CN105127495B - 高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法 - Google Patents

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Abstract

高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，它涉及两类不同材料拼接件的高速铣削方法。本发明为了解决高速铣削不同材料拼接式模具型面加工效率与加工表面质量冲突的问题。本发明包括第一步、建立两种材料各自加工表面粗糙度实验公式，获得两种材料拼接件高速铣削实验的铣刀转速设计方案；第二步、确定进行两种材料拼接的曲面试件高速铣削实验的最高转速；第三步、进行两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件高速铣削实验；第四步、提出高速铣削两种材料拼接件曲面的工艺设计方法。本发明有效解决了高速铣削不同材料拼接式模具型面加工效率与加工表面质量冲突问题，为制定此类模具高速铣削工艺实施方案提供了依据。

Description

高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法
技术领域
本发明涉及两类不同材料拼接件的高速铣削方法及其加工表面粗糙度实验公式，具体涉及高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件加工表面粗糙度实验公式，和Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件曲面拼接件高速铣削方法。
背景技术
汽车大型覆盖件模具是汽车生产的关键工艺装备，也是汽车个性化和升级换代的重要保证，具有制造难度大、加工表面质量和精度要求高的特点。此类模具凸、凹模多采用Cr12MoV镶块和7CrSiMnMoV模体装配后整体加工而成，其加工区域存在大比例的高硬度淬火表面和的低硬度模体表面，在进行两种材料组成的模具高速精加工时，因硬度和模具材料交替变化引起的切削冲击，导致模具加工表面质量不稳定，直接影响模具使用寿命。现有工艺技术无法实现Cr12MoV与7CrSiMnMoV等模具材料多硬度拼接区域高效、高表面质量加工，模具型面的完整性和汽车覆盖件成形质量难以保证，模具修磨抛光时间过长等问题急待解决。
发明内容
本发明的目的是为了解决高速铣削不同材料拼接式模具型面加工效率与加工表面质量冲突的问题，进而提供高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法。
本发明的技术方案是：为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：
第一步、建立两种材料各自加工表面粗糙度实验公式，获得两种材料拼接件高速铣削实验的铣刀转速设计方案；
采用两把可转位球头铣刀，在一定范围内，分别进行高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV实验，建立7CrSiMnMoV和Cr12MoV加工表面粗糙度实验公式，揭示出高速铣削两种材料时，铣刀转速和加工表面硬度对Cr12MoV高硬度区和7CrSiMnMoV低硬度区加工表面粗糙度的影响，获得Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件高速铣削实验的铣刀转速设计方案；
第二步、确定进行两种材料拼接的曲面试件高速铣削实验的最高转速；
设计一种由Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种不同硬度的材料拼接成的，具有硬度梯度的多硬度分布试件，在与步骤一相同转速范围内，以恒定的铣刀每齿进给量、铣削行距和铣削深度进行高速铣削拼接件实验，获得指定转速条件下Cr12MoV和7CrSiMnMoV切削区域加工表面粗糙度分布特性，确定进行两种材料拼接的曲面试件高速铣削实验的最高转 速；
第三步、进行两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件高速铣削实验；
设计一种由Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件，采用六把相同的高速球头铣刀，以一定的铣刀转速、进给速度、铣削行距和铣削深度，分别在凸凹曲面区域采用垂直切削路径、斜向切削路径、平行切削路径进行高速铣削实验；
第四步、提出高速铣削两种材料拼接件曲面的工艺设计方法；
依据上述实验结果，该方法利用高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV加工表面粗糙度实验公式和曲面拼接件高速铣削实验结果，获得满足拼接式模具加工表面质量要求的高效铣削工艺方案，并区分出凸凹模高速铣削工艺方案的不同。
进一步地，第一步中所述的高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种试件所采用的机床为MIKRON UCP710五轴数控加工中心；其中，铣刀悬伸量为92mm，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm，铣刀加工倾角为15°。
进一步地，第一步中两种材料各自加工表面粗糙度实验公式为：
(1)Cr12MoV淬硬钢试件沿铣刀行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
(2)7CrSiMnMoV试件沿行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
式中为试件沿铣刀行距方向加工表面粗糙度；为试件沿进给方向加工表面粗糙度；HRC为工件硬度；n为铣刀转速。
进一步地，第二步中铣削具有硬度梯度的多硬度分布试件，采用的铣刀为直径20mm两齿可转位球头铣刀，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm。
进一步地，第三步中两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件尺寸为100×48×50mm，其沿宽度方向加工表面为直纹面，沿长度方向的加工表面为由曲率半径为1140mm、66mm、179mm、1112mm曲面连接而成的正弦型曲面。
进一步地，第一步中所述的铣刀为直径20mm两齿可转位球头铣。
进一步地，第一步中可转位球头铣刀的转速3000rpm～8000rpm范围内。
进一步地，第一步中7CrSiMnMoV的硬度为HRC15-30和Cr12MoV的硬度为HRC45-60。
进一步地，第二步中所述的可转位球头铣刀的指定转速分别为3000rpm、4500rpm、6000rpm和8000rpm。
进一步地，第三步中所述的高速铣削实验采用的铣刀为直径20mm两齿高速球头铣刀，铣刀转速为8000rpm、进给速度为4000mm/min、铣削行距为0.3mm和铣削深度为0.2mm。
本发明的有益效果为：本发明建立了Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种材料高速铣削加工表面粗糙度实验公式，提出了高速铣削两类不同材料拼接曲面的工艺方法；揭示出高速铣削两种材料时，铣刀转速和加工表面硬度对Cr12MoV高硬度区和7CrSiMnMoV低硬度区加工表面粗糙度的影响，获得了Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件高速铣削工艺方案，并区分出凸凹模高速铣削工艺方案的不同，有效解决了高速铣削不同材料拼接式模具型面加工效率与加工表面质量冲突问题，为制定此类模具高速铣削工艺实施方案提供了依据。
附图说明
图1为Cr12MoV试件铣削位置布置图；
图2为7CrSiMnMoV试件铣削位置布置图；
图3为铣刀转速6000rpm条件下Cr12MoV试件加工表面形貌图(图中a是1-3-1点位加工表面形貌图，b是1-3-2点位加工表面形貌图，c是1-3-3点位加工表面形貌图，d是1-3-4点位加工表面形貌图)；
图4为铣刀转速6000rpm条件下7CrSiMnMoV试件加工表面形貌图(图中a是2-3-1点位加工表面形貌图，b是2-3-2点位加工表面形貌图，c是2-3-3点位加工表面形貌图，d是2-3-4点位加工表面形貌图)；
图5为Cr12MoV和7CrSiMnMoV材料拼接成的试件示意图；
图6为拼接件切入7CrSiMnMoV区域加工表面形貌图(图中a拼接件3-3-1点位加工表面形貌图，b是3-3-2点位加工表面形貌图，c是3-3-3(1)点位加工表面形貌图)；
图7为铣刀由7CrSiMnMoV区域切入Cr12MoV区域时工件表面的形貌图(图中a拼接件3-3-3(2)点位加工表面形貌图，b是3-3-4点位加工表面形貌图，c是3-3-5点位加工表面形貌图，d是3-3-6(1)点位加工表面形貌图)；
图8为铣刀由Cr12MoV区域切入7CrSiMnMoV区域时工件表面的形貌图(图中a拼接件3-3-6(2)点位加工表面形貌图，b是3-3-7点位加工表面形貌图，c是3-3-8点位加工表面形貌图)；
图9为拼接件上Cr12MoV与7CrSiMnMoV拼接区域的加工表面形貌和纹理图(图中 a是拼接件拼接位置3的加工表面形貌图，b是拼接件拼接位置6的加工表面形貌图)；
图10为球头铣刀刃口产生的缺陷在Cr12MoV加工表面留有的划痕；
图11为球头铣刀刃口产生的缺陷在7CrSiMnMoV加工表面留有的划痕；
图12为Cr12MoV与7CrSiMnMoV曲面拼接试件示意图；
图13为铣刀沿Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件宽度方向的垂直切削凹曲面路径示意图；
图14为铣刀沿与Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜向切削凹曲面路径示意图；
图15为铣刀沿Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件正弦型曲面长度方向的平行切削凹曲面路径示意图；
图16为铣刀沿Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件宽度方向的垂直切削凸曲面路径示意图；
图17为铣刀沿与Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜向切削凸曲面路径示意图；
图18为铣刀沿Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件正弦型曲面长度方向的平行切削凸曲面路径示意图；
图19为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为1140mm获得凹曲面加工表面形貌图；
图20为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为1120mm获得凹曲面加工表面形貌图；
图21为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为179mm获得凹曲面加工表面形貌图；
图22为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为66mm获得凹曲面加工表面形貌图；
图23为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为1140mm获得凸曲面加工表面形貌图；
图24为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为1112mm获得凸曲面加工表面形貌图；
图25为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为179mm获得凸曲面加工表面形貌图；
图26为铣刀沿试件宽度方向垂直切削行距方向的曲面曲率半径为66mm获得凸曲面加工表面形貌图；
图27为铣刀沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削拼接式凹曲面获得的进给方向加工表面残余高度分布图；
图28为铣刀沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削拼接式凹曲面获得的行距方向加工表面残余高度分布图；
图29为铣刀进给方向曲率半径为142mm，行距方向曲率半径为131mm斜切拼接式凹曲面加工表面形貌示意图；
图30为铣刀进给方向曲率半径为135mm，行距方向曲率半径为118mm斜切拼接式凹曲面加工表面形貌示意图；
图31为铣刀进给方向曲率半径为96mm，行距方向曲率半径为106mm斜切拼接式凹曲面加工表面形貌示意图；
图32为铣刀沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削拼接式凸曲面获得的进给方向加工表面残余高度分布图；
图33为铣刀沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削拼接式凸曲面获得的进给方向加工表面残余高度分布图；
图34为铣刀进给方向曲率半径为138mm，行距方向曲率半径为132mm斜切拼接式凸曲面加工表面形貌示意图；
图35为铣刀进给方向曲率半径为136mm，行距方向曲率半径为115mm斜切拼接式凸曲面加工表面形貌示意图；
图36为铣刀进给方向曲率半径为94mm，行距方向曲率半径为104mm斜切拼接式凸曲面加工表面形貌示意图；
图37为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为1112mm切削拼接凹曲面加工表面形貌示意图；
图38为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为176mm切削拼接凹曲面加工表面形貌示意图；
图39为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为105mm切削拼接凹曲面加工表面形貌示意图；
图40为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为88mm切削拼接凹曲面加工表面形貌示意图；
图41为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为1170mm切削拼接凸曲面加工表面形貌示意图；
图42为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为154mm切削拼接凸曲面加工表面形貌示意图；
图43为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为96mm切削拼接凸曲面加工表面形貌示意图；
图44为铣刀沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，进给方向曲率半径为65mm切削拼接凸曲面加工表面形貌示意图；
图45为高速铣削拼接曲面的工艺设计方法步骤图。
具体实施方式
具体实施方式一：高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV加工表面粗糙度实验公式
(1)采用两把直径20mm两齿可转位球头铣刀，在MIKRON UCP710五轴数控加工中心上分别进行高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV实验；其中，铣刀悬伸量为92mm，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm，铣刀加工倾角为15°；
(2)Cr12MoV淬硬钢和7CrSiMnMoV两种试件的硬度测试方法，及切削实验方案如图1、图2和表1、表2所示：
表1Cr12MoV实验方案
表2 7CrSiMnMoV实验方案
(3)Cr12MoV与7CrSiMnMoV试件沿铣刀行距方向加工表面粗糙度Ra ae和进给方向加工表面粗糙度测试结果如表3、表4所示：
表3Cr12MoV加工表面粗糙度测试结果
表4 7CrSiMnMoV加工表面粗糙度测试结果
其中，铣刀转速6000rpm条件下，Cr12MoV和7CrSiMnMoV试件加工表面形貌如图3、图4所示；
实验结果表明，Cr12MoV淬硬钢试件切出点加工表面形貌较其它区域有所不同，加工表面粗糙度值明显增大；7CrSiMnMoV试件切出边缘附近的加工表面形貌和其它区域较为接近，沿进给方向加工表面粗糙度值接近平均水平，但沿行距方向加工表面粗糙度明显增大；
(4)根据试件硬度分布和加工表面粗糙度测试结果，建立Cr12MoV淬硬钢试件沿铣刀行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
建立7CrSiMnMoV试件沿行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
(5)由式(1)、式(2)，Cr12MoV和7SiMnMoV两种材料试件的表面硬度分布对加工表面粗糙度影响均比铣刀转速的影响显著，且行距方向加工表面粗糙度随着工件硬度的增大而增大；工件硬度对Cr12MoV和7SiMnMoV两种材料试件沿进给方向加工表面粗糙度的影响，表现出相反的特性；
具体实施方式二：高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件加工表面形貌实验
(1)采用Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种不同硬度的材料拼接成一种具有较大硬度梯度的多硬度分布试件，试件硬度测试方法及切削实验方案如图5和表5所示；
表5多硬度拼接试件硬度测试结果
(2)采用直径20mm两齿可转位球头铣刀在MIKRON UCP710五轴数控加工中心上进行高速铣削实验。其中，铣刀悬伸量为92mm，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm，铣刀加工倾角为15°；
(3)获得Cr12MoV与7CrSiMnMoV拼接试件加工表面粗糙度测试结果如表6所示：
表6拼接试件加工表面粗糙度测试结果
(4)铣刀转速为6000rpm条件下，距工件边缘约1mm测试的加工表面形貌如图6所示；结果表明，铣刀由7CrSiMnMoV区域切入的冲击作用，没有引起加工表面形貌明显的改变，但铣刀切出时的加工表面粗糙度值明显提高，使得该区域工件加工表面形貌变差；
(5)铣刀由7CrSiMnMoV区域切入Cr12MoV区域时，工件硬度突然增大，并没有引起硬度过渡区域的加工表面粗糙度发生明显的改变，如图7所示；对比拼接件上Cr12MoV区域加工表面形貌和单独切削Cr12MoV淬硬钢加工表面形貌发现，拼接件上Cr12MoV区域加工表面粗糙度水平在0.7-0.9μm，单独切削Cr12MoV淬硬钢加工表面粗糙度水平在0.5-0.6μm左右，多硬度拼接导致Cr12MoV加工表面形貌变差。
(6)铣刀由Cr12MoV区域切入7CrSiMnMoV区域，并继续切削，直到切出工件过程中的加工表面形貌如图8所示；当铣刀由Cr12MoV淬硬钢试件切出，切入7CrSiMnMoV试件时，沿进给方向的加工表面粗糙度明显低于其它部位，而沿行距方向的加工表面粗糙度值明显高于其它部位。铣刀切削Cr12MoV淬硬钢试件时的产生的振动，使得7CrSiMnMoV边缘区域的加工表面形貌和其它部位明显不同，导致该区域加工表面质量变差。
(7)对比拼接件上Cr12MoV区域与7CrSiMnMoV区域的加工表面形貌和纹理发现，Cr12MoV淬硬钢的加工表面微单元工整有序，而7SiMnMoV试件的加工表面微单元不够 清晰，且排列不工整；其主要原因在于Cr12MoV淬硬钢硬度高、切削变形小，而7CrSiMnMoV没有经过淬火处理，较大的切削变形使得加工表面形貌发生扭曲，如图9所示；
同时发现，球头铣刀刃口产生的缺陷在两种材料加工表面留有不同程度的划痕，如图10、图11所示；
(8)该实验结果表明，采用高速铣刀切削Cr12MoV与7CrSiMnMoV拼接件所形成的加工表面形貌，与采用相同的铣削工艺条件，分别切削上述两种材料所获得的加工表面形貌存在明显不同，适用于分别加工上述两种工件材料的高速铣削工艺，无法移植到高速铣削多硬度拼接件加工中；
具体实施方式三：高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV曲面拼接件实验方案
(1)采用高速球头铣刀在MIKRON UCP710五轴数控加工中心上进行高速铣削Cr12MoV淬硬钢与7CrSiMnMoV曲面拼接试件实验；刀杆型号为BNMM-200075T-S20，刀片型号为JC8003，刀齿数量为2，铣刀直径为20mm，铣刀悬伸量100mm；铣刀转速8000rpm，进给速度4000mm/min，铣削行距0.3mm，铣削深度0.2mm；
(2)Cr12MoV与7CrSiMnMoV曲面拼接试件如图12所示；试件尺寸100×48×50mm，其沿宽度方向加工表面为直纹面，沿长度方向的加工表面为由曲率半径为1140mm、66mm、179mm、1112mm曲面连接而成的正弦型曲面；
(3)铣刀进给切削方向分别采用沿试件宽度方向的垂直切削路径，沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜向切削路径，和沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削路径，如图13、图14、图15、图16、图17、图18所示：
具体实施方式四：垂直切削拼接曲面实验
(1)在拼接试件正弦型直纹面的凹曲面区域，分别采用沿试件宽度方向垂直切削的方式切削具有不同曲率半径的凹曲面部分，使铣刀进给方向的切削路径为直线，沿行距方向的曲面曲率半径在66mm～1140mm范围内变化，获得凹曲面加工表面形貌实验结果如表7和图19、图20、图21、图22所示；
表7垂直切削拼接凹曲面加工表面形貌
结果表明，铣刀沿直纹面方向切削，其沿进给方向加工表面残余高度基本没有变化，在小曲率半径区域内沿行距方向的加工表面残余高度由1.1μm增大到1.8μm，加工表面形貌不均匀度有所增加；拼接件凹曲面区域加工表面形貌和纹理清晰，且Cr12MoV与7CrSiMnMoV区域加工表面形貌无显著性差别；
(2)采用相同方法切削拼接件正弦型直纹面的凸曲面区域，获得的凸曲面加工表面形貌实验结果如表8和图23、图24、图25、图26所示；
分析和实验发现，拼接件正弦型直纹面的凸曲面加工区域，Cr12MoV与7CrSiMnMoV的加工表面形貌存在明显差别，但其加工表面残余高度分布和不均匀度与凹曲面的加工表面相差不大，表现出与凹曲面相同的特性；采用相同的垂直切削方法和工艺条件，可获得具有较好加工表面质量一致性的凸凹模型面；
表8垂直切削拼接凸曲面加工表面形貌
具体实施方式五：斜向切削拼接曲面实验
(1)在拼接试件正弦型直纹面的凹曲面区域，分别采用沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削具有不同曲率半径的凹曲面部分，使铣刀每次切削时沿进给和行距方向的凹曲面曲率半径均发生变化，获得的加工表面形貌实验结果如表9和图27、图28、图29、图30和图31所示；
由表9，采用45°斜切拼接式凹曲面时，刀路3-4沿进给和行距方向加工表面曲率半径范围分别为94～241mm和98～131mm，加工倾角变化范围分别为4°～12°和6°～14°；刀路3-5沿进给和行距方向加工表面曲率半径范围分别为85～241mm和95～128mm，加工倾角变化范围分别为3°～11°和6°～13°；刀路3-6沿进给和行距方向加工表面曲率半径范围分别为96～142mm和106～169mm，加工倾角变化范围分别为4°～11°和8°～17°；
表9斜切拼接式凹曲面加工表面形貌
结果表明，铣刀沿进给和行距两个方向的切削加工表面曲率半径不同，铣刀加工倾角处于不断变化中，导致淬硬钢凹曲面加工表面残余高度不断发生变化；其中，刀路3-4沿行距方向和进给方向表面残余高度变化范围分别为0.8～1.1μm和2.2～2.5μm，刀路3-5沿行距方向和进给方向表面残余高度变化范围分别为0.6～1.2μm和2.2～2.6μm，刀路3-6沿行距方向和进给方向表面残余高度变化范围分别为0.6～1.1μm和1.6～2.4μm；
分析和实验发现，Cr12MoV与7CrSiMnMoV区域加工表面形貌存在差别；在加工倾角为0°到17°范围内，取大的加工倾角同样有利于抑制加工表面曲率频繁变化的影响，提高拼接件的加工表面质量。
(2)在拼接试件正弦型直纹面的凸曲面区域，采用沿与试件正弦型曲面长度方向夹角45°的斜切方式切削具有不同曲率半径的凸曲面部分，使铣刀每次切削时沿进给和行距方向的凸曲面曲率半径均发生变化，获得的加工表面形貌实验结果如图32、图33、图34、图35、图36和表10所示；
表10斜切拼接式凸曲面加工表面形貌
沿铣刀进给和行距两个方向的加工表面曲率和铣刀加工倾角不断变化，在斜切拼接式 凸曲面中同样使加工表面残余高度不断发生变化；其与斜切拼接式凹曲面的差别，主要体现在沿进给方向加工表面残余高度分布有所不同；
该结果表明，采用相同的斜切方法和工艺条件，获得的拼接式凸凹曲面加工表面形貌，在沿进给方向加工表面残余高度分布上存在差别，通过调整铣刀每齿进给量和加工倾角，可改善此类凸凹模加工表面形貌，提高其型面加工表面质量一致性；
具体实施方式六：平行切削拼接曲面实验
(1)在拼接试件正弦型直纹面的凹曲面区域，采用采用沿试件正弦型曲面长度方向的平行切削方式，切削具有不同曲率半径的凹曲面部分，使铣刀每条刀路沿进给方向的曲面曲率半径在66mm～1112mm范围内变化，沿行距方向的曲面曲率半径保持无穷大，获得的凹曲面加工表面形貌实验结果如表11和图37、图38、图39、图40所示；
表11平行切削拼接凹曲面加工表面形貌
(2)采用相同方法切削拼接件正弦型直纹面的凸曲面区域，使铣刀每条刀路沿进给方向的曲面曲率半径在66mm～1170mm范围内变化，沿行距方向的曲面曲率半径保持无穷大，获得的凸曲面加工表面形貌实验结果如表12和图41、图42、图43、图44所示；
表12平行切削拼接凸曲面加工表面形貌
(3)对比分析和实验结果表明，拼接式凸凹曲面曲率半径对加工表面形貌及其不均匀度影响特性基本相同，其加工表面形貌和加工表面残余高度不均匀度表现出相近特征，加工表面质量明显高于垂直切削和45°斜切的加工表面质量；采用相同的平行切削方法和工艺条件，可获得具有较高加工表面质量一致性的凸凹模型面。
实施实例七：高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接曲面的工艺设计方法
依据上述实验结果，提出高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接曲面的工艺设计方法，如图45所示；
该方法利用高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV加工表面粗糙度实验公式，获取满足加工表面粗糙度要求，并与模具材料硬度相匹配的铣刀转速设计方案；在此基础上，进行两种不同硬度材料构成的拼接试件最高转速切削实验，获得满足拼接式模具加工表面质量要求的高效铣削工艺方案，并区分出凸凹模高速铣削工艺方案的不同，为制定此类模具高速铣削工艺实施方案提供了依据。

Claims (10)

1.高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、建立两种材料各自加工表面粗糙度实验公式，获得两种材料拼接件高速铣削实验的铣刀转速设计方案；
采用两把可转位球头铣刀，在一定范围内，分别进行高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV实验，建立7CrSiMnMoV和Cr12MoV加工表面粗糙度实验公式，揭示出高速铣削两种材料时，铣刀转速和加工表面硬度对Cr12MoV高硬度区和7CrSiMnMoV低硬度区加工表面粗糙度的影响，获得Cr12MoV和7CrSiMnMoV拼接件高速铣削实验的铣刀转速设计方案；
第二步、确定进行两种材料拼接的曲面试件高速铣削实验的最高转速；
设计一种由Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种不同硬度的材料拼接成的，具有硬度梯度的多硬度分布试件，在与步骤一相同转速范围内，以恒定的铣刀每齿进给量、铣削行距和铣削深度进行高速铣削拼接件实验，获得指定转速条件下Cr12MoV和7CrSiMnMoV切削区域加工表面粗糙度分布特性，确定进行两种材料拼接的曲面试件高速铣削实验的最高转速；
第三步、进行两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件高速铣削实验；
设计一种由Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件，采用六把相同的高速球头铣刀，以一定的铣刀转速、进给速度、铣削行距和铣削深度，分别在凸凹曲面区域采用垂直切削路径、斜向切削路径、平行切削路径进行高速铣削实验；
第四步、提出高速铣削两种材料拼接件曲面的工艺设计方法；
依据上述实验结果，该方法利用高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV加工表面粗糙度实验公式和曲面拼接件高速铣削实验结果，获得满足拼接式模具加工表面质量要求的高效铣削工艺方案，并区分出凸凹模高速铣削工艺方案的不同。
2.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第一步中所述的高速铣削Cr12MoV和7CrSiMnMoV两种试件所采用的机床为MIKRONUCP710五轴数控加工中心；其中，铣刀悬伸量为92mm，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm，铣刀加工倾角为15°。
3.根据权利要求1或2所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第一步中两种材料各自加工表面粗糙度实验公式为：
(1)Cr12MoV淬硬钢试件沿铣刀行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
R a a e = 0.362 × n - 2.02 × 10 - 5 H R C 9.28 × 10 - 3 , R a f = 0.845 × n - 6.26 × 10 - 5 H R C - 7 × 10 - 4
(2)7CrSiMnMoV试件沿行距方向和进给方向加工表面粗糙度实验公式为：
R a a e = 0.275 × n - 1.28 × 10 - 5 H R C 1.38 × 10 - 2 , R a f = 0.766 × n - 8.64 × 10 - 6 H R C 2.2 × 10 - 2
式中为试件沿铣刀行距方向加工表面粗糙度；为试件沿进给方向加工表面粗糙度；
HRC为工件硬度；n为铣刀转速。
4.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第二步中铣削具有硬度梯度的多硬度分布试件，采用的铣刀为直径20mm两齿可转位球头铣刀，每齿进给量为0.3mm/z，铣削行距为0.3mm，铣削深度为0.2mm。
5.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第三步中两种不同硬度的材料构成的曲面拼接试件尺寸为100×48×50mm，其沿宽度方向加工表面为直纹面，沿长度方向的加工表面为由曲率半径为1140mm、66mm、179mm、1112mm曲面连接而成的正弦型曲面。
6.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第一步中所述的铣刀为直径20mm两齿可转位球头铣。
7.根据权利要求6所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第一步中可转位球头铣刀的转速在3000rpm～8000rpm范围内。
8.根据权利要求7所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第一步中7CrSiMnMoV的硬度为HRC15-30和Cr12MoV的硬度为HRC45-60。
9.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第二步中所述的可转位球头铣刀的指定转速分别为3000rpm、4500rpm、6000rpm和8000rpm。
10.根据权利要求1所述的高速铣削冷作模具钢拼接件曲面的工艺设计方法，其特征在于：第三步中所述的高速铣削实验采用的铣刀为直径20mm两齿高速球头铣刀，铣刀转速为8000rpm、进给速度为4000mm/min、铣削行距为0.3mm和铣削深度为0.2mm。
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