CN204770202U - 一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件 - Google Patents

一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件 Download PDF

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Abstract

本实用新型的目的是提供一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，解决现有铣削方法无法测试高速铣刀振动及加工表面粗糙度的问题。所述目的是通过如下方案实现的：一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，试件为由6个零件组成的长方体结构，轮廓尺寸400mm×300mm×147mm。本实用新型所述带有多边型环状凸台的多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，具有14种加工表面曲率和硬度变化特征，将其应用于测试高速铣刀安全可靠性、高速铣刀振动及加工表面粗糙度的实验，进而优选出高速铣削多硬度拼接淬硬钢铣刀，可以解决铣刀在切削中途发生破损造成对模具型面破坏的问题。

Description

一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件
技术领域
本实用新型涉及一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件。
背景技术
高速球头铣刀是一种典型的加工复杂曲面的高速铣削刀具，在汽车大型覆盖件淬硬钢模具型面高速精加工中应用广泛。由于模具淬火表面和镶块硬度在HRC30～HRC65范围内变化，且型面加工特征多变，高速球头铣刀精加工时切削力、切削热引起的刀具变形、振动、磨损、破损、过热和烧伤，极易导致不可预料的模具尺寸误差和成形表面损伤，直接影响模具使用寿命。同时，为了保证模具型面的完整性和覆盖件成形质量，一道工序内，不同硬度的加工区域需要由同一台机床和同一把刀具完成，刀具使用寿命应达到4h-12h，对高速球头铣刀切削淬硬钢复杂曲面的动态服役性能提出了更高的要求。
高速球头铣刀安全性、切削稳定性、使用寿命、加工效率和加工表面质量等服役性能之间存在着不同程度的交互作用。提高切削速度有利于降低切削力，改善加工精度和加工表面质量，但当切削速度超过某一范围后，在较大离心力作用下，铣刀安全性和使用寿命将显著降低。同时，较高的激振频率可能与铣刀模态相互作用，降低铣刀高速切削稳定性。采用已有的铣刀测试方法选择出的高速球头铣刀无法满足汽车大型淬硬钢模具加工的需求。
汽车大型覆盖件模具高速铣削加工一方面要求极大的金属去除率来减少占机时间，另一方面要求低切削振动、高刀具使用寿命和高加工表面质量。目前，高速铣刀性能测试和铣刀优选方法研究，主要采用控制变量法针对某个特定的高速切削特征量进行研究和建模，没有考虑多特征量之间交互作用对高速切削加工过程影响，高速铣刀选择与切削参数方案和切削路径设计不匹配，导致工艺设计上存在的迭代次数和设计回路过多，难以获得最优解。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，解决现有铣削方法无法测试高速铣刀振动及加工表面粗糙度的问题。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，试件为由6个零件组成的长方体结构，轮廓尺寸400mm×300mm×147mm；
(1)组成试件的6个零件分别为第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5、第六零件6；
(2)第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5下表面通过定位销和紧固螺钉与第六零件6的上表面相连接，并位于试件长度400mm方向的中间部位，使第六零件6沿长度400mm方向两侧预留的各50mm空间，用于试件与机床工作台连接、固定；
(3)沿试件宽度300mm方向，第一零件1、第二零件2、第三零件3的两端分别与第四零件4、第五零件5侧面连接；
(4)沿试件长度400mm方向，第二零件2的两侧分别与第一零件1、第三零件3的侧面连接，并与第四零件4、第五零件5两端对齐；
(5)第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5上表面共同构成试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域；
(6)试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域由底部凸曲面和一个凸台构成；
(7)试件高速铣削加工区域的底部为凸曲面，其沿试件宽度300mm方向曲率半径始终为800mm，其沿试件长度400mm方向的曲率半径呈1500mm、1100mm分布；
试件高速铣削加工区域高35mm的多边形凸台，轮廓尺寸为250mm×165mm×35mm，位于底部凸曲面上，横跨第一零件1、第二零件2、第三零件3，其外边缘由直线和半径为20mm、30mm、50mm和75mm的圆弧连接而成，内边缘由直线和半径为20mm和30mm的圆弧连接而成，内外边缘最长距离40mm，四周侧立面呈3°斜度；凸台顶面为平面，与侧面过渡圆角半径3mm；内表面围成区域底面由两个平面构成，以长度方向中心线为界，位于第一零件1、第二零件2上的平面较低，位于第二零件2、第三零件3上的平面较高，两平面高度差为10mm，与侧面过渡圆角半径3mm。
优选方案为，第一零件1的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC40～45；第二零件2的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC60～65；第三零件3的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC50～55；第四零件4和第五零件5的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC30～35；第六零件6的材料采用45#钢，调质处理。
优选方案为，所述试件加工表面曲率与硬度特征分布如下表所示：
本实用新型所述带有多边型环状凸台的多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，具有14种加工表面曲率和硬度变化特征，将其应用于测试高速铣刀安全可靠性、高速铣刀振动及加工表面粗糙度的实验，进而优选出高速铣削多硬度拼接淬硬钢铣刀，可以解决铣刀在切削中途发生破损造成对模具型面破坏的问题。
附图说明
图1是实施例1所述试件的结构示意图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是图1的B-B剖面图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，其结构如附图1、图2和图3所示。
该试件结构特征如下：
(1)试件为由6个零件组成的长方体结构，轮廓尺寸400mm×300mm×147mm。
(2)组成试件的6个零件分别为第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5、第六零件6；
(3)第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5下表面通过定位销和紧固螺钉与第六零件6的上表面相连接，并位于试件长度400mm方向的中间部位，使第六零件6沿长度400mm方向两侧预留的各50mm空间，用于试件与机床工作台连接、固定；
(4)沿试件宽度300mm方向，第一零件1、第二零件2、第三零件3的两端分别与第四零件4、第五零件5侧面连接；
(5)沿试件长度400mm方向，第二零件2的两侧分别与第一零件1、第三零件3的侧面连接，并与第四零件4、第五零件5两端对齐；
(6)第一零件1、第二零件2、第三零件3、第四零件4、第五零件5上表面共同构成试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域；
(7)试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域由底部凸曲面和一个凸台构成；
(8)试件高速铣削加工区域的底部为凸曲面，其沿试件宽度300mm方向曲率半径始终为800mm，其沿试件长度400mm方向的曲率半径呈1500mm、1100mm分布；
(9)试件高速铣削加工区域高35mm的多边形凸台，轮廓尺寸为250mm×165mm×35mm，位于底部凸曲面上，横跨第一零件1、第二零件2、第三零件3，其外边缘由直线和半径为20mm、30mm、50mm和75mm的圆弧连接而成，内边缘由直线和半径为20mm和30mm的圆弧连接而成，内外边缘最长距离40mm，四周侧立面呈3°斜度；凸台顶面为平面，与侧面过渡圆角半径3mm；内表面围成区域底面由两个平面构成，以长度方向中心线为界，位于第一零件1、第二零件2上的平面较低，位于第二零件2、第三零件3上的平面较高，两平面高度差为10mm，与侧面过渡圆角半径3mm。
该试件组成零件的材料及硬度特征为：
(1)第一零件1的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC40～45；
(2)第二零件2的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC60～65；
(3)第三零件3的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC50～55；
(4)第四零件4和第五零件5的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC30～35；
(5)第六零件6的材料采用45#钢，调质处理。
采用沿试件长度方向和试件宽度方向设计平行铣刀切削路径方法，和沿多边型环状凸台内外侧设计铣刀切削路径的方法，划分出具有14种加工表面曲率和硬度变化特征的切削区域；如表1所示；
表1淬硬钢凸模试件加工表面曲率与硬度特征分布

Claims (3)

1.一种多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，其特征在于，试件为由6个零件组成的长方体结构，轮廓尺寸400mm×300mm×147mm；
(1)组成试件的6个零件分别为第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)、第四零件(4)、第五零件(5)、第六零件(6)；
(2)第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)、第四零件(4)、第五零件(5)下表面通过定位销和紧固螺钉与第六零件(6)的上表面相连接，并位于试件长度400mm方向的中间部位，使第六零件(6)沿长度400mm方向两侧预留的各50mm空间，用于试件与机床工作台连接、固定；
(3)沿试件宽度300mm方向，第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)的两端分别与第四零件(4)、第五零件(5)侧面连接；
(4)沿试件长度400mm方向，第二零件(2)的两侧分别与第一零件(1)、第三零件(3)的侧面连接，并与第四零件(4)、第五零件(5)两端对齐；
(5)第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)、第四零件(4)、第五零件(5)上表面共同构成试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域；
(6)试件300mm×300mm×38mm的高速铣削加工区域由底部凸曲面和一个凸台构成；
(7)试件高速铣削加工区域的底部为凸曲面，其沿试件宽度300mm方向曲率半径始终为800mm，其沿试件长度400mm方向的曲率半径呈1500mm、1100mm分布；
(8)试件高速铣削加工区域高35mm的多边形凸台，轮廓尺寸为250mm×165mm×35mm，位于底部凸曲面上，横跨第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)，其外边缘由直线和半径为20mm、30mm、50mm和75mm的圆弧连接而成，内边缘由直线和半径为20mm和30mm的圆弧连接而成，内外边缘最长距离40mm，四周侧立面呈3°斜度；凸台顶面为平面，与侧面过渡圆角半径3mm；内表面围成区域底面由两个平面构成，以长度方向中心线为界，位于第一零件(1)、第二零件(2)上的平面较低，位于第二零件(2)、第三零件(3)上的平面较高，两平面高度差为10mm，与侧面过渡圆角半径3mm。
2.根据权利要求1所述的多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，其特征在于，
(1)第一零件(1)的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC40～45；
(2)第二零件(2)的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC60～65；
(3)第三零件(3)的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC50～55；
(4)第四零件(4)和第五零件(5)的材料采用Cr12MoV锻件，淬火后硬度为HRC30～35；
(5)第六零件(6)的材料采用45#钢，调质处理。
3.根据权利要求1或2所述的多硬度拼接淬硬钢凸曲面试件，其特征在于，所述试件加工表面曲率与硬度特征分布如下：
特征1：试件方向是沿试件长度400mm方向，组成零件分别位于第四零件(4)、第五零件(5)上，硬度HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是第四零件(4)和第五零件(5)上的平坦凸曲面，曲率半径依次为1500mm、1100mm；
特征2：试件方向是沿试件长度400mm方向，组成零件由第一零件(1)到第二零件(2)再到零件(3)，硬度依次为HRC40～45、HRC60～65、HRC50～55，覆盖区域及其形状特征是第四零件(4)边缘与多边形凸台中间平坦凸曲面区域，曲率半径依次为1500mm、1000mm；
特征3：试件方向是沿试件长度400mm方向，组成零件由第一零件(1)到第二零件(2)再到第三零件(3)，硬度依次为HRC40～45、HRC60～65、HRC50～55，覆盖区域及其形状特征是底部平坦凸曲面到仅位于第二零件(2)上的部分多边形凸台到再到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为1500mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、1100mm；
特征4：试件方向是沿试件长度400mm方向，组成零件由第一零件(1)到第二零件(2)再到第三零件(3)，硬度依次为HRC40～45、HRC60～65、HRC50～55，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台再到底部平坦凸曲面到多边形凸台，曲率半径依次为1500mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、1500mm、1100mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、1100mm；
特征5：试件方向是沿试件长度400mm方向，组成零件由第一零件(1)到第二零件(2)再到第三零件(3)，硬度依次为HRC40～45、HRC60～65、HRC50～55，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到位于第一零件(1)、第二零件(2)、第三零件(3)上的部分多边形凸台再到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为1500mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、1100mm；
特征6：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第一零件(1)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC40～45、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是第一零件(1)边缘与多边形凸台中间平坦凸曲面区域，曲率半径为800mm；
特征7：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第一零件(1)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC40～45、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台再到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为800mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、800mm；
特征8：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第一零件(1)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC40～45、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台到多边形凸台底面再到多边形凸台到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为800mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、800mm；
特征9：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第二零件(2)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC60～65、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台到多边形凸台底面再到多边形凸台到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为800mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、800mm；
特征10：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第三零件(3)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC50～55、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台到多边形凸台底面再到多边形凸台到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为800mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、800mm；
特征11：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第三零件(3)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC50～45、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是由底部平坦凸曲面到多边形凸台再到底部平坦凸曲面区域，曲率半径依次为800mm、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、无穷大、3mm、800mm；
特征12：试件方向是沿宽度300mm方向，组成零件由第四零件(4)到第三零件(3)再到第五零件(5)，硬度依次为HRC30～35、HRC50～45、HRC30～35，覆盖区域及其形状特征是第四零件(4)边缘与多边形凸台中间平坦凸曲面区域，曲率半径为800mm；
特征13：试件方向是沿侧面方向，组成零件由第二零件(2)到第三零件(3)再到第二零件(2)、第一零件(1)再回到第二零件(2)，硬度依次为HRC60～65、HRC50～55、HRC60～65、HRC40～45、HRC60～65，覆盖区域及其形状特征是沿试件多边形凸台外表面，曲率半径由位于长度400mm方向中心线上靠近第四零件(4)边缘处起沿逆时针方向凸曲率半径依次为：无穷大、3mm、无穷大、30mm、无穷大、50mm、无穷大、30mm、无穷大、75mm、无穷大、20mm、无穷大；
特征14：试件方向是沿侧面方向，组成零件由第二零件(2)到第三零件(3)再到第二零件(2)、第一零件(1)再回到第二零件(2)，硬度依次为HRC60～65、HRC50～55、HRC60～65、HRC40～45、HRC60～65，覆盖区域及其形状特征是沿试件多边形凸台内表面，曲率半径由位于长度400mm方向中心线上靠近第四零件(4)边缘处起沿逆时针方向凸曲率半径依次为：无穷大、3mm、无穷大、30mm、无穷大、30mm、无穷大、20mm、无穷大、3mm、无穷大。
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