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| 編輯推薦： |
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《高速铣削淬硬钢技术》以高速铣削汽车大型覆盖件模具为例，按高速铣削淬硬钢的**性能评价与工艺设计流程进行内容编排。《高速铣削淬硬钢技术》可作为从事高速铣削工艺设计与淬硬钢模具制造的工程技术人员的参考书，也可作为高等院校相关专业研究生的专业课教材。
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| 內容簡介： |
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高速、高效铣削技术是国家重点支持的研究领域之一，高速铣刀是实现高效、精确铣削加工的重要工艺装备。《高速铣削淬硬钢技术》面向汽车淬硬钢模具制造企业需求，针对高速铣刀切削淬硬钢中存在的关键问题，综合运用多学科理论与技术，并与工艺实验紧密结合，分析多特征量强耦合作用对淬硬钢高速铣削过程的影响，阐述高速铣刀切削淬硬钢的工艺方法。《高速铣削淬硬钢技术》主要内容包括高速铣削淬硬钢工艺方法及存在的问题分析、高速铣刀切削淬硬钢的振动特性、高速铣削淬硬钢曲面的**稳定性、高速铣刀切削淬硬钢的安全可靠性、高速铣刀切削淬硬钢的磨损特性、高速铣刀切削淬硬钢加工表面形貌、高速铣刀切削淬硬钢工艺设计方法七个部分。
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| 目錄：
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前言
第1章 高速铣削淬硬钢工艺分析
1.1高速铣削淬硬钢模具的工艺状况
1.1.1淬硬钢模具生产状况
1.1.2淬硬钢模具高速铣削工艺
1.1.3淬硬钢模具加工中**服役状况
1.2汽车覆盖件模具高速铣削工艺分析
1.2.1车门内板A柱模具加工特征
1.2.2模具半精加工工艺分析
1.2.3模具精加工工艺分析
1.2.4模具加工中的铣刀失效分析
1.3淬硬钢模具加工质量检测方法
1.3.1淬硬钢模具的型面检测方法
1.3.2淬硬钢模具的静态检测方法
1.3.3淬硬钢模具的动态检测方法
1.4高速铣削淬硬钢加工中存在的问题
1.4.1切削效率与加工表面质量冲突
1.4.2切削效率与安全可靠性交互作用
1.4.3高速铣削振动与铣刀不稳定切削
1.4.4高速铣削淬硬钢中的关键问题
1.5高速铣削淬硬钢模具的关键技术
1.5.1高速铣削淬硬钢基础技术
1.5.2高速铣削淬硬钢**技术
1.5.3高速切削硬度离散型模具铣刀
1.5.4大长径比模具铣刀高速铣削稳定性
1.5.5大型覆盖件模具高速铣削工艺技术
1.6本章 小结
第2章 高速铣刀切削淬硬钢振动特性
2.1高速铣削淬硬钢实验及其加工特性关联分析
2.1.1实验目的与实验方案
2.1.2高速铣削淬硬钢加工特性实验结果
2.1.3高速铣削淬硬钢加工特性关联矩阵
2.1.4淬硬钢高速铣削加工特性关联分析
2.2高速球头铣刀瞬态切削力特性
2.2.1高速球头铣刀切削刃设计模型
2.2.2高速球头铣刀瞬态切削力模型
2.2.3铣刀加工倾角与转速对瞬态切削力影响
2.2.4高速球头铣刀结构参数对瞬态切削力影响
2.3高速铣刀切削稳定性判据与分析方法
2.3.1高速铣刀切削力与离心力振动模型
2.3.2高速铣刀切削稳定性判据
2.3.3高速铣刀切削稳定性分析方法
2.4高速球头铣刀切削淬硬钢振动特性
2.4.1直径对铣刀切削振动影响特性
2.4.2悬伸量对铣刀切削振动影响特性
2.4.3**误差对铣刀切削振动影响特性
2.4.4凸凹曲面对高速球头铣刀切削振动影响特性
2.5本章 小结
第3章 淬硬钢复杂曲面高效切削稳定性
3.1工件硬度分布对高速铣刀切削稳定性影响
3.1.1实验条件及工件硬度分布测试结果
3.1.2淬硬钢硬度分布对高速铣刀切削振动影响特性
3.1.3高速铣削多硬度拼接件铣刀振动特性分析
3.2淬硬钢凹曲面高速铣削稳定性分析
3.2.1淬硬钢凹曲面试件及分析方法
3.2.2高速铣削淬硬钢凹曲面铣刀振动特性仿真分析
3.2.3高速铣削淬硬钢凹曲面振动实验
3.2.4淬硬钢凹曲面高效稳定切削条件
3.3淬硬钢凸曲面高速铣削稳定性分析
3.3.1淬硬钢凸曲面试件及分析方法
3.3.2高速铣削淬硬钢凸曲面铣刀振动特性仿真分析
3.3.3高速铣削淬硬钢凸曲面实验与稳定切削条件
3.4高速铣刀加工淬硬钢复杂曲面切削稳定性控制方法
3.4.1高速铣削淬硬钢切削力与离心力交互作用分析
3.4.2机床振动特性对淬硬钢高速铣削稳定性影响
3.4.3淬硬钢复杂曲面高效稳定切削条件求解方法
3.4.4汽车内覆盖件淬硬钢模具高效切削稳定性分析
3.5本章 小结
第4章 高速铣刀切削淬硬钢安全可靠性
4.1高速铣刀失效判据与安全裕度模型
4.1.1高速铣刀切削载荷分析
4.1.2高速铣刀切削淬硬钢失效判据
4.1.3高速铣刀可靠性分析与安全裕度模型
4.2高速球头铣刀模态特性分析
4.2.1高速球头铣刀模态振型分析
4.2.2铣刀悬伸量对模态振型影响
4.2.3高速球头铣刀模态参数识别与分析
4.3高速球头铣刀物理场安全可靠性分析
4.3.1高速球头铣刀切削淬硬钢热力耦合场分析
4.3.2高速球头铣刀切削淬硬钢实验及切削载荷分析
4.3.3高速球头铣刀切削淬硬钢物理场及安全裕度分析
4.3.4铣刀磨损对淬硬钢高速铣削安全可靠性影响
4.4高速球头铣刀切削淬硬钢疲劳特性
4.4.1高速球头铣刀切削淬硬钢实验
4.4.2高速铣刀疲劳寿命分析结果
4.4.3切削力与切削振动对铣刀疲劳寿命影响
4.5高速球头铣刀切削淬硬钢复杂曲面安全裕度分析
4.5.1淬硬钢复杂曲面高速铣削实验
4.5.2高速铣削淬硬钢侧立面安全裕度分析
4.5.3高速铣削淬硬钢过渡曲面安全裕度分析
4.6高速铣刀安全裕度控制方法与工艺可靠性实验
4.6.1高速球头铣刀切削淬硬钢冲击应力分析
4.6.2高速铣刀安全裕度控制方法
4.6.3高速铣削多硬度分布凸凹曲面安全裕度分析
4.6.4高速铣削多硬度拼接曲面工艺可靠性分析与实验
4.7本章 小结
第5章 高速铣刀切削淬硬钢磨损特性
5.1高速球头铣刀切削淬硬钢切触模型与应力分布特性
5.1.1高速球头铣刀切削淬硬钢切触模型
5.1.2高速球头铣刀切削淬硬钢曲面切触应力分布特性
5.1.3加工倾角对高速球头铣刀切触应力影响
5.2高速球头铣刀切削淬硬钢磨损模型与基本磨损特性
5.2.1高速球头铣刀切削淬硬钢高副滑动磨损模型
5.2.2切触应力分布对铣刀磨损影响特性
5.2.3涂层硬质合金球头铣刀切削淬硬钢初期磨损特性
5.2.4铣削方式对涂层硬质合金球头铣刀磨损影响特性
5.2.5加工倾角对涂层硬质合金球头铣刀磨损影响特性
5.3高速球头铣刀切削淬硬钢振动磨损特性
5.3.1高速铣刀振动磨损模型
5.3.2高速球头铣刀切削淬硬钢初期振动磨损实验
5.3.3高速球头铣刀切削淬硬钢振动冲击磨损实验
5.4高速铣削淬硬钢**磨损的动力学特征
5.4.1高速铣刀后刀面磨损应力特征及其磨损特性演变过程
5.4.2高速铣刀磨损的动态切削力特征模型
5.4.3高速球头铣刀切削淬硬钢磨损振动特性
5.4.4高速铣削淬硬钢**磨损识别方法
5.5高速铣削淬硬钢曲面**磨损与切削力响应特性
5.5.1高速铣削淬硬钢曲面**磨损实验
5.5.2高速球头铣刀磨损特性与使用寿命分析
5.5.3高速球头铣刀磨损过程中的切削力响应特性
5.6高速铣刀切削淬硬钢效率寿命及其控制方法
5.6.1高速铣刀切削淬硬钢振动磨损耦合作用分析
5.6.2高速铣刀切削淬硬钢磨损形态演变特性与使用寿命实验
5.6.3高速铣刀切削淬硬钢相对滑动系数及其影响特性
5.6.4高速铣刀切削淬硬钢效率寿命模型
5.6.5高速铣刀切削淬硬钢效率寿命功能分析
5.6.6高速铣刀切削多硬度拼接淬硬钢曲面效率寿命实验
5.6.7高速铣削淬硬钢**破损与效率寿命控制方法
5.7本章 小结
第6章 高速铣刀切削淬硬钢加工表面形貌
6.1高速铣削淬硬钢加工表面形貌特征
6.1.1切削参数对加工表面形貌的影响
6.1.2不同硬度分布的加工表面形貌
6.1.3多硬度拼接件的加工表面形貌
6.2高速铣削加工表面形貌特征的模型分析方法
6.2.1高速铣刀振动对淬硬钢加工表面形貌的影响
6.2.2高速铣刀切削运动轨迹的修正
6.2.3高速铣刀加工表面形貌分析与实验验证
6.2.4淬硬钢加工表面形貌仿真及实验验证
6.3高速铣削淬硬钢平坦面的加工表面形貌
6.3.1加工表面形貌仿真与实验结果
6.3.2加工表面形貌仿真结果修正
6.3.3加工表面形貌特性与影响因素
6.3.4仿真与实验结果讨论
6.4高速铣削淬硬钢曲面加工表面形貌
6.4.1实验方法与实验条件
6.4.2垂直切削淬硬钢曲面加工表面形貌
6.4.3斜切淬硬钢凹曲面加工表面形貌
6.4.4斜切淬硬钢凸曲面加工表面形貌
6.4.5平行切削淬硬钢曲面加工表面形貌
6.5高速铣削多硬度拼接曲面加工表面形貌
6.5.1实验方法与实验条件
6.5.2垂直切削拼接曲面加工表面形貌
6.5.3斜切拼接式凹曲面加工表面形貌
6.5.4斜切拼接式凸曲面加工表面形貌
6.5.5平行切削拼接曲面加工表面形貌
6.6高速铣削淬硬钢拐角清根加工表面形貌
6.6.1实验方法与实验条件
6.6.2淬硬钢拐角侧立面加工表面形貌
6.6.3淬硬钢清根加工表面形貌
6.7本章 小结
第7章 高速铣刀切削淬硬钢工艺设计方法
7.1汽车覆盖件模具加工特征与铣削工艺
7.1.1汽车覆盖件模具结构特点
7.1.2典型汽车覆盖件模具加工特征
7.1.3汽车覆盖件淬硬钢模具铣削工艺策略
7.1.4高速铣削淬硬钢模具的加工机床
7.1.5高速铣削淬硬钢模具的**
7.2典型汽车覆盖件模具铣削工艺分析
7.2.1淬硬钢模具铣削工艺特点
7.2.2车门模具铣削工艺分析
7.2.3内板立柱模具铣削工艺分析
7.2.4汽车顶棚模具铣削工艺分析
7.2.5汽车覆盖件模具铣削加工中存在的问题
7.3高速铣刀切削淬硬钢服役性能评价模型
7.3.1高速铣刀切削温度与切削速度求解模型
7.3.2高速球头铣刀切削淬硬钢临界切削厚度
7.3.3高速铣刀切削淬硬钢加工表面质量特性
7.3.4高速铣刀切削淬硬钢服役性能评价模型
7.4高速铣刀切削复杂曲面控制变量层次结构模型
7.4.1高速球头铣刀切削运动姿态
7.4.2高速球头铣刀切削淬硬钢加工元素集及关系集
7.4.3高速球头铣刀切削淬硬钢加工要素层次结构
7.5高速铣刀切削淬硬钢工艺优化设计方法
7.5.1高速铣刀切削淬硬钢工艺设计与综合评价方法
7.5.2高速铣刀切削淬硬钢加工表面质量控制方法
7.5.3高速铣削淬硬钢**切削路径优选方法
7.5.4高速铣削淬硬钢**优选方法
7.6高速铣刀切削淬硬钢模具工艺实验
7.6.1多硬度拼接淬硬钢凸模的铣削工艺实验
7.6.2多硬度拼接淬硬钢凹模的铣削工艺实验
7.6.3车门模具铣削工艺验证实验
7.6.4内板立柱模具铣削工艺实验
7.6.5顶棚模具铣削工艺实验
7.6.6内板模具铣削工艺实验
7.7本章 小结
参考文献
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| 內容試閱：
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第1章高速铣削淬硬钢工艺分析
采用高速铣削技术可以显著提高模具生产效率、模具型面精度及模具寿命，因此高速铣削工艺及**在模具制造企业得到广泛应用。大型淬硬钢模具具有结构尺寸大、型面形状复杂、尺寸精度和表面精度要求高的特点，是汽车大型覆盖件制造的重要工艺装备。此类模具凸、凹模和刃口部分多采用整体和镶块式淬硬钢加工而成，其加工区域存在大比例的高硬度表面，对高速铣刀在长行程模具型面加工过程中的切削稳定性提出了更高要求，高性能的高速铣刀及其设计技术成为高速铣削加工淬硬钢中重点研究和发展的关键技术之一。
1.1高速铣削淬硬钢模具的工艺状况
1.1.1淬硬钢模具生产状况
随着汽车制造行业的不断发展，汽车改型与更新换代日趋频繁，汽车换型时约80%以上模具需要更换，主要为汽车大型覆盖件模具，如图1-1所示。据统计，一个车型约需大中型覆盖件模具260套，年需936万个工时的制造能力，国内模具制造企业只有500万个工时的能力，缺口近一半，且主要集中在大型淬硬钢模具半精加工和精加工工序。现阶段，汽车覆盖件淬硬钢模具产品的需求越来越大，其结构更加复杂，合同交货期越来越短，对其加工表面质量、加工精度的要求则越来越高。
为适应汽车覆盖件淬硬钢模具的上述要求，国内汽车模具制造企业在已有的基础上，采用国际主流的CADCAECAM技术，利用大型龙门数控加工中心和先进检测设备，建立起轿车整车模具制造工艺平台，已经全面实现了模具、夹具一体化，具备为用户提供完整的白车身工装产品能力，可为国内外汽车厂商的车身模具开发提供服务。其中，技术实力雄厚的模具骨干企业，其员工人数均超过1000人，技术人员占员工总数70%以上，拥有世界先进水平的软硬件条件和优秀的技术人员队伍，其企业经营上的“产品品牌化”、“国际化”理念和模具制造的“技术信息化”、“管理数字化”、“设备现代化”程度显著增强。从事汽车模具生产的大型专业公司普遍具备每年1500标准套以上模具的设计制造能力，不仅常年承接国内数十家汽车生产企业的订单，而且先后承揽了美国、瑞士、英国、德国等欧美市场的大量订单。
近年来，国内最具核心竞争力的生产车身模具、焊接夹具和检验夹具的骨干企业，通过开发模具新产品，优化和提高大型精密模具制造技术，能够制造轿车整车制造所需要的大型复杂精密模具。例如，可设计制造难度最大的整体侧围外板和前翼子板的模具，以及精度要求同样很高的发动机盖内外板、顶盖、前后车门外板、后翼子板、后行李箱外板、后翻门等汽车覆盖件模具，如图1-2～图1-4所示。
目前，国内进口的大型精密淬硬钢模具仍占进口模具总量的25%以上。虽然我国汽车模具制造企业在模具设计方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构方面也接近国际水平，在高档汽车模具国产化进程中前进了一大步，但在大型淬硬钢模具整体制造质量和制造周期等方面，与国外相比尚存在较大的差距，大型、精密汽车覆盖件模具主要依赖进口。在此背景下，进行淬硬钢模具高速铣削技术研究，对提高国内汽车模具制造企业整体技术水平，促进汽车模具制造行业发展具有积极推动作用。
图1-1汽车覆盖件及其模具，图1-2汽车覆盖件模具生产
图1-3典型汽车覆盖件模具，图1-4汽车前机盖模具
1.1.2淬硬钢模具高速铣削工艺
汽车大型覆盖件模具材料主要采用合金铸铁7CrSiMnMoVHRC40～55和淬硬钢Cr12MoVHRC55～64。其中，7CrSiMnMoV主要用于汽车外板、侧围等对加工表面质量要求高的模具；Cr12MoV主要用于车门内板、翼子板等型面复杂、强度要求高的模具。
为了避免过切，保证工艺和编程可靠性，在汽车大型覆盖件模具型面粗加工工序，通常选用直径50mm球头铣刀，在半精加工和精加工工序通常选用直径20～30mm球头铣刀，其铣削工艺和**如表1-1、表1-2和图1-5所示：
表1-1汽车覆盖件模具铣削工艺
表1-2汽车覆盖件模具各工序铣刀
a粗加工铣刀b半精加工铣刀c精加工铣刀d清根铣刀
图1-5汽车覆盖件模具加工中选用的铣刀
采用上述工艺和**进行模具型面加工时，由于毛坯尺寸误差较大，切削余量难以控制，粗加工中的切削余量不均，铣刀极易损坏，并影响机床主轴加工精度。因此，该工序对**轨迹控制要求严格，工艺编程复杂。
模具半精加工和精加工中，一把铣刀的使用寿命无法满足大型面加工长行程和长时间持续加工的要求，需在铣刀磨损、破损严重影响加工质量时及时停机检查换刀。为了减少换刀引起的接刀痕，在工艺设计和刀路规划时，通常根据铣刀平均寿命，折算成走刀路线长度，并尽量在模具型面拐角、棱线等特征处换刀，以保证模具型面加工的连续性。其中，模具生产企业采用的精加工工艺如表1-3所示。
表1-3汽车覆盖件模具精加工参数及**
1.1.3淬硬钢模具加工中**服役状况
汽车模具生产企业高速铣削加工中**状况调研发现，淬硬钢模具加工中铣刀损坏现象时有发生，某企业对模具粗加工中铣刀失效形式和原因的分析结果如表1-4所示。
分析该案例发现，模具粗加工中铣刀失效的主要原因为：切削参数选用不当，导致铣刀过切，承受载荷过大，出现折断、损伤；粗加工程序设计不合理，使加工中出现包角，铣刀发生干涉，导致其变形、折断；铣刀安全可靠性较低，在出现过切、包角等问题时，抗过载能力较差。
表1-4模具铣刀失效案例
淬硬钢模具淬火后，其半精加工和精加工中铣刀失效形式和原因的分析结果如表1-5、表1-6所示。分析表1-5、表1-6案例发现，淬硬钢火后半精加工时，模具变形引起的加工余量不均，导致铣刀发生崩刃，在此状态下持续切削，铣刀切削刃产生了严重的磨损、破损。模具型面精加工中，铣刀以45°斜切方式往复切削7CrSiMnMoV和Cr12MoV拼接区域，镶块间隙和工件硬度的周期性突变，使铣刀受到冲击载荷作用，振动明显，铣刀发生微崩刃，导致切削刃磨损加快，铣刀使用寿命缩短，无法满足大型面长行程切削的工艺要求。
表1-5模具半精加工铣刀失效案例
表1-6模具精加工铣刀失效案例
1.2汽车覆盖件模具高速铣削工艺分析
1.2.1车门内板A柱模具加工特征
如图1-6所示，车门内板A柱模具型面上存在大量沟槽、转角、凸起、凹陷，多采用整体和镶块式淬硬钢铣削加工而成，其加工区域存在大比例的多种高硬度表面，是一种典型的具有高硬度复杂曲面和多硬度拼接的汽车大型覆盖件模具。
该模具型面轮廓尺寸较大，由于模具材料内部组织的不均匀性及物理机械性能的各向异性，模具镶块淬火变形量达到1.4mm，远超出了工序设计尺寸精度要求，无法通过一次加工去除变形部分，不能直接进行精加工。因此，该模具粗加工后需要将模具镶块拆下淬火后，再重新拼接装配后进行半精加工和精加工。
车门内板A柱模具材料为Cr12MoV，淬火后硬度约为HRC50～65，其加工机床为三轴龙门数控铣床，半精加工和精加工所使用的**如表1-7所示。
表1-7模具加工选用的球头铣刀
1.2.2模具半精加工工艺分析
车门内板A柱模具淬火后的半精加工工序及切削参数如表1-8所示，其半精加工共分为三道工序，每一道工序的加工效果如图1-7所示。
表1-8内板Ａ柱半精加工切削参数
图1-7内板A柱模具半精加工
受工件淬火变形影响，第一道半精加工工序中铣刀切削冲击较大，主轴转速和进给量比工艺规范中的规定低20%～40%，切削深度设置为0.3mm，加工工时达到5h，且模具型面部分加工表面没有遍历到。第二道半精加工工序中模具型面加工余量不均匀程度有所降低，对铣刀瞬态冲击减小，切削深度设置为0.5mm，并提高主轴转速和进给量。第二道半精加工工序切削深度为0.3mm，主轴转速和进给量保持与第二道半精加工工序相同。
该模具半精加工总工时为12h，每道工序加工工时超过3.5h，均高于推荐的**使用寿命，其每道工序的后半程加工中**磨损、破损严重，深腔和陡峭面加工时**振动较大，使得半精加工误差较大，导致精加工工序的加工余量不均。
1.2.3模具精加工工艺分析
车门内板A柱模具的精加工工艺设计方案及实际切削参数如表1-9所示，其精加工工序的加工效果如图1-8所示。
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