基于UG等高策略的铝合金模具数控编程与加工.pdf

62文章编号：10 0 1-49 34(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 7Die and Mould Technology No.5 2023基于UG等高策略的铝合金模具数控编程与加工张立昌，申鹏（1西安工程大学工程训练中心,陕西2陕西国防工业职业技术学院智能制造学院，陕西摘要：铝合金模具在实际应用中产品成型生产效率高、表面质量好，但同时其制造工艺及制造精度要求极高。采用UG软件，针对某水果包装模具，结合实际生产条件制定优化加工工艺，通过UG等高策略编制加工程序，并仿真模拟，验证刀路正确性。根据优化程序生产出合格模具，并检测证明该模具制作精度达到工艺要求。关键词：铝合金模具；UG;加工工艺；数控编程；中图分类号：TG659文献标识码：BNC programming and manufacturing of aluminum alloy dies based on UG contour strategyZHANG Li-chang,SHEN Peng?(1.Xian Engineering University,Xian 710600,Shaanxi,China;2.Shaanxi Institute of Technology,Xian 710300,Shaanxi,China)Abstract:Aluminum alloy molds have high molding rate and good surface quality in practicalapplications,but at the same time,their manufacturing process and precision requirementsare extremely high.Using UG software,optimize the processing technology for a fruitpackaging mold based on actual production conditions,compile a processing program throughUG contour strategy,and simulate to verify the correctness of the cutter path.According tothe optimization program,a qualified mold was produced,and the inspection showed that themanufacturing accuracy of the mold met the process requirements.Key words:aluminum alloy mold;UG;technology;numerical control programming西安710600;西安710300)水平很大程度上衡量了制造水平的高低，同时，0引 言模具决定了最终产品质量，模具生产工艺影响着生产经济效益。铝合金模具重量轻、导热良好、材料易切削、加工成本较低、表面质量易提高，近年来广泛应用于光学、汽车工业、航收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 7基金项目：陕西省教育科学“十三五”规划2 0 2 0 年度课题（编号：SGH20Y1102)；陕西省教育科学“十四五 规划2 0 2 1年度课题（编号：SGH21Y0100）。作者简介：张立昌，高级工程师，主要从事CAD/CAM软件，数控工艺与编程，精密制造与多轴应用教学及研究。模具技术2 0 2 3.No.5空航天、食品包装等领域。在传统高速切削中，由于工艺设置及切削参数设置不合理，导致模具表面急速升温，易导致模具表面塑性增大、产生黏刀现象，从而影响模具最终质量。因此，优化铝合金模具切削工艺、调整切削参数、合理编制数控加工程序，能够提高模具表面质量、缩短生产周期、增加经济效益。本文以某水果包装铝合金吸塑模具为例，使用UG软件等高策略加工，可指定零件几何尺寸，还可通过切削区域几何体来限制刀具切削的区域。采用等高策略铣削时,UG软件将自动识别加工区域与避让区域，检测零件的几何陡峭区域，让刀具在切削时自动避让所有切削层所设定的避让区域。UG等高策略适用于加工复杂型面陡峭区域，可根据不同的加工对象，实现多种方式的粗、精加工。本文采用UG等高策略为此类深型腔、复杂型面的铝合金模具优化加工工艺，并编制数控加工程序及进行后置处理。根据设计好的工艺进行制造，得到了满足工艺要求的模具，实践结果表明，工艺设计合理有效，加工制造准确无误。1铝合金模具三维造型某水果包装铝合金吸塑模具产品曲面复杂、型腔深、模具外轮廓处加强筋与拔模之间角度要求高，内外型腔转角圆弧要求光滑过渡。根据放置水果特点要求，模具外形需具有美感，方便取出水果，表面光滑，不允许有翘边、凹陷、厚度不均的现象。该模具二维(2 D)图如图1所示，模具三维（3D)造型如图2 所示。SICTIdNAA图1模具二维图Fig.1Mold 2Dview63图2 模具三维造型Fig.23D Modeling of the mold2铝合金模具加工工艺模具加工考虑到经济性及效率，一般不允许试制。该模具前期制定工艺策略时采用UG曲面区域铣削模式，进行粗、精加工，详细工艺如表1所示。由于UG曲面区域铣削受到软件自身计算因素的影响，刀具切削后模具表面会出现切削不完整的情况，导致曲面接刀不光滑，陡峭区域与刀具无法可靠接触，岛屿处会出现残留高度；同时，由于未经过时效处理，材料内应力未释放，直接进行精加工令导致模具顶部三处支撑内弧面存在余量窜动，易造成过切现象，当数控加工完成后，必须人工二次抛光才能达到产品最终要求。表1铝合金模具加工工艺Tab.1Aluminum alloy mold processing technology序号工序5铣平面10磨削平面精加工6 个基平面石砂轮准面保证垂直磨床度与平行度15粗加工外粗加工模具外加工D1ORO.5合形及型腔形及型腔留余中心金立铣刀量 0.5mm20精加工外保证各型面尺高速铣SD8合金球形及型腔寸及粗糙度25清角30去毛刺去除零件残余飞边、毛刺35抛光40检验工序内容加工设备刀具粗加工毛坏六面普铣面铣刀头刀清角高速铣SD4合金球头刀锉刀、油石抛光模具表面砂轮机抛光棉按图纸要求检验三坐标64结合现场生产设备及该铝合金模具特点及工艺要求，按照该模具型腔特点，对加工工艺、工序、工步进行选择和优化，包括装夹方式、刀具材料、刀具长度、切削参数等，保证一次装夹完成各面加工，同时应合理确定各工序所使用刀具及切削参数。在实际应用中，等高策略针对陡峭区域进行逐层铣削，铣削精度高，但针对较平坦的模具面会出现由于加工残留、接刀痕等现象，此时，采用曲面区域铣削更容易完成。为此，结合该模具特点，在原有工艺基础上采用等高策略进行半精加工、精加工及过渡面清角，同时增加时效工艺，并且采用磁力吸盘一次装夹完成该模具加工。优化后工艺如表2 所示。表2 铝合金模具加工优化工艺Tab.2Aluminum alloy mold processing technology序号工序5铣平面粗加工毛坏六面普铣面铣刀10磨削平面精加工6 个基平面砂轮准面保证垂直磨床度与平行度15粗加工外粗加工模具外加工D10RO.5合形及型腔形及型腔留余中心金立铣刀量 0.5mm20半精加工粗加工模具外加工SD10合金外形及型形及型腔留余中心球头刀腔量 0.15 mm25时效30精加工外保证各型面尺高速铣SD10合金形及型腔寸及粗糙度35过渡面清保证圆弧面光高速铣SD8合金滑过渡角40清角45去毛刺去除零件残余飞边、毛刺50检验Die and Mould Technology No.5 2023UG等高策略在编制刀路时遇到顶面为斜面或弧面的边，编程时可将刀路延伸直至自动连接，形成封闭的刀路。当模具R角或斜面要求较高时，采用最优化的切削层，使弧面或斜面加工达到最佳效果，同时可避开小孔，生成完美刀路。该铝合金模具等高策略精加工刀具路线如图3所示，过渡面清角刀路如图4所示，清角刀路如图5所示。当刀路编制完成后，使用专用的后ZMXMI图3精加工外形及型腔工序内容加工设备刀具自然时效 2 4 h球头刀球头刀清角高速铣SD4合金球头刀锉刀、油石按图纸要求检验三坐标YMiFig.3Precision machining appearance and cavity图4过渡面清角Fig.4 Transition surface corner cleaningYM3铝合金模具UG等高策略编程ZM按照表2 的工艺路线，利用UG软件进行该模具的刀路安排。由于该模具曲面复杂、型腔较深、外表面有较小的工艺孔、侧壁与圆弧面的R角与斜面要求较高，故在编制刀路时采用图5清角UG等高策略编制该模具外形及型腔加工程序。Fig.5Corner cleaning模具技术2 0 2 3.No.5处理文件，对刀路进行后置处理，将刀路转换成为加工中心及高速铣所使用的加工程序，如图6所示。尚处理路WIRE_EDM4AXMLAOSMIS.AXOSLATHE2.AXS.TOOL.TIPMILTURNXIS_THIRRFT,RFE能以查代所处理器出文件文件名CAserslonco1De文州扩服名口物出心65刀轨可视化GOTO/-6.044-40.398,-40.715进给率0.0 0 0 0 03D动恋刀具显示刀航IPW分辆车直牌工台部件CUsersicncbrDesitopl27-4a-2023-10-38:54节点名desktop-at2e3m274Y2.8307.57500n03049:3-,87984.3-2.8377.06183.86461-.008.3.1055077.3-0178经处理定义，1.12583-2,0339484 1.00043-2.05850315.3-0590642 3;024315051505无10中等dol5.pm显示选项增湿IPW分锦率IPW无创建分析示DMIPW磁理检查检查力具和央持器推设置置口抑制动酒禁示自族3D刻装取消图6 后处理及加工程序Fig.6 Post processing and processing program采用UG软件等高策略编程时，应充分考虑夹具与工件、刀具之间的干涉，避免由于干涉引起的撞刀、撞机现象造成的产品报废。同时，由于模具表面粗糙度要求较高，在加工中不允许产生振刀纹、过切及接刀痕现象；在编制刀路时应合理设置刀具切人切出、进刀方向、下刀方式，使用球头铣刀时应考虑法向下刀。图8 精加工切削仿真Fig.8 Simulation of fine machining cutting按照表2 的工艺安排，利用 UG软件 CAM模块进行刀路设计及后置处理，自动生成加工程序,结合现场设备对其各处及型腔进行加工。加工实物如图9 所示，通过三坐标检验，获得满足图纸尺寸及形位公差要求的模具。同时通过实践验证了该模具完全满足最终产品实际生产要求。4铝合金模具加工模具一般为单件生产，需考虑生产周期及经济性，要求程序编制完成后，必须进行仿真验证，确保程序无过切、欠切，撞刀现象。半精加工仿真结果如图7 所示，精加工仿真结果如图8请采用条目式讨论本文的工作和创新点。所示。刀轨可视化GOTO/-0.009.51.579.10.00进给率 0.0 0 0 03D刀典品示刀轨运动数PW分裤车IPW创建显示：30IPW雄撞绘查检盗刀和克抽票口抑制动画Fig.7Semi-finishing cutting simulation图9 加工实物Fig.9Processing of physical objects50525结 论刀具无10中显示选项瑞强IPW分鲜无分折益示自族:3D图7 半精加工切削仿真本文结合某水果包装铝合金吸塑模具工艺及实际应用特点，合理设计了该模具的工艺路线,并采用UG软件编制出合理的加工程序，尤其是针对该模具特点采用等高策略加工,UG等高策略可通过设定切削区域实现特定局部面加工,同时可以将模具型面分为陡峭区域与平坦区域，在加工中始终保持刀具在切削中与工件接触，越陡峭的区域加工出来表面质量越好，同66时在加工中没有内部进退刀，使进退刀参数极大简化，非常适合精加工，尤其是高速铣削。最终，采用等高策略方法的优点，按照工艺文件制造出合格的铝合金模具，验证了工艺及编程策略的正确性，同时也为此类模具在生产制造提供了一种可靠的方法，具有很强的实际指导意义及应用价值。参考文献：1张立昌.高铁吊悬部件的模具设计与制造.模具技术,2 0 18(4):48-51.ZHANG L C.Mold design and manufacturing ofhigh-speed rail suspension components JJ.MoldTechnology,2018(4):48-512 姚泽坤.锻造工艺学与模具设计M.西安：西北工业大学出版社，2 0 17：30 6-310.YAO Z K.Forging Technology and 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