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摘要：本文介紹了模具零部件機(jī)加工方法及工藝規(guī)程制定并電器盒模具模芯高效數(shù)控加工工藝?yán)Y(jié)合自己多年注射模具加工經(jīng)驗(yàn)精辟地介紹了模具零部件高效銑削加工工序編制希望對(duì)工程技術(shù)人員有定幫助和借鑒作用
關(guān)鍵詞：CAD/CAM 模具 加工 工藝
、引言
現(xiàn)代模具成形制造由于模具形面設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜自由曲面所占比例斷增加因此對(duì)模具加工技術(shù)提出了更高要求即僅應(yīng)保證高制造精度和表面質(zhì)量而且要追求加工表面美觀隨著對(duì)高速加工技術(shù)研究斷深入尤其機(jī)床加工、數(shù)控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)斷發(fā)展推動(dòng)下高速加工技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于模具制造加工高速加工技術(shù)對(duì)模具加工工藝產(chǎn)生了巨大影響改變了傳統(tǒng)模具加工采用退火→銑削加工→熱處理→磨削或電火花加工→手工打磨、拋光等復(fù)雜冗長工藝流程
實(shí)踐了提高模具加工效率能味地去追求高速加工有時(shí)了節(jié)約生產(chǎn)成本與提高生產(chǎn)效率必須采用高效加工方法使部分加工工序普通機(jī)床上高效率完成樣要求設(shè)計(jì)者編制合理模具加工工藝便提高模具加工效率降低模具制造成本減少模具制造周期
二、模具零部件機(jī)加工方法
用機(jī)械加工方法加工模具零部件時(shí)要充分考慮零件材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面同要求采用合理加工方法和工藝路線盡能通過加工設(shè)備來保證模具零部件加工質(zhì)量減少鉗工修配工作量提高生產(chǎn)效率和降低成本
常用機(jī)械加工方法模具零部件加工應(yīng)用表1所示
表1 常用機(jī)加工方法能達(dá)粗糙度及應(yīng)用
三、模具高效加工工藝規(guī)程與策略制定
1.工藝規(guī)程制定
工藝規(guī)程必須針對(duì)加工對(duì)象結(jié)合本企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行制定技術(shù)上要先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上要合理模具零部件加工工藝規(guī)程制定般步驟及所包含基本內(nèi)容表2所示
表2 加工工藝規(guī)程
2.數(shù)控加工工藝策略
1）粗加工
模具粗加工主要目標(biāo)追求單位時(shí)間內(nèi)材料去除率并半精加工準(zhǔn)備工件幾何輪廓粗加工過程通過利用國外先進(jìn)CAD/CAM軟件通過下措施保持切削條件恒定從而獲得良好加工質(zhì)量
（1）恒定切削載荷；
通過計(jì)算獲得恒定切削層面積和材料去除率使切削載荷與刀具磨損速率保持均衡提高刀具壽命和加工質(zhì)量；
（2）避免突改變刀具進(jìn)給方向；
（3）避免刀具埋入工件加工模具型腔時(shí)應(yīng)避免刀具垂直插入工件而應(yīng)采用傾斜下刀方式(常用傾斜角20°～30°)好采用螺旋式下刀降低刀具載荷；加工模具型芯時(shí)應(yīng)盡量先從工件外部下刀水平切入工件；
（4）刀具切入、切出工件時(shí)應(yīng)盡能采用傾斜式(或圓弧式)切入、切出避免垂直切入、切出；
（5）采用攀爬式切削(Climb cutting)降低切削熱減小刀具受力和加工硬化程度提高加工質(zhì)量
2）半精加工
模具半精加工主要目標(biāo)使工件輪廓形狀平整表面精加工余量均勻?qū)τ诠ぞ咪撃＞哂戎匾蛴绊懢庸r(shí)刀具切削層面積變化及刀具載荷變化從而影響切削過程穩(wěn)定性及精加工表面質(zhì)量
粗加工基于體積模型(Volume model)精加工則基于面模型(Su rface model)而前開發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)零件幾何描述連續(xù)由于沒有描述粗加工、精加工前加工模型間信息故粗加工表面剩余加工余量分布及大剩余加工余量均未知
因此應(yīng)對(duì)半精加工策略進(jìn)行優(yōu)化保證半精加工工件表面具有均勻剩余加工余量優(yōu)化過程包括：粗加工輪廓計(jì)算、大剩余加工余量計(jì)算、大允許加工余量確定、對(duì)剩余加工余量大于大允許加工余量型面分區(qū)(凹槽、拐角等過渡半徑小于粗加工刀具半徑區(qū)域)及半精加工時(shí)刀心軌跡計(jì)算等
現(xiàn)有模具加工CAD/CAM軟件大都具備剩余加工余量分析功能并能根據(jù)剩余加工余量大小及分布情況采用合理半精加工策略CIMATRON軟件提供清根加工（CLEAN UP）來清除粗加工剩余加工余量較大角落保證續(xù)工序均勻加工余量Pro/Engineer軟件局部銑削(Local milling)具有相似功能局部銑削工序剩余加工余量取值與粗加工相等該工序只用把小直徑銑刀來清除粗加工未切角落再進(jìn)行半精加工；取局部銑削工序剩余加工余量值作半精加工剩余加工余量則該工序僅清除粗加工未切角落還完成半精加工
3）精加工
模具精加工策略取決于刀具與工件接觸點(diǎn)而刀具與工件接觸點(diǎn)隨著加工表面曲面斜率和刀具有效半徑變化而變化對(duì)于由多曲面組合而成復(fù)雜曲面加工應(yīng)盡能工序進(jìn)行連續(xù)加工而對(duì)各曲面分別進(jìn)行加工減少抬刀、下刀次數(shù)而由于加工表面斜率變化只定義加工側(cè)吃刀量(Step over)能造成斜率同表面上實(shí)際步距均勻從而影響加工質(zhì)量CIMATRON軟件解決上述問題方法定義側(cè)吃刀量同時(shí)使用Clean Between Pass(清除刀間殘留面積高度)來調(diào)整步距Pro/Engineer 軟件解決上述問題方法定義側(cè)吃刀量同時(shí)再定義加工表面殘留面積高度(Scallop machine)般情況下精加工曲面曲率半徑應(yīng)大于刀具半徑1.5倍避免進(jìn)給方向突轉(zhuǎn)變模具精加工每次切入、切出工件時(shí)進(jìn)給方向改變應(yīng)盡量采用圓弧或曲線轉(zhuǎn)接避免采用直線轉(zhuǎn)接保持切削過程平穩(wěn)性
四、高效加工實(shí)例
現(xiàn)代化模具生產(chǎn)隨著對(duì)產(chǎn)品功能要求提高產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜相應(yīng)模具結(jié)構(gòu)也要隨之復(fù)雜化
下面闡述了電器盒塑料模具制造所采用新設(shè)計(jì)制造工藝方法路線：首先利用Pro/ENGINEER或CIMATRON等先進(jìn)CAD/CAM軟件進(jìn)行產(chǎn)品3D圖形設(shè)計(jì)；根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)生成模具型腔實(shí)體圖和工程圖；再CIMATRON根據(jù)模具型腔特點(diǎn)繪制CNC數(shù)控加工工藝圖擬定數(shù)控加工工藝路線輸入加工參數(shù)生成刀具路徑；進(jìn)行三維加工動(dòng)態(tài)仿真生成加工程序并輸送數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工
實(shí)際加工時(shí)需用內(nèi)六角螺釘四方鐵塊固定于模芯上再四方鐵塊固定機(jī)床工作臺(tái)上即
圖1 電器盒模芯圖
下電器盒模具動(dòng)、定模芯（圖1所示,動(dòng)模芯材料P20定模芯材料2738經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度HRC32左右）例重點(diǎn)體說明加工流程減少篇幅本文假定從生成三維加工工藝模型開始只涉及數(shù)控銑削加工部分
表3 動(dòng)模芯數(shù)控加工工序
表4 定模芯數(shù)控加工工序
五、結(jié)束語
數(shù)控編程目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)能明顯發(fā)揮效益環(huán)節(jié)之其實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用采用CIMATRON或Pro/ENGINEER等先進(jìn)軟件進(jìn)行三維建模根據(jù)模具型腔特點(diǎn)確定模具型腔、分模面生成模具型腔實(shí)體圖、工程圖、加工工藝圖根據(jù)CAM系統(tǒng)功能從CAPP數(shù)據(jù)庫獲取加工過程工藝信息進(jìn)行零部件加工工藝路線控制輸入加工參數(shù)再CAM編制刀具路徑進(jìn)行三維加工動(dòng)態(tài)仿真生成加工程序并輸送數(shù)控機(jī)床完成自動(dòng)化加工
些加工步驟現(xiàn)代化模具生產(chǎn)過程和發(fā)展趨勢使復(fù)雜模具型芯生產(chǎn)簡化單機(jī)械零件數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)全部模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程過程都借助CAD/CAM軟件計(jì)算機(jī)上完成改變了傳統(tǒng)模具制造手段有效地縮短了模具制造周期大大提高了模具質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率
參考文獻(xiàn):
[1]李偉光主編．現(xiàn)代制造技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社2001．
[2]塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2002