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CN1894066A - 生产锻模的方法、锻模以及锻造物品 - Google Patents

生产锻模的方法、锻模以及锻造物品 Download PDF

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CN1894066A
CN1894066A CNA2004800378842A CN200480037884A CN1894066A CN 1894066 A CN1894066 A CN 1894066A CN A2004800378842 A CNA2004800378842 A CN A2004800378842A CN 200480037884 A CN200480037884 A CN 200480037884A CN 1894066 A CN1894066 A CN 1894066A
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forging
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Abstract

一种锻模生产方法，包括使用具有经过硬化处理的表面的圆头槽铣刀作为切削工具的切削步骤，其中在以下条件下切削锻模材料：工具延伸长度L(mm)、圆头槽铣刀的切削刃的半径R(mm)、主轴转速A(rpm)和进给速度B(mm/min)满足(B/A) 2×(L/(2×R))＝0.01～0.05。通过该锻模生产方法生产出锻模。通过使用生产的锻模进行锻造而生成锻造物品。

Description

生产锻模的方法、锻模以及锻造物品
相关申请的交叉参考
本申请是根据35U.S.C.§111(a)提交的申请，并根据35U.S.C.§119(e)(1)要求临时申请No.60/534,098的申请日利益，该临时申请是根据35U.S.C.§111(b)于2004年1月5日提交的。
技术领域
本发明涉及一种通过使用铝合金作为原料生产锻模的方法；一种锻模；以及一种通过用该锻模进行锻造而获得的锻造物品。
背景技术
切削过程涉及三个基本因素：高精度、高效率和低成本。在这三个因素中，高效率被认为可通过增加切削速度获得，因此用于实现这种增加的方法很重要。随着切削速度的提高，切削效率也提高。但是，工具寿命会缩短，导致工具成本增加。工具寿命缩短的另一个问题是，工具更换的频率增加会对生产率产生不利影响。因此，实现高效加工仍存在困难。
特别地，近来，由于需要高精度成形的产品，所以也需要模具具有高精度。因此，研究人员目前关注的是用于生产模具的直接切削方法，而不是针对通常使用的放电技术，这是因为这种(直接切削)方法被认为能够以高生产率提供高精度模具。
例如，专利文献1(JP-A HEI 11-170102)公开了与改进切削有关的以下技术。即，使CBN烧结工具内包含的CBN烧结材料的百分比为75％或更多；以至少为1500m/min的速度执行切削；使用多个CBN烧结工具以形成铣面刀具；铣面刀具的切削速度不小于1500m/min；并且在CBN烧结工具的每出屑槽进给速度为0.2～0.4mm/rev，即铣面刀具每转0.2～0.4mm的情况下执行切削。根据专利文献1，即使当增加切削速度时，上述特征仍可有效地防止工具寿命下降。
专利文献2(JP-A 2003-268486)公开了一种热加工工具钢，其包含按质量计算为0.28～0.55％的碳、0.15～0.80％的硅、0.40～0.85％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.018％的硫、2.5～5.7％的铬、1.4～2.8％的钼、0.20～0.90％的钒、0.01～1.65％的钨、0.03～0.89％的钴、0.01～1.65％的镍，并且其余主要为铁和不可避免的杂质；在不可避免的杂质内包含的氮、钛和硼的量分别被限定为按质量计算0.009％或更少、0.003％或更少以及0.012％或更少，并且由JIS规定的非金属夹杂物的清洁度为0.005％或更小的dA和0.020％或更小的d(B+C)，并且经过热处理的马氏体的晶体方位为17～33％。该文献还公开了使用该热加工工具钢可提高可加工性、大大延长工具寿命，并且在钢材料经受机加工过程以便通过直接切削形成模具时和经受超细切削时减小工具寿命的变化，可提供良好的加工表面，从而缩短研磨所需的时间。
另外，专利文献3(JP-A HEI 8-188852)公开了一种由这样的材料形成的模具，该材料的组成为：按重量计算0.25～0.45％的碳、0.05～0.6％的硅、0.2～0.8％的锰、4.0～6.0％的铬、1.0～3.0％的钼、0.3～1.0％的钒、0.005～0.040％的铝、0.001～0.004％的硫，其余为铁和不可避免的杂质，并且硬度为HRC 41到45。专利文献3还公开了当通过包括刻模和塑性成形的方法生产具有上述组成的模具时，模具的生产成本与使用JIS SKT4或SKD61钢生产传统的热锻模的情况下的成本一样低，并且可在比生产传统模具的工作环境更好的工作环境下生产具有良好耐久性的模具，其中，在上述方法中对材料刻模从而形成模具，并且在加压设备下对模具的被刻模表面的每一个圆形拐角部分进行塑性成形，以便获得总等效应变为5％或更小的表面塑性成形，该加压设备的曲率半径小于该拐角的半径。
但是，根据专利文献1中所述的技术，需要占工具的全部材料的75％或更高的CBN烧结材料，并且切削速度为1500m/min或更高，这些是非常特殊的条件，通常使用的机床不能满足这些条件，另外，所提出的工具非常昂贵和不实际。
专利文献2公开了对材料的研究，但是没有讨论工艺条件以便识别特定的、最佳的条件。
专利文献3公开了对材料的研究，并且还公开了一种对拐角部分施加压缩应力的方法。但是，该文献没有公开切削过程的特定条件。
直接切削工艺在切削条件方面具有以下问题。为了对付各种形状，需要深度铣削，并且工具的延伸长度加长。在常规情况下，在反复试验的基础上确定主轴转速和进给速度，当工具延伸长度增加时，不能获得最佳条件。例如，在将主轴转速设定为最大可能水平、并且基于所需的表面粗糙度计算进给和切削深度(节距)的通常作法中，如果使用计算出的进给和切削深度值，则会导致不希望的现象例如工具颤动。在这种情况下，实际上会出现不希望的现象，并且需要校正这些值。按照常规作法，通常建议减小进给速度以便实现良好的精加工。实际上，为了确定可获得最好的精加工表面的条件，需要重复进行该反复试验，这比较费时。
另外，当在高切削速度下通过常规直接切削生产模具时，光洁度很差，并且抛光步骤是必不可少的。抛光步骤需要非常大的工作量，这会增加模具生产成本和延长生产时间。此外，抛光是发生缺陷的主要原因，因为抛光通常用手执行。在这种情况下，研究集中于开发一种能够提供足够的表面光洁度水平的改进的直接切削工艺，该工艺可避免或简化抛光步骤。
本发明是鉴于前文设想出的，并且本发明的目标包括提供一种锻模生产方法，该方法允许在锻模生产期间高速切削，可确保工具寿命，不需要抛光，从而可实现总体较高的生产效率；提供一种锻模，以及提供一种通过使用该锻模进行锻造而生产的锻造物品。
发明内容
为了实现上述目标，本发明针对一种锻模生产方法，包括使用具有经过硬化处理的表面的圆头槽铣刀作为切削工具的切削步骤，其中在以下条件下切削锻模材料：工具延伸长度L(mm)、圆头槽铣刀的切削刃半径R(mm)、主轴转速A(rpm)和进给速度B(mm/min)满足以下等式：(B/A)2×(L/(2×R))＝0.01～0.05。
在上述方法中，锻模材料的硬度为HRC 45到62。
在所述第一或第二方法中，将切削油直接施加在切削工具上，以便在切削期间切削油沿向下方向流动。
在所述第一到第三方法中的任何一个中，锻模生产方法至少包括粗切削、热处理、精密切削和成形切削；该切削步骤是用于执行成形切削；成形切削至少包括三个步骤，其中在各个步骤中的周期进给的比例为(1.2～2)∶(0.2～0.5)∶(0.03～0.05)，并且进给方向包括轮廓线加工的方向和循环铣削的方向中的至少一个。
在所述第一到第四方法中的任何一个中，工件的拐角凹部被切削成具有复合曲率(compound curvature)。
本发明还针对一种通过所述第一到第五锻模生产方法中的任何一个生产的锻模。
上述锻模的表面粗糙度Rmax为5μm或更小，并且形成为具有包括拐角凹部的模腔，该拐角凹部具有复合曲率。
本发明还涉及一种通过使用所述第一或第二锻模进行锻造而生产的锻造物品。
根据本发明，采用直接切削方法以便生产锻模，其中在特定条件下切削锻模材料，即，工具延伸长度、圆头槽铣刀的切削刃的半径、主轴转速和进给速度满足预定关系。因此，可容易地确定最佳工作条件，并且可实现高速切削。而且，确保了工具寿命，可省略抛光操作，从而本发明的方法能够在总体上高效地生产锻模。
附图说明
图1是示出通过本发明的方法生产的示例性锻模的略图。
图2是用于说明轮廓加工的视图。
图3是用于说明圆周加工的视图。
图4是可用于本发明的示例性工具。
图5是用于说明切削条件的原理图。
图6是用于说明切削过程的原理图。
图7是示出具有复合曲率的拐角凹部的图。
图8是另一个示出具有复合曲率的拐角凹部的图。
图9是另一个示出具有复合曲率的拐角凹部的图。
图10是示出在拐角部分的切削条件的原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细说明用于实施本发明的模式。
图1示出通过本发明的方法生产的示例性锻模的略图。如图1中所示具有半圆柱形模腔2的模具1将被作为要通过本发明生产的锻模的一个示例进行说明。此半圆柱形代表这样的情况：其中要切削的表面的倾角在加工期间改变，并且执行深度切削。
首先，模具1的材料优选地为模具钢或高速工具钢，其HRC硬度为45到62，优选地为46到55(HRC代表洛氏硬度C)。该材料的示例包括SKD61和基体高速钢。通过使用这种材料，可生产使用寿命延长且精度提高的模具，从而完全显示出本发明的效果。
下文将说明锻模1的示例性生产流程。可执行以下生产顺序：(a)粗切削→(b)热处理→(c)精密切削→(d)成形切削→(e)抛光→(f)检查。接下来，将逐个说明各步骤(a)到(f)。
(a)粗切削
粗切削利用传统的常用技术进行。例如，通过使用车床和铣床，使模具的外部轮廓成形并钻出索引孔(index hole)。另外，利用圆头槽铣刀，可预先将半圆柱形模腔形成该模腔的总容积的大约80％的程度。
(b)热处理
为了调节韧性和耐磨性的目的而执行热处理。当使用SKD61时，优选的热处理条件如下：在900～1100℃(更优选地为1000～1050℃)的温度下将材料加热30分钟到1个小时，然后快速冷却该材料，然后使材料在500～700℃(更优选地为560～600℃)下保持3到5个小时。可根据模具的大小而改变保持时间。
(c)精密切削
在精密切削时，使用车床以便将模具的外部轮廓精加工为合适尺寸。难以用车床加工的部分可通过使用磨床研磨或通过线切割电火花加工来处理。
(d)成形切削
使用具有经过硬化处理的表面的圆头槽铣刀作为切削工具，以便将模具的模腔精加工成最终形状。成形切削优选地包括多个步骤；例如至少三个切削步骤，并满足下文将说明的切削条件。另外，进给方向优选地包括轮廓线加工和/或圆周加工。
图2和图3分别是用于说明轮廓线加工和圆周加工的图例。这些附图示出用于获得具有最终形状的模腔2的切削过程的进程。应指出，工具的切削刃在点P1(x1，y1，z1)处开始，经由(1)→(2)→(3)→(4)行进，并且当切削刃移动到点(x2，y2，z2)时，根据是采用轮廓线加工还是圆周加工，在(5)处可以有两个选择。
在图2内所示的轮廓线加工中，首先在(5)处，给出点P2的Z-轴坐标z2和点P1的Z-轴坐标z1之间的差“b”以确定Z-轴坐标。然后，在线L上计算P2的X-轴坐标x2以便对应于Z-轴坐标z2，从而确定代表点P2的(x2，y2，z2)。因此，行进到具有上述坐标的点P2，并沿(6)进一步移动。轮廓线加工应用于直立壁，并在Z-轴方向(即深度方向)上以预定的周期进给(节距)沿向下或相反地向上的方向逐渐进行。因此，轮廓线加工的优点是能够有效地加工具有波动形状的物体。
相反，根据图3所示的圆周加工，首先在(5)处，给出点P2的X-轴坐标x2和点P1的X-轴坐标x1之间的差“a”以确定X-轴坐标。然后，在线L上计算P2的Z-轴坐标z2以便对应于X-轴坐标x2，从而确定代表点P2的(x2，y2，z2)。因此，行进到具有上述坐标的点P2，并沿(6)进一步移动。圆周加工应用于准平面的形状，并在XY-平面(即水平方向)内以预定的周期进给(节距)沿向内或相反地向外的方向进行。因此，圆周加工的优点是能够有效地加工具有平缓坡度的物体。
当加工具有复杂形状的物体时，优选地，组合使用轮廓线加工和圆周加工。例如，可以通过以预定的Z方向周期进给来给刀的轮廓线加工整齐地加工具有几乎直立的壁的部分。但是，在具有几乎为平面的表面的部分，周期进给加长(换句话说，变粗糙)。因此，为了补偿这一问题，对于具有几乎为平面的表面的部分建议采用圆周加工。
当希望加工出半圆柱形形状——该形状代表一种表示要加工的表面具有变化的倾角的示例性形状——时，优选地，使用轮廓线加工加工具有较浅深度的上部部分，并且使用圆周加工加工具有较深深度的下部部分。鉴于这两种加工所实现的周期进给大约相等，这两种加工的转换优选地在这样的位置发生，即半圆柱形模腔的切线曲面和水平面之间的角度变为30～50°。另外，优选地，两种加工之间的重叠为0.1～1mm，以便防止在转换边界区域留有未加工的部分。
成形切削是所谓的直接切削。根据要加工的轮廓，可使用较小的切削工具(工具半径R为0.2到1mm，优选地为0.5mm)以除去任何微小的“遗留”部分。
(e)抛光加工
当希望经过加工之后的表面的粗糙度改进为更高质量时，根据需要执行抛光加工。例如，可通过使用磨石研磨表面，随后将金刚石研磨膏涂覆在该表面上，并使用抛光毡轮或木制件抛光该表面。根据经过成形切削的工件的情况，可省略抛光加工。
(f)检查
最后，检查完成的工件。检查项目包括利用三维测量装置、游标卡尺或量规进行尺寸检查；利用轮廓测量装置进行尺寸检查；利用硬度计进行硬度检查；以及利用表面粗糙度测量器进行表面粗糙度检查。
接下来，将说明根据本发明的工件切削过程。首先，说明本发明的工件切削过程所采用的工具。
图4示出本发明所采用的工具的一个示例。对于要用于本发明的工具3没有特别限制，只要该工具具有经过硬化处理(表面硬化处理)的表面就可以。例如，在基体表面上涂覆有硬化层。用于硬化层的材料例如包括TiALN(钛铝氮化物)、TiSiN(钛硅氮化物)和CrSiN(铬硅氮化物)。尤其是，考虑到工具寿命，相对于模具材料具有低摩擦系数并且增加硬度的覆层具有高氧化起始温度的材料是优选的。
考虑到提高工具的刚性，工具3的切削刃的形状优选地类似于圆头槽铣刀的形状，并且具有0.6～0.8的(芯径)/(外径)比率。对出屑槽(flute)的数量没有特殊限制，并且可使用具有两到三个出屑槽的工具。
为了有助于深度加工，优选地工具直径D(＝2R)为0.4～10mm，优选地为0.5～6mm，并且工具延伸长度L优选地为5～20mm(更优选地为5～17mm)。
此外，为了加工出微小轮廓，工具直径D(2R)优选地为0.2～2mm(更优选地为0.4～2mm)。
尤其是，满足关系L/2R(＝L/D)＝3～20(优选地3.5～15)的工具是有利的，这是因为可更好地实现本发明的效果。
已加工表面的光洁度受到切削工具在切削期间的振摆的影响。为此，当切削工具空转时(当处于附装状态的切削工具旋转但不执行加工时)，切削工具的振摆优选地被抑制在5-m或更小的水平。为此，可使用不同方法，例如包括：使用允许旋转主轴的振摆最小(例如2μm或更小)的设备；使用用于将切削工具安装在机器的工具主轴上的双表面限制型套爪保持器；用于保持切削刃的套爪卡盘的收缩配合；以及这些方法的任意组合。
接下来，将说明切削条件。
根据本发明，在这样的条件下执行切削，其中工具延伸长度L(mm)、圆头槽铣刀的切削刃的半径R(mm)、主轴转速A(rpm)和进给速度B(mm/min.)满足(B/A)2×(L/(2×R))＝0.01～0.05。
迄今，在反复试验的基础上确定主轴转速和进给速度，并且当增加工具延伸长度以便有助于深度加工时，不能获得最佳条件。
当主轴转速设定为尽可能高时，可基于所要求的表面粗糙度计算进给和切削深度(节距)。但是，如果使用计算出的进给和切削深度值，则会导致不希望的现象例如工具颤动。在这种情况下，实际上会出现不希望的现象，并且需要校正这些值。按照常规作法，通常建议减小进给速度以便获得良好的光洁度。但是，实际上，为了确定能够获得最好的加工表面的条件，需要重复进行该反复试验，这是费时的。
本发明人已发现，过低的进给速度会对精加工表面的状态造成负面影响，这使得难以识别实现最佳条件的参数。发明人已经确定，通过控制(B/A)2×(L/(2×R))的值可以令人满意地避免这一问题。
可以设想的机构如下。当检查切削后的工件的表面时，如图5所示，观察切削刃的宏观互补轮廓和切削刃的微观互补轮廓，并且这些轮廓的情况与精加工表面的质量紧密相关。
当进给速度相对于主轴转速变得过大时，由于发生切削工具的咬入而将留有缺陷标记，该缺陷标记被认为对应于切削刃的宏观互补轮廓，并且当切削刃与尖端(cusp)碰撞时会生成微小碎屑。
相反，当进给速度相对于主轴转速变得过小时，将留下非常微小的划痕，该划痕被认为对应于切削刃的微观互补轮廓。尤其是，在工具已实际使用很长的一段时间之后，将很容易生成划痕。
因此，在确定切削条件时，必须考虑上述因素的平衡。但是，仅考虑主轴转速与进给速度的比率是不够的，并且现在已经清楚，工具的切削刃的半径以及L/2R也是重要的。
本发明人将注意力集中在与工具的动能相关联的(B/A)2的值和作为工具参数的(L/2R)的值。因此，在工具半径很小或者L/2R很大的情况下也可进行成功的控制。
因此，现在由于在这样的条件下——即，工具延伸长度、圆头槽铣刀的切削刃的半径、主轴转速和进给速度满足预定关系——通过切削加工锻模材料，所以可容易地确定最佳工作条件，获得良好的表面光洁度，并且可实现高速切削。尤其是，当工具延伸长度增加并执行深度加工时，可获得令人满意的表面。此外，由于获得了一致的切削条件，同时防止了工具颤动，所以不仅可延长工具寿命，而且还可省略抛光步骤。因此，本发明能够在总体上高效地生产锻模。
优选地，根据工件的表面轮廓改变进给速度。特别是，如果工具的前进方向在拐角部分改变35°～45°或更多，则当切削刃到达变化点之前的0.2～0.5mm的位置时，进给速度优选地减小30～40％。
成形切削优选地包括至少三个切削步骤，并且工具的进给方向优选地包括轮廓线加工和/或圆周加工。在此情况下，在各个步骤内的周期进给(即沿工具的半径方向的节距)的比例优选地为(1.2～2)∶(0.2～0.5)∶(0.03～0.05)。当满足这些比例时，由于通过第二步骤内的切削，可将整个表面上残留的不均匀的可去除余量平整为10～30μm或更小，并且随后执行第三步骤内的切削；或者换句话说，由于通过第二步骤内的切削，可将整个表面上残留的不均匀的可去除余量平整为最终加工余量的20～80％，然后执行第三步骤内的切削，所以可防止加工面产生不均匀的光洁度，这种不均匀的光洁度否则可能会在第三步骤内产生。结果，可以使为了提高精加工精度而执行的第三步骤内的加工余量均匀，从而可在第三步骤内一致地执行切削，并且可改进模具设计方面的尺寸精度。
特别地，当生产具有半圆柱形模腔的模具时，在第二、第三和任何随后的步骤中，优选地，可组合使用轮廓线加工和圆周加工。
可在以下条件下执行示例性切削操作：在第一步骤中，执行轮廓线加工，其中周期进给为1.5～2.2mm，优选地为1.8mm，切削深度为0.15～0.25mm，优选地为0.2mm；在第二步骤中，组合使用轮廓线加工和圆周加工，其中周期进给为0.3～0.5mm，优选地为0.4mm，切削深度为0.3～0.5mm，优选地为0.4mm；在第三步骤中，组合使用轮廓线加工和圆周加工，其中周期进给为0.04～0.06mm，优选地为0.05mm，切削深度为0.04～0.06mm，优选地为0.05mm。周期进给和切削深度之间的关系如图6所示。
可使用不溶于水的切削油作为切削油(润滑油)。例如，可使用属于硫化脂肪油的碳钢切削油或合金钢切削油。优选地，切削油在15℃～30℃的温度下被提供。接下来，将说明根据本发明的优选切削油流动模式。流量优选地为15～25升/分钟。
当使用传统的吹风模式时，尽管可在某种程度上吹掉切屑，但是冷却能力不足。
根据传统的雾喷射模式，将不溶于水的切削油转化成雾，并将该雾与空气一起喷到切削刃上。雾的供给速度可例如为0.2升/分钟，而空气的供给速度为200升/分钟。对于这种方法，由于喷嘴的数量通常仅为1个，所以当雾喷射被工件阻塞从而不能到达切削刃的末端时，切削油雾的作用减弱或者根本不能获得。
根据本发明的一种优选切削油流动模式，从至少两个方向喷射油，从而保持从切削刃的尖端测量的至少5mm的尖端部分总是浸在切削油内。对于这种模式，即使当切削工具位于工件后面时，工具的尖端也总是浸在切削油内，因此总是能够实现切削油的作用。由于根据本发明，工具的主轴转速高，所以这种流下模式是有利的，因为它能提供足够的冷却作用，从而使工具寿命延长。
优选地，从切削刃上方向下提供切削油。尤其是，以工具为中心沿所有方向提供切削油是优选的，这是因为当加工直立壁状部分时可防止供给的切削油不足。特定地，切削油喷嘴可围绕工具设置，同时喷嘴端部面向工具。
当生成切屑的条件不合适时，切屑趋向于附着在工具上从而妨碍工具的性能，或者使工具快速磨损从而缩短工具的使用寿命。此外，它们会增加切削阻力从而减慢切削速度或加速工具磨损。特别地，切屑的不充分排出会导致工具颤动，这会降低精加工表面的质量或加速工具损坏。本发明通过以流下模式提供切削油令人满意地解决了这些问题，实现了切屑的有效排出。流畅地除去切屑可防止切屑附着在工具上，生成缺陷以及工具颤动，从而稳定切削条件。
接下来将说明复合曲率。复合曲率是相对于由直线部分和弯曲部分形成的拐角的凹度限定的，并且代表这样的轮廓：除了拐角的预定半径(R1)之外，该轮廓包括曲率半径(R2)为R1的多于1倍且4倍以下、优选地为1.5～2.5倍的至少一个曲线，该曲线添加到弯曲部分和直线部分之间的过渡部分。复合曲率给出了能够防止工具的接触面积急剧变化的轮廓。在将拔模斜度(draft angle)添加到直立壁部分的情况下，可以认为这起到与复合曲率类似的作用。
图7、8和9是示出具有复合曲率的拐角凹部轮廓的横截面。图7内所示的具有复合曲率的拐角凹部轮廓可通过以下步骤设定：
(1)从锻造产品的形状确定作为限定拐角的壁面的横截面轮廓形状的Lv和Lh。
(2)从锻造产品的拐角所需的形状确定Ra。例如，Ra可以是给定锻造产品的拐角的曲率半径。
(3)给定复合曲率指数α。α可以是0.5Ra或更小。例如，α可以由(锻造产品的拐角形状的公差值)×(0.5到2)限定。
(4)画出虚圆(A)，并且点(Xa(＝Ra)，Ya＝(Ra+α))作为中心，该中心是距Lv的长度为Ra的位置和距Lh的长度为Ra+α的位置。
(5)得到与虚圆(A)和Lh均接触的虚圆(B)。虚圆(B)可在与这两者接触的条件下通过数值计算或作图获得。当得到多个解时，可选择为Ra的4倍或更小的任何一个解。
(6)虚圆(A)和(B)之间的关系是虚圆(A)内切于虚圆(B)。这是复合曲率的特征之一。
(7)与虚圆(A)接触的虚圆(B)的中心是点(Xb＝(Rb-β)，Yb＝(Rb))，该中心是距离Lh的长度为Rb的位置，该虚圆(B)的半径为Rb，其中Rb和β是由上述项(5)中的接触条件获得的常数。
(8)画出与虚圆(A)和Lh均接触的半径为Ra的圆弧(BB)，该圆弧以点(Xb，Yb)作为中心。
(9)画出与圆弧(BB)和Lv均接触的半径为Ra的圆弧(AA)，该圆弧以点(Xa，Ya)作为中心。
(10)连接Lv、圆弧(AA)、圆弧(BB)和Lh，以确定具有复合曲率的拐角凹部轮廓。
在图7和8中，使用Ra的尺寸公差作为标准来确定α，Ra是与Lv接触的圆弧，Rb是与Lh和Ra接触的圆弧，并且Xa和Xb是从引用的元件的尺寸自动确定的尺寸。在图7中，拐角凹部由直线部分Lh和Lv、具有预定的曲率半径Ra的弯曲部分和具有曲率半径Rb的另一个弯曲部分形成，这些部分相连接以呈现出稍微为多级的形状。尽管在图7中Rb设置成与Ra和Lh接触，但是它也可以设置成与Ra和Lv接触。当要获得具有另一个复合曲率的拐角凹部轮廓时，可以通过在虚圆(A)和(B)之间添加另一个虚圆获得。例如，画出与虚圆(A)接触的半径为Rc的虚圆(C)，该虚圆以点(Rc，Rc+αc)为中心，其中αc＝mαa且Rc＝nRa，其中αa(中的α)是虚圆(A)的α，m是小于1的值，例如为0.5，并且n是大于1的值，例如为2。假设虚圆(B)设置在虚圆(C)和Lv之间，则可以基于虚圆(A)、(B)和(C)获得具有另一个复合曲率的拐角凹部轮廓。
图8示出设置拔模斜度的情况。与图7的情况类似，拐角凹部由直线部分Lh和Lv、具有预定曲率半径Ra的弯曲部分和具有曲率半径Rb的另一个弯曲部分形成，这些部分相连接以形成稍微为多级的形状。尽管在图8中Rb设置成与Ra和Lh接触，但是它也可设置成与Ra和Lv接触。这种轮廓是优选地，因为在直立壁部分可容易地防止与工具接触。
图9示出这样的情况，其中拐角凹部包括具有预定的曲率半径R并占该拐角凹部的60％到85％的弯曲分段，该(弯曲分段)区域的中心与拐角的中心重合，并且其余部分由具有连续改变的曲率半径的弯曲分段形成。因此，这种情况是具有连续改变的曲率半径的复合曲率的一个示例。
因此，例如如图10所示，当工具3与要加工的表面接触(碰撞)时，在拐角凹部设置复合曲率可防止工具和进行加工的表面之间的接触面积急剧改变。因此，可稳定地进给工具从而防止发生颤动，这可以产生更好的光洁度。迄今，拐角凹部由于它们的轮廓的特性而难以均匀地抛光，因此在制造中长期存在问题。由于可以省略或简化抛光，所以设置复合曲率是有利的。此外，由于复合曲率的存在减小了模具和切削工具之间的接触面积，所以生成的切屑的尺寸较小，并且可提供更大的用于排出切屑的空间。结果，改进了切屑排出条件，并且成功地减少了一度排出的切屑再次进入切削刃和工件之间的机会。
在具有变化的倾角的拐角凹部，即，例如图1内所示的拐角凹部的情况下，拐角凹部轮廓D是沿半圆柱形形状的切线方向倾斜的表面。优选地，该拐角凹部在下部部分G处包括复合曲率，该下部部分G至少占从最下部部分E到最上部部分的长度F的20％。切削工具与工件在部分G处的接触情况影响工件的精加工情况(表面轮廓、表面粗糙度和尺寸精度)。
在轮廓切削步骤中，为了执行直接切削，可使用机械加工中心。机械加工中心是一种数控机床。它包括主回转工具和自动工具互换器，从而能够在不改变工具互换程序的情况下执行多种加工。特别地，用于很好地执行直接切削的机械加工中心的主轴转速为20,000或更高。
主要基于三维CAD设计模具轮廓。根据设计的轮廓模型，确定加工阶段的数量、各个阶段内要使用的工具的类型、周期进给、切削深度和节距，从而通过CAM计算工具轨迹(加工方式)并将其作为NC数据输出。所获得的NC数据经由LAN电缆等被传输到机械加工中心，然后机械加工中心根据该NC数据执行切削。
本发明的切削条件、执行成形切削的工序等被提供给CAM作为先决条件。具有复合曲率的轮廓是使用CAD设计的。
通过上述生产方法生成的锻模的模腔的表面粗糙度Rmax为5μm或更小(优选地为3μm或更小)，并且在拐角凹部具有复合曲率。可在短时间内生产出锻模，并且表面光洁度良好。当通过用这种锻模进行锻造来制造物品时，该物品的表面光洁度良好，并且拐角部分的表面光洁度尤其非常好。
可与上述模具一起使用的锻造技术是现有的技术，包括冷锻和温锻。下文将说明其中铝合金用作锻造材料的示例。
将上述模具安装在锻造设备内以便用作下部模具。必要时，可将该模具热装配在母模内。通过将挤出材料或连续的铸棒切割成预定大小来制备锻造材料。对锻造材料进行润滑处理，然后将其放置在模具内。根据需要，预先加热锻造材料和模具。使上部模具下降从而执行锻造。在锻件带有毛刺的情况下，还执行用于除去毛刺的修整工作。根据需要对锻造物品进行热处理。尽管是相对于下部模具给出了上述说明，但是本发明的模具可用作上部模具，该上部模具符合要制造的物品的形状。或者，上部和下部模具两者都可以是本发明的模具。
使用上述模具进行锻造所得到的物品具有被很好地加工的表面，从而清楚地反映模具的表面轮廓。特别地，拐角部分显示出被很好地加工的表面状况。例如，由于模具在拐角部分没有被分割，所以不会生成毛刺。另外，在使用具有复合曲率的模具的情况下，凸状拐角可以获得平滑的弯曲表面，从而外观非常好。
示例
下面将通过示例详细说明本发明，该示例不应被解释为对本发明的限制。
使用的模具材料是HRC硬度为48±2的SKD 61。使用的工具是R0.5到R2的圆头槽铣刀。表面覆层为CrSiN。其它条件在表1和2中示出。
对材料进行切削之后的表面光洁度情况在放大透镜下观察并进行评价。评价结果在表1中示出。表2示出传统方法和本发明之间的比较结果。
表1
样品编号 工具半径(R)(mm) 工具延伸长度(L)(mm) L/2R   转速(A)(rpm)   进给(B)(mm/MIN) (B/A) (B/A)2×(L/2R) 表面粗糙度情况
  比较示例1   2   15   3.75   20000   3600   0.180   0.122   ×   嵌入痕记
  示例1   2   15   3.75   20000   2000   0.100   0.038   ○
  示例2   2   15   3.75   20000   1200   0.060   0.014   ○
  比较示例2   2   15   3.75   20000   900   0.045   0.008   ×   划痕
  比较示例3   2   15   3.75   20000   700   0.035   0.005   ×   划痕
  比较示例4   2   15   3.75   40000   5000   0.125   0.059   ×   嵌入痕记
  示例3   2   15   3.75   40000   2400   0.060   0.014   ○
  比较示例5   2   15   3.75   40000   1200   0.030   0.003   ×   划痕
  比较示例6   2   15   3.75   15000   1800   0.120   0.054   ×   嵌入痕记
  示例4   2   15   3.75   15000   1000   0.067   0.017   ○
  比较示例7   2   15   3.75   15000   700   0.047   0.008   ×   划痕
  比较示例8   1   15   7.5   20000   1800   0.090   0.061   ×   嵌入痕记
  示例5   1   15   7.5   20000   800   0.040   0.012   ○
  示例6   1   15   7.5   20000   1600   0.080   0.048   ○
  比较示例9   1   15   7.5   20000   600   0.030   0.007   ×   划痕
  比较示例10   0.5   15   15   20000   1500   0.075   0.084   ×   嵌入痕记
  示例7   0.5   15   15   20000   800   0.040   0.024   ○
  比较示例11 0.5 15 15 20000 450 0.023 0.008 × 划痕
表2
  比较示例   本发明
  加工流体   气流   流下的切削油
  加工速度   3,600mm/min   1,200mm/min
  加工节距   0.08mm   0.05mm
  加工方法   两步切削   三步切削(节距比＝1.5∶0..3∶0.04)
  拐角R   仅预定的R   多级复合曲率
  精加工模具尺寸精度   在设计值±0.05mm内   在设计值±0.02mm内
  表面粗糙度   Rmax 7μm   Rmax 2μm
  工具寿命   4模具/工具   10模具/工具
工业应用性
从表1可清楚地看到，即使当工具直径(2Rmm)和工具延伸长度(Lmm)相同时，也可以通过适当地选择主轴转速(A rpm)和进给速度(B mm/min)以满足(B/A)2×(L/2R)＝0.01到0.05，来有效地生产具有良好精加工表面的锻模。

Claims (8)

1.一种锻模生产方法，包括使用具有经过硬化处理的表面的圆头槽铣刀作为切削工具的切削步骤，其中在以下条件下切削锻模材料：工具延伸长度L(mm)、圆头槽铣刀的切削刃的半径R(mm)、主轴转速A(rpm)和进给速度B(mm/min)满足(B/A)2×(L/(2×R))＝0.01～0.05。
2.根据权利要求1的锻模生产方法，其特征在于，锻模材料的硬度为HRC 45～62。
3.根据权利要求1或2的锻模生产方法，其特征在于，将切削油直接施加在切削工具上，以便在切削期间切削油沿向下的方向流动。
4.根据权利要求1到3中任一项的锻模生产方法，其特征在于，该锻模生产方法至少包括粗切削、热处理、精密切削和成形切削，该切削步骤是用于执行成形切削，成形切削至少包括三个步骤，其中在各个步骤中的周期进给的比例为(1.2～2)∶(0.2～0.5)∶(0.03～0.05)，并且进给方向包括轮廓线加工的方向和循环铣削的方向中的至少一个。
5.根据权利要求1到4中的任一项的锻模生产方法，其特征在于，工件的拐角凹部被切削成具有复合曲率。
6.一种通过根据权利要求1到5中任一项的锻模生产方法生产的锻模。
7.根据权利要求6的锻模，其特征在于，该锻模的表面粗糙度Rmax为5μm或更小，并且形成为具有包括拐角凹部的模腔，该拐角凹部具有复合曲率。
8.一种通过使用根据权利要求6或7的锻模进行锻造而生产的锻造物品。
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