成型殼體塑件的型芯加工工藝探索
1引言加工工藝制定得合理,，對(duì)精工加工的程序編 制,、加工零件的尺寸精度保證,、加工效率和制造成 本的高低有著重要的影響。要制定出合理的加工 工藝,，工藝人員在明確精工加工的內(nèi)容后,，首先要 對(duì)其進(jìn)行工藝分析，對(duì)零件的整個(gè)加工過(guò)程心中有 數(shù),。工藝分析是實(shí)踐性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作,，涉及 的知識(shí)面很寬，包括所在企業(yè)現(xiàn)在的生產(chǎn)能力或制 造水平等,，如生產(chǎn)類型,、零件結(jié)構(gòu)、工藝裝備,、技術(shù) 水平,、管理體制等。打印機(jī)外殼動(dòng)模型芯結(jié)構(gòu)復(fù) 雜,，包括動(dòng)模型芯與滑塊的配合位,、推桿孔、冷卻水 道,、澆注系統(tǒng),、斜導(dǎo)柱避空孔,、斜頂孔、鑲件孔等,，如 何合理地安排這些孔的加工工藝,，將極大地影響模 具制造質(zhì)量及制造成本。2塑件分析(1) 塑件的技術(shù)要求,。圖1所示殼體屬于外觀件,，外觀要求較高，主要的外觀要求有:①再生材使 用時(shí),，不能有異物,、變色、色差等;②外觀面不能有 傷痕,、飛邊,、熔接痕、澆口痕和推桿痕等;③外觀要 進(jìn)行蝕紋處理;④配合位不能有傷痕,、飛邊,、熔接痕 等；⑤外觀判斷參照LBP的外觀判定基準(zhǔn) (Q09-S002)或參照外觀限度樣本(生產(chǎn)出來(lái)的零件 超出外觀判定標(biāo)準(zhǔn)Q09-S002,但不影響使用,，在客 戶同意情況下,，把現(xiàn)有超標(biāo)零件當(dāng)做臨時(shí)樣本，一 般會(huì)有期限要求）,；⑥澆口的二次加工標(biāo)準(zhǔn)參照限 度樣本,。(2) 塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。塑件的外形尺寸288.4 mmx220.7 mmx47.6mm,，基本壁厚 2.1 mm,有大量的加強(qiáng)筋和倒扣,。塑件的外側(cè)面倒扣需用側(cè)抽芯 結(jié)構(gòu)成型，內(nèi)側(cè)面倒扣需用斜頂塊結(jié)構(gòu)成型,，模具 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,。模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證型腔壁厚均勻,， 否則不但會(huì)導(dǎo)致成型塑件尺寸超差,，還會(huì)使型腔充 不滿。3工藝分析模具零件加工的工藝制定是否合理,，對(duì)生產(chǎn)效 率的提高,，成本控制，成型塑件尺寸精度的保證有 著重要影響,，因此必需綜合考慮各方面的影響,，尋 找******的加工工藝。3.1型芯材料特性動(dòng)模型芯的材料為HPM38, HPM38是13鉻系含鉬不銹鋼,，經(jīng)過(guò)特殊熔解制造而成,，因此適合于 制造硬度高且對(duì)耐腐蝕鏡面性要求高的注射模零 件,。HPM38熱處理變形小，適合于精密熱處理,，此 外浸蝕性好,，對(duì)模具零件的保養(yǎng)有利；鏡面加工性 優(yōu)良,，擁有比SUS420J2更好的耐磨蝕性,，無(wú)需鍍鉻。 3.2動(dòng)模型芯結(jié)構(gòu)動(dòng)模型芯如圖2所示,，包括圓推桿孔,、斜頂結(jié)構(gòu) 孔、直水道孔,、冷卻水孔,、滑塊配合面、滑塊滑軌和 斜導(dǎo)柱避空孔,、分流道,、澆口、螺釘安裝孔（螺釘通 孔和沉頭),、鑲件安裝孔等,。3.3型芯加工工藝分析因成型塑件的產(chǎn)量不是很大，并且塑件外形尺 寸大,，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素的影響,，注射模決定采用1模 1腔結(jié)構(gòu)。注射成型時(shí)只能在塑件的側(cè)面進(jìn)澆,，模 具采用熱流道結(jié)構(gòu),。塑件的內(nèi)側(cè)面比較平整,，頂出 結(jié)構(gòu)盡可能使用圓推桿,，倒扣的位置使用斜頂塊作 為頂出機(jī)構(gòu)。圓推桿的推桿孔要求尺寸精度準(zhǔn)確,， 所以推桿孔的加工要安排在熱處理后,，熱處理后用 普通鉆頭等已經(jīng)無(wú)法加工，要用慢走絲加工推桿 孔,。斜頂塊孔因?yàn)楹托表攭K配合,，精度和表面粗糙 度要求也高，也采用慢走絲加工,，必須在熱處理前 鉆穿絲孔,。塑件面積比較大，為了提高生產(chǎn)效率,， 需要快速冷卻定型,，因此模具的冷卻系統(tǒng)要完善,， 型芯周圍和中間布有大量的冷卻水道。冷卻水道 的尺寸精度和表面粗糙度要求不高,，為了提高加工效率,，降低制造成本，這些位置的加工可以在熱處 理前進(jìn)行,。型芯加工工藝路線為：下料^粗銑六面^精銑 六面—精磨六面（留熱處理余量)—預(yù)鉆中心孔— 鉆螺釘通孔沉頭孔—鉆推桿孔穿絲孔—鉆斜頂塊 孔穿絲孔—鉆冷卻水路—動(dòng)模型芯粗加工—淬火 —中溫回火—精磨六面至圖紙要求尺寸—線切割 推桿孔—線切割斜頂塊孔—CNC精加工動(dòng)模型芯 —EDM加工動(dòng)模型芯—拋光,。4精工加工工藝編制 4.1零件定位與裝夾 為實(shí)現(xiàn)加工工序的集中，使零件裝夾后,，能進(jìn) 行多個(gè)表面的加工,，減少裝夾次數(shù)，提高加工精度 和效率,，裝夾要牢固可靠,，操作方便。另外零件裝 夾后要便于設(shè)置工作坐標(biāo)系,、對(duì)刀及測(cè)量零件尺 寸,，可以用螺釘將規(guī)格適當(dāng)?shù)膲|板鎖在型芯上，然 后用壓板壓緊墊板,，最后用百分表校正型芯即可,， 如圖3所示。4.2零件加工工序內(nèi)容及刀具選擇零件的加工工序內(nèi)容及刀具選擇如表1所示,。4.3程序編制 4.3.1前期準(zhǔn)備 編制程序前,，分析型芯模型，區(qū)分特征面,，然后 對(duì)這些特征面進(jìn)行歸類,，接著對(duì)圖形進(jìn)行處理，把 不屬于精工加工的特征刪除(補(bǔ)面）,，刪除這些特征 可以避免生成一些零碎的刀具路徑,，提高編程的效率。表1零件加工工序內(nèi)容及加工參數(shù) 工序 工序內(nèi)容 刀具規(guī)格/mm 主軸轉(zhuǎn)速/R_min-1 進(jìn)給速度/mm ■ min-1 加工設(shè)備 1 下料 - - - 鋸床 2 粗銑零件六而 050端銑刀 8OO 6OO 普通銑床 3 精銑零件六而 050端銑刀 1OOO 8OO 普通銑床 4 精磨零件六面 白剛玉砂輪 -- -- 平面磨床 5 預(yù)鉆中心孔 中心鉆 5OO 3OO 普通銑床 6 鉆螺釘通孔沉頭孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 7 鉆推桿孔穿絲孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 8 鉆斜頂塊孔穿絲孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 9 鉆冷卻水路孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 10 粗加工 03OR5端銑刀 1 5OO 1 6OO 加工中心 11 潔角加工 017RO.8端銑刀 2 OOO 1 8OO 加工中心 12 半精加工 017RO.8端銑刀 2OOO 1 8OO 加工中心 13 熱處理 - - - 熱處理爐 14 精磨六個(gè)面到角 白剛玉砂輪 - - 平面磨床 15 熱處理后的半精加工 017RO.8端銑刀 2 OOO 1 6OO 加工中心 16 平坦面的精加工 017RO.8端銑刀 4 OOO 1 2OO 加工中心 17 曲面的精加工 R4球刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 18 側(cè)面的精加工 08RO.5牛鼻刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 19 潔角加工 08平底刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 20 分流道加工 06RO.5牛鼻刀 6 OOO 1 OOO 加工中心 21 雕刻字碼 R3球刀 6 OOO 8OO 加工中心 22 放電加工 電極 - - 火花機(jī) 23 拋光 拋光工具 - - - 4.3.2粗加工模型區(qū)域清除策略是模型粗加工最常用的策 略,，可以使用它對(duì)模具型芯進(jìn)行粗加工,。粗加工的 目的就是為了快速切除材料，刀具直徑盡可能大,， 以便快速切削,。但是也不是越大越好，刀具越大,， 切削抗力就越大,，機(jī)床的主軸會(huì)負(fù)擔(dān)過(guò)重，振動(dòng)過(guò) 大，影響零件加工質(zhì)量,。切削抗力過(guò)大,，對(duì)零件夾 持也不利，極易導(dǎo)致零件松動(dòng),，造成加工事故,。刀 具直徑過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致更多的一些狹窄區(qū)域無(wú)法切 除,，給后續(xù)的殘留加工增加負(fù)擔(dān),。綜合以上因素， 針對(duì)此模型,，刀具選用03OR5飛刀比較合適,，這種刀 具的刀片是可拆換的010 mm的圓刀粒，刀粒在加 工時(shí)磨損了,，可以直接暫停加工,，更換刀片后接著 加工，避免程序加工中斷,。粗加工的參數(shù)設(shè)置如圖 4所示,。粗加工時(shí)采用的刀具因?yàn)橹行臎](méi)有切削刃，刀 具中心沒(méi)有切削能力,，粗加工最容易出現(xiàn)的編程事 故是因?yàn)橄碌斗绞讲捎弥苯酉碌抖鴮?dǎo)致刀具損壞,， 必須保證粗加工時(shí)刀具要螺旋斜向下刀，下刀方式 的參數(shù)設(shè)置如圖5所示,，粗加工后的模擬結(jié)果如圖6 所示,。4.3.3半精加工 半精加工主要是殘留加工，即將大刀具切削不 到的區(qū)域,，改用小刀具清除,，應(yīng)用的功能是參考前 面的刀具路徑產(chǎn)生殘留刀具路徑。這樣的好處是 能夠讓軟件自動(dòng)規(guī)劃探尋尚未加工的區(qū)域,，自動(dòng)生 成尚未加工區(qū)域的刀具路徑,，生成的刀具路徑安全 高效，并且刀具切入切出連接會(huì)比較合理,，省時(shí)省 力,。粗加工時(shí)因?yàn)閆方向下刀步距是0.5 mm，層與 層之間不可避免地產(chǎn)生很多臺(tái)階,，這些臺(tái)階余量不 均，留給精加工會(huì)影響精加工的加工效果,，必需進(jìn) 一步追加半精加工,。殘留加工后，可米用******等高 策略進(jìn)一步加工型芯，******等高策略的優(yōu)勢(shì)是平坦 區(qū)域和陡峭區(qū)域都能產(chǎn)生等距刀具路徑,，經(jīng)過(guò)****** 等高策略加工的型芯,，加工余量會(huì)比較均勻，為精 加工的加工質(zhì)量提供保證,，半精加工后的模擬結(jié)果4.3.4精加工 精加工時(shí)需要考慮的是精度,，在保證精度的情 況下，要兼顧效率,，所以要合理劃分好加工的區(qū) 域,。劃分的區(qū)域有:①平坦面和底面平行，可以用 大飛刀平面,，切削步距可以設(shè)置比較大,，提高銑削 效率，另外飛刀銑削的平面非常光滑,，可達(dá)亞鏡面 效果;②直身面和底面垂直,，可以用圓柱銑刀的側(cè) 刃切削，下切步距可以設(shè)置比較大,，一次切削深度 可以達(dá)到20 mm以上,，可以有效地提高切削效率;③ 曲率較大的曲面可以做相應(yīng)的曲面邊界，利用比較 大的球刀做******等高加工,，切削步距可以根據(jù)切削 刀具的直徑合理調(diào)整,，該型芯用到的球刀是尺4 mm， 走刀步距可以設(shè)定為0.25 mm,，殘留的扇形高度0.002 mm;④狹窄的區(qū)域可以用毛坯邊界等限制其 范圍,，然后采用比較小的刀具加工。精加工后的模 擬結(jié)果如圖8所示,。4.3.5清角對(duì)一些側(cè)壁底面的尖角位置,，用球刀是無(wú)法加 工的，需要用多筆清角精加工策略加工,，避免這些 底面的尖角位置因加工不到而殘留圓角,，節(jié)省了用 電火花加工清角的步驟。4.3.6刀具路徑校驗(yàn)為了及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,，避免在加工的過(guò)程中發(fā)生 加工事故,，必須對(duì)所編制的程序進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)的 內(nèi)容包括以下方面:①過(guò)切信息查看;②公差和余 量檢查,、快進(jìn)高度檢查;③計(jì)算刀具夾持是否碰撞; ④進(jìn)給率等切削參數(shù)是否合理;⑤刀具路徑仿真檢 查,。只有經(jīng)過(guò)充分校驗(yàn)的程序，才能下發(fā)給制造車 間加工,。5結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證,，并充分應(yīng)用PowerMill軟件的 虛擬加工,，探索出加工殼類零件的合理加工工藝與 編程技術(shù)，順利完成零件的加工制造,。(1) 針對(duì)成型外殼類塑件的模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，通 過(guò)對(duì)模具零件進(jìn)行充分、全面地工藝因素分析,，選 擇適當(dāng)?shù)募庸ぴO(shè)備,、刀具、夾具和安裝方式,，確定合 理的精工加工路線,，最終編制出理想的精工加工程 序，滿足加工要求,。(2) 為保證加工零件定位穩(wěn)定,，將加工零件直接 安裝在工作臺(tái)中，保證了零件具有穩(wěn)定的定位面與 夾緊面,，提高了加工精度,。(3) 粗加工時(shí)，型芯正面4個(gè)角留有4個(gè)等高凸 臺(tái),，方便熱處理后的磨削加工,。 (4) 對(duì)成型殼體塑件的模具零件采用PowerMill 軟件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化編程，充分利用軟件已有的虛擬 制造驗(yàn)證,，提高了程序編制的效率與正確性,。