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模具高效加工方法和工艺规程
模具高效加工方法和工艺规程摘要：本文介绍了模具零部件机加工方法及工艺规程制订，并以电器盒模具模芯高效数控加工工艺为例，结合自己多年注射模具加工经验，精辟地介绍了模具零部件高效铣削加工工序编制，期望对工程技术人员有一定帮助和借鉴作用。 . g关键词：CAD/CAM 模具 加工 工艺
7 b/ I2 Z0 e, g　　一、引言
/ Z5 C3 k& @8 c+ K　　在现代模具成形制造中，因为模具形面设计日趋复杂，自由曲面所占百分比不停增加，所以对模具加工技术提出了更高要求，即不仅应确保高制造精度和表面质量，而且要追求加工表面美观。伴随对高速加工技术研究不停深入，尤其在机床加工、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不停发展推进下，高速加工技术已越来越多地应用于模具制造加工。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采取“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长工艺步骤。
7 o+ f; p& |; w+ n' s　　不过，在实践中为了提升模具加工效率，不能一味地去追求高速加工，有时为了节省生产成本和提升生产效率，必需采取高效加工方法，使一部分加工工序在一般机床上就可高效率完成。这么就要求设计者编制合理模具加工工艺，方便提升模具加工效率，降低模具制造成本，降低模具制造周期。 " a' U$ b! k- b* F2 n
　　二、模具零部件机加工方法 , p3 D* d/ @6 g# R' n! t
　　用机械加工方法加工模具零部件时要充足考虑零件材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面不一样要求，采取合理加工方法和工艺路线。尽可能经过加工设备来确保模具零部件加工质量，降低钳工修配工作量，提升生产效率和降低成本。 - a5 s1 u, H3 u# |3 S
　　常见机械加工方法在模具零部件加工中应用如表1所表示。
　　表1 常见机加工方法可能达成粗糙度及应用

# K2 I9 e/ e' [! b# ]　　三、模具高效加工工艺规程和策略制订
, j6 [6 |0 d0 b1 u　　1.工艺规程制订 . v1 W1 l6 @7 x5 X
　　工艺规程必需针对加工对象，结合本企业实际生产条件进行制订，技术上要优异、经济上要合理。模具零部件加工工艺规程制订通常步骤及所包含基础内容如表2所表示。
　　表2 加工工艺规程

　2.数控加工工艺策略

" o, a2 U2 D+ X8 c6 t: t: x　　1）粗加工
6 s6 v: X. S& V' ~! L: A　　模具粗加工关键目标是追求单位时间内材料去除率，并为半精加工准备工件几何轮廓。在粗加工过程中经过利用国外优异CAD/CAM软件可经过以下方法保持切削条件恒定，从而取得良好加工质量。
! p+ W( D# Y$ r0 C7 d　　（1）恒定切削载荷；
. ~% s, k; n4 y　　经过计算取得恒定切削层面积和材料去除率，使切削载荷和刀具磨损速率保持均衡，以提升刀具寿命和加工质量；
; e: D3 V! m5 e" I9 t　　（2）避免忽然改变刀具进给方向；
: Z( ~" R* Q" c) |　　（3）避免将刀具埋入工件。如加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采取倾斜下刀方法(常见倾斜角为20°～30°)，最好采取螺旋式下刀以降低刀具载荷；加工模具型芯时，应尽可能先从工件外部下刀然后水平切入工件； ; D5 c# l: {3 G- {1 ~, g# Q$ u  H
　　（4）刀具切入、切出工件时应尽可能采取倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出； / Y/ ~$ k- q6 d, Q
　　（5）采取攀爬式切削(Climb cutting)可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提升加工质量。
- D" R1 H; k& P" O1 p- Z; T% K　　2）半精加工
9 ?: i7 Q& r! O0 R　　模具半精加工关键目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为关键，因为它将影响精加工时刀具切削层面积改变及刀具载荷改变，从而影响切削过程稳定性及精加工表面质量。 1 Q S& v$ n: c3 Z" ?' \
　　粗加工是基于体积模型(Volume model)，精加工则是基于面模型(Su rface model)。而以前开发CAD/CAM系统对零件几何描述是不连续，因为没有描述粗加工后、精加工前加工模型中间信息，故粗加工表面剩下加工余量分布及最大剩下加工余量均是未知。
) q- t0 r- X0 s7 m' R　　所以应对半精加工策略进行优化以确保半精加工后工件表面含有均匀剩下加工余量。优化过程包含：粗加工后轮廓计算、最大剩下加工余量计算、最大许可加工余量确实定、对剩下加工余量大于最大许可加工余量型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径区域)和半精加工时刀心轨迹计算等。
# I( M2 g) H% ~- T1 n3 j5 o# l6 O　　现有模具加工CAD/CAM软件大全部含有剩下加工余量分析功效，并能依据剩下加工余量大小及分布情况采取合理半精加工策略。CIMATRON软件提供清根加工（CLEAN UP）来清除粗加工后剩下加工余量较大角落以确保后续工序均匀加工余量。Pro/Engineer软件局部铣削(Local milling)含有相同功效，如局部铣削工序剩下加工余量取值和粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到角落，然后再进行半精加工；假如取局部铣削工序剩下加工余量值作为半精加工剩下加工余量，则该工序不仅可清除粗加工未切到角落，还可完成半精加工。
# a: l2 N% ^) F% F0 d& d& M　　3）精加工 9 i- x5 P  b# X! L6 Y1 R
　　模具精加工策略取决于刀具和工件接触点，而刀具和工件接触点伴随加工表面曲面斜率和刀含有效半径改变而改变。对于由多个曲面组合而成复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以降低抬刀、下刀次数。然而因为加工中表面斜率改变，假如只定义加工侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不一样表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。CIMATRON软件处理上述问题方法是在定义侧吃刀量同时，使用Clean Between Pass(清除刀间残留面积高度)来调整步距。Pro/Engineer 软件处理上述问题方法是在定义侧吃刀量同时，再定义加工表面残留面积高度(Scallop machine)。通常情况下，精加工曲面曲率半径应大于刀具半径1.5倍，以避免进给方向忽然转变。在模具精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向改变应尽可能采取圆弧或曲线转接，避免采取直线转接，以保持切削过程平稳性。 2 A: W: g  f* y/ `
　　四、高效加工实例 1 {' J' u5 C' _7 N$ {' h" O" ~9 `
　　在现代化模具生产中，伴随对产品功效要求提升，产品内部结构也变得越来越复杂，对应模具结构也要随之复杂化。 & t7 b5 u, }: x; l4 b, n+ V* x
　　下面叙述了在电器盒塑料模具制造中所采取新设计制造工艺方法路线：首先利用Pro/ENGINEER或CIMATRON等优异CAD/CAM软件进行产品3D图形设计；然后依据产品特点设计模具结构，生成模具型腔实体图和工程图；再在CIMATRON中依据模具型腔特点绘制CNC数控加工工艺图，确定数控加工工艺路线，输入加工参数，生成刀具路径；最终进行三维加工动态仿真，生成加工程序，并输送到数控机床进行自动加工。 * m6 w/ C0 O' m- h5 X+ V9 l
　　在实际加工时需用内六角螺钉将四个方铁块固定于模芯上，然后再将这四个方铁块固定在机床工作台上即可。

　　图1 电器盒模芯图

" K) F8 E2 d6 b) U. h0 F4 _　　以下就以电器盒模具动、定模芯（图1所表示,动模芯材料为P20，定模芯材料为2738，经调质处理，硬度为HRC32左右）为例，关键体说明这一加工步骤。为降低篇幅，本文假定从生成三维加工工艺模型后开始，只包含数控铣削加工部分。
　　表3 动模芯数控加工工序

　　表4 定模芯数控加工工序

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　　五、结束语 # N1 Z! ]; A9 k& \: o# E
　　数控编程是现在CAD/CAPP/CAM系统中最能显著发挥效益步骤之一，其在实现设计加工自动化、提升加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着关键作用。采取CIMATRON或Pro/ENGINEER等优异软件进行三维建模，然后依据模具型腔特点，确定模具型腔、分模面，生成模具型腔实体图、工程图、加工工艺图。依据CAM系统功效，从CAPP数据库获取加工过程工艺信息，进行零部件加工工艺路线控制，输入加工参数，然后再在CAM中编制刀具路径，进行三维加工动态仿真，生成加工程序并输送到数控机床完成自动化加工。 # b/ j9 a4 Z: b/ O/ @% [
　　这些加工步骤是现代化模具生产过程和发展趋势，它使复杂模具型芯生产简化为单个机械零件数控自动化生产，全部模具设计和数控加工编程过程全部能够借助CAD/CAM软件在计算机上完成。它改变了传统模具制造手段，有效地缩短了模具制造周期，大大提升了模具质量、精度和生产效率。 1 c: \& S) [" V+ _
　　参考文件:
# f5 r4 f; a! X% n' [  H　　[1]李伟光主编．现代制造技术．北京：机械工业出版社，．
$ d( @5 f+ R6 w, @/ N1 D8 x　　[ 2 ]塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，