一種整體式淬硬鋼凹曲面試件高速銑削工藝實(shí)驗方法及凹曲面試件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種凹曲面試件的高速銑削工藝實(shí)驗方法，具體涉及一種整體式淬硬 鋼凹曲面試件高速銑削工藝實(shí)驗方法及凹曲面試件，屬于復(fù)雜型面加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型淬硬鋼模具單件生產(chǎn)、型面復(fù)雜，其高硬度加工表面的曲率分布多變。采用球 頭銑刀切削淬硬鋼模具凹曲面時，加工表面曲率變化引起的切削沖擊使銑刀振動多變，刀 具與加工表面的切削接觸關(guān)系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致加工表面形貌惡化，加工精度低，銑刀 使用壽命和切削效率下降。
[0003] 已有的高速銑削淬硬鋼凹曲面銑刀振動及加工表面形貌測試方法有兩種：（1)直 接在大型淬硬鋼模具上進(jìn)行銑刀振動測試，極易造成模具型面損傷，影響模具壽命；（2)采 用加工表面無曲率變化和加工表面曲率呈現(xiàn)單一變化的試件進(jìn)行切削實(shí)驗，所獲得的切削 工藝，無法有效控制加工表面曲率變化引起的銑刀振動；已有的高速銑削淬硬鋼模具銑刀 振動及加工表面形貌測試方法并未反映出高速球頭銑刀在曲率多變情況下切削淬硬鋼曲 面時銑刀的振動及加工表面形貌，高速銑削淬硬鋼凹曲面型面的加工表面質(zhì)量和加工效率 無法保證，無法滿足高效加工大型淬硬鋼模具的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本 理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的 關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概 念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005] 鑒于此，本發(fā)明的一種整體式淬硬鋼凹曲面試件高速銑削工藝實(shí)驗方法及凹曲面 試件，以至少解決已有的工藝數(shù)據(jù)和設(shè)計方法無法滿足高效加工淬硬鋼模具的需求問題， 本發(fā)明設(shè)計出具有變曲率凹曲面的淬硬鋼試件的高速銑削工藝方案的測試方法，為高效加 工淬硬鋼模具工藝設(shè)計提供依據(jù)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種整體式淬硬鋼凹曲面試件高速銑削工藝實(shí)驗 方法，具體步驟為：
[0007] 步驟一、設(shè)計并加工出具有不同曲率分布的淬硬鋼凹曲面試件；
[0008] 步驟二、設(shè)計用于測試高速銑削淬硬鋼凹曲面時銑刀振動與加工表面形貌的銑刀 切削路徑：分別沿平行于試件長度方向、平行于試件寬度方向、和與試件長度方向成45° 角的方向設(shè)計三種刀具切削路徑；
[0009] 步驟三、采用三把直徑相同的球頭銑刀，沿步驟二中所設(shè)計的三種刀具切削路徑， 進(jìn)行切削整體式淬硬鋼凹曲面試件上表面的實(shí)驗，獲取加工表面不同曲率分布條件下的銑 刀振動與加工表面形貌數(shù)據(jù)；
[0010] 步驟四、利用沿銑刀進(jìn)給方向和銑削寬度方向上的銑刀振動振幅、加工表面殘余 高度數(shù)據(jù)，測試出淬硬鋼凹曲面曲率變化對高速銑刀振動與加工表面形貌的影響，依據(jù)振 動振幅最大值和平均值，以及沿銑刀進(jìn)給與銑削寬度兩個方向上的加工表面形貌殘余高度 最大值和兩個方向上的加工表面形貌殘余高度差值，確定高速銑削淬硬鋼凹曲面的工藝方 案。
[0011] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：所述步驟一中，淬硬鋼凹曲面試件材料采用Crl2MoV，整體硬 度為HRC55~60,其上表面沿試件長度方向分布有曲率半徑分別為1140mm、66mm、1112mm的 三種凸曲率，和曲率半徑分別為66mm、1112mm的兩種凹曲率；沿試件寬度方向分布有曲率 半徑為200mm的凹曲率。
[0012] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：所述步驟一中，整體式淬硬鋼凹曲面試件中間待切削區(qū)域正 弦型軌跡線特征：沿長度方向，由試件左側(cè)端部開始，正弦型軌跡線依次為長度18mm、曲 率半徑1112mm的凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑66mm的凸圓弧線，長度23mm、曲率半徑 1140mm的凸圓弧線，長度19mm、曲率半徑66mm的凹圓弧線，長度21mm、曲率半徑1112mm的 凹圓弧線；各段曲面結(jié)合處為光滑過渡連接。
[0013] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：所述步驟二中，每種刀具切削路徑各有三條間距相等的平行 刀路，即在相同的凹曲面加工區(qū)域獲取九條不同的加工表面曲率分布方案。
[0014] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：所述步驟二中，沿每條刀具切削路徑平均各取5個測點(diǎn)測試 銑刀振動情況，分別編號為1、2、3、4、5 ;
[0015] 平行于試件寬度方向各測點(diǎn)之間距離為9. 6mm，其中，刀具切削路徑1中的測點(diǎn)編 號設(shè)定為1-1、1_2…1-5,刀具切削路徑2中的測點(diǎn)編號為2-1、2-2···2-5,刀具切削路徑3 中的測點(diǎn)編號為3-1、3-2··· 3-5 ;
[0016] 與試件長度方向成45°角方向各測點(diǎn)之間距離13. 78mm，其中，刀具切削路徑4中 的測點(diǎn)編號為4-1、4-2··· 4-5,刀具切削路徑5中的測點(diǎn)編號為5-1、5-2··· 5-5,刀具切削路 徑6中的測點(diǎn)編號為6-1、6-2··· 6-5 ;
[0017] 平行于試件長度方向各測點(diǎn)之間距離為10mm，其中，刀具切削路徑7中的測點(diǎn)編 號為7-1、7-2~7-5，刀具切削路徑8中的測點(diǎn)編號為8-1、8-2~8-5，刀具切削路徑9中的 測點(diǎn)編號為9-1、9-2···9-5。
[0018] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：所述步驟三中，三把球頭銑刀為直徑20mm的兩齒涂層硬質(zhì)合 金可轉(zhuǎn)位球頭銑刀，加工條件為：轉(zhuǎn)速8000rpm、每齒進(jìn)給量0. 25mm、銑削寬度0. 3mm、銑削 深度〇· 2謹(jǐn)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種整體式淬硬鋼凹曲面試件，解決直接在大型 淬硬鋼模具上進(jìn)行銑刀振動測試，極易造成模具型面損傷，影響模具壽命的問題。
[0020] 整體式淬硬鋼凹曲面試件，該試件為整體式長方體結(jié)構(gòu)，輪廓尺寸為 IOOmmX 73mmX 50mm ;由用于將試件安裝到機(jī)床工作臺上的底部凸臺和中間待切削區(qū)域兩 部分構(gòu)成；整體式淬硬鋼凹曲面試件中間待切削區(qū)域輪廓尺寸及結(jié)構(gòu)特征：試件中間部分 為球頭銑刀的高速銑削加工區(qū)域，輪廓尺寸100mmX48mmX45mm ;其頂部沿寬度方向為曲 率半徑200mm的凹曲面；沿長度方向，為曲率半徑連續(xù)變化的正弦型軌跡線。
[0021] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：整體式淬硬鋼凹曲面試件底部凸臺結(jié)構(gòu)尺寸特征：底部沿寬 度方向在兩側(cè)各帶有一個尺寸為IOOmmX 12. 5mmX5mm的凸臺，每個凸臺上沿長度方向分 布有兩個寬度各為12. 5mmX IOmmX5mm的U形槽，兩槽中心沿試件長度方向上的間距為 75mm〇
[0022] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：整體式淬硬鋼凹曲面試件中間待切削區(qū)域正弦型軌跡線特 征：沿長度方向，由試件左側(cè)端部開始，正弦型軌跡線依次為長度18mm、曲率半徑1112mm的 凸圓弧線，長度20mm、曲率半徑66mm的凸圓弧線，長度23mm、曲率半徑1140mm的凸圓弧線， 長度19mm、曲率半徑66mm的凹圓弧線，長度21mm、曲率半徑1112mm的凹圓弧線；各段曲面 結(jié)合處為光滑過渡連接。
[0023] 對方案進(jìn)一步設(shè)計：該試件選用的材料及硬度特征為：試件材料采用Crl2M〇V鍛 件；淬火后硬度為HRC55~60。
[0024] 本發(fā)明所達(dá)到的效果為：本發(fā)明提供了一種具有變曲率凹曲面的淬硬鋼試件，和 三種用于獲得不同加工表面曲率特征的刀具切削路徑，以及一種高速球頭銑刀切削淬硬鋼 凹曲面銑刀振動及加工表面形貌的測試方法。通過沿不同切削路徑銑削淬硬鋼凹曲面的實(shí) 驗，獲得了不同曲率變化條件下銑刀的振動及加工表面形貌數(shù)據(jù)，確定出高速銑削淬硬鋼 凹曲面的工藝方案，為高速銑削大型淬硬鋼凹曲面的工藝設(shè)計提供了依據(jù)。該方法適用于 大型淬硬鋼模具高速銑削工藝設(shè)計和銑刀性能及工藝效果測試，以滿足大型淬硬鋼模具高 效和高表面質(zhì)量的加工要求；具有變曲率凹曲面的淬硬鋼試件，不必直接在大型淬硬鋼模 具上進(jìn)行銑刀振動測試，而且試件上進(jìn)行銑刀振動測試，避免造成模具型面損傷，消除對模 具壽命的影響，為高速銑削大型淬硬鋼凹曲面的工藝設(shè)計提供了依據(jù)，以滿足大型淬硬鋼 模具高效和高表面質(zhì)量的加工要求。