基于注塑模具型面高速切削與拋光復合加工的研究

焦濤

摘 要：基于高速切削技術和曲面拋光原理，對切削拋光復合化關鍵構件進行了介紹，重點對注塑模具型面高速切削、切削與拋光的銜接和拋光工序進行了探討，以期為注塑模具復合加工提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：注塑模具；復合加工；高速切削；拋光工序

中圖分類號：TQ320.5+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.086

1 高速切削技術和曲面拋光原理

1.1 高速切削技術

模具開發的終極目標是創造比自身價值高的產品，模具的生產水平直接影響著產品質量。近年來，隨著汽車、建筑、航空、電子等產業的快速發展，人們對模具加工提出了更高的要求。通常情況下，模具加工既要保持快而穩的切削速度以及恒定的給進速度，又要確保插值精度和生產效率。以高速切削機床為例，其采用多軸聯動的運行方式，可滿足復雜零件的加工要求；控制系統在數控和伺服方面兼具插補功能，可滿足加工精度和加工柔性的要求。為了適應自動換刀的需求，高速切削刀具基本形成了統一形式的刀柄。在生產實踐中，高速切削刀也有一定的缺陷，比如，如果切削余量較大，則難以實現高速行刀。因此，只有不斷改進相關技術，才能更好地滿足復雜曲面混合造型等高難度加工的要求。

1.2 曲面拋光原理

模具曲面的拋光過程十分復雜，會受到多種因素的影響。基于自由曲面拋光原理，有必要對曲面拋光接觸、拋光時的摩擦力和相關工具進行綜合分析。因此，從整個加工過程的角度看，應確保高速切削設備性能的充分發揮；從復雜曲面模具數控機床加工過程的角度看，首要環節是分割刀具與工件的相對運動坐標，確保在既定零件程序內形成最小位移量的移動，從而有效控制刀具的運動軌跡。為了提高加工的精度和質量，需要保證刀具完成固定直線段的加工任務。概括而言，拋光加工模型原理可分為微切削作用、塑性流動作用、化學作用和彈性破壞等部分。模具拋光摩擦分析顯示，拋光過程中產生的表面去除量與法向拋光力、模具表面相對滑動距離成正比，與模具硬度成反比。無論采用手工加工方法，還是采用機械拋光方法，都需要改變法向拋光力、拋光工具的線速度等工藝參數，從而獲得預期的拋光效果。不同模具的型面對拋光的要求不同，比如，型面較粗糙時，應選擇較硬的磨粒，并增加粗拋量；型面較精細時，應采用微細磨料去除拋光表面的氧化膜層。

2 切削拋光復合化構件及其加工方案

2.1 關鍵構件

要想確保模具制造精度和拋光過程的易控性，就要保證拋光工具的表面質量和有效控制拋光壓力。其中，對拋光壓力的控制主要體現在以下2方面：①保證拋光路徑處于加工范圍內；②重點控制行刀路線和切削參數，以免在模具表面出現切痕。在拋光工具的設計中，設計人員應注重誤差分析，嚴格按照規定加工復雜模具型面，并將曲面離散成一系列的微平面。操作過程中的曲面各點法矢量不固定是導致刀軸矢量發生變化的主要原因。一旦出現誤差，則刀具的運行軌跡會由直線變為曲線。因此，在刀具運行軌跡變化的過程中，需要明確節點坐標值，并密化各節點件的數據點。

注塑模具型面的加工依托于數控技術，因此，要想提高加工精度和產品質量，就必須有效控制數控加工中的誤差。在拋光工具的使用中，應注重平衡分析。高速加工工具系統由刀柄、刀桿和刀片等精密組件構成。工具系統出現不平衡現象的主要原因是設計、制造、裝配等環節存在的問題，比如，刀具材料加工中的金相缺陷、刀柄制造中的圓度誤差和刀具切削軌跡偏移等。目前，在拋光用具自動化方案中，有在線調壓模式和預沖壓模式可供選擇。在拋光用具的在線調壓模式中，高速切削中心的加工更加關注電主軸的熱變形問題，而應用HSKA型刀柄能解決這一問題。由此可見，借助冷卻通道提供壓力具有可行性。

2.2 加工方案

高速切削拋光復合加工方案主要由高速切削、切削與拋光的銜接和拋光工序三部分組成。其中，高速切削建立在殘留模型和平面片離散加工模型的基礎上，根據自適應理論和加工誤差補償方法，通過刀位點加密控制誤差，并引入了誤差補償，以提高加工精度；切削與拋光的銜接可采用行切法和環切法，具體工序包括拋光液的選擇、研磨拋光理論模型的建立和拋光軌跡的選擇；在拋光作業中，拋光軌跡應均分布在型面上，且保證行刀的相對速度具有單向性，從而使加工表面光滑。此外，對于拐角部位的處理，需要在高速切削中密集化該部位的切削軌跡和增加切削次數，以降低表面粗糙度。

3 結束語

目前，注塑模具型面高速切削和拋光復合加工的優勢越來越明顯，相關技術得到了廣泛應用。隨著模具型面設計要求的不斷提高，相關作業程序越來越復雜，加工難度也越來越大。因此，優化高速切削拋光復合加工方案具有重要的理論和現實意義。

參考文獻

[1]馮剛，張朝閣，江平.我國注塑模具關鍵技術的研究與應用進展[J].塑料工業，2014，10（04）.

[2]姜彥翠，劉獻禮，丁云鵬，等.汽車大型覆蓋件淬硬鋼模具切削加工技術[J].哈爾濱理工大學學報，2013，10（01）.

[3]李敏，袁巨龍，吳喆，等.復雜曲面零件超精密加工方法的研究進展[J].機械工程學報，2015，12（05）.