骨位銅公的數控銑加工

[摘 要] 模具加工中，銅公的質量和加工工藝直接影響到產品的效果及模具制作的速度，其中骨位銅公加工的技術要求更高。通過對骨位銅公的加工工藝、刀具選擇及裝夾方式分析比較，有效解決骨位銅公的薄壁加工易變形問題，以及提供骨位銅公加工的一些實踐經驗，從而提高數控編程加工骨位銅公的效率和質量。

[關 鍵 詞] 數控加工；骨位銅公；加工工藝；側壁

[中圖分類號] G718.3 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）08-0018-02

在塑料制品中，塑件的適當部位設置加強筋，可以在不增加壁厚的情況下，增加它的強度和剛度，防止塑件翹曲變形。在塑料制品結構設計中，很多加強筋在塑件內部同時實現支撐，鎖定及實現其他裝配等功能。為了加強筋在其對應的壁上不產生凹陷（俗稱縮水現象）而設計其厚度在制件壁厚的到1之間，因此加強筋有又薄又高的片狀特征。塑件中這些又薄又高的片狀特征的加強筋也稱為骨位。

骨位在又窄又深的模具型腔中成型，采用數控無法直接加工這樣的型腔，而是根據模具型腔的形狀設計出電極并放電的方法加工，因此一般需要設計骨位電極，俗稱骨位銅公。

骨位銅公特點多為具有一定高度、窄槽和薄片，頂部呈復雜曲面形狀。用數控銑加工銅公薄片的側壁頂端面時易產生彎曲變形，因此對加工工藝和CAM軟件編程參數設置均有較高要求。

一、骨位銅公工藝分析

（一）骨位銅公加工基本分析

從圖1中，我們可以看出此零件是一個有著又高又薄的薄片而極其容易變形的骨位銅公，它的結構特點：（1）薄片高度30.29 mm，厚度尺寸為1.71 mm；（2）銅公的頂部為曲面形狀；（3）銅公骨位的薄片側壁沒有出模斜度；（4）銅公分中臺的外形尺寸為75×20×10 mm。根據企業制造注塑模具的常用設備，在制定加工工藝時主要有以下兩種方法：

第一種方法：用線切割割出35 mm薄片×1.5 mm（火花位為0.1 mm）的紅銅薄片和分中臺，然后把銅片鑲入分中臺再用線切割割出薄片的頂部形狀。如圖2所示：

第二種方法：準備紅銅毛坯80×25×50 mm，用數控銑加工。首先用平口鉗裝夾，夾持量約為5～8 mm，然后對銅公分中、對刀及設置工件坐標系等加工準備工作。在數控編程中，采用曲面挖槽粗加工去除頂部曲面最高點到最低點周圍的材料，接著用外形銑削頂部曲面最低點到分中臺上平面周圍的材料（這種情況中外形銑削比曲面挖槽粗加工能更快去除材料），最后銑削分中臺的外形輪廓。采用曲面精加工中平行銑削精加工頂部曲面。采用外形銑削精加工薄片的側壁和銅公分中臺的側壁及上平面。

經比較，我們發現第一種方法可以很好地按照圖紙加工出零件，但線切割加工紅銅的效率大大低于數控銑削加工。第二種方法雖然加工效率較高，但銅公薄片的側壁沒有斜度，受切削力較大易產生彎曲變形問題，故也難加工出合格的零件。

根據骨位設計要求，如果骨位沒有出模斜度，注塑時易出現粘模現象。因此，需對骨位銅公薄片的側壁修改出模斜度才能生產出合格的塑件產品。銅公薄片的側壁修改出模斜度后，通過對兩種加工方法的分析對比，可以發現第一種方法要用線切割加工錐度難以保證零件精度且效率低。第二種方法可以改進加工工藝解決彎曲變形問題且效率較高，故選擇第二種方法。

（二）加工刀具分析及選擇

零件的材質選用是紅銅，紅銅材料自身的特點是比較軟，而且比較粘。因此在加工時，對刀具的硬度要求不高，可以選用白鋼刀和硬質合金，但要注意使用鋒利的刀具避免斷屑粘刀。當然也可以選用專門加工紅銅材料的刀具，加工效果會更好。

（三）零件工裝夾具的選擇

在企業生產中，銅公加工裝夾中主要有三種裝夾方式：機用平口鉗、鎖板和快速定位夾具。很多加工中心的工作臺上都裝有機用平口鉗，又因銅公的毛坯較小，所以可以直接夾持毛坯5～8 mm。用鎖板裝夾，先要將毛坯的底面銑平及加工兩個螺紋孔，接著用螺絲將毛坯固定在一塊平鐵板上，然后用壓板將平鐵板固定在機床的工作臺上。快速定位夾具也是可以直接夾持毛坯加工，可以縮短裝夾時間，而且還大大提高了后續電火花加工裝夾效率及加工精度。

經過比較，可以發現用快速定位夾具裝夾最方便，但在企業使用的普及率不高。用鎖板裝夾的工序多且費工時，使用不方便。在沒有快速定位夾具的情況下，用平口鉗裝夾也比較方便，我們就使用這種方法。

二、骨位銅公加工難點及解決方案

（一）骨位銅公加工難點

銅公的薄片沒有出模斜度、加工薄片的頂部和側壁容易彎曲變形。

（二）難點解決方法

1.銅公的薄片沒有出模斜度問題的解決

現代很多產品設計師不太了解做模工序，畫3D圖時沒注意出模斜度問題，骨位部位特別嚴重。如果骨位沒有出模斜度，每次分模前要先修改出模斜度或拆銅公時修改，否則注塑時易出現粘模現象。修改出模斜度時，首要考慮不能影響產品外觀、功能及裝配要求，接著用“加膠容易減膠難”訣竅對骨位減膠。對于較高的骨位應采用較小的出模斜度，或在骨位的頂部單邊減0.1～0.15 mm修改骨位側壁的出模斜度。由于此銅公的薄片較高，因此出模斜度以0.5°減膠的方式修改。修改后頂部的厚度為1.27 mm，如圖3所示：

2.加工薄片的頂部和側壁容易彎曲變形問題的解決

在精加工薄片時，如果先銑削側壁再銑削頂部，側壁在精加工后會變得更薄，然后銑削頂部就會產生彎曲變形。因為薄片側壁在粗加工可以單邊預留0.5～0.6 mm，這樣可以有足夠的強度保證在精加工頂部不發生變形，所以必須先精加工頂部后加工側壁。

加工側壁時，如果選用球頭刀加工，它跟側壁的接觸面積較大就會增加側壁受力產生變形，因此需要選用鋒利、直徑較小平底刀具加工（減小切削力）。同時加工的吃刀量不宜太大、走刀速度不可過快。

在CAM軟件編程時，曲面加工的參數設置中不允許負余量大于刀角半徑，因此當用到平底刀加工曲面時，不能設置負余量。這樣就無法加工出想要的火花位，解決的方法是將加工面做法向的偏移后再加工或通過“騙刀”（“小刀算，大刀走”）處理。“騙刀”這種方法是采用小直徑刀具計算刀路軌跡，而實際中卻用大直徑的刀具加工，通過過切量來作負余量補正獲得火花位。這種方法在編程中應用較多，因此可以用曲面精加工等高外形銑削中選用Φ3.8 mm的平底刀計算路軌跡，而實際加工中則選用Φ4 mm（幼公火花位為0.1 mm，刀具半徑加大0.1 mm）的四刃硬質合金平底刀加工側壁。這樣可以有效解決薄片在加工中發生彎曲變形的問題。

三、骨位銅公編程加工的一些經驗

根據本人多年的數控編程加工實踐，總結了一些骨位銅公編程加工的技術要點和經驗。

（1）用鎖板方式裝夾銅公時要防止螺絲孔剛好在側壁中間而影響它的強度，建議提前告知做模師傅打螺紋孔要求或加厚銅公分中臺。

（2）檢查及修改骨位銅公側壁出模斜度。

（3）加強骨位銅公的剛性。在編程時不能局限于現有的設計模型，可以通過對其工作部位不發生干涉的位置進行加厚、倒圓角等方法的修改來增加剛性，構建更好的加工模型，從而防止加工變形。

（4）骨位銅公的加工順序是先加工頂部曲面再加工側壁。

（5）在加工骨位銅公時，在切削側壁時要采用層加工方式，層背吃刀量不能太大，走刀速度不可過快，以防止變形。

（6）在加工骨位銅公時，應采用足夠鋒利的刀具加工，可解決過大的切削力和斷屑粘刀問題，防止變形及避免出現毛刺。

（7）骨位銅公側壁粗加工的預留量要比較多，單邊的預留量為0.5～0.6 mm。在精加工時不要選用球頭刀而選用Φ3～4 mm四刃硬質合金小平底刀加工，減小切削力防止加工變形。

（8）骨位銅公的火花位的確定。一般銅公幼公（即精公）火花位為0.05～0.15 mm，粗公0.2～0.5 mm，而骨位銅公就要視骨位的厚度來定火花位，具體火花位的大小，可跟做模師父商定。

（9）用到平底刀加工骨位銅公曲面側壁預留火花位時，采用“騙刀”法或將加工面做法向的偏移后再加工。雖然將加工面做法向的偏移后再加工的做法更精確，但在零件曲面數量較多、形狀復雜的情況下，這種做法花費時間多，實用價值不高。

（10）數控機床在裝夾Φ1～4 mm的刀具時通常會使用加長刀柄。刀具在安裝到主軸的過程中，如果刀具的中心和主軸的旋轉中心不一致，就會帶來刀具的徑向跳動，它會產生加工振動、過切工件及彎曲薄片的現象。因此要特別提醒操機員在使用加長刀柄裝夾較小刀具時要用千分表檢查刀具的擺動情況，防止過切及彎曲現象。

四、結束語

加工實踐證明，骨位銅公用數控銑加工易變形的問題得到了很好的解決，同時提供了骨位銅公加工的技術要點和經驗，為數控編程加工人員提供了骨位銅公加工參考方案，有助于提高骨位銅公的加工質量和效率。

參考文獻：

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