摘要：本文結(jié)合原理性闡述及試驗(yàn)驗(yàn)證掺挺，對(duì)用于汽車模具行業(yè)的刀具即粗銑球頭銑刀較為深入的剖析乳后，描述了其加工的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域等晌爹，最后以客戶實(shí)際加工案例來驗(yàn)證該種高性能刀具的現(xiàn)場(chǎng)效果唇锡。

　　關(guān)鍵詞：汽車外覆蓋件 球頭銑刀 模具 槽型

　　引言：隨著我國(guó)汽車工業(yè)的高速增長(zhǎng),據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)我國(guó)2008年小車產(chǎn)量將突破1000萬輛,汽車的外形更新不斷加速,對(duì)外覆蓋件模具的需求不斷加大,粗銑球頭刀具作為這類模具加工的主力刀具一直被國(guó)外知名企業(yè)所壟斷,特別是日資企業(yè)刀具逐漸占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流。株洲鉆石切削刀具股份有限公司最近推出的最新一代GM槽形的粗銑球頭刀具用动，完全能夠滿足市場(chǎng)對(duì)該刀具的苛刻性能要求矗绅，并且能夠顯著降低刀具的消耗成本。

　　1 汽車外覆蓋件拉延模具被加工材料種類征蜻、特性及難加工狀態(tài)簡(jiǎn)介

　　為便于對(duì)后面高效模具粗銑球頭刀具加工介紹的理解叼枝，有必要對(duì)模具的加工材料及加工方式作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　1.1 汽車外覆蓋件拉延模具模具材料簡(jiǎn)介

　　每種不同的模具以及同一模具不同的部位所采用的材料有相當(dāng)?shù)牟顒e唉锌，他的加工特性也有很大的區(qū)別隅肥。模具材料的種類極為繁多，由于篇幅原因袄简，只介紹與本文相關(guān)的典型被加工材料腥放。

　　1)  灰口鑄鐵，如HT300绿语，淬透性較差秃症，這主要用來制作較為低端的模具或基座，這類材料被加工性能很好吕粹；

　　2）A3鋼堆焊种柑，一般用于低端模具如農(nóng)用汽車岗仑，卡車等外覆蓋件模具制造，加工的難點(diǎn)在于刀具頻繁的在焊疤地區(qū)和正常軟材料區(qū)域交替加工聚请，形成很大的沖擊荠雕，要求刀具有較高的抗沖擊韌性；

　　3) 鉬鉻合金鑄鐵驶赏，fc250-fc350酬桦，fcd500-fcd700添加了cu、ni罕识、mo等合金数壤，對(duì)總碳量si、mn龟聊、p趣闻、s、mg等組成元素進(jìn)行控制暑吹。因而在分子結(jié)構(gòu)上由于晶體易于變形使之易于馬氏體化存学，材料淬透性好，這類材料被加工性較一般灰口鑄鐵來講難度大大提高凄跑。

　　4）鑄態(tài)風(fēng)冷鋼（7CrSiMnMoV）优生，鑄鋼材質(zhì)用于鑲件；炭刺。

　　5）合金鋼泪确，鍛態(tài)材質(zhì)常用的牌號(hào)為鍛態(tài)風(fēng)冷鋼（7CrSiMnMoV）、Cr12MoV煮落，少量模具采用Gr15軸承鋼材敞峭，較難加工。

　　1.2 通常遇到的難加工狀態(tài)

　　 一般加工狀態(tài)我們采用沖擊韌性極佳的k30的pvd涂層硬質(zhì)合金刀片蝉仇，對(duì)應(yīng)牌號(hào)為我公司的YBG302牌號(hào)旋讹，但某些難加工場(chǎng)合例外：

　　1）過切區(qū)域補(bǔ)焊的局部加工，這種加工經(jīng)常會(huì)遇到轿衔；

　　2）為了提高模具的壽命沉迹，一般在極易磨損區(qū)域如邊角等區(qū)域進(jìn)行局部淬火處理，刀具在此類區(qū)域加工難度較大害驹；

　　3）合金鋼加工如Cr12MoV鞭呕、Gr15材料加工，加工時(shí)的切削阻力和振動(dòng)會(huì)顯著增大宛官。

　　這類場(chǎng)合要求刀具既有較高的耐磨性能同時(shí)也要有較高的抗沖擊韌性葫松，一般推薦采用p15類別的PVD涂層硬質(zhì)合金刀片，對(duì)應(yīng)牌號(hào)為我公司的YBG202牌號(hào)并且采用較小的被吃刀深度和進(jìn)給量進(jìn)行加工摘刑；

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　　2 汽車外覆蓋件模具粗加工用球頭銑刀

　　近年來进宝，工業(yè)領(lǐng)域使用的刀具產(chǎn)品樣式不斷變化，且絕大多數(shù)的企業(yè)本著降低制造成本的生產(chǎn)理念枷恕，要求生產(chǎn)高精度佩嘀、高品質(zhì)的產(chǎn)品。這種現(xiàn)象在汽車行業(yè)的加工領(lǐng)域也不例外遵艰。針對(duì)客戶的要求沫杜，株鉆刀具技術(shù)公司采取的策略是：不斷提高刀具使用壽命以及縮短加工時(shí)間。株鉆最新推出了BMR03新型高效粗銑球頭刀具电摔，在進(jìn)行車門垛岛、保險(xiǎn)杠、車架等零部件的沖壓模復(fù)雜曲面加工時(shí)稀崔，能夠大大提高刀具的使用壽命限剩、降低加工成本。其中BMR03（下圖）系列刀具就是其中之一泉剔。

　　該款刀具適用于汽車外覆蓋件模具粗加工時(shí)的型面強(qiáng)力輪廓仿形切削魂麦，一般來說，D50假却、D40的刀具進(jìn)行型面開粗钧失，D32、D30的刀具進(jìn)行型面的半精和圓弧過渡面的清根加工夏跷，它主要的優(yōu)勢(shì)在于： 1)適用于各種被加工材質(zhì)的刀片槽型和結(jié)構(gòu)哼转；2) 優(yōu)秀的抗沖擊性能，強(qiáng)力銑削加工時(shí)不出現(xiàn)切削刃意外崩缺槽华；3)長(zhǎng)且穩(wěn)定的刀具使用壽命壹蔓，一般客戶希望能夠不更換刀片情況下不間斷的加工完一個(gè)型面，對(duì)于加工一個(gè)大型模具意味著4~12小時(shí)的加工壽命猫态；4) 低的切削振動(dòng)庶溶，這是制約加工效率的提高最難逾越的因素；5) 高的形狀精度和高負(fù)荷加工下的刀具精度保持性懂鸵；6) 刀體高的可靠性

　　刀片的槽型和結(jié)構(gòu)

　　刀片見圖2.2,圖2.3偏螺，為刀片的實(shí)物照片，該刀片的槽型是綜合考量各種實(shí)際切削因素并且通過長(zhǎng)達(dá)兩年的用戶試驗(yàn)匆光，不斷優(yōu)化而最終定型的套像。具體而言主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

　　A 刀片的整體外形輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)，刀片安裝在刀體后他與理想球體的理論誤差應(yīng)該盡可小终息，而且曲線不能太復(fù)雜夺巩，而造成研磨困難。株鉆球頭銑刀的球形刃設(shè)計(jì)精度所有系列均為≤0.005MM,制造輪廓誤差≤0.05MM（ZOLLER測(cè)刀儀）艺滑；

　　B 優(yōu)化過中心刀片的刀尖設(shè)計(jì)右木，過中心區(qū)域切削速度極低（接近為零）砰染。切削阻力極大，非常容易出現(xiàn)刀尖崩缺的現(xiàn)象塌卜。本人設(shè)計(jì)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室方案來優(yōu)化設(shè)計(jì)刀尖結(jié)構(gòu)标增，并且進(jìn)行了大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)和客戶實(shí)際試驗(yàn)。

　　其中有一項(xiàng)為切削阻力和切削振動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)启脉，試驗(yàn)方案如下：試驗(yàn)刀具 A B 兩種國(guó)外D40球頭銑刀杠卜，被加工材料為：P20 HRC35，切削參數(shù)VN=3000综澄，AP=0.5MM,AE=1MM,F=3000MM/MIN坠屹，測(cè)試儀器：KISTLER動(dòng)態(tài)電荷測(cè)力儀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖：

　　由上述圖可知：1） 其他條件相同的情形下神卢，F(xiàn)=0.5MM/Z時(shí)兵扭，A刀具的最大主切削力FX=400N, 最大主切削力FX=50N,最大振幅為350N,平均切削力為230N;2）其他條件相同的情形下，F(xiàn)=0.8MM/Z時(shí)袒碍，A刀具的最大主切削力FX=600N, 最大主切削力FX=80N,最大振幅為520N,平均切削力為290N;3） 其他條件相同的情形下好猪，F(xiàn)=0.5MM/Z時(shí)，B刀具的最大主切削力FX=800N, 最大主切削力FX=160N,最大振幅為640N,平均切削力為400N;4）其他條件相同的情形下社露，F(xiàn)=0.8MM/Z時(shí)挟阻，B刀具的最大主切削力FX=1000N, 最大主切削力FX=200N,最大振幅為800N,平均切削力為500N.由以上四點(diǎn)可知，在1MM的小切深情況下,在所有切削條件相同情況下峭弟，B刀具的刀尖受力情況明顯比A差很多附鸽，平均受力大了幾乎一倍，刀具在同等頻率下振動(dòng)的振幅也明顯大得多瞒瘸，而上述切削參數(shù)在大多場(chǎng)合都是正常切削參數(shù)坷备，這說明在刀具刀尖的處理上A刀具的設(shè)計(jì)方案明顯優(yōu)越。而且由于切削阻力和切削振動(dòng)太大情臭，且刀尖的切削前角僅為-20度省撑，刀尖過于單薄，B刀具的過中心刀尖非常容易崩缺俯在。

　　因此刀尖的形狀設(shè)計(jì)非常重要竟秫，他對(duì)刀具的實(shí)際切削效果有著非常顯著的影響。實(shí)際上優(yōu)化設(shè)計(jì)刀尖形狀和參數(shù)是一個(gè)非常繁雜的過程跷乐，要平衡諸多因素肥败，如切削振動(dòng)、刃部強(qiáng)度泊宴、刀具使用的工藝特點(diǎn)屑淌、刀片材料特性、本身的工藝性等等钱图，很難一蹴而就荞狠，要往返多次不斷的完善寿伊。C刀片的槽型優(yōu)化設(shè)計(jì)，球頭刀的圓弧切削刃各點(diǎn)的切削線速度都不相同告锅，軸心區(qū)低揽此，外部高，線速度的變化極大缩笤。

圖2.2.3 切削速度對(duì)切削阻力的影響                            圖2.2.4 刀片槽型圖

　　其原理見圖2.2.3煎敢，由圖可知切削速度低于某個(gè)值時(shí)汞潦，切削阻力會(huì)急劇增大殿恤，而高過此值時(shí)，變化會(huì)比較平緩演徘，因此設(shè)計(jì)主切削刃棱帶慎陵、槽型主參數(shù)時(shí)必須遵循這個(gè)規(guī)律，對(duì)于球頭刀來說喻奥，設(shè)計(jì)為圖2.2.4變棱寬棱帶席纽、光滑曲面的切屑導(dǎo)流槽、連續(xù)變化的前角撞蚕、槽寬等等最為合適润梯，配合前刀面的減振凸臺(tái)設(shè)計(jì)可以在保證刃口強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡可能的減少棱寬從而最大化減少切削阻力和抑制振動(dòng)。分屑槽刀片甥厦，對(duì)于大直徑刀具D50纺铭、D40刀具和大懸長(zhǎng)刀具來說，在進(jìn)行過渡全刃接觸銑削時(shí)刀疙，幾乎難以加工舶赔，排屑非常困難。刀片極易被堆積的切屑擠缺谦秧。這時(shí)需要采用分屑技術(shù)的刀片竟纳，具體見圖2.2.4。在實(shí)際驗(yàn)證時(shí)疚鲤，加工效率得到2倍以上的提高锥累。

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　　D 極限過載和疲勞破損校驗(yàn)，進(jìn)一步改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)溢扳，確保刀具能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定切削淆逛。極限試驗(yàn)主要用于檢測(cè)刀具在推薦的切削參數(shù)下安全性能，包括一系列的超載試驗(yàn)裳岳。這需要投入極大的物力和精力,一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)必須包含此項(xiàng)驗(yàn)證倒你。這里列舉其中一項(xiàng)試驗(yàn)：
檢驗(yàn)刀具：BMR03_040_G32_XP30_02_M 刀片 XPHT40R2004 牌號(hào)：YBG302
被加工材質(zhì)：NAK80 HRC40 切削參數(shù)：VN=2500 AP=5MM AE=4MM F=2000MM/MIN
試驗(yàn)結(jié)果：加工16小時(shí)后，刀具出現(xiàn)疲勞損壞裂紋锡疗，見圖 2.2.5,刀體上部安裝刀片的刀槽底面與側(cè)面出現(xiàn)明顯的裂痕鼓宿。刀體已經(jīng)無法繼續(xù)使用豆出。

 　　正是疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了該試驗(yàn)刀具的內(nèi)在缺陷，為此進(jìn)行了四次大的改進(jìn)來解決這個(gè)問題情键，其中包括1）面與面間采用圓弧過渡吵淌，消除應(yīng)力集中；2）更高精度的鎖緊螺紋配合钢墩，鎖進(jìn)螺釘?shù)念^部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)被处，采用最新一代TOX-PLUS螺釘頭部花紋和配套扳手，極大提高刀刀片自鎖能力用押，提高刀片的安裝剛性肢簿；3）采用優(yōu)質(zhì)耐熱合金鋼制造刀體，提高刀具刀體的在300-400c高溫下的高溫強(qiáng)度蜻拨；4）改變表面處理和熱處理工藝池充，提高抗疲勞性能。改進(jìn)產(chǎn)品小批量客戶試驗(yàn)證明消除缺陷的產(chǎn)品完全可以滿足實(shí)際使用的要求缎讼。

　　3粗銑球頭刀具的客戶實(shí)際加工案例

　　 汽車覆蓋件模具加工案例1

　　機(jī)床：意大利龍門三軸加工中心

　　刀具：BMR030-G32-XP30-02-L 刀片：XPHT30R1504 牌號(hào)YBG302

　　被加工材料：FC600

　　加工參數(shù)：VN=3000N/MIN AP=4~8MM AE=4MM F=3000MM/MIN

　　結(jié)果：加工前與加工后在線激光對(duì)刀儀檢測(cè)收夸，精度與國(guó)外刀具相同，一次加工17小時(shí)刀具微見磨損血崭，刀片刃口完好卧惜，小批量使用后性能與國(guó)外產(chǎn)品相同，建議批量訂貨取代國(guó)外刀具夹纫。

　　汽車覆蓋件模具加工案例2

　　機(jī)床：意大利龍門三軸加工中心

　　刀具刀體：BMR050-MT5-XP50-02-L（SZ） 圖片見圖3.1

　　刀片：XPHT50R2506-GM 牌號(hào) YBG302咽瓷，圖片見圖3.2

　　被加工材料：鉬鉻鑄鐵，廠家出于保密牌號(hào)不祥

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　　被加工工件為某新型轎車的車身拉延模具凹模,加工現(xiàn)場(chǎng)圖片見下圖

　　加工參數(shù)：VN=1300N/MIN AP=3~6MM AE=8MM F=2900MM/MIN

　　試驗(yàn)過程：由于被加工工件屬于大型模具捷凄，行腔較深忱详，刀體選用加長(zhǎng)型桿，聯(lián)結(jié)的柄部采用較為穩(wěn)定精度可靠的莫氏5號(hào)錐柄借睬，當(dāng)然也可采用英制復(fù)合帶軸向鎖定的削平柄結(jié)構(gòu)阿座，刀片較大采用復(fù)合鎖進(jìn)即偏心螺釘和壓塊同時(shí)縮緊，刀片底度有防重切的橢圓凸三角凸臺(tái)奏宽，可避免刀體在強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)損壞腮哩。冷卻方式為吹氣方式，主要是及時(shí)將堆積鐵屑從高速旋轉(zhuǎn)的刀具邊上吹走卸窿，以免損壞刀片和刀體腻酱。試驗(yàn)采用連續(xù)加工方式，即只更換刀片唐肩，連續(xù)加工一件模具烧歹。試驗(yàn)時(shí)間為33小時(shí)，其間更換四次刀片。

　　這不過是該刀具的一部分應(yīng)用實(shí)例锣枝，該產(chǎn)品目前已經(jīng)通過4家大的客戶成規(guī)模的驗(yàn)證厢拭，證實(shí)其高的可靠性兰英。

 　　4結(jié)束語：株洲鉆石切削股份有限公司通過三年不懈努力撇叁，粗銑球頭銑刀通過一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)例證明其高效切削性能畦贸，刀具壽命更長(zhǎng)陨闹，振動(dòng)更低，性能可以和國(guó)外先進(jìn)廠家相當(dāng)薄坏；批量應(yīng)用證明該刀具性能穩(wěn)定可靠趋厉，由于性價(jià)比高節(jié)約了刀具消耗成本，為汽車外覆件模具加工提供新的高效刀具技術(shù)支撐燕瞭。

（馬曉魁）

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