動(dòng)物水搖鈴凹模加工的研究

黃雪鋒

摘 要：文章主要研究動(dòng)物水搖鈴凹模的加工流程，其中包括：幾何建模、分模、數(shù)控加工、零件注塑。并詳細(xì)闡述了在數(shù)控加工環(huán)節(jié)中，編程軟件UG的一些技巧、新方法、參數(shù)設(shè)置和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物水搖鈴；加工流程；數(shù)控加工；UG；MasterCAM

引言

凹模是加工模具的主要零件之一，決定產(chǎn)品的外表面的形狀和尺寸。按所成型的材料的不同來分類，可以分為五金模具、塑膠模具、以及其特殊模具。本文選用常見的塑膠模具中的注塑模具動(dòng)物水搖鈴的凹模（見圖1）為例，對其加工工藝進(jìn)行分析研究。

1 零件工藝分析

1.1 外形狀分析

本零件來源于一個(gè)普通的飾物動(dòng)物水搖鈴的凹模部分，其外形為長方體，尺寸為85mm×90mm×58mm，尺寸精度為IT14，表面粗糙度Ra0.8，兩相鄰面要求相互垂直，屬于小型注塑模具零件，通過普通的刨削加工或銑削、磨削加工既可。

1.2 內(nèi)形狀分析

零件的形狀為動(dòng)物的動(dòng)漫形象，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是頭部的細(xì)節(jié)部分比較多，有一定的加工難度。基于零件前模由多曲面及小圓角組成，最小的圓角R為0.02。同時(shí)加工深度限制了刀具的選擇，如眼睛眉毛那部分就不能用加工中心來加工，并且前模要求精度較高。這部分應(yīng)該采用打火花來完成。

1.3 材料及熱處理分析

本次模具根據(jù)零件尺寸采用規(guī)格為85*92*59的738H毛胚材料。硬度經(jīng)硬化及回火至HB290-330。適用于復(fù)雜可能變形的模具，同時(shí)具備拋光、電蝕、焊補(bǔ)性與切削加工性良好的特性。

1.4 加工過程分析

根據(jù)圖紙我們用UG建模進(jìn)行分模的分析，可以直接把其分為凹、凸模。同時(shí)由于材料的硬度較高，加工所選用的刀具為鎢鋼刀具，以提高加工效率。所以在設(shè)計(jì)工藝流程方面，須充分考慮到以方便選擇機(jī)床、刀具和切削參數(shù)。加工過程大致分為粗加工、半精加工和精加工。而粗加工和半精加工可以使用相同刀具，精加工需選用全新刀具來保證尺寸精度和表面質(zhì)量。

2 定位面的加工

2.1 毛胚粗加工

毛胚表面的組織是在毛胚鑄造或切割時(shí)產(chǎn)生高溫?zé)崽幚硎蛊溆捕茸兏撸瑫r(shí)長期暴露在空氣中生成一層鐵銹。所以先用普通銑床在毛胚表面的進(jìn)行銑削加工。在加工的過程中，要注意保持相鄰面與面之間的垂直度。

2.2 加工基準(zhǔn)面

使用普通磨床把其中3個(gè)面磨平用來做基準(zhǔn)面，分別定義為X、Y、Z的三個(gè)定位面。由此三個(gè)表面的粗糙度和相互之間的垂直度都要有保證。否則在多次找正加工時(shí)就會出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致工件的報(bào)廢。

3 凹模的加工

3.1 粗加工

用曲面挖槽命令對兩個(gè)型腔進(jìn)行粗加工。選用Φ20R0.8的圓鼻刀。參數(shù)選用：F1500，S2500，Z方向的吃刀量0.3。采用螺旋下刀方式，加工面選擇全部，余量留0.5。在計(jì)算前，把工作層設(shè)一個(gè)空層，讓軟件進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)槁菪碌兑窍虏涣说脑挘鼤谠摰胤缴梢恍┚€，然后測最高線的高度，該高度就是Φ10的平刀能下到的最底點(diǎn)。所以把加工深度設(shè)為毛胚表面到這高度。這樣就可以知道定義下一部換刀加工的開始高度。在上一步粗加工后，選用了Φ8的平刀進(jìn)行挖槽加工。參數(shù)選用：F1800，S5000。同樣采用螺旋下刀的方式。余量是留0.3，由于刀具比較小，在Z方向的吃刀量選用是0.2。不然就會加速刀具的磨損或斷刀。

3.2 平行銑削 半精加工

在粗加工完成后的半精加工區(qū)域是4個(gè)圓柱的底面，雖然上一步已經(jīng)用Φ8的平刀把它內(nèi)側(cè)的區(qū)域銑掉，但由于4個(gè)圓柱的底面是一個(gè)斜面，在上一步銑削中的殘留量較大，所以用Φ5的平刀，F(xiàn)1000，S6000，余量同樣是留0.1，最大步距為0.2，將斜面進(jìn)行半精加工。

3.3 等高 半精加工

由于粗加工時(shí)用的Z吃刀量相對較大，在圓弧面上留下一些臺階，這些臺階的余量較多，精加工前需清掉這些余量。所以使用等高加工方式，Z方向吃刀量小些，目的是把這些臺階上的余量清除，以達(dá)到余量均勻的目的。而在一些較為平緩的面上要特別留意，它的余量會較多，當(dāng)?shù)雀咦叩皆摰胤綍r(shí)，就有可能出現(xiàn)吃全刀的狀況，這樣就會加速刀具磨損或跳刀的發(fā)生，同時(shí)非常容易出現(xiàn)過切的情況。由此把那些余量較多的面提高選為加工面，就可以避免刀具出現(xiàn)吃全刀的情況。還有一種方法就是先清掉這些余量，再來做等高加工，由此參數(shù)方面也有所改變，F(xiàn)為1200，S為5000。余量留0.1。至于Z方向吃刀量方面，必須比粗加工時(shí)小，以便清除臺階上較多的余量。半精加工的目的就是使零件表面的余量均勻，以便于精加工。

3.4 加工由等高、十字挖槽和平行組成

用平刀和球刀來完成等高、十字挖槽、平行加工。將半精加工后的曲面、平面、斜面上微小剩余量去除的一步工序。使相關(guān)的區(qū)域達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.5 電火花加工

對刀具無法加工的部分利用電火花進(jìn)行相關(guān)加工，由此我們需要加工對應(yīng)的銅公。原材料一般為銅，對刀具影響不大可粗加工后直接精加工。在頭飾部分主要問題是清角部分是否能用小的數(shù)控刀來進(jìn)行加工。因?yàn)橐话慵庸さ毒邔?shí)用長度為刀具直徑的5倍左右為理想。中間部分（圖2）由于右邊存在薄壁結(jié)構(gòu)，故粗加工應(yīng)多留點(diǎn)余量，并于精加工時(shí)用等高精加工方法環(huán)繞加工，這樣可以避免薄壁在精加工時(shí)與刀具發(fā)生干涉。而在眼睛眉毛部分（圖3）基于數(shù)控刀具大小及長度限制，部分地方還需要用雕刻機(jī)來完成。

4 總結(jié)

4.1 刀具壽命方面

以刀具切削時(shí)的聲音來適當(dāng)調(diào)節(jié)進(jìn)給和轉(zhuǎn)速，以切削聲音平緩為判斷基準(zhǔn)。切忌讓刀具吃全刀，這樣會迅速縮短刀具的壽命，還可能會出現(xiàn)過切或斷刀情況。如在精加工時(shí)，那么刀具就可能在加工中磨損，從而影響加工效果。在加工過程中盡量減少換刀次數(shù)，以提高精度和生產(chǎn)效率。

4.2 參數(shù)設(shè)置方面

要根據(jù)刀具材料、毛胚材料等多方面來考慮。例如在加工時(shí)遇到硬塊，應(yīng)選用較大的和硬度高的刀，轉(zhuǎn)速、進(jìn)給小些，盡量從硬塊根部一刀切過去，避免刀具長時(shí)間在硬塊上面切削，這樣會加速刀具的磨損。

4.3 加工方式方面

在加工方式的選擇上應(yīng)該要靈活運(yùn)用。就如等高加工，在某些情況下，是可以用于粗加工。輔助面、輔助線應(yīng)該靈活運(yùn)用，這些都可以使刀具路徑更簡單、加工時(shí)間更短，同時(shí)效果更好。

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