數控銑加工模具零件工藝的優化策略分析

區穎勤

摘要：本文對數控銑加工模具零件工藝的優化進行探討，介紹了數控技術的發展及特點表現、模具數控編程基本流程的優化，對數控銑加工模具成型面模塊的優化設計及數控銑加工模具零件工藝的優化方法展開了討論。

關鍵詞：數控銑；模具零件；加工

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2015）09-0089-02

一、數控銑模具零件加工工藝現狀及問題

在現代工業生產中自動化技術被廣泛應用于各種金屬部件，其具有獨特的技術特點和顯著的經濟效益，所以一直以來圍繞鑄造工藝，鑄造模具和數控銑加工進行了大量研究，取得了許多開創性的研究成果。模具零件加工工藝與加工設備是相輔相成的，是互相依存的關系，先進的模具零件加工工藝是建立在先進的模具零件加工設備之上的，而沒有模具零件加工工藝的研究與提高，先進的模具零件加工設備也不可能研制出來。模具零件加工工藝的進步必須要以可靠性高，技術性能優越的數控銑加工作為前提。所以要想獲得高質量和高品質的壓數控，就必須不斷地改進模具零件加工工藝，研制出可靠性高、性能優異的模具零件加工設備。模具零件加工技術的核心裝備是數控銑加工，數控銑加工在模具零件加工技術的發展歷程中有著相當重的地位，每一次數控銑加工的結構改進都推動著模具零件加工技術向前進一步。數控銑加工的性能，將直接影響數控的質量和精度。

自從中國加入WTO，市場全面開放后，國內數控銑加工制造行業在數控銑加工市場的競爭日趨激烈。客觀地說，國內數控銑加工的性能水平和質量與國外先進工業國家相比有一定的差距，但由于數控產品的應用領域比較廣泛，從交通，能源到家用電器以及工業產品等都有存在模具零件加工產品的身影，且要求各不相同，這給國內數控銑加工生產廠商特別是中小數加工生產廠商帶來了發展空間，為提高國產數控銑加工質量，改進性能，提供了有利時機。隨著中國經濟的發展，中國機械工業成為了世界的加工基地，在鑄造領域也不例外，這無疑給國內模具零件加工業的發展提供了良機。

當前，國內數控銑加工的總體設計水準還不高，可靠性及穩定性方面與發達國家相比還有不小的差距。目前國內的數控銑加工設計主要依靠經驗設計，即對設計出的產品進行多次重復地試驗，如果試驗品不滿足設計要求，則返回修改后重新進行試驗。這種經驗法耗時耗力，額外增加很多時間成本，明顯不能適應日趨激烈的市場競爭。

隨著計算機技術的不斷發展，日本、歐美等發達國家在數控銑加工的開發設計中普遍采用有限元分析、虛擬樣機等現代設計分析技術，引入這種技術后可以使設計制造的整機在穩定性、可靠性、舒適性方面有明顯優勢，而國內數控銑加工的開發技術在這方面還基本處于起步階段，與國際水平差距較大。我國數控銑加工的發展，迫切需要改變過去數控銑加工產品以經驗設計為主、單一機型的設計方法，取而代之的必須是能滿足多品種、小批量、高質量、短周期和低成本的新的設計方法。而計算機輔助工程技術（CAE）可以完全滿足這些要求。 國內數控銑加工企業必須盡快走向自主開發創新，通過數控銑加工企業與高校、科研院所的緊密結合、掌握先進設計、制造、測試技術，建立多層次的產品開發體系和高水平的數控銑加工實驗開發平臺，這不僅是世界數控銑加工技術先進國家的成功經驗，也是我國數控銑加工工業走向自主創新開發的可行的辦法。數控銑加工 CAE 技術的研究有迫切的市場需求和廣闊的推廣應用前景。

二、數控銑加工模具零件工藝的優化策略分析

一直以來，提高模具零件加工效率、保障合模精度都是數控銑技術的研究重點。前蘇聯對數控銑加工工藝研究得比較早，有一整套完整的優化設計理論。這些理論適用于手工計算，有許多的經驗公式。在研發中，零部件簡化比較多，為使部件強度和剛度達到要求，零件的設計留有很多余量，設計出的零部件一般都比較笨重，極大地浪費了資源。而且只能得到整個模具零件的工作情況，單個零部件的應力應變無法獲得，具有很大的局限性。近年來，隨著計算機技術及有限元技術的發展，一些歐美發達國家采用這些技術對數控銑加工模具零件進行了設計和分析，結構小巧、穩定性高，還能節約研發時間和研發成本。

國內采用有限元技術比較晚，近年來也有部分研究人員采用這種技術對模具零件及關鍵零部件進行了設計和研究。早期有學者基于COSMOS/M 軟件平臺對模具零件進行了有限元分析，得到了模具的頭板、尾板及導柱的應力和變形云圖，分析過程中做了很多簡化，載荷的施加也做了簡化處理。通過對模具零件的尾板進行了優化分析，在材料上以球墨鑄鐵代替了鑄鋼，優化的方法是對尾板的幾何尺寸進行改變，比如板厚、肋板位置等，這種優化方法主要依靠經驗，有一定的局限性。此外，還有研究對合對模具機構的中板進行了有限元分析，并對中板進行了一定的優化，考慮了注射過程中的脹型力及合模力對中板的作用，但施加的載荷相對簡單，直接參考技術參數中的合模力作為載荷施加到中板上。針對模具零件在實際工作過程中產生裂紋的問題，我國利用有限元技術，對尾板的靜態、瞬態和疲勞進行了分析，提出了幾種改進的新的設計方。

現階段，我國對冷室數控銑加工的模具零件進行了設計研究，在設計基礎上應用ANSYS 進行了靜力學分析和應用 ADAMS 進行了動力學研究，在動力學分析中，將機鉸作為剛性件來處理，與實際情況有一定的差距。針對大型數控銑加工的模具零件加工問題，有學者進行了多體動力學分析，分別對模具零件進行了剛性體分析和柔性體分析，對比了在這兩種情況下模具零件各構件的運動特性和力學特性，最后運用軟件 ADAMS對模具零件的機鉸進行了機構優化，在考慮了合模力和合模速度特性的條件下，得到了最優的機鉸尺寸。

三、結語

本文通過分析數控銑加工模具零件工藝技術方法的特點、數控編程以及模塊的優化設計，提出了加工方式、切削量以及內斜面的優化處理方式，對提升模具零件的加工精密程度以及表面粗糙程度的降低有著較為明顯的改善效果，實現了生產成本的降低，取得了較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]高杉，安勇亮.數控銑加工精密薄壁零件的研究[J].機械設計與制造，2014（4）：153-155.

[2]苗志濱，叢曉紅，苗淑杰.一種典型數控銑切削參數的優化方法[J].機械工程師，2013 （12）：139-141.

[3]丁力.加工模具零件的數控銑工藝改進[J].科技創新導報，2014（10）：60-61.