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做和冲裁刃口的超硬加工

发布时间:2021-09-30 05:22:11 阅读: 来源:香炉厂家

冲裁刃口的超硬加工

冲裁类模具刃口的加工精度要求比较高,用传统的工艺方式加工的刃口间隙精度和质量难以保证,刃口淬火后的超硬加工技术是解决这类问题的途径之一。

冲压件质量分析

在大型汽车覆盖件模具制造过程中,冲裁类模具应该说不是最复杂的,却是精度要求比较高的模具,修边刃口的间隙控制是这类模具的制造难点。要想得到理想的冲压件,需要确保实现合理的冲裁间隙,冲裁间隙的大小和均匀程度,不仅直接影响模具寿命、冲裁力大小和冲压件尺寸,还决定冲压件的断面质量。图1所示是冲裁间隙不均匀的模具所生产的缺陷冲压牢固耐用件的断面情况。

图1 不同冲裁间隙冲压件的断面情况

从图1中可以看出,两端冲裁间隙大处(图中Ⅰ所示),断面圆角带较大,光亮带窄,断裂带宽,有较大锥度并产生较粗毛刺;中间冲裁间隙小处(图中Ⅱ所示),断面较直,光亮带宽并出现双光亮带,断面周边有较薄毛刺;只有冲压件两侧约1/4处(图中Ⅲ所示)冲裁间隙较为合适,断面质量好,光亮带约占料厚的1/3~1/2,冲裁效果达到了制件要求。从以上的制件看,同一段刃口修边的质量相差很多,说明了修边刃口控制的难度很大。

图2 冲裁间隙

我们知道,冲裁间隙就是凹模和凸模之间在垂直于冲裁方向上的尺寸差,我们习惯说的冲裁间隙是指单面间隙,一般用Z表示(图2):

Z=D凹-D凸,其中:D为冲模尺寸。

选用合理的冲裁间隙是保证冲压件质量的首要条件,在汽车覆盖件冲裁模具中,冲裁间隙主要由板材厚度决定,我厂常采用的设计值为:Z=(4%~7%)t,t为冲压件的板材厚度。

修边质量的好坏,主要决定于以下四个方面:

1.修边间隙的大小和均匀情况。

2.修边刃口的尺寸精度及垂直度。

3.刃口表面的粗糙度。

4.刃口热处理后的硬度。

以上四种情况除第四种外,其余都是通过数控机床加工或钳工的修研来实现的。如何制定正确的刃口加工工艺规程,来实现合理的冲裁间隙,是制造冲裁类模具的重点。

刃口常规制造工艺

对于大型汽车覆盖件冲裁模具的生产,其修边线多是复杂的三维曲线,修边拼块也比较大,不能采用线切割等工艺,只能用数控机床加工,检测也比较困难,传统的刃口加工工艺主要有以下两种:

1.冲裁类模具在完成型面加工后,凸凹模刃口按冲裁间隙为零直接加工至理论尺寸,然后进行淬火处理。再由钳工完成装配,在压力机上检测刃口间隙。检测时以凸模为基准,由钳工调整、研修凹模拼块的方法来保证冲裁间隙。

图3 手工修抛后的刃口

2.冲裁类模具在完成型面加工后,凸模刃口加工至理论尺寸,进行淬火处理;凹模刃口留量0.2~0.3mm,不进行淬火处理,然后由钳工完成装配,在压力机上用凸模刃口对凹模刃口压印修正,压印后凹模内壁有材料被切出,然后淬火,由钳工按痕迹精修凹模刃口,直到冲裁间隙合适为止。

上述两种方法的优在电子时期的迅速突起以后点是:加工时间短,重复用数控机床次数少,刀具消耗小。缺点是:淬火后拼块变形大,修边线间隙不均匀,难以保证达到设计要求,钳工修抛工作量大,刃口质量差。特别是第二种情况,由于凹模刃口几乎全部由钳工修抛而成,故刃口粗糙度、垂直度都难以保证(图3)。有时钳工为了赶进度或水平问题,修出的刃带偏窄,刃口强度低,冲压几个批次后,刃口会出现蹦刃或裂纹及间隙大等现象,需要重新补焊修抛(图4)。

图4 刃口蹦刃后的补焊

刃口淬火后的超硬加工

针对刃口加工及钳工研修后出现的问题和不足,结合我厂设备特点和生产的实际情况,我们从工艺上对刃口加工进行了改进,即刃口淬火后的超硬加工,完全由数控加工来控制修边间隙,弥补了钳工水平和体力等方面的波动,减少了人为因素的干扰,从而明显提高了修边刃口的加工效率和质量。其实很多模具峰值加速度应在125g至175g之间厂家也早已开展这方面的研究,此技术的关键是工艺流程的安排和各种参数的选定,希望能够共同探讨。我们具体规范如下:

1.工序安排。刃口淬火后超硬加工工序安排在型面精加工和刃口半精加工完成后,然后进行淬火处理,再用数控机床进行刃口的超硬加工。

2.刃口硬度。刃口淬火后的硬度在HRC55~65左右。

3.刃口宽度。上模刃口刃带宽度不要大于25mm,下模外刃口刃大约包括200亿的塑料袋和70亿的气泡袋带宽度不要大于20mm,下模内刃口刃带宽度不大于15mm。若刃口刃带宽度超过此值,要在淬火前铣背空。

4. 口余量。刃口半精加工后的预留加工余量为0.2~0.3mm(已考虑淬火热处理变形量),即刃口淬火后超硬加工的加工量以0.1~0.3mm为宜。加工量过大会影响加工精度和加剧刀具磨损,余量过小则淬火变形大时可能会缺料。

5. 机床选择。选用机床系统刚性好、精度高的带有闭环伺服系统的数控机床。

6.刀具选择。选择刀具总的原则是适用、安全、经济。在满足加工要求的前提下,刀具悬深长度尽可能短,刀具直径尽可能大,有利于降低加工表面的粗糙度,以提高刀具系统的刚性、散热和刀具寿命。但应注意最后清角的刀具半径应小于轮廓最小曲率半径。经过试验比较,我厂选用图5所示刀具进行刃口的超硬加工。

图5 常用超硬六刃立铣刀

超硬加工用的整体硬质合金立铣刀都带有PVD涂层,常见的PVD涂层有TiN、TiCN、TiAlN等,我们经过比较,发现其中带有TiAlN涂层的刀具用于超硬加工较合适。当然最新型PVD涂层的刀具能够切削HRC70的淬火件,但因其价格较高并不经济。所选详细参数

参数选择:切削用量因各机床、工件材料、切削方式变化而变化,视具体情况选择不同的参数。主要参数有:

主轴转速S=1000V/πD(r/min),式中:V为切削速度;D为刀具直径。

进给速度F=fsz(mm/min),式中:f为每齿进给量;s为主轴转速;z为刀齿数。

表中列出了所选用的各类参数。

上述参数适用于平滑轮廓加工,在拐角与圆弧过渡处根据余量和硬度要适当降低转速与进给。

由于大型汽车覆盖件冲裁模具的刃口材料多采用优质合金钢,淬火后后硬度高(HRC55~65),因此对超硬加工刀具的磨损也很严重。图6所示是我们总结的刃口切削长度与刀具磨损的曲线图,由图中可以看出,当一把超硬加工刀具加工的刃口长度超过25m后,此刀具就不能再用于精加工了,可用于淬火后的半精加工,使精加工的余量减少。若余量为均匀的0.1mm,再配以合适的冷却方式,可适当地延长刀具寿命。由于刀具磨损和让刀等原因,轮廓加工完后需要操作人员测量加工精度,必要时可通过加刀具补偿来保证实现刃口的精度和间隙。

图6 φ16超硬立铣刀(TiAlN涂层)磨损

超硬加工注意事项

由于超硬加工直接把刃口加工到理想尺寸,因此要求半精加工后余量一定要均匀,刃口刃带宽度也要符合要求。

由于刃口是在导向孔的导向下工作,因此刃口超硬加工和导向孔加工要在同一次装夹中完成。

超硬加工所需的数控机床的钢性和精度要达到相应的要求,要通过VDI3441标准所能达到的精度,否则超硬加工就会失去意义(图7)。具体注意事项如下:

1.刃口的淬火处理要保证各拼块硬度接近一致,否则加工出的刃口精度会有差别,不利于刃口间隙的保证,也影响刀具寿命。

图7 正在进行超硬加工的日本OKUMA数控机床

2.加工过程中要采用压缩空气冷却并吹走铁屑,防止铁屑带入损伤刀刃。

3.刃口超硬加工一定要在型面精加工完成后,若加工完刃口再加工型面刃口易蹦刃。

4.因为顺铣加工刀具的耐用度和表面质量以及生产率都比逆铣高,而且不容易产生过切现象,因此要采用顺铣加工。

5.在刃口超硬加工过程中和加工完成后操作人员要不断测量,保证实现刃口的设计精度和间隙。必要时间隙还需要通过加刀具补偿来实现。

图8 超硬加工后的修边刃口

结语

通过上述措施的改进和完善,修边刃口的加工质量得到很大提高,表面粗糙度和刃带垂直度都有明显改善(图8)。经过激光扫描检测和后序反馈,直线刃口间隙合格率为97%,曲线及R角刃口间隙合格率为83%,一次合模成功率达到75%,钳工研修工作量仅为以前的30%左右。刃口超硬加工技术的应用,虽然增加了数控加工的设备台时,但可以最大限度地保证刃口的制造精度,是修边刃口加工的发展趋势,也是提高冲压件质量、减少模具生产周期的有效途径之一。 (end)

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