李陟遠

【摘 要】通過對一種典型的飲料瓶吹塑模具型腔高速數(shù)控加工工藝的設(shè)計，分析并總結(jié)出模具高速加工的工藝特點，進一步明確加工方案的合理選擇、加工設(shè)備和刀具的有效利用，切削用量等參數(shù)的最佳設(shè)定及現(xiàn)代制造軟件的靈活應(yīng)用，是保證模具加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要途徑，也為類似的模具零件數(shù)控工藝設(shè)計提供了很好的借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工；切削狀況；加工效率；切削角度

【中圖分類號】TQ320.52 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0206-02

0 引言

隨著三維造型軟件的不斷提高，在模具設(shè)計、制造過程中，異型曲面的設(shè)計與自由曲面應(yīng)用日趨增加。同時，加工制造過程中對形狀及尺寸精度的要求越來越高，供貨期限也越來越短，這就對加工過程有了更高的要求。高速數(shù)控加工技術(shù)對以往的加工工藝有較大影響，逐步改變了以往的加工工藝流程。高速加工中心可以加工熱處理后的模具鋼，可以有效減少加工過程的時間，降低加工成本，提高加工生產(chǎn)效率。下面通過實例對典型吹塑模具型腔的數(shù)控加工工藝進行分析。

1 模具型腔工藝性分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)產(chǎn)品造型，設(shè)計出來的型腔如圖1所示，型腔面由多個曲面組成，而且表面粗糙度要求較高。型面中部旋轉(zhuǎn)凸臺進行分度后采用局部區(qū)域加工。

1.2 材料分析

型腔材料為鍛造鋁合金，但鋁合金存在剛性強度低、韌性高及延展性強等切削性能特點，為保證切削效率，解決剛性強度低問題，因而所用的刀具前角小、比較鋒利，切削轉(zhuǎn)速高、進給速度快。但韌性高則會給高速切削帶來兩個方面的問題：一是在高速切削狀態(tài)下容易導(dǎo)致黏結(jié)的現(xiàn)象；二是由于鋁材具有高度的延展性，它有可能會形成條狀紋。因此，加工鋁合金時應(yīng)考慮以下幾個方面。

（1）刀具材料及合理幾何參數(shù)選擇。加工鋁合金的刀具材料可選用W8Cr4V高速鋼和YG8、YG6、YG8N等硬質(zhì)合金，YG6宜用于余量均勻條件下的連續(xù)加工和半精加工。

（2）切削用量，由于鋁合金的強度和硬度比較低且導(dǎo)熱性好，因此可以獲得較高的進給速度，適于進行高速加工。

（3）冷卻潤滑，用硬質(zhì)合金刀具粗加工鋁合金時，因吃刀量少，進給速度高，切削熱主要集中在廢鋁屑上，一般可不用冷卻潤滑，而用高壓空氣冷卻將高溫碎屑吹走。

1.3 擬定工藝方案

對復(fù)雜型腔模具制造工藝應(yīng)根據(jù)型腔形狀、尺寸、技術(shù)要求并結(jié)合本單位設(shè)備情況等具體條件來制定。該飲料瓶吹塑模具型腔可考慮以下加工方案進行制造。

在高速加工中心，該型腔的銑削加工分四大步：先采用實體挖槽對其進行粗加工，然后采用曲面銑削進行半精加工和精加工，針對其型面中部旋轉(zhuǎn)凸臺進行分度后采用局部區(qū)域加工，編程坐標原點設(shè)在型腔軸線的瓶底處。

2 高速銑削的加工編程

2.1 粗加工的高速銑削編程

選用φ20R0.5銑刀，采用斜線下刀方式，可以改善進刀時的切削狀態(tài)，保持較高的進刀速度和較低的切削負荷，其參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

選擇曲面粗加工方法中的constant（平行環(huán)繞并清角）從外徑內(nèi)走刀方式，銑削方向為順銑，第一刀背吃刀量0.5 mm，刀路重疊50%，參數(shù)設(shè)置如圖3所示，轉(zhuǎn)速為15 000 r/min，進給速度為5 000 mm/mim，粗加工和半精加工時將擬合誤差值，設(shè)為0.5，太小加工速度會減慢，加工時間會變長。

2.2 半精加工的高速銑削編程

由于MasterCAM沒有半精加工設(shè)置，因此選擇的是曲面精加工的Paraiiel命令。選用φ12 mm球頭銑刀。因粗加工采用φ20 mm刀具型腔底面留有較大的余量，為了改善切削狀況，保持較高的速度和較低的切削負荷，同時以避免產(chǎn)生縱向刀紋。如果瓶口部分圓弧較小，再添加一把φ8 mm球刀進行加工，以獲得整個型腔表面精加工的均勻預(yù)留量。最后選用φ6 mm球刀半精加工，轉(zhuǎn)速為24 000 r/min，進給速度為3 500 mm/min。在生成加工刀具運動軌跡時，考慮到加工效率等因素，故應(yīng)選擇往Zigzag走刀方式，設(shè)置切削間距為0.35 mm，雙向切削預(yù)留0.1 mm余量，切削角度設(shè)置為45°，其參數(shù)設(shè)置如圖4所示，選軸向為切削方向。

2.3 精加工刀具路徑編程

精加工的刀具路徑軌跡選擇型腔底端圓弧的法線方向為切削進刀及加工進給方向，這樣生成的刀具路徑比較均勻，以便后期拋光時不會有明顯的刀具切削痕跡。為了在加工后達到表面粗糙度的要求，盡量采用φ6 mm的球頭銑刀，并結(jié)合刀具路徑交叉重疊的方法進行精加工。目的是半精加工時刀具切削路徑角度為繞中軸線45°進行加工，因此精加工的工序是刀具路徑沿著型腔X軸的徑向進行加工，可達到最好去除表面凸點的效果。具體參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)速24 000 r/min，進給速度為2 500 mm/min。一般擬合誤差應(yīng)為加工零件的1/5～1/10，而本零件的誤差一般是在0.05的數(shù)量級，因此數(shù)控編程中的擬合誤差應(yīng)控制在0.005左右，必須在精加工自動編程中利用圖5對話框進行擬合誤差的設(shè)置。

2.4 精加工的區(qū)域加工編程

由于此型面屬于軸類轉(zhuǎn)軸面，型腔內(nèi)兩側(cè)面矩形凸臺加工留有欠切，旋轉(zhuǎn)60°后采用區(qū)域加工，加工范圍為矩形凸臺的四周倒角與角臺上方的半圓形凸起部分。由于旋轉(zhuǎn)后工件單側(cè)升高了，為了不發(fā)生撞刀而采用了加長刀具。為了改善表面質(zhì)量及表面刀紋的一致性，4個倒角面采用先加工兩個長側(cè)面，再加工兩個端面。這樣可以有效地避免加工到凸臺時頻繁抬刀的動作，節(jié)約了輔助時間，提高了效率，具體參數(shù)設(shè)置跟精加工時一樣，區(qū)域加工刀具路徑如圖6顯示效果圖。

3 總結(jié)

本文應(yīng)用了MasterCAM數(shù)控加工編程軟件，結(jié)合典型型腔體進行數(shù)控加工程序的編制，結(jié)合有效的高速數(shù)控加工工藝，將其應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，有效提高數(shù)控生產(chǎn)加工效率及加工成品質(zhì)量，盡量縮短裝刀長度，以減少刀具振動，延長刀具壽命，提高加工精度。

參 考 文 獻

[1]彭建聲，秦曉剛.模具技術(shù)問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2]盧金火.模具數(shù)控加工中的走刀方式和切削方向的選擇[J].汽車工藝與材料，1998（10）：14-16.

[3]黃如林.切削加工簡明實用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[4]于信偉.高速銑削對鋁合金零件表面粗糙度影響的試驗研究[J].煤礦機械，2007（12）：48-49.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]