■ 共立精機(jī)(大連)有限公司 (遼寧 116620) 馮曉梅 史宏瑩 王敏東 趙 然 徐慶琳
目前壓鑄模具制造的產(chǎn)品越來(lái)越多,如汽車(chē)、摩托車(chē)和許多機(jī)械電子產(chǎn)品的一些部件都是壓鑄件,壓鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品已滲透各個(gè)領(lǐng)域。汽車(chē)壓鑄件如離合器殼體、變速器殼體、四缸體、三缸體、濾清器、閥體、轉(zhuǎn)向器和行李架等已經(jīng)占整個(gè)壓鑄行業(yè)產(chǎn)品的77%以上。壓鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品需求量猛增,推動(dòng)壓鑄模具生產(chǎn)不斷擴(kuò)展,對(duì)壓鑄模具制造、模具型腔的加工(NC加工和放電加工)提出了更高的要求。
壓鑄模具的特點(diǎn)是形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尺寸要求嚴(yán)格、精度高。壓鑄模具型腔的加工包含粗加工和精加工。壓鑄模具型腔精加工大部分是采用放電加工,放電加工的電極數(shù)量多。加工電極的拆分、電極的設(shè)置以及電極的粗、精加工十分重要。
模具型腔根部R過(guò)小,為R1mm、R0.5mm,NC加工需要更換直徑小的刀具,進(jìn)一步做局部清根加工。如圖1和圖2所示,如果NC加工不能實(shí)現(xiàn),有時(shí)需要補(bǔ)局部電極放電加工清根。模具型腔過(guò)高或過(guò)深,NC加工的刀具長(zhǎng)度受限制,加工不到模具型腔成型位置,最終都要采用放電加工。模具精加工的主要方式之一是放電加工。
圖 1
圖 2
目前壓鑄模具加工,主要是NC高速切削加工和普通機(jī)加工、壓鑄模具放電加工和線切割加工。如圖3所示,模具放電加工需要先做好電極設(shè)計(jì),購(gòu)買(mǎi)電極材料,加工粗、精電極,人工要參照樣件修電極,檢測(cè)電極,再放電加工模具型腔。放電加工后,鉗工要修型拋光,去除放電加工痕跡,組裝研配模具。
放電加工(電火花加工)的基本原理是在石墨或銅電極(陽(yáng)極)和鋼材(陰極)之間的不導(dǎo)電介質(zhì)中放電。模具的侵蝕通過(guò)放電來(lái)控制。操作過(guò)程中,負(fù)電極進(jìn)入鋼材中獲得所需形狀。電火花加工中鋼材的表面溫度非常高,從而使其熔化和蒸發(fā)。
放電加工的優(yōu)點(diǎn)是:NC高速加工不能實(shí)現(xiàn)的,放電加工都能實(shí)現(xiàn)。只要拆分好電極,放電加工就能很順利地完成。放電加工的缺點(diǎn)是:成本高、時(shí)間長(zhǎng),要拆分電極、制作電極。需要加工和操作的步驟較多(見(jiàn)圖3),電極消耗材料量大,生產(chǎn)效率低。
放電加工一般為兩次,即粗放電加工和精放電加工,相應(yīng)的電極有粗電極和精電極。放電加工的關(guān)鍵是合理拆分電極,電極拆分設(shè)計(jì)要同時(shí)兼顧有利于電極加工和放電加工。壓鑄模具放電加工的電極設(shè)計(jì)主要包括以下幾點(diǎn)。
(1)電極尺寸:電極尺寸要選擇合理,要考慮粗、精電極加工成本。如汽車(chē)離合器殼體、變速器殼體電極,特大的主體電極(大電極)粗、精電極可使用一個(gè),粗電極放電加工完,下沉加工為精電極,再放電精加工型腔。如果客戶(hù)產(chǎn)品需求量大,同時(shí)制作兩套以上,或考慮要制作復(fù)制更新模具,可分別設(shè)置粗、精兩個(gè)大電極,電極材料高度可加厚,能再利用。使用過(guò)的精電極可作為復(fù)制模具的粗電極,原來(lái)的粗電極可下沉加工電極,再利用作為復(fù)制模具精電極。小電極尺寸應(yīng)盡可能小,保證在放電加工成型處,電極底座尺寸能夠保證放電加工固定。
(2)整體電極:整體電極也稱(chēng)為一體電極、主電極或大電極,可帶模具型腔成型外邊緣設(shè)置的澆道、橋部等,如圖4所示,主電極上帶有小凸起,就是模具型腔上橋部。如汽車(chē)壓鑄件濾清器、閥體整體電極都帶有澆道、橋部。整體電極材料一般為石墨,可選用國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口材料。整體電極設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,是要保證放電加工暢通順利,防止放電加工積碳而損傷模具型腔。
圖 3
圖 4
(3)局部電極:局部電極也稱(chēng)為小電極,鑄件局部尺寸要求嚴(yán)格的部位、整體電極放電加工不到的位置、壓鑄件定位基準(zhǔn)加工處以及NC加工不能實(shí)現(xiàn)的位置,都可拆成局部小電極,放電加工模具型腔。拆分好的局部電極一定要在3D裝配中檢查,防止放電加工干涉,避免失誤。如圖5所示,局部小電極裝配在型腔上,做電極干涉檢查。電極底座要偏移成型處5~6mm,如圖6所示,可防止電極底部加工時(shí)帶有R角,避免放電加工干涉,損壞模具型腔。電極底座的設(shè)計(jì),左側(cè)小于上面成型處,避免放電加工干涉。設(shè)計(jì)小電極材料可選石墨和銅材質(zhì),一般放電加工圓柱形狀和文字電極使用銅電極。壓鑄模具型腔尺寸要求特別嚴(yán)格的,如密封槽處可選用銅電極做放電精電極。
(4)筋部電極:電機(jī)殼體、摩托車(chē)缸體及散熱器等許多產(chǎn)品上都帶有很多筋片,排布密集成型筋部電極可隔行拆分,有利于筋部電極加工清根、修型和檢測(cè),以提高加工質(zhì)量。電極拆分要掌握一定的技巧,如圖7a所示,筋部密集,NC加工電極難實(shí)現(xiàn),可隔行拆分為圖7b和圖7c所示筋電極。這樣能避免放電加工積碳,保證放電加工順利進(jìn)行。
(5)電極設(shè)置:模具型腔表面加工,同時(shí)需要NC高速加工和放電加工處,3D圖(見(jiàn)圖8)中線上端是NC加工,下端是放電加工,銜接處一定要注意,不要有過(guò)大段差出現(xiàn)。銜接處不能設(shè)置在壓鑄件重要尺寸上,拆分電極要特別注意,銜接處要錯(cuò)位避開(kāi)壓鑄件重要尺寸處。因銜接處一般明顯有高速加工和放電加工痕跡,鉗工修型拋光時(shí),會(huì)光順加工表面,造成尺寸偏差。
圖 5
圖 6
圖 7
圖 8
(6)電極清單:拆分電極時(shí)要建立電極清單,標(biāo)注電極名稱(chēng),電極材料(石墨、銅),電極數(shù)量,電極類(lèi)型(粗電極、精電極),電極減寸量以及電極放電位置等。電極清單的建立,有利于電極加工和放電加工,避免加工遺漏、模具型腔缺少形狀。
(7)電極基準(zhǔn):電極基準(zhǔn)要明確指出是制品基準(zhǔn)。所有電極基準(zhǔn)必須統(tǒng)一,為制品基準(zhǔn)。放電加工基準(zhǔn)也是制品基準(zhǔn),要和圖樣基準(zhǔn)一致。這樣有利于放電加工,不用換算,不會(huì)出錯(cuò)。電極基準(zhǔn)統(tǒng)一非常重要,拆分電極要特別重視。實(shí)際生產(chǎn)加工電極時(shí),由于電極基準(zhǔn)和放電加工基準(zhǔn)不同,造成過(guò)一些模具型腔放電加工錯(cuò)誤,模具型腔有的直接報(bào)廢,損失很大。
(8)電極拆分依據(jù):①按模具型腔拆分電極,要求模具型腔設(shè)計(jì)準(zhǔn)確到位,是模具精加工模型,模具結(jié)構(gòu)和壓鑄件成型處都是正確無(wú)誤的。按模具型腔拆分,能直接看到模具型腔的澆道、渣包和橋部,配合連接處、側(cè)抽滑道等,能統(tǒng)籌劃分電極。減小電極數(shù)量,方便檢查電極干涉。如圖5所示,在模具型腔上復(fù)制曲面建立電極比較容易,數(shù)據(jù)量小。②按壓鑄件拆分電極,要求壓鑄件3D模型是準(zhǔn)確的,設(shè)計(jì)電極時(shí)要同時(shí)裝配模具型腔,復(fù)制曲面建立電極在裝配中進(jìn)行,涉及部件多,數(shù)據(jù)量大,易漏掉模具型腔結(jié)構(gòu)形狀,拆分電極數(shù)量多。按壓鑄件拆分電極的優(yōu)點(diǎn)是,在模具型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí),模具成型處部分電極能夠拆分完,急用的電極能夠加工完。能節(jié)省時(shí)間,保證生產(chǎn)周期。圖9所示為模具型腔加工流程,可以看到壓鑄模具電極拆分的重要性。
(9)電極模型:基于壓鑄模具型腔和壓鑄件3D建立的電極模型,一定要同主體形狀(模具型腔、壓鑄件3D模型)相關(guān)聯(lián),不要盲目設(shè)置獨(dú)立幾何,使電極模型孤立。因模具設(shè)計(jì)中,客戶(hù)經(jīng)常提出設(shè)計(jì)變更,修改壓鑄件3D和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如果電極模型是相關(guān)聯(lián)的,修改主體形狀尺寸,再生電極模型就會(huì)自動(dòng)調(diào)整修正好,不用重新拆分電極,可節(jié)省時(shí)間,提高效率。
圖 9
圖 10
圖 11
圖 12
(10)電極檢測(cè):電極加工完,要用三坐標(biāo)檢測(cè),在電極表面上選擇重要尺寸處,選些點(diǎn)檢測(cè)或掃描檢測(cè)。三坐標(biāo)檢測(cè)輸出數(shù)據(jù),可通過(guò)程序自動(dòng)轉(zhuǎn)化為Pro/E能讀入的點(diǎn)數(shù)據(jù),在電極模型上返點(diǎn)檢測(cè)。能判斷出電極是否含減寸量,電極加工模型是否正確,如圖10和圖11所示為電極返點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)位置。用Pro/E分析幾何偏差,選擇檢測(cè)曲面和檢測(cè)點(diǎn),能得到曲面上檢測(cè)點(diǎn)的所有偏差值,如圖12所示,并能得到最大和最小偏差值。
(11)電極設(shè)計(jì)軟件:可使用3D造型軟件Pro/E、UG、CATIA和SolidWorks等。應(yīng)用Pro/E軟件可快速?gòu)?fù)制曲面,延伸拉長(zhǎng)、切剪修型拆分設(shè)計(jì)電極,能夠在模具型腔裝配中,做電極干涉檢查,可做返點(diǎn)檢測(cè),能保證電極質(zhì)量。應(yīng)用Pro/E的NC加工模塊,能快速生成NC加工電極程序,實(shí)現(xiàn)壓鑄模具CAD/CAM一體化??晒?jié)省模具加工時(shí)間,提高勞動(dòng)效率。
模具型腔放電加工是模具加工的最后階段,一定要保證電極設(shè)計(jì)準(zhǔn)確。電極設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是形狀準(zhǔn)確、基準(zhǔn)統(tǒng)一,確保放電加工后型腔成型對(duì)、尺寸正確。電極設(shè)計(jì)要合理,防止干涉,避免放電加工積碳。
展望壓鑄模具的發(fā)展,壓鑄模具的設(shè)計(jì)要不斷創(chuàng)新,要建立人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)。充分利用先進(jìn)3D設(shè)計(jì)軟件,迅速設(shè)計(jì)拆分好電極,精確加工出電極,有助于壓鑄模具型腔放電加工,制造出高品質(zhì)的壓鑄模具。
[1] 韋林. UG之WORKPIECE功能在模具型腔編程中的技巧[J]. 金屬加工(冷加工),2015(9):42-43.
[2] 葉國(guó)英. 基于UG連接桿模具型腔電極設(shè)計(jì)與數(shù)控加工[J]. 模具制造,2013(1):83-85.