典型弯钩成形模凸模零件数控加工工艺探研

赵胤齐 李元庆

【摘要】本文针对典型弯钩成形模凸模零件进行加工冲压成形时的产品质量及加工工艺进行了探索和分析。

【关键词】弯钩成形模凸模零件 数控加工 工艺分析

一、引言

数控机床是一种装有程序控制的自动化机床，它可以按图纸要求的尺寸和形状自动加工零部件，并保证零件的几何精度和尺寸精度，而不需要人工操作的一种机床。本文对弯钩成形模凸模零件加工进行了探讨，该零件的表面轮廓和凹槽是我们主要的研究主要对象，对弯钩一次冲压成型起到重要的意义，零件的表面轮廓主要是对弯钩的外形起到冲压作用，而凹槽则是对弯钩的尺寸起到一次成形的作用。所以研究弯钩成形模的凸模零件的数控加工工艺设计及编程，具有重要的现实意义。

二、弯钩模凸模成形零件加工工艺分析

弯钩成形模凸模零件外形轮廓及主要加工尺寸如图一所示。

毛坯为长方体，毛坯的制造形式为砂型机器造型。该零件表面轮廓较为复杂，需用冲压模具进行冲压来保证硬度性能，而Cr12经过渗碳淬火后，表面硬度HRC42-46，符合生产工艺要求，所以该零件使用Cr12。毛坯A件：250mm×90mm×124mm。从图一可知，该零件由平緩面、曲面、凹槽以及孔组成。该零件加工工艺具有典型性。根据该零件的结构特性，对该弯钩成形模凸模零件加工工艺分析如下：

（1）工件直睛φ10.3₀^+0.015mm、φ12₀^+0.015mm的孔加工精度要求较高，要采用定位钻打点一钻一铰的方式进行加工，才能确保孔的加工精度。（2）该零件外表面轮廓的多个尺寸同样要求高精度加工，例如：54.91₀^+0.03mm、114.21₀^+0.05等尺寸，应采用粗铣一精铣的加工方法，方能保证工件的尺寸和加工精度。（3）对于（D1010.03mm凹槽加工要求精度高，而且是冲压成形的关键尺寸，通常采用粗铣→半精铣→精铁的加工方法。

三、弯钩成形模凸模零件加工工艺路线的拟定

通常在拟定零件工艺路线时，首先要确定零件的加工形式，其次要根据材料性能来选用加工方案。具体有以下几种加工工序。

（1）先面后孔，先粗后精。（2）确保零件图纸的几何公差精度，表面位置的精密度。（3）依据零件材料的金属性能选用不同的方法。（4）依据零件的生产种类加工。

根据以上分析，拟定某零件的工艺路线是：工序一：铣削毛坯各个端面。保证工件外形尺寸为250mm×90mm×124mm，且邻面垂直，对面平行。工序二：粗铣、精铣下端面。根据先面后孔的原则，铣削孔结构表面，保证孔结构的加工质量与精度要求。工序三：钻、铰4×Φ10.3mm、2×Φ12mm至所需尺寸要求。此道工序采用定位钻打点→钻→铰的方式进行加工。工序四：工件外表面轮廓进行粗加工。工序五：对（D10凹槽进行粗加工、半精加工。此道工序也称为清角加工，前一道工序加工不到的面，在此工序加工。工序七：对Φ10凹槽及表面车仑廓进行精加工。

四、弯钩成形模凸模零件加工工具的选择

1、刀具的选择。数控刀具一般根据零件的外形、材料的硬度等条件选择。零件各工序选用的刀具按下述程序进行：（，）铣削毛坯各个端面采用D50R5圆角刀。可快速完成铁削，提高铁削效率。（2）粗铣、精铣下端面同样采用D50R5圆角刀。（3）钻、铰4×Φ10.3mm、2×Φ12mm孔，打点采用φ3mm定心钻打孔。钻孔采用D10.3、D12硬质合金麻花钻。铰孔则采用D10.3、D12硬质合金铰刀。并保证孔的深度。（4）粗加工外表面轮廓。由于初切削余量较大，会产ha良大的切削力，因此刀具必须具备良好的硬度、强度及耐磨性，通常采用D30R5圆角刀，刀具材料选用硬质合金。（5）粗加工、半精加工（D10凹槽。之前选用的刀具为D30R5圆角刀，而该零件有些加工面太小如加工不到位，应进行一次清角加工。故采用D8立铣刀、R4球头刀进行清角，并留有精加工余量。（6）精加工外表面轮廓和（D10凹槽。采用R4球头刀，材料为硬质合金。

（2）数控机床的选择。由于加工的零件表面轮廓复杂，且需要多把刀具进行加工，所以此次选择CNC数控加工中心来进行加工，CNC数控加工比数控锐未多一个换刀系统，利用这个系统，可以节省加工时间，减少操作量。

五、弯钩成形模凸模零件装夹方法分析

对夹具的选择，主要从力口工表面和定位基准两方面考虑。

（1）首先要便于装夹具，根据零件粗、精基准来保证加工图纸要求。

（2）其次CNC数控力口工中心高速切削时，定位基准要具备充分的夹紧面积和分布面积。该零件形状规整呈四方形，可使用虎头钳口来进行装夹。

六、弯钩成形模凸模零件切削用量的确定

对于被加工的材料、切削刀具、切削用量，通常称为CNC数控加工中心的加工三要素。加工质量、刀具使用寿命和加工时间，由上面三个因素确定。按加工切削零件的基本原则：首先选用在能力范围内最大的背吃刀量ap，然后选用进给量f，最后选用一个适宜的切削速度v_c。

根据零件或刀具直径和机床范围内的切削速度选定主轴转速，可按公式n=1000v_C/πd进行计算。实际加工时，

还可根据切削状况调整进给倍率开关来调节进给速度。对铣表面轮廓及凹槽，底面余量留0.1mm、侧面余量留0.3mm，考虑到轮廓、凹槽、侧面及底面余量因素，对该零件的数控加工采用如下工艺。

（1）铣削毛坯各个端面，使用D50R5圆角刀进行铣削，主轴转速为1800r/min，主轴进给为1000r/min。（2）粗铣、精铣下端面，使用D50R5圆角刀进行铣削，主轴转速为1800r/min，主轴进给为100r/min。（3）钻、铰4×φ10.3mm、2×φ12mm至尺寸要求，分别使用D10.3硬质合金麻花钻、D12硬质合金麻花钻、D10.3硬质合金铰刀、D12硬质合金铰刀进行加工，主轴转速分别为500、500、1000、1000r/min，主轴进给为80、80、100、1000r/min。（4）粗加工外表面轮廓，使用D30R5圆角刀进行铣削，主轴转速为1750，主轴进给为3000，（5）粗加工、半精加工Φ10凹槽，使用D8立铣刀、R4球头刀进行铣削，主轴转速为1750r/min，主轴进给为3000r/min。

（6）精加工外表面轮廓和Φ10凹槽，使用R4球头刀进行铣削，主轴转速为5000r/min，主轴进给为15000r/min。

结语：

对于弯钩成形模凸模零件的加工工艺，由试验加工工艺结果可知，在拟定了零件加工工艺路线、选择零件加工工具后，用时最短，效率最高。该法对加工同类零件借鉴作用明显。

作者简介：赵胤齐（1995.11-），男，广西来宾人，广西城市职业大学智能工程学院专任教师，研究方向：机械工程。李元庆（1960.11-），男，福建龙岩人，广西城市职业大学教授，研究方向：电气自动化技术。