数控车床论文连杆终锻模膛设计与数控加工.doc

文章源于科技论文发表网： QQ:1003 59168 数控车床论文：连杆终锻模膛设计与数控加工【摘 要】:以JH CG125连杆锻模为例介绍了连杆锻模的设计与数控加工的方法,通过VERICUT验证是可行的,对其他连杆锻模的设计与制造提供了一个可行方案。【关键词】:连杆;锻模设计;数控加工Design and CNC machining of finish forging die impressionfor connecting rodAbstract:A forging die for a connecting rod in a JHCG125 motor cycle was developed and the CNCmachining method was presented. VERICUT verified the feasibility of the application.Key words:connecting rod; design of forging die; CNC machining 1引言在柴油机或汽油机中,连杆常作为传递力的主要部件。目前,在连杆的生产中常采用模铸、模锻、常规粉末冶金、碳纤维强化等工艺。由于模锻件具有接近最终产品的几何形状和尺寸精度,并同时通过模锻能改善连杆组织,能获得更高的力学性能。因此,在连杆制造中模锻占主导地位。下面以JHCG125连杆锻模为例介绍连杆锻模的设计与数控加工过程。2 JH CG125摩托车连杆锻坯结构JH CG125连杆零件图如图1所示,材料为20CrMo。技术要求:未注圆角R2mm,未注拔模斜度7,非加工面应圆滑过渡;不允许有锻造裂纹、夹渣、折叠、缺肉等缺陷存在;大小端面的扭曲0.2mm,平行度0.2mm;纵向剖面金属纤维不得间断、紊乱;未注锻造公差按GB/ T 1084_79IT15级;热处理:正火;表面抛丸处理并防锈。3锻模的设计(l)根据零件图绘制冷锻件图(如图2所示)。(2)模膛设计时,需要考虑锻件的收缩率,精密模锻时还需考虑模具的热胀冷缩问题。热锻时钢材的收缩率一般取1.2%1.5%,而对细长的杆类件、扁薄的锻件,冷却快或打击次数多、终锻温度低的锻件收缩率取0.8%1.2%;带大头的长杆锻件,头部和杆部的冷缩率应取不同值;不锈钢的收缩率较大,一般取1.5%1.8%;铝合金为0.8%1.0%;镁合金为0.8%;钛合金为0.5%0.7%;铜合金为1.0%1.3%。温锻时,由于终锻温度较低,收缩率应适当取小些。图1零件收缩率取1.1%,将锻件尺寸按比例缩放,绘制基体,做布尔运算得终锻模膛尺寸(锻件上下对称面为分型面)。因连杆锻造后去掉飞边,要进行切边处理,会造成连杆的扭曲变形,故连杆模锻后要进行整形处理,肋部的宽度会因此加大,故在设计模具型腔时,肋部宽度尺寸要缩小。根据实践经验,尺寸缩小约0.3mm即可。(3)飞边槽的结构和尺寸。可以根据表1选择飞边槽的结构和尺寸。(4)确定终锻模膛尺寸。选择6 30010 000kN摩擦压力机作为锻造设备,据表1得到相应的飞边槽尺寸。而后将其绘制在终锻模膛型腔图上(如图3所示),锻件上的厂标是在模具加工完成后通过电脉冲加工生成的,在此不考虑。接下来就可以进入CAM 系统(以MASTERCAM为例进行叙述)中生成其数控加工程序。4工艺分析(1)机床选择。根据电极的形状特点,选择由汉川机床厂生产的XK714B型床身式数控铣床。其主要技术参数如下: 控制系统:SIEMENS802S。工作台面尺寸:宽度400mm,长度800mm。工作台最大承重:400kg。主轴转速范围:403 000r/min。各直线坐标进给速度范围:12 000mm/min。各直线坐标快速移动范围:5 000mm/min。(2)毛坯的确定。毛坯材料选择4Cr5MoSiV1(H13)模具钢,尺寸为250mm150mm50mm。(3)刀具的选择。选择刀具时应考虑待加工面情况和现场实际刀具贮备情况2方面因素。因毛坯材料为4Cr5MoSiV1(H13)模具钢,刀具材料均选用硬质合金。先采用曲面粗加工挖槽模组去除大部分的余量,在此选择一把10R1mm的刀具。再采用曲面粗加工外形模组去掉挖槽模组没加工的部位,在此先选用一把4R0.4 mm的刀具主要将连杆锻模两端加工到位,由于连杆模具肋部槽宽仅2.5mm,要再选用一把2R0.4 mm的刀具采用曲面粗加工外形模组对模具类肋部单独加工。最后采用曲面精加工平行铣削模组对锻模进行精加工到需要的尺寸。选用4R2 mm的球刀进行加工,这样模具肋部有的部位加工不到,因模具在加工完成后要进行热处理,再进行表面打磨,故可以不考虑这个因数。(4)切削参数的选择。选择合理的切削深度a、进给量f和切削速度v,对于保证加工质量、降低加工成本和提高劳动生产率都具有重要的意义。各项参数的选择与刀具、加工表面的粗糙度值要求及工件的大小、材质有着密切的关系。查机械制造工艺手册并结合实践经验选择加工参数(如按表2所示),在加工过程中,还可以通过主轴转速倍率和进给倍率修调适时调整。(5)加工余量的处理。数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中,为了避免复杂的数值计算,一般按零件的实际轮廓来编写数控程序,但刀具具有一定的半径尺寸,如果不考虑刀具半径尺寸,那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径,这就是所谓的刀具半径补偿。在MASTER CAM中铣刀的补偿有4个选项:(1)COMPUTER。当设置在计算机里作补偿时,在数控系统的控制器里补偿应设置为关(或设置刀具半径值为0),此时,在CAM系统得到的NCI文件中的坐标就是实际加工时刀具刀位点的坐标,并且经过适当的后置处理得到的NC文件中不会出现刀具补偿指令。(2)CONTROL。当设置在控制器里补偿里作补偿时,在数控系统的控制器里补偿应设置为开。经过后置处理生成的NC文件中将出现刀具半径补偿指令(G41、G42、G40),而补偿量要通过数控系统进行设置。(3)WEAR。在实际加工中可以同其他方法达到同样的效果,不再赘述。选择该选项则既可在计算机内赋予铣刀补正,又可在控制器里赋予铣刀补正,且补正方向在计算机内和在控制器里相同。(4)REVERSE WEAR。选择该选项则既可在计算机内赋予铣刀补正,又可在控制器里赋予铣刀补正,但补正方向在计算机内和在控制器里相反。在进行加工余量处理前,应先找出总余量。现假设已找到总余量为,加工时选择的刀具直径为,在CAM中如设定刀具半径R,经过半径补偿后,在零件上不会有加工余量;但如果在设置刀具参数时将刀具的半径设定为R+,经过半径补偿后,会在零件上留下的加工余量。模具加工时,都存在多品种小批量的情况,在加工过程中需要换刀的次数很多。如果每一次换刀都要去修改数控系统的刀具补偿值,显然比较繁琐,且容易出错。这时,在用CAM系统生成数控加工程序时,将补偿设定在COMPUTER补偿,通过控制CAM系统中的刀具半径来控制加工中的余量。在加工时按选定的刀具进行加工,数控系统中的刀具参数不用作任何修改。用直径10R1mm刀具进行初加工时,在CAM中设置刀具直径为直径10.4R1mm,这样,在加工面上就会留下约0.2mm的加工余量。在用直径4R1mm刀具加工时,因下一把刀为球刀,切削能力不强,余量很小,在用CAM编写加工程序时可以不留余量,在对刀后将刀具提高0.5 mm和利用加工时材料的弹性来得到加工余量。其余刀具按刀具实际尺寸设定就可以了。5 CAM的实现CAM过程的第一步就是设置刀具库。在刀具库管理器中选择本次加工所需的刀具,刀具列表中列出了当前刀具的主要参数,按上述设置刀具编号、刀具名称、刀具类型、刀具直径等参数并设定每一工序的加工参数,最后得到的刀具路径如图47所示 6加工模拟预先对加工过程进行模拟仿真,即按照实际的加工条件在屏幕上再现实际加工过程,以便检查刀具参数设置得是否正确、夹头是否干涉、加工过程中刀具与工件是否干涉、是否过切等,在试切前就可以发现、解决部分问题,以节约制造成本。因此,仿真有利于缩短产品的设计、制造周期,提高工作效率,具有非常重要的实际意义。在此,选用VERICUT软件对加工进行仿真,通过过切检测发现加工没有过切现象发生,再进行残留检测(如图8所示),发现连杆肋底部有约0.1mm的残留量,在连杆模具两端根部有约0.2 mm的残留,考虑到模具加工完成并进行热处理后,还要进行打磨,这些残留对模具的正常使用不会造成任何影响。综上所述,该方法对连杆终锻模膛的加工是可行的,且在实际生产中也得到了验证。7刀具路径模板的使用连杆是一个常用的零件,如在摩托车上就有125、100、70、50等,同样是125摩托车连杆,不同摩托车厂家在外形、尺寸上又有差别,即便同一摩托车厂家的连杆,不同的锻造厂又可能会有细微的改动,所以在实际的模具生产加工中,连杆模具是一个多品种小批量的加工,这样在用CAD/ CAM进行数控编程时就显得繁琐、易错、费时。但分析一下就会发现,其实每一连杆模具的加工工艺几乎是一样的,可以应用MASTERCAM的宏功能建立刀具路径模板供其他连杆模具加工使用。先按上述方法生成刀具路径,然后将图形删除后另存为刀具路径模板,这样刀具、加工模组及其切削参数就保留了下来。当需要加工其他连杆模具时,先打开保存的刀具路径模板文件,再点击文件合并文件,选择要加工的模具图形文件,这样就将图形文件与刀具路径模板文件合在一起了,根据实际加工情况,选择相应的加工图素,重新生成刀路即可得到新的连杆模具刀具路径。8结束语连杆是一个常用的零件,本文叙述了连杆模具的设计与数控加工过程,在数控加工过程中应用刀具半径补偿来解决加工余量设置问题,并通过VER- ICUT的仿真验证是确实可行的,在实际生产加工中也得到了验证。参考文献:1刘鹏.简析模具的先进制造技术J.中国科技信息,2006(9):131-132.2张进春.刀具半径补偿在CAM系统中的应用J.重庆职业技术学院学报,2006(5