滾壓加工在數(shù)控車(chē)床上的應(yīng)用

盧良旺

摘要數(shù)控車(chē)床常用于軸類(lèi)零件的車(chē)削加工，特別是加工輪廓復(fù)雜的零件更適合選擇數(shù)控車(chē)床。本文通過(guò)滾壓刀具在數(shù)控車(chē)床上對(duì)特形燈罩進(jìn)行滾壓加工。此類(lèi)加工方法在數(shù)控加工中比較少見(jiàn)，它替代了模具沖壓的加工方式，從而達(dá)到降低模具開(kāi)發(fā)成本，提高生產(chǎn)效率的目的。

關(guān)鍵詞數(shù)控車(chē)床；滾壓刀具；滾壓；反光燈罩

廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校的校企合作車(chē)間接到了如圖1所示的反光燈罩的加工，此類(lèi)產(chǎn)品在批量生產(chǎn)中通常采用沖壓工藝。由于是試樣，為了提高效率通過(guò)在數(shù)控車(chē)床上的滾壓加工，達(dá)到了產(chǎn)品所需的效果。

該反光燈罩壁厚為1mm，而且表面要求無(wú)裂痕，如果通過(guò)沖壓成型需要制作一套專(zhuān)業(yè)模具，不但提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)也耽誤時(shí)間；數(shù)控車(chē)削加工也容易產(chǎn)生變形。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一把專(zhuān)用滾壓刀具，并對(duì)工件進(jìn)行特殊裝夾（圖2）在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行滾壓加工。從而不僅達(dá)到了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，也減少生產(chǎn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。

1工藝分析

1.1模芯的材料

由于板材本身的鋼性和硬度不高，塑性較高，不需要對(duì)表面處理做特殊要求，因此對(duì)模具材料的強(qiáng)度及剛性要求相對(duì)較低，最終從經(jīng)濟(jì)性及使用壽命兩方面進(jìn)行考慮，通過(guò)分析和查表選擇牌號(hào)為Cr12的冷作模具鋼當(dāng)作模芯材料。

1.2刀具與工件裝夾

由于燈罩材料選用#1070鋁合金薄板，在使用中需要起到聚光和反光作用，因此對(duì)產(chǎn)品內(nèi)壁的粗糙度要求比較高，同時(shí)產(chǎn)品厚度較薄，如果是普通滾刀滾壓的話很容易把產(chǎn)品壓裂。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，并尋找相應(yīng)的加工方案，最終設(shè)計(jì)了一把形狀如圖2所示的滾刀。滾刀體材料選擇高速鋼（w18cr4v），這種鋼材具有良好的塑性、韌性、強(qiáng)度和硬度，能承受震動(dòng)和沖擊負(fù)荷，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)滾刀體的直徑約為產(chǎn)品最大外徑值的1/2～3/5，這里取1/2，通過(guò)計(jì)算得出旋輪工作直徑為30mm。

產(chǎn)品在滾壓過(guò)程中，采用三爪卡盤(pán)1外加活動(dòng)頂尖5進(jìn)行安裝，首先用采用三爪卡盤(pán)夾住粗加工過(guò)的模芯2，以模芯左端的臺(tái)階定位裝夾，安裝后進(jìn)行精加工使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸；毛坯3安裝在模芯的右端面處，為了便于拆裝模芯的右端設(shè)計(jì)有一個(gè)外圓直徑為19mm的臺(tái)階，裝夾的時(shí)候?yàn)榱四苁姑髋c模芯同時(shí)旋轉(zhuǎn)，我們?cè)陧敿馓幖佣嘁唤赝鈭A直徑為40mm，內(nèi)孔直徑為20mm的尼龍?zhí)最?lèi)零件，最后再用活動(dòng)頂尖5頂住，這樣能保證裝夾牢固可靠，拆裝便捷。同時(shí)設(shè)計(jì)了一把專(zhuān)用滾壓刀具安裝在刀架上面，具體的裝夾方式如圖2所示。

為了保證產(chǎn)品的合格率，刀具的安裝角度非常重要。分別設(shè)置為：1）引導(dǎo)角y，它主要對(duì)毛坯起預(yù)壓的作用，防止在擠壓過(guò)程中使材料表面出現(xiàn)隆起或堆積的現(xiàn)象，普通滾壓中，一般取3°～9°之間，通過(guò)實(shí)際加工刀具引導(dǎo)角y為4°；2）成型角，它的大小直接影響著滾壓時(shí)軸向力與徑向力之間的分配，成型角過(guò)小會(huì)使徑向分力變大，軸向分力變小，材料表面出現(xiàn)隆起的情況就會(huì)變小，所以一般取值為15°～45°之間，實(shí)際取值為22°；3）退出角B，退出角對(duì)于零件的影響較小，主要是滾壓后退刀的時(shí)候不能碰到零件。但是也不能選擇過(guò)大的退出角度，角度過(guò)大會(huì)影響到圓角半徑處的強(qiáng)度，造成圓角處的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致圓角斷裂。實(shí)際取值約為60°。

2燈罩類(lèi)產(chǎn)品的滾壓

加工時(shí)參數(shù)的選擇：轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度也對(duì)零件的加工起著至關(guān)重要的作用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)鋁合金件的旋壓加工轉(zhuǎn)速控制在500r/min～800r/min，轉(zhuǎn)速快旋輪接觸毛坯時(shí)容易產(chǎn)生較大的沖擊力將毛坯打壞，太慢則會(huì)使零件表面壓痕間距過(guò)大，影響粗糙度，因此選擇轉(zhuǎn)速為600r/min；旋壓進(jìn)給速度的選擇根據(jù)滾壓刀具圓弧處的半徑和產(chǎn)品最小處的半徑來(lái)確定，因?yàn)楫a(chǎn)品最小處的變形量最大，所以根據(jù)計(jì)算得出進(jìn)給速度約為107mm/min；滾壓的次數(shù)約為20次，最后兩次作為根據(jù)以上要求最終完成該零件的滾壓加工。

3加工出現(xiàn)的主要問(wèn)題及分析

1）滾刀刀柄安裝不正確，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)裂，加工時(shí)滾刀如果不能合理的與鋁板接觸，導(dǎo)致滾刀不能與鋁板同時(shí)旋轉(zhuǎn)，滾刀直接將鋁板擠裂。因此必須多次對(duì)滾刀安裝的角度進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行多次試車(chē)，使?jié)L刀體與鋁板同時(shí)旋轉(zhuǎn)，讓加工達(dá)到可行狀態(tài)。2）滾刀處的圓弧半徑不合理，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)裂，滾刀與鋁板第一時(shí)間接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，如果應(yīng)力過(guò)于集中，很容易使鋁板出現(xiàn)開(kāi)裂的狀態(tài)，導(dǎo)致鋁板報(bào)廢。因此滾刀兩邊的圓角顯得非常重要，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)驗(yàn)，我們得出把圓角半徑設(shè)為1.9mm，能使產(chǎn)品加工達(dá)到所需要的要求。

4結(jié)論

根據(jù)加工和生產(chǎn)得出，使用數(shù)控車(chē)床的滾壓加工，其加工工藝設(shè)計(jì)及加工方法是合理的，加工效率也得到了提高。無(wú)論在成本上還是在加工效率上，都比制作沖壓模具所需的時(shí)間或成本要少，這樣可以降低中小型企業(yè)在前期成本投入上的風(fēng)險(xiǎn)，減少由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)而導(dǎo)致的資金周轉(zhuǎn)難的問(wèn)題，并且可以簡(jiǎn)單、高效的通過(guò)更換不同的模芯，快速調(diào)整加工零件的類(lèi)型使企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)短時(shí)多樣化，滿(mǎn)足多種客戶(hù)的不同需求，降低設(shè)備的購(gòu)入成本，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。