CN108555552A - 车灯模具零件加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车灯模具零件加工工艺，采用模具钢2343制作镶块、型芯和内外抽芯，并保证该材料经热处理后的硬度达到HRC46‑48，热处理后采用其硬度高出模具材料5‑10个单位洛氏硬度的刀具进行加工，所述刀具优选采用带(Al,Ti，Cr)N类多涂层的硬质合金材料刀具。热处理前加工零件的反面时加工出一个基准平台和基准孔，基准平台用于在热处理后测量工件的Z向变形量，基准孔用于在热处理后测量工件X和Y向的偏差。本发明能有效提高注塑模具零件精加工的加工效率和精度，降低生产成本。

Description

车灯模具零件加工工艺

技术领域

本发明涉及一种车灯注塑模具零件的加工方法，尤其是针对镶块、型芯和内外抽芯所要求的高硬度特点所提出的模具零件制造工艺。

背景技术

模具质量的好坏与否直接影响到产品的生产效率和质量。为了提高模具的质量，减少修模的次数，热处理钢材越来越多地代替普通钢材成为模具零件的材料。众所周知，热处理钢材硬度极高，洛氏硬度基本在HRC50左右，不仅可以延长模具的使用寿命，减少开备模的次数，还可以减少修模费用和时间，对于产量和效率的提高有着非常显著的效果。

然而，由于硬度高，导致普通的加工工艺并不适用于热处理后工件的加工，如果硬套普通材料的加工方式，不仅加工效率无法提高，反而经常断刀，甚至伤害到主轴，造成资源浪费和经济损失，更要紧的是加工后的零件精度无法保证，例如由于材料硬度高而导致弹刀的现象严重，造成零件表面坑坑洼洼，严重影响产品的光洁、美观度。甚至，由于精度的问题可能会引起镶配的误差，进而引发逃料、飞边等一系列问题。

可见，普通的加工工艺很难满足高硬度材料的加工需要，普遍存在切削速度慢、刀具耗损严重、加工效果不理想等一系列问题，是影响注塑模具零件精加工效率和精度的主要环节，更是注塑模具零件加工中有待解决的重点和难点问题。

发明内容

本发明旨在提供一种车灯模具零件加工工艺，能有效提高注塑模具中高硬度零件的精加工效率和精度，从而提高这些模具零件的品质和降低其生产成本。

本发明的主要技术方案有：

一种车灯模具零件加工工艺，采用模具钢2343制作镶块、型芯和内外抽芯，并保证该材料经热处理后的硬度达到HRC46-48，热处理前后均进行表面机加工，热处理后的机加工采用其硬度高出模具材料5-10个单位洛氏硬度的刀具。

热处理后除首次粗加工外，优选采用规格为D0.1mm-D20mm的硬质合金材料刀具进行各表面的铣削加工。

热处理后优选采用带(Al,Ti，Cr)N类多涂层的刀具进行机加工。

热处理后的加工可以包括两次粗加工和多次精加工，首次粗加工保留0.5-0.6mm余量，二次粗加工保留0.3-0.35mm余量。

首次粗加工采用规格为D63r3或D32r3的刀具，二次粗加工采用规格为D20r0.8和D10r0.5的刀具，大平面和腔内斜面的精加工优选采用规格为D20r1的刀具。

基准的精加工优选采用D10r0的一体式刀完成。

热处理前，加工零件的反面时优选同时在反面加工出一个沉台并在该沉台上加工出中心盲孔，该沉台位于工件反面的中心位置，作为基准平台用于在热处理后测量工件的Z向变形量，该中心盲孔构成基准孔，用于测量热处理后工件在水平面上相互垂直的X向和Y向的尺寸偏差。

对于镶块，在热处理前要加工正面、反面和各个侧面，加工反面时，优选让位倒角面按照向工件内侧偏移一定距离进行加工，偏移的距离比热处理留余量值多1-2mm。

热处理前，成品零件的长宽对角线长度在600mm以内的，在制品长宽厚三个方向可以各留0.5-1.4mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于600mm且不大于1500mm的，在制品长宽厚三个方向可以各留1.2-2.8mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于1500mm的，在制品长宽厚三个方向可以各留2.8-3.6mm余量，长宽厚按照包络成品零件的最小体积立方体的长宽厚度量。

镶块、型芯上的花纹加工方法优选为：先用规格为D20r0.8、D10r0.5的刀具依次进行首次和二次粗加工，然后用规格为D4的刀具按照刻线程序对花纹进行均匀清根处理，再用D4的球头刀进行整体爬面精加工，再依次用D2、D1、D0.6的球头刀进行上述清根处理和爬面精加工，用每种规格刀具进行爬面精加工时水平面上X、Y方向步距按所采用刀具半径的三分之一到二分之一范围设定，Z方向步距按所采用刀具半径的1/8-1/15设定。

本发明的有益效果是：

本发明是发明人经过对车灯模具中高硬度零件的加工过程和模具材料热处理性能等进行多年研究和实验，摸索出的一套系统的车灯模具高硬度零件加工方案，针对特定的模具材料，通过采用特定的刀具、特定的切削方式、特定的工艺参数设置，以及特殊部位的特殊处理和独特工艺步骤，使这类高硬度车灯模具零件的加工达到最佳状态，大大提高加工效率，提高零件加工精度和表面质量，以合理的成本显著提升加工效果，所加工出来的车灯模具零件均能很好地满足模具镶配要求和配光要求。

由于每次爬面精加工之前都进行清根或者刻线加工，花纹处的精加工余量趋于均匀，刀具受力状况得到极大改善，基本可以避免断刀的发生，且花纹精度和表面质量也显著提高。由此为车灯零件的花纹配光性能的提高提供了基础条件和保障。

采用本发明的让位倒角面的加工工艺方法，既能使让位倒角面满足产品技术要求，使模具零件间更好地镶配，又能显著降低加工成本。

附图说明

图1为一个模具零件的反面图示；

图2为图1中基准平台和基准孔的局部放大图；

图3为一个模具镶块的让位倒角处热处理前加工效果示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种车灯模具零件加工工艺，主要针对镶块、型芯和内外抽芯这类高硬度零件，采用模具钢2343制作，并保证所用材料经热处理后的硬度达到HRC46-48。热处理前后均需要进行表面机加工，考虑到热处理后的加工以及热处理过程中的变形，热处理前的加工要留好余量。热处理后，材料硬度明显提高，机加工用刀具应采用其硬度高出模具材料5-10个单位洛氏硬度的刀具。例如对于硬度在HRC50左右的工件，优选采用硬度在HRC55左右的刀具，以此在获得较好的加工质量、较高的加工效率基础上，兼顾刀具使用寿命和使用成本。

热处理后，工件各表面主要通过铣削加工。优选采用硬质合金材料刀具，刀具受热变形小，避免断刀，且成本低廉。除首次粗加工外，刀具规格可以依据工件待加工表面的几何条件一般在D0.1mm-D20mm之间选取，例如导光条和花纹(一般出现在镶块或者型芯上)的加工，多采用规格为D4、D2、D 1的硬质合金刀具。当然，也可以选择粉末高速钢、钴高速钢、高速钢、CBN、MAX1、超硬合金等材质的刀具，但经济性不如硬质合金材料刀具。

进一步地，热处理后优选采用带(Al,Ti，Cr)N类多涂层的刀具进行加工。该涂层是(Al,Ti)N和(Al,Cr)N多层化的涂层技术，它的特点是特别适合加工HRC50左右的材料，刚好满足大部分车灯模具零件的需要。由于它的氧化温度大约在1100度以上，因此即使在切削过程中因切削摩擦导致的刀具发热，也不会对它的涂层有任何破坏。这种涂层相当于原本两种单独的涂层的结合，不仅耐磨耐用，还耐高温，由此可有效延长刀具的使用寿命，降低使用成本。此外，根据具体采用的模具材料的具体性质，也可以采用带有TH涂层、CS涂层、金刚石涂层等涂层的刀具。

热处理后的加工包括两次粗加工和多次精加工，首次粗加工可以保留0.5-0.6mm余量，防止余量过小导致的过切，二次粗加工可以保留0.3-0.35mm余量。这样做余量更加均匀，避免因余量不均匀造成加工时刀具受力不均进而断刀，有利于保护刀具，还有利于提升精加工质量。

首次粗加工优选采用规格为D63r3或D32r3的刀具，既经济又不影响加工效率，二次粗加工优选采用规格为D20r0.8和D10r0.5的刀具，所获得的效果是如同切削普通硬度的材料那样削铁如泥。大平面和腔内斜面的精加工则采用规格为D20r1的刀具，比起采用D20r0.8，加工精度更高，加工效果基本可以控制在0.02mm误差范围内。

基准的精加工优选采用D10r0的一体式刀完成。因为此类结构的加工切削量极小，对刀的磨损非常有限，可以长时间使用，因此采用一体式刀具，省下了大量更换刀片的时间，降低了刀具使用成本。

首次粗加工时，在同样的刀具拔出长度的情况下，刀具转速、进给量以及Z向切深优选为相对普通材料(指未经热处理提高硬度时的材料)作一定程度的缩减，基本控制在普通材料的切削参数的80％左右。具体而言，当采用D63r3刀具时，机床转速宜控制在500-600rpm，进给量宜设定为1000mm/min左右，Z向步距即切削深度宜控制在0.3-0.5mm上下，当采用D32r3刀具时，机床转速宜控制在1200rpm上下，进给量宜设定为1500mm/min左右，Z向步距宜控制在0.3mm上下。虽然首次粗加工的上述切削参数相比切削普通硬度材料时的都有一定程度的减少，致使首次粗加工的时间有所延长，但由于后续加工的机床主轴转速和进给量逐级提高，因此在时间上给予了弥补。

车灯零件上花纹是影响配光性能的重要表面，模具零件上的花纹的加工质量自然也就尤为重要。几乎所有的花纹都是设在经过热处理的高硬度模具零件上，而且加工精度要求非常高，且造型复杂，一般光导花纹圆角半径只有零点几毫米，因此镶块、型芯上的花纹加工方法是本发明的一个重点。

本发明的花纹加工方法是先用规格为D20r0.8、D10r0.5的刀具依次进行首次和二次粗加工，去除大部分的加工余量，减少后续加工中刀具的吃刀量，减少刀具磨损，甚至避免断刀，有效地保护了本身就非常脆弱的小规格刀具。然后用规格为D4的刀具按照刻线程序对花纹进行均匀清根处理，减少两相邻花纹之间区域的材料余量，使余量更趋均匀，相应地使后续爬面精加工时刀具受力更加平均，保护精加工刀具。优选用3D-contouring-PencilTrace的命令把刀路层层下放进行根部的清根。再用D4的球头刀按照爬面程序plannerfinishing进行整体爬面精加工。按照上述规则，再依次用D2、D1、D0.6甚至更小的球头刀例如D0.4、D0.3、D0.2进行先清根后整体爬面精加工，直至达到花纹的最终技术要求为止。

爬面精加工时应尽量做到保持所有的面上的刀路均匀分布，主要通过控制各方向的步距实现。步距的设定值主要参考余量和刀具大小。水平面上X、Y方向步距按所采用刀具的半径的三分之一到二分之一范围设定，Z方向步距按刀具半径的1/8-1/15设定，优选按所采用刀具半径的1/10设定。按照上述规则进行步距设定，零件表面质量可以获得明显提高。

现有的花纹加工方法是采用D4、D2、D1、D0.5刀具依次进行加工，从高到低按照法向或者Z向层层递进的切削，每一把小刀间的余量非常大，大约在0.5mm-1mm之间，对刀具的磨损及其严重，甚至由于切削量过大而导致断刀。采用本发明的花纹加工方法后，由于局部的清根或者刻线加工，精加工余量趋于均匀，刀具受力状况得到极大改善，避免断刀，花纹精度和表面质量也显著提高。

除了加工参数之外，热处理的工件还要考虑受热的变形量以及余量的合理预留。热处理前，成品零件的长宽对角线长度在600mm以内的，例如类似抽芯、滑块等小件，在制品长宽厚三个方向各留0.5-1.4mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于600mm且不大于1500mm的，例如动、定模镶块等较大工件，在制品长宽厚三个方向各留1.2-2.8mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于1500mm的，通常是一些落差特别大，曲面特别多，造型较为陡峭的工件，则在制品长宽厚三个方向各留2.8-3.6mm余量，成品零件尺寸越大，留余量越大，视具体情况而定。作为简化，上述三种情况下可以分别留1mm、2mm和3mm余量。长宽厚按照包络成品零件的最小体积立方体的长宽厚度量。上述规则是考虑了热处理变形的情况下制定的留余量规则，在避免热处理后毛料过少而加工不到的前提下，使余量更少、效率更高，使刀具和机床的可能损伤降到最低。长宽厚三个方向均预留相等的余量，可以避免因为各边预留量不同导致基准出错。

如图1、2所示，热处理前，加工零件的反面1时同时在反面加工出一个沉台2并在该沉台上加工出中心盲孔3。该沉台位于工件反面的中部，优选位于中心位置，作为基准平台用于在热处理后测量工件的Z向变形量。该中心盲孔构成基准孔，用于在热处理后测量工件X向和Y向的尺寸偏差。X、Y、Z向是直角坐标系的三个轴的方向。由于上述基准基本上设置在整个工件的最中心，受到的应力和变形相对最均匀，因此可以得到最精准的偏差值。在热处理后的加工中，按照该偏差值进行刀具或者余量上的插补，就可最大限度保证模具的精度，由此提高镶配精度。注意所述沉台的加工深度应大于热处理前反面留余量值。通常在零件反面加工到位后，应保证所述沉台的深度在0.8-1.5mm之间，优选为1mm。

对于镶块，在热处理前要加工正面、反面和各个侧面，加工反面时，同时加工侧面轮廓以及让位倒角面，其中让位倒角面按照向工件内侧偏移一定距离进行加工，偏移的距离优选比热处理留余量值多1-2mm。例如如果热处理留余量为1mm，可以向内偏移2mm，如果热处理留余量为2mm，一般可以向内偏移3mm以上。这样做的好处是：热处理后，反面首次粗加工时，可以直接把倒角加工好，省去了热处理后的精加工工序。如果按照从反面一层层铣削计算，至少一个倒角可以省去1-2个小时的加工量，四个倒角省去的就是5-8个小时的加工时间和3000-5000元的加工费，也减少了刀具和机床的磨损。如图3所示，镶块留余量2mm，热处理前加工让位倒角面4时直接向里侧偏移3.5mm(偏移方向用D示意)进行让位。该倒角高130mm，如果按照切深0.5mm计算，四个倒角可以节省8小时工时。让位倒角面的存在意义是零件镶配时能有效避让，避免干涉，因此精度要求不高。采用上述工艺加工让位倒角面既能满足产品技术要求，又能显著降低加工成本。

Claims (10)

1.一种车灯模具零件加工工艺，其特征在于：采用模具钢2343制作镶块、型芯和内外抽芯，并保证该材料经热处理后的硬度达到HRC46-48，热处理前后均进行表面机加工，热处理后的机加工采用其硬度高出模具材料5-10个单位洛氏硬度的刀具。

2.如权利要求1所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：热处理后除首次粗加工外，采用规格为D0.1mm-D20mm的硬质合金材料刀具进行各表面的铣削加工。

3.如权利要求2所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：热处理后机加工采用带(Al,Ti，Cr)N类多涂层的刀具。

4.如权利要求3所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：热处理后的加工包括两次粗加工和多次精加工，首次粗加工保留0.5-0.6mm余量，二次粗加工保留0.3-0.35mm余量。

5.如权利要求4所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：首次粗加工采用规格为D63r3或D32r3的刀具，二次粗加工采用规格为D20r0.8和D10r0.5的刀具，大平面和腔内斜面的精加工采用规格为D20r1的刀具。

6.如权利要求5所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：基准精加工采用D10r0的一体式刀完成。

7.如权利要求6所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：热处理前，加工零件的反面时同时在反面加工出一个沉台并在该沉台上加工出中心盲孔，该沉台位于工件反面的中心位置，作为基准平台用于在热处理后测量工件的Z向变形量，该中心盲孔构成基准孔，用于测量热处理后工件在水平面上相互垂直的X向和Y向上的尺寸偏差。

8.如权利要求7所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：对于镶块，在热处理前要加工正面、反面和各个侧面，加工反面时，让位倒角面按照向工件内侧偏移一定距离进行加工，偏移的距离比热处理留余量值多1-2mm。

9.如权利要求8所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：热处理前，成品零件的长宽对角线长度在600mm以内的，在制品长宽厚三个方向各留0.5-1.4mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于600mm且不大于1500mm的，在制品长宽厚三个方向各留1.2-2.8mm余量；成品零件的长宽对角线长度大于1500mm的，在制品长宽厚三个方向各留2.8-3.6mm余量，长宽厚按照包络成品零件的最小体积立方体的长宽厚度量。

10.如权利要求1-9中任意一项权利要求所述的车灯模具零件加工工艺，其特征在于：镶块、型芯上的花纹加工方法是先用规格为D20r0.8、D10r0.5的刀具依次进行首次和二次粗加工，然后用规格为D4的刀具按照刻线程序对花纹进行均匀清根处理，再用D4的球头刀进行整体爬面精加工，依次用D2、D1、D0.6的球头刀进行上述清根处理和爬面精加工，用每种规格刀具进行爬面精加工时水平面上X、Y方向步距按所采用刀具半径的三分之一到二分之一范围设定，Z方向步距按所采用刀具半径的1/8-1/15设定。