双锥形药型罩整形凹模加工工艺研究

■山东红旗机电集团有限公司高级工程师 聂兰启

双锥形药型罩整形凹模加工工艺研究

■山东红旗机电集团有限公司高级工程师 聂兰启

整形凹模是我公司某产品双锥形药型罩镦挤整形凹模，如图1所示。该凹模内腔形状比较复杂，由大锥、小锥和圆弧组成。其中小锥角度为36°30′±3′、大锥角度为64°30′±3′、圆弧R90 +0.0870mm，各部位精度要求极高，加工难度很大。该凹模材料为Cr12MoV，硬度56～60HRC。

1. 传统磨削加工

该零件传统加工工艺为磨削加工。当一个锥度加工达到要求后，则需要调整磨床加工另一个锥度，由于锥罩整形凹模锥度公差较小，此时调整磨床比较困难。当锥罩整形凹模的两个锥度加工完成后，最后采用成型砂轮修磨出过渡圆弧R，最后边抛光，边用型腔样板进行测量。该方法加工整形凹模，操作复杂，加工精度低，生产效率低，一件整形凹模往往需要修磨多次甚至几十次，才能达到要求。

图1　整形凹模

2. 以车代磨

数控车床的出现，为双锥形药型罩整形凹模的加工提供了解决方法。

（1）刀具材料的选择。聚晶立方氮化硼（PCBN）是在高温高压条件下，将微细的立方氮化硼（CBN）材料通过结合相（TiC、TiN、Al、Ti等）烧结在一起的多晶体材料，是目前利用人工合成的硬度低于金刚石的刀具材料。聚晶立方氮化硼克服了立方氮化硼单晶易解性和各向异性等不足。PCBN特别适合于加工从前只能磨削的高硬度材料，能获得较好的工件表面质量，实现“以车代磨”，大幅度提高加工效率。

由于整形凹模热处理后，硬度高达56～60HRC，而且表面粗糙度要求低，因此，决定选用聚晶立方氮化硼作为刀具材料。

（2）精车所用数控车床的选择。精车所用数控车床的应具有较高的精度、较好的刚性及较高的转速，尽可能提高切削工艺参数，充分发挥刀具的切削性能。根据某公司现有设备，决定选用沈阳第一机床厂生产的数控车床，型号HTC4596a，系统FANUC seriesoi—Tc。由于所选用的数控车床为液压三爪自动卡盘，夹紧力比较大，工件不容易变形。

（3）刀具参数的确定。从市场上购买的刀具，后角和刃倾角均约为1°～2°，刃尖半径1.5 ～2mm。精加工时，切削力大，表面粗糙度值高，加工后的模具形状不符合要求。后来，在工具磨床上用金刚石砂轮重新刃磨，采用了如下的几何参数：前角γo=-5°，后角αo=6°，主偏角κr=45°，刃倾角λo=-3°，刃尖半径0.1mm。

（4）切削工艺参数的选择。采用聚晶立方氮化硼精车淬硬模

具钢，切削用量的选择，特别是切削速度的选择往往重要于对刀具几何角度的选择。切削速度合适与否对刀具的使用寿命有着直接影响。切削速度选择不能太低，一般可取80～120m/min，这样刀尖部分与工件之间摩擦力较小，切屑处于软化状态。

经过多次试验，选用以下切削工艺参数比较合适：切削速度v=90m/min，进给量f=0.08mm/r，切削深度ap=0.015mm。

采用数控车床加工整形凹模，尽管加工后的整形凹模表面粗糙度值达到Ra=0.8mm。满足了整形凹模的技术要求，实现“以车代磨”，简化了工艺，提高了生产效率，大大缩短了模具生产周期，降低了模具的制造成本，但由于刃尖磨损速度快，加之刃尖半径R补偿误差，导致凹模型腔尺寸一致性较差。

3. 电火花加工

将留有加工余量的整形凹模，在热处理之后，采用电极对整形凹模进行电火花加工，最后采用砂轮或油石对整形凹模工作型腔进行抛光加工。在对整形凹模进行电火花加工时，一般采用两个电极，一个用做粗加工，另一个用做精加工。

由于电火花加工后的整形凹模，在型腔内表面存在着一层加工硬化层，抛光加工困难。同时，需要边抛光，边用型腔样板进行测量。该方法尽管生产效率较低，但模具型腔尺寸一致性相对较好。

4. 数控磨削加工

将留有加工余量的整形凹模，在热处理之后，采用数控磨床进行磨削加工模具型腔。磨削加工时，必须合理选择磨削量、砂轮的材料及形状。为保证各部位的磨削量均匀，在磨削加工前，先用数控车床对凹模型腔进行切削加工。磨削加工后，对凹模型腔进行抛光。

5. 结语

采用数控磨削加工整形凹模，不仅生产效率高，而且尺寸精度高，模具型腔尺寸一致性好。彻底解决了困扰我公司多年的整形凹模加工困难的问题，为同类型模具加工提供了借鉴。

收稿日期：（20150410）