車胎模具制造數控加工技術的應用

潘景洪

（廣州鉆石車胎有限公司， 廣東 廣州 510940）

車胎模具制造數控加工技術的應用

潘景洪

（廣州鉆石車胎有限公司， 廣東 廣州 510940）

介紹了數控加工技術的特點， 近年數控加工技術在制造業中的廣泛應用，數控機床向高速化、高精度、集成化、多軸化方向發展，數控加工技術為機械加工工藝過程自動化是實現優質、高效、降低成本的重要技術措施，為車胎模具制造自動化提供了裝備上的保證，介紹了本企業數控加工技術在車胎模具制造中的相關應用。

車胎模具；制造；數控加工；電極；電火花

科學技術和工業生產的不斷發展，對產品的性能、質量、生產率的成本提出了越來越高的要求。制造工藝過程自動化是實現優質、高效、降低成本的重要技術措施，它不僅能夠提高產品質量和生產率，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業想方設法對傳統加工工藝進行技術改造，采用自動和高效率的設備，滿足優質、高效的要求，取得產品市場經濟效益。科學技術的進步推動各個領域技術的發展,數控技術是現代化工業生產中發展迅速的高技術，體現了制造技術、自動控制技術、計算機軟硬件技術、檢測控制技術等多種學科技術的最新成就：在提高生產率，降低成本保證加工質量及改善勞動條件多方面均體現出優越性，特別適應市場激烈競爭，產品迅速更新換代的模具生產、數控技術發展日新月異,具有復雜和不斷拓展性能。 制造業從事數控機床編程、加工工藝技術人員日益增多，已形成一定規模，使數控技術不斷發展, 數控加工技術的廣泛應用,推進了各行各業加工技術的發展, 使我國成為世界制造業大國起著關鍵的作用。本文僅是將本人從事車胎模具設計制造多年，在車胎模具加工中所應用數控技術的不斷學習和加深認識,進行歸納整理，求進一步的探討。

1　數控機床的加工特點

1.1加工精度高

數控機床是按數字形式給出的指令進行加工,目前數控機床的脈沖當量普遍達到了0.001 mm,而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數控裝置進行補償。因此,數控機床能達到很高的加工精度。對于中小型數控機床,定位精度普遍可達0.03 mm,重復定位精度為0.01 mm。此外,數控機床的傳動系統與機床結構都有很高的剛性和熱穩定性,制造精度高,數控機床的自動加工方式避免了人為操作的技術高低的干擾,同一批零件的尺寸一致性好,產品合格率高,加工質量十分穩定。

1.2對加工對象的適應性強

數控機床上改變加工零件時,只需重新編制程序,輸入新的程序就能實現對新的零件的進行加工,這就為復雜結構的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利。對于那些普通手工操作機床很難加工或無法加工的精密復雜零件,數控機床也能實現自動加工。

1.3自動化程度高、勞動強度低

數控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成，不需要進行頻繁的重復性手工操作。

1.4加工效率高

數控機床更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床,節省了零件安裝調整時間,數控機床加工質量穩定,一般只作首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗,因此節省了停檢驗時間。多軸加工中心機床上加工時,一臺機床實現了復雜零件的多道工序的連續加工,生產效率大幅度提高。

1.5良好的經濟效益

數控機床雖然設備昂貴，加工時分攤到每個零件上的設備折舊費用較高,但在單件、小批量生產情況下,使用數控機床加工,可節省劃線工時,減少調整、加工和檢驗時間,節省直接生產費用;數控機床加工零件一般不需制作專用工夾具,節省了工藝裝備費用;數控機床加工精度穩定、減少了廢次品,使生產成本進一步下降。此外,數控機床可實現一機多用,節省廠房面積、節省建廠投資。因此,使用數控機床可獲得良好的經濟效益。

1.6有利于現代化管理

采用數控機床加工,能準確計算零件加工工時和費用,并有效地簡化了檢驗工夾具半成品的管理工作,這些特點都有利于生產管理現代化。

數控機床使用數字信息與標準代碼輸入,適宜計算機聯網,進行連接DNC加工,存儲加工程序,設計軟件和編程軟件的轉換,方便實現計算機輔助設計、制造及管理一體化。

2　數控機床的應用范圍

數控機床存在普通機床不具備的許多優點，數控機床的應用范圍正在不斷擴大，數控機床最適合加工具有以下特點的零件：①多品種小批量生產的零件；②形狀結構比較復雜的零件；③需要頻繁改型的零件；④價值昂貴，不允許報廢的關健零件；⑤需要周期短,急需的零件；⑥批量較大精度要求高的零件。

由于機械加工勞動力費用的不斷增加,數控機床的自動化加工又可減少操作工人,因此,大批量生產的零件采用數控機床加工,在經濟上是可行的。

3　車胎模具制造數控技術的應用

車胎模具花紋形狀復雜,款式多樣,花紋的主要作用是增加胎面與路面間的磨擦力,防止車輪打滑,車胎模具是用于車胎產品硫化工序最后定型,模具型腔尺寸精度和粗糙度直接決定了產品的外形尺寸花紋形狀和表面質量,其車胎模具結構多為兩片模,多片模,制造方法有傳統手工刻花、銑床切削和電火花加工等。

過去, 車胎摩托車、自行車胎模具結構傳統加工方法:采用普通車床走手車削輪廓,對操作技能要求高,花紋用普通鉆銑床粗加工,手工雕刻精加工,受制造工藝和加工技術制約,加工精度和加工效率受到很大的限制,難以適應品種不斷增長的變化,產品精度要求提高和產品外觀質量要求。

車胎模具花紋塊內部有很多尖角，現在棱角邊銑床加工難于到達的型面，應用電火花加工最為合適，花紋塊有一定的深度，而在刀具長徑比高的型腔位置，采用銑床加工刀具較長容易斷刀或切削不穩定，影響質量，而采用電火花加工就可以保證加工質量。采用電火花加工工藝進行車胎模具加工是可行的, 數控電火花加工工藝，方便操作控制，加工質量和效率顯著提高，是車胎模具制造的發展方向。

數控加工的確方式很多,包括數控銑床、數控電火花加工、數控電火花線切割、數控車削加工、數控雕刻機等一些數控加工方式,這些加工方式,為車胎模具提供了豐富的的加工手段,根據其特點,可以將模具分為許多類,每一類模具,都有其最合適的加工方式,因此,在實際生產中,必須合理分類,找到最合的加工方式,以降低成本,提高生產率。

3.1車胎花紋電極數控加工與數控電火花成型加工

目前,對于模具型腔,復雜形狀的車胎模具的花紋部份,多采用電火花成型加工,電火花成型機加工所用電極,采用數控銑床或加工中心加工。

電極制造工藝和電火花加工工藝，是車胎模具制造工藝重點解決的環節，根據車胎產品結構特點，從電極加工定位，輪廓精度，電火花加工。定位基準一致性要求高，采用傳統普通銑床加工，手工修整弧面的電極難以保證加工精度，可考慮數控銑床, 數控加工中心，線切割成型,多種工藝進行優化加工，可提高電極加工精度,采用工裝夾具定位實現電極加工與電火花加工相互轉換，保證電極安裝定位精度的一致性,減少調校電極時間，有效提高了工作效率，使機臺自動工作，實現加工自動化。

3.1.1車胎花紋電極數控加工

CAD/CAM軟件和數控銑床加工中心的應用，可解決復雜的花紋電極加工問題，電火花成型加工首先要進行電極設計和制造。當前計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術已廣泛應用于模具制造行業,高端的CAD/CAM軟件,像UG、Pro/E、MasterCAM等都提供了強大的三維建模和編程能力,滿足花紋電極設計和加工要求,與傳統的電極設計、制造相比,效率提高了十幾到幾十倍,根據車胎模具制造工藝要求,考慮電極加工精度要求、加工成本、車胎花紋特點來設計電極制造工藝（參見圖1～3）。目前車胎模具制造企業已廣泛應用加工中心來加工各種型面復雜的電極,加工中心有自動換刀機構,比傳統的銑削加工速度快,全自動化,重復生產的精度高,可加工較復雜的形狀。近年四軸以上高速加工中心出現,勝任形狀更復雜的車胎花紋電極的制造,如車胎模具制造工具,網紋滾花輪,為車胎模具制造電極和工具提供了完美的技術解決方案,采用快速裝夾定位系統來制造電極是電火花成型加工的一種先進方法，將電極坯料裝夾在加工機床的裝夾系統上制造，完成制造后，可直接將電極裝夾到電火花機床的快速裝夾系統上進行電火花加工,給加工操作帶來了很大的方便,提高了電極的制造效率，確保了電極的裝夾、定位精度。

圖1 應用CAD/CAM軟件設計的產品三維輪廓圖

3.1.2車胎模具數控電火花成型加工

可采用數控電火花輪胎模具加工機,所帶電參數數控系統和數控分度控制,保證花紋位置精度,定位精度的提高和提高加工精度，實現加工自動化，同時也提高加工質量和效率。

圖2 應用CAD/CAM軟件對網紋滾花輪進行四軸仿真加工

圖3 應用CAD/CAM軟件對花紋輪廓進行仿真加工

采用電火花成形加工的原理，為輪胎模具環形花紋的加工而研制的專用設備。

數控電火花加工技術不斷發展,電火花加工過程的復雜和各種零件加工情況的差異，有必要對電火花加工工藝進行研發，對車胎模具電火花加工工藝的深入研究,在現有數控電火花加工技術的基礎上,不斷開發新工藝,使數控電火花機床在結構設計更合理、脈沖電源的開發更優化, 在保證加工性能情況下,同時考慮降低機床制造成本.實現數控電火花加工機床制造專機化，使操作更方便,控制技術上實現自動化、智能化.目前,車胎模具電火花加工已向專機化發展，國內已經生產出數控電火花輪胎模具加工機，已在車胎模具加工中發揮作用。

數控電火花輪胎模具加工機的主要性能：

（1）采用工控機控制。

（2） Z軸位控，自動轉換加工規準。

（3）轉臺自動分度、轉位。

（4）除更換電極外，自動完成加工過程。

（5）顯示加工參數，坐標位置等信息

（6）可加工半鋼，全鋼子午線輪胎模具。

（7）高效率，低損耗。

（8）數字化脈沖電源，可采用紫銅或石墨電極進行加工。

數控電火花加工技術可提高加工質量、提高加工效率，降低加工成本，實現自動控制。車胎模具電火花加工技術已取得了突破性的進展，不僅現在和將來車胎模具制造中廣泛應用，今后電火花加工技術不斷發展和完善, 在車胎模具加工中,發揮重要作用。

3.2數控車床加工車胎模具

傳統加工方法，采用普通車床走手控制車削輪廓精度,對操作技能要求高,加工質量和效率受到制約。

采用高精度、高剛性和高效率,主要針對盤套類、短軸類零件的粗、精加工的數控車床，X、Z向移動采用精確導軌,保證機床移動的精度;床身主體為結構保證機床整體剛性;車床主軸采用高精度軸承及高剛性主軸結構設計,并配置國內外先進的數控系統,利用計算機輔助設計與制造軟件精確編程，能使機床實現穩定的高精度切削加工，如車外圓、車孔、車平面、車定位錐面，特別適合車胎型腔面,解決了車胎型腔面復雜加工,加工技術要求高的難題.并大幅度提高加工質量和效率，目前數控車床廣泛應用于車胎模具車削加工中。

3.3數控電火花線切割加工

對于車胎模具部分復雜形狀鑲拼嵌件部位、輪廓樣板、成型刀具、高硬材料的工具可以采用數控電火花線切割加工。

3.4車胎模具商標字體數控雕刻加工

數控雕刻加工已廣泛應用在模具業和廣告業等有對字體和圖案的加工中，車胎模具上商標、字體、圖案, 也適合采用數控雕刻加工,數控雕刻在加工方法有特色，精雕細刻、形態豐富，小區域和尖角加工，可采用小尺寸刀具結合CAD/CAM軟件的功能，先用CAD/CAM軟件編程,進行模擬加工，確認無誤后，連接計算機進行DNC加工,保證了加工的準確性，同時結合高速雕刻加工技術，實現在模具上加工精細、清晰的文字和圖案。參見圖4。

圖4 應用CAD/CAM軟件對產品商標字樣進行仿真雕刻加工

4　結束語

數控加工技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術；是車胎模具制造實現自動化生產的基礎；是提高產品質量、提高生產率必不可少的技術手段；也是車胎產品提高市場競爭力的重要技術保證;是國家實現現代化的重要技術；當今先進國家的制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對多變市場的適應能力和競爭能力。數控技術是關系到國家戰略地位和體現國家綜合國力水平的重要基礎性產業,其水平高低是衡量一個國家制造業現代化程度核心標志,體現一個企業制造技術水平的重要標志,實現加工機床及生產過程數控化,是當今制造業的發展方向。因此,制造業的競爭，數控技術的應用起著關鍵的作用,應用好數控技術,是車胎模具制造提高質量、提高生產率的關鍵。

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Pan Jinghong
（Guangzhou Diamond Tire Co., Ltd., Guangzhou 510940,Guangdong,China)

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TQ336.1 TG70

1009-797X(2016)11-0025-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.11.008

潘景洪，男，工程師，1979年參加工作，從事機械設計和設備管理、車胎和橡膠制品模具設計及制造工作。

2016-02-22