlash≤0.006(VDI3441 standard)(tenpure 25°±4)。如果達不到這個標準，我們做出來的精加工效果就會有縮水，我們廠在實現這個操作過程采用了兩臺日本OKUMA機床。

　　★刀具的磨損不管是型面還是輪廓都有很大的影響。

　　在因為磨損的型面加工過程中，因為線速度在刀尖部分Vc=0逐漸到Vc=πn/1000*m，因此側面的磨損較大。這樣特別是側壁容易產生讓刀。我們采用的鏡面球刀在17小時以內的磨損通過用對刀塊和三座標測量后，磨損為0.015mm。不要小看這0.015mm，它的磨損過程是分三個階段的。

　　第一階段：急劇磨損階段，這個階段約持續20分鐘左右;

　　第二階段：恒定階段，這個階段刀具運行平穩;

　　第三階段：為緩慢磨損階段，以上兩個階段只是一種物理方面變化，而到第三階段時，變性的化學變化，而且隨著時間推移，這種磨損是加速度的，最后惡性循環，導致表面精粗糙度下降很快，手感為銼一樣感覺，通常情況下這種變化是占主要的。

　　★熱變形對于超精加工的影響也是很大的，熱的來源主要就是切削熱。

　　切削熱一般情況下存在于三個方面，工件約占20%，鐵屑約占70%，刀具約占10%。對于超精加工來說，不要小看刀具帶走的10%熱量，在整個裝夾系統里面，10%的熱量能使刀具連同裝夾系統伸長約0.015～0.02mm，如果切深在0.5mm以上，這個現象會非常明顯，這也就是經常發現一把刀在換完刀片后，突然感覺型面較換刀前深了。

　　★材質的情況、余量大小、切削參數的選擇都非常關鍵。

　　被加工材料的材質、余量大小是非常重要的。材質不同，熱處理手段不同，硬度不同，讓刀量就不一樣。余量大了，對于型面加工來說，特別是側面的讓刀會非常嚴重，通常情況下，如果側面留量達到0.5mm，側面讓刀最超碼要0.06～0.08mm左右。如果側面余量為0.2mm，側面的讓刀在0.02～0.04mm。所以說，留量的大小很關鍵，參數的選擇也相當關鍵。

　　★環境溫度的影響也至關重要。

　　從數控機床的工作原理來講，半閉環(Semi Closed loop) 和(Closed loop)的記數方式是不一樣的。(Semi Closed loop)的記數器是旋轉編碼器或圓光柵，而(Closed loop)的編碼器是線性的光柵、磁柵、球柵等。由于溫度的影響，線性光柵天有一個線長系數，也就是說隨溫度上升或降低的澎漲或收縮，以Heidenhain線性光柵尺為例，同一溫度下的誤差基本為重復性誤差，但在不同溫度下，它的誤差就會很大，如沒有恒溫裝置的車間，溫度變化10℃，其定位精度的變化就是0.0807mm～0.11mm的變化量，特別對于修邊刃口的影響很大，薄板料的修邊間隙一般為5%～7%*δmm，所以說，這么大的一個誤差其結果肯定是不準的，解決這個問題的關鍵就是：首先恒溫，沒有條件的應盡量的將凸模或凹模時的溫差控制在1～3℃以內，如果超出這個范圍，其結果必然是不符合要求、不合格的。

　　★操作人員的責任心也是決定精細化加工能否達到要求的關鍵因素。

　　所謂操作人員的責任心，具體包括做三基準銷孔時的質量等，裝夾、找正的精密度、墊鐵的多少、執行加工工藝時的嚴謹性等、對刀時的誤差。

　　一般墊鐵的布置如圖6：墊鐵數為Δ=7+(L-1.5m)/1.5m*2。

　　刀具的選擇是修邊刃口精細化加工的關鍵所在，在加工過程中，我們選擇了如下廠家的刀具。

　　這幾種刀具的一個普遍特點就是加工硬度高，耐磨性好，精度高，以HITACHI刀具為例，φ20刀具為6齒，螺旋升角為40°，涂層為TINAI切削時刃口硬度可加工65°以上，進給1800～2500mm/min，轉速S=2500rpm，切削側刃0.3～0.5mm，但掌握原則余量越小，效果會越好。

　　通過精細化加工的實施，對于提高效率、提高質量，都起到很大的促進作用，我們相信，隨著新技術、新工藝、新材料、新機床的出現，無鉗工化模具制造已經為期不遠了。