鄒炳輝（廣東省人力資源社會(huì)保障廳職業(yè)技能鑒定中心，廣東廣州510115）

模具大型滑塊的數(shù)控加工

鄒炳輝
（廣東省人力資源社會(huì)保障廳職業(yè)技能鑒定中心，廣東廣州510115）

以某大型模具上的一個(gè)大滑塊為加工案例，闡述寬高比、體積較大滑塊的工藝流程及數(shù)控編程。關(guān)鍵詞：模具加工；滑塊加工工藝；工藝基準(zhǔn)

0　引言

滑塊（行位）在注射模具中是一種常見的機(jī)構(gòu)，主要起側(cè)向分型抽芯的作用，滑塊一方面需要保證產(chǎn)品的外表面質(zhì)量，一方面需要周期性的滑動(dòng)，對(duì)其加工精度有較高的要求。與常規(guī)斜導(dǎo)柱側(cè)向分型抽芯滑塊不同，本文案例這種類型的滑塊使用液壓油缸側(cè)向抽芯，因其不需要考慮機(jī)械抽芯力，其膠位面積、寬高比較大?；境叽缛鐖D1所示，考慮工件尺寸及加工精度，粗加工使用VCM1370立式加工中心，其行程為1 300mm ×700mm，主軸最高轉(zhuǎn)速6 000 r/min。因工件加工面積大，機(jī)加工會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，需要熱處理去應(yīng)力，這就需要在熱處理前的粗加工時(shí)充分考慮熱處理后的精加工的余量、裝夾、取數(shù)等加工工藝，無疑增加了加工的難度，下文通過詳細(xì)的分析，制訂其工藝流程及加工方法。

圖1　滑塊基本尺寸

1　工藝制訂

案例工件加工面積較大，機(jī)加工會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件在運(yùn)動(dòng)過程中容易產(chǎn)生變形甚至形成裂紋，因而需要熱處理去應(yīng)力，這就需要機(jī)加工時(shí)考慮熱處理后的裝夾、碰數(shù)問題，將整個(gè)加工過程分成兩個(gè)階段：熱處理前及熱處理后。熱處理前需去除大部分材料，只留精加工余量；熱處理后需要清除預(yù)留的材料，并得到在精度要求范圍內(nèi)的最終零件，精加工使用加工精度較高的德馬吉DMC 64 Iinear加工中心，有效行程640mm× 600mm，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 180i-MB，主軸最高轉(zhuǎn)速12 000 r/min。

熱處理前的粗加工分正面、背面、及兩側(cè)面四個(gè)方位的加工，如圖2所示。因熱處理去應(yīng)力后，工件會(huì)有所變形，需重新以一個(gè)準(zhǔn)確的參考基準(zhǔn)作為加工碰數(shù)基準(zhǔn)，像這種大滑塊一般以基準(zhǔn)角碰數(shù)，這就需要一個(gè)準(zhǔn)確的基準(zhǔn)角。粗加工時(shí)，預(yù)留頂面材料，其平面作為熱處理后研磨支撐平面，熱處理后可通過磨床，研磨加工出基準(zhǔn)角的三個(gè)基準(zhǔn)面，研磨量為0.2mm，保證其垂直度。

圖2　熱處理前加工方位示意圖

熱處理后的精加工時(shí)，加工方位與熱處理前一樣，但因背部材料已去除，工件正面加工時(shí)（膠位面方向）如何裝夾是要考慮的問題。如果用虎鉗夾住尾部平位加工，其尾部平位與高度比為60∶322，大概為其總高度的1/6，有2/3的重量處于懸空狀態(tài)，且正面有較多的材料需要去除，受力不均勻，容易在角位處產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，有可能會(huì)產(chǎn)生變形或裂紋，并且這么大的滑塊裝夾、拖表不方便，對(duì)機(jī)床要求也較高，需要考慮其他裝夾工藝。解決方案是在加工背部耐磨片槽時(shí)預(yù)留工藝凸臺(tái)（如圖3所示），這樣在正面加工時(shí)可用工裝板及墊塊緊固裝夾固定（如圖4所示），其好處是裝夾、對(duì)數(shù)方便，并能較好地平衡加工時(shí)的作用力，實(shí)用性強(qiáng)。

圖3　熱處理前粗加工背面示意圖

圖4　加工正面裝夾示意圖

熱處理后精加工時(shí)，因正面已粗加工，按精加工時(shí)的方法將無法裝夾固定，這時(shí)可考慮使用直角彎板裝夾，在數(shù)控銑床上去除工藝臺(tái)，如圖5所示。

圖5　熱處理后精加工去除工藝臺(tái)示意圖

背面粗加工時(shí)，耐磨片槽后部有一大塊相邊區(qū)域需要去除材料，其尺寸達(dá)到261.5mm× 174.8mm×280mm，常規(guī)的數(shù)控加工，需要用刀具一層層的切削，必定會(huì)占去較長的加工時(shí)間，并且損耗刀具，生產(chǎn)效率不高。通過分析對(duì)比，用線切割加工較為合適，不但能得到一塊實(shí)用的材料，而且省下很多的時(shí)間，如圖6所示。同時(shí)考慮工藝臺(tái)，這樣線割時(shí)將一起切割出來，留0.5mm作為熱處理后精加工余量，這樣背面方位加工只需加工耐磨片槽，大大節(jié)省時(shí)間，一舉多得。

圖6　線切割加工背部區(qū)域示意圖

2　滑塊的數(shù)控加工

編程分熱處理前的粗加工及熱處理后的精加工，按不同的方位加工頂面方位、背面方位及正面方位。熱處理前粗加工需要去除大部分材料，考慮裝夾加工工藝，預(yù)留部分材料到熱處理后，粗加工整體留預(yù)量0.3mm。因篇幅關(guān)系，下文重點(diǎn)介紹正面方位的數(shù)控編程加工，編程軟件為UGNX7.5，機(jī)床使用德馬吉DMC 64 Iinear加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 180i-MB，主軸最高轉(zhuǎn)速為12 000 r/min。正面裝夾如圖4所示，將已線切割余料的工件，通過螺釘與工裝板、墊塊緊固為整體，并固定于機(jī)床工作臺(tái)上，基準(zhǔn)角對(duì)刀。

（1）熱處理前粗加工

加工編程前先設(shè)定加工坐標(biāo)系、安全平面、材料毛坯及加工工件，如圖7所示。粗加工使用型腔銑削加工，該模塊提供粗切單個(gè)或多個(gè)型腔、沿任意形狀切去大量毛坯材料以及可以加工出型芯的全部功能，最突出的功能是對(duì)非常復(fù)雜的形狀產(chǎn)生刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，確定走刀方式。如圖8所示為零件正面方位的型腔銑削粗加工，加工余量0.3mm，用?40R6的圓鼻刀完成主體大部分材料的去除工作，切削模式為跟隨部件，封閉區(qū)域用螺旋進(jìn)刀，開放區(qū)域用圓弧進(jìn)刀，區(qū)域間的快速移刀為到達(dá)安全平面，區(qū)域內(nèi)為前一平面；切削深度為頂面開始深70 mm，每刀公共深度為恒定0.3 mm，主軸轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，進(jìn)給為2 000mm/min。

圖7　加工前基本設(shè)定

圖8　粗加工型腔銑

再采用?35R5的圓鼻刀完成次級(jí)窄角位的材料的去除工作，加工方法設(shè)置與上述?40R6刀具一樣，控制切削范圍，使用參考刀具?42R8，對(duì)?40R6未能加工的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)刀。接著可用更小的刀具進(jìn)行更小窄角位的材料去除工作，但因粗加工后需要熱處理去應(yīng)力，去應(yīng)力并不會(huì)增加材料硬度，部分更窄角位的余料對(duì)整體應(yīng)力影響不大，為減少工作量，提高加工效率，可不需要進(jìn)一步粗加工。

（2）熱處理后半精加工

熱處理后材料已去除應(yīng)力，可完全去除多余材料，但工件表面有變形，需通過磨床研磨加工，重新定好基準(zhǔn)。研磨好三個(gè)基準(zhǔn)面及工藝臺(tái)面后，按圖4所示正面裝夾好，整體固定于德馬吉DMC 64 Iinear加工中心上。因滑塊正面為產(chǎn)品的表面，要求較高，且正面各層陡峭不一樣，可通過切削層深度控制切削范圍，分段進(jìn)行加工，減少移刀時(shí)間，優(yōu)化刀路。如圖9所示，先用?30R5圓鼻刀進(jìn)行半精加工，去除熱處理前的窄角位材料，切削模式使用輪廓銑加工，切削層深度0.3mm，切削余量為0.3mm，控制切削層深度為0～60 mm，完成頂部較凸出部分的清角加工；接著用同樣的刀具及加工參數(shù)控制切削深度為60～70 mm，完成中間較平表面的加工；延續(xù)刀具及加工方法，控制切削深度為70～140mm，完成側(cè)面垂直面的加工。

圖9　正面熱處理后清角加工1

完成上述刀路后，正面大部分余料已去除，但更窄角位處還有余量，延續(xù)上述的加工方法，使用型腔銑模塊輪廓銑進(jìn)一步清角，如圖10所示，先用?16R0.8的圓鼻刀，再用?10R5、?6R3的圓鼻刀逐級(jí)遞減更換更小的刀具進(jìn)行清角，進(jìn)一步減少余量。

圖10　正面熱處理后清角加工2

完成窄角位半精加工后，延續(xù)半精加工的裝夾方法，在同一機(jī)床上進(jìn)行整體表面精加工，以減少裝夾對(duì)刀過程中的誤差。這里采用固定軸銑削加工，該模塊提供了完全和綜合的，用于產(chǎn)生3軸運(yùn)動(dòng)的刀具路徑，實(shí)際上它能加工任何曲面模型和實(shí)體模型，可以用功能很強(qiáng)的方法來選擇零件需要加工的表面或加工部位。有多種驅(qū)動(dòng)方法和走刀方式可供選擇，如沿邊界、徑向、螺旋線以及沿用戶定義的方向驅(qū)動(dòng)，此外，還可以容易地識(shí)別前道工序未能切除的區(qū)域和陡峭區(qū)，快速完成清除上一次加工的余量，提高工件的加工質(zhì)量，使精加工時(shí)均勻切削。如圖11所示，刀具選用要考慮粗加工所留下余量大小，使加工時(shí)不至于斷刀，此處選用?16R8的球刀完成上一次加工的余量去除，加工面為正面所有曲面，使用區(qū)域銑削加工方法，切削模式為往復(fù)加工，步距為恒定0.35mm，主軸轉(zhuǎn)速為3 800 r/min，進(jìn)給為1 800mm/min，精加工留余量0.02mm，用于拋光，如圖11（a）所示。

圖11　半精加工－固定軸銑削加工

完成后使用?10R5的球刀完成次級(jí)小角位的精加工，使用區(qū)域銑削加工方法，驅(qū)動(dòng)方法使用清根，陡峭角為65°，非陡峭區(qū)域切削模式為往復(fù)加工，步距為0.1mm，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，進(jìn)給為1 500mm/min，精加工留余量0.02mm，如圖11（b）所示。完成后延續(xù)上述加工方法，步距為恒定0.06mm，使用?6R3的球刀完成更小角位的精加工，如圖11（c）所示。熱處理后正面機(jī)械加工序卡如表1所示。

表1　熱處理后正面加工程序工藝卡

通過上述的數(shù)控加工，零件正面的加工基本完成，部分筋位及直角位因?yàn)榈毒呒拔恢玫南拗?，無法進(jìn)一步數(shù)控加工，需要用到電火花加工，根據(jù)數(shù)控加工的余量設(shè)計(jì)電極，如圖12所示為正面電極，本文不再進(jìn)一步闡述其設(shè)計(jì)過程。

圖12　骨位清角電極

3　結(jié)束語

對(duì)于復(fù)雜、大型零件的機(jī)械加工，其工藝流程的編排是非常重要的。工藝編排時(shí)要綜合考慮本身的機(jī)加工設(shè)備及能力，熟悉各工種各工序的加工需要及其加工精度，統(tǒng)一加工基準(zhǔn)、裝夾定位基準(zhǔn)，才能得到更高的幾何精度及尺寸精度，同時(shí)也提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。

［1］李維.UGNX7.5數(shù)控編程工藝師基礎(chǔ)與范例標(biāo)準(zhǔn)教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［2］許祥泰，劉艷蔟.數(shù)控加工實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］李德林，顧國超.UG NX6數(shù)控編程實(shí)例圖解［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［4］張遠(yuǎn)輝，王非森.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

(編輯：向飛)

NCM achining of Large Die Slider Block

ZOU Bing-hui
（Occupation Skill Testing Authority，Guangdong ProvincialDepartmentofHuman Resourcesand Social Security，Guangzhou510115，China）

In this paper，the processing of a slider of a largemold as the case，described the process and NC programming of the slider with large volumeand thewidth and height ratio is relatively large.

die process；slider process；processstandard

TG76

A

1009－9492(2015)04－0089－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.024

2015－03－19

鄒炳輝，男，1978年生，廣東河源人，碩士，助理工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，職業(yè)研發(fā)與技能鑒定。