易友瓊 莊錚

摘要：本文旨在介紹發(fā)動機搖臂軸支架模具制造工藝過程分析，包括加工過程安排、CAD模型準備、刀具選擇、數控程序編寫、加工路徑、加工參數、及設計加工電極,采用電火花成型加工中應當注意的問題。

關鍵詞：模具制造工藝、數控銑加工、電火花成型加工

Die Manufacturing Process Planning of Engine Suppott

Yi Youqiong，Zhuang Zheng

Abstract: This paper aims to introduce the die manufacturing process planning of engine bracket, including process arrangement, CAD model preparation, tool selection, NC programming, machining path and parameters, design and machining of electrode, and the attention should be paid to the electric spark machine-shaping.

Keywords: mold manufacturing process planning、 NC milling machining、 electric spark machine-shaping.

1.引言

隨著國內汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對汽車零部件的要求也越來越高，全國汽車發(fā)動機上許多零件是高壓鑄造成型。這其中，壓鑄模具的制造是重要的一環(huán)，壓鑄模的精度直接影響汽車零部件的質量。本文就發(fā)動機搖臂軸5#支架模具制造工藝過程進行分析，在進行壓鑄模具制造前根據工件的具體形狀，制定出完整的加工流程：包括加工過程安排、CAD模型準備、刀具選擇、程序編制及采用電加工等。合理的加工工藝規(guī)劃對提高壓鑄模的加工效率和加工質量，尤其對于大型復雜模具，具有十分重要的意義。

湛江德利化油器有限公司是一家以高壓鑄造為基礎的汽車零部件制造企業(yè)，擁有自主開發(fā)壓鑄模能力。為了縮短模具的制造周期，加快新產品的開發(fā)速度，提高模具制造水平，該公司先后引進了意大利菲迪亞DIGIT 165型高速數控銑床，瑞士阿奇夏米爾慢走絲線切割及電火花機床，并配置了美國PTC公司的PRO/E、英國DELCAM公司的POWERSHAPE、POWERMILL等三維CAD/CAM軟件，為壓鑄模制造提供了很好的基礎。筆者結合實際以發(fā)動機搖臂支架為例，對模具的制造、數控加工及編程和電極加工成型做一些分析，探討和積累壓鑄模制造的有益經驗，從而提高模具制造精度。

2.產品結構和模具介紹

發(fā)動機搖臂軸5#支架是本田13款系列發(fā)動機支架中最為復雜的零件，在三維方向都有尺寸要求，如圖1、圖2所示。

圖1：搖臂軸5#支架

圖2：搖臂軸5#支架實物

搖臂軸支架模具經過設計、評審和完善，然后把模具3D和2D傳到模具制造部門，開始模具制造。圖3為搖臂軸5#支架壓鑄模部分成型部件三維。

圖3：部分成型部件三維

這套模具制造有兩個難點：

①滑道配合面的加工。為了保證配合面的質量，滑道配合面直接用高速銑削加工到尺寸。裝配時，鉗工基本不用修配。由于搖臂軸5＃支架左滑道配合面為異形曲面，給高速銑削加工帶來了一定的難度。

②密封面的加工。密封面（圖4）不允許有任何缺陷，輪廓度誤差小于0.2mm。

圖4：搖臂軸5＃支架密封面

3.模具制造工藝分析

按照已有的工藝條件和產品特點，為了提高模具的制造精度，縮短模具制造周期，在制造部門接到圖紙后，將做如下安排：

3.1加工過程安排

接到圖紙后，首先要考慮的問題就是用什么樣的過程加工出這個工件，如選用哪臺數控機床，分幾步來加工，先加工哪一個面，每一步加工的目標及加工余量，每一步加工的程序及刀具選用等。根據工件的形狀及要求，先對這些進行粗略的分析，然后再一一細化。

為了合理利用機床以及保護高精度精加工設備，粗精加工一般都在不同的機床上進行。粗加工一般安排在泰納3220強力數控銑床上，而精加工則多用菲迪亞高速數控銑床。有時候，對于型腔較淺的壓鑄模，也可以淬火后直接用高速銑床全部加工出。這樣，可以大大縮短模具的制造同期。

基于動平衡方面的考慮，為了保護菲迪亞165型高速銑床電子主軸，建議使用伸出長度不超過140mm的整體硬質合金刀具。對于型腔較深的工件，一般先用強力數控銑床開粗，熱處理后再用高速數控銑床完成全部加工，如型腔超過刀具伸出長度時，較深的區(qū)域采用強力數控銑床加工。對于一些清角、深腔等特征，使用數控銑床難以加工，還必須采用電火花或其它機床去加工。

對于大多數壓鑄模成型部件，數控加工工藝流程如下如圖5所示。

圖5： 成型部件加流程

3.2 CAD模型準備

這套模具設計采用了美國PTC公司的三維CAD軟件Pro/E，加工編程卻采用英國DELCAM公司的POWERMILL。數控加工編程所用的三維CAD模型，一般都是由模具設計工程師設計好后傳到機床旁的編程電腦，用于加工，只有少量需要自己動手做。

在加工前需要把三維模型轉換成編程軟件可以接受的格式如IGS格式。但在實際操作中，經常出現三維圖形格式轉換后出現缺陷的問題如破碎面、面裁剪邊界失效等。因此，在我們編程前應對三維圖形進行仔細的檢查。如果出現缺陷，先利用CAD軟件對其修復后，再進行加工編程。圖6所示是在加工過程中遇到的一個實例。

圖6三維圖形格式轉換后出現的缺陷

3.3 刀具的選擇

圓形刀片立銑刀是粗加工的第一選擇。圓形刀片立銑刀可以在各種方向上進給銑削，這樣就可以在各個工序之間形成平滑的過渡，并對半精加工留下較少而比較均勻的余量。圓形刀片在加工時可以形成變化的切屑厚度，與其它形狀的刀片相比，進給速度可以更高一點。

高速銑削精加工大多采用硬質合金涂層刀具。常用的刀具形狀有三種：尖角立銑刀、帶圓角的立銑刀、球頭刀。一般而言，球頭刀是我們的最佳選擇，它較大的半徑可以分散切削力以及在以較高的速度和進給速度加工淬硬鋼時產生的熱量。另外，利用球頭刀較容易獲得較好的表面質量。如果某個零件其底部有較大的平坦區(qū)域，則應首先用球頭立銑刀粗加工后，再用一把帶圓角的立銑刀進行加工。帶圓角的立銑刀其圓弧R比球頭刀的小，分散熱量及切削力的能力較差。尖角立銑刀由于其尖角部位較容易碎裂，它一般只應用在需要清根的場合。且一般在用球頭刀或帶圓角的立銑刀去除了足夠多的材料后才能使用。刀具的大小一般根據工件被加工特征，如窄槽寬度、圓角大小等來確定。一般來說，所選的刀具半徑應比要加工的窄槽寬度、圓角半徑小，以保證加工過程中刀具負荷盡量穩(wěn)定。刀具的刃數一般由被加工工件的材質確定，加工壓鑄模淬硬鋼常選用4-6個刃的刀具。

3.4 程序的編制

數控加工程序，大多由CAM系統(tǒng)根據三維CAD模型按設定好的加工參數自動計算生成。在做工藝分析時，根據型腔的形狀選好刀具后，所要編的程序也就大體確定了。

在編制加工程序時，無論是精加工還是粗加工，在刀具切入或切出工件時，都應盡可能地使用圓弧切入和切出，因為在高速銑削模式下連續(xù)銑削對保護銑刀是至關重要的，在邊緣過渡處的短暫停頓，都可能造成銑刀的快速磨損。在可能的情況下，刀具都應從工件的中心開始向外加工，以盡量減少全刀寬切削。還有，盡量避免垂直下刀，因為這樣會降低切削速度，同時又可能會在工件表面上留下刀痕。在編制精加工刀具路徑時，應盡量使用三維螺旋銑削，因為這種加工模式，刀具的運動方向改變較少，從而提高了加工速度，減少了刀具磨損。

對于具有不同公差要求的特征如滑道槽等，應增加一條單獨的程序來加工，以保證達到尺寸公差的要求。

程序的加工參數一般由所使用的機床、工件材料狀態(tài)、刀具、加工余量等因素綜合決定的。在用圓刀片在泰納3220強力數控銑床上粗銑型腔，進給速度一般選擇在1200 mm/min 到1800 mm/min之間。在高速數控銑床精加工壓鑄模型腔時，一般按刀具樣本資料或刀具供應商那里查到可供參考的切削速度推薦值。在我們的操作中常選用的切削速度為180-220 m/min。在加工時還需根據具體情況進行調整。

3.5 加工編程實例

我們對搖臂軸5#支架壓鑄模各成型部件形狀特點和要求，分別進行加工編程，現僅以靜襯模為例來說明。

3.5.1 粗加工：用DM3220強力數控銑床加工，留余量0.8mm，先用φ25R5可轉位刀片立銑刀開粗，加工策略為區(qū)域偏移粗加工。再依次用φ12球刀、φ8R1立銑刀根據預先定義的殘余區(qū)域進行等高加工，以保證余量均勻。區(qū)域偏移粗加工刀具路徑及部分程序如圖7。

圖7： 粗加工路徑及部分程序

3.5.2 半精加工：模具淬硬后，先磨平底面，接著線切割加工孔，最后進入高速銑床半精加工，加工基準為底面和線切割孔。半精加工先用φ12球刀去掉大部分加工余量，加工策略為等高分層精加工和平面加工，留余量0.15mm，部分刀具路徑如圖8。

圖8 半精加工刀具路徑及部分程序

3.5.3 精加工：為了保證加工精度，需對最后精加工所用的刀具進行精密檢測，在編程時按實際數據設置刀具參數。

3.5.3.1.φ12R1立銑刀加工各平面、外側面和成型部分。成型部分的加工余量設置為0，各平面和側面加工余量按圖紙公差要求設置。各部分單獨編程，最后組合成一條程序，加工路徑如圖9。

圖9：φ12R1精加工路徑

3.5.3.2.φ8球刀精加工配合面。加工策略為平行走刀精加工。配合面留量-0.036mm，以保證合理的間隙，刀具路徑如圖10。

圖10：滑道配合面精加工路徑

3.5.3.4.最后用φ5R0.5立銑刀清根，先計算出前面刀具路徑無法加工到的拐角、根部，再用φ5R0.5進行補充加工，刀具路徑如圖11。

圖11： φ5R0.5精加工路徑

3.6 電極設計與加工

無法用銑刀直接加工到位的形狀，一般都采用電火花機床來加工。搖臂軸5#支架壓鑄模的靜模襯模鑄件成型密封面無法用高速銑削直接加工到尺寸，需單獨設計電極用電火花機床加工。為了避免電火花加工脆硬層引起密封面早期龜裂，電極設計成粗電極、精電極兩種，并嚴格控制電極的制造精度。圖12是靜模襯模密封面電極的設計圖。

:圖12： 靜模襯模密封面電極

在電極加工過程中，為了加工出放電間隙，可以用小刀徑編程，大刀徑刀具加工。如密封面精電極，φ9.9的立銑刀和球頭刀編程，實際加工時用直徑φ10的刀具。電極加工完畢后，按3D檢測輪廓度合格后才能使用，精電極精加工路徑如圖13。

圖13：精電極精加工路徑

3.7 電火花成型加工

粗精加工參數選擇：粗加工條件根據加工表面積FP（ ）來選擇，而最終精加工條件根據所需粗糙度（Ra）來選擇，在加工精加工電極確定減寸量時，其側面間隙值需加以考慮。選擇好合理的加工參數就可以達到高效、低耗、精確的模具成形結果，圖14是加工位置示意圖，表1是合理的加工參數。

圖14：加工位置示意圖

表1：電火花加工參數設置

條件號 面積 放電間隙 加工速度 損耗 側面

粗加工參數 111 4 0.37 43 0.05 6.32

110 3 0.32 32 0.05 5.4

109 2 0.25 22 0.05 3.9

精加工參數 108 1 0.19 10 0.1 3

107 0.15 7 2

106 0.07 5 1.5

通過上述工藝安排，發(fā)動機搖臂軸5＃支架如期完成了制造，壓鑄出的鑄件尺寸達到了鑄件圖的要求。

4.結語

壓鑄模制造工藝過程及其分析是建立在對企業(yè)數控設備、刀具、裝夾輔具等的充分了解之上，系統(tǒng)的工藝分析可以事先考慮到加工中可能出現的問題如加工出錯、重復走刀路徑等，并采取有效的措施避免問題的發(fā)生。對于大型復雜壓鑄模，尤其是具有大量不同公差要求的裝配尺寸、定位尺寸、位置尺寸需要數控加工來保證時，詳細的模具制造工藝分析顯得更加重要。

5.參考文獻

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[2] 史翔主編：<<模具CAD/CAM技術及應用>>，機械工業(yè)出版社 1996年

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