典型吹塑模具型腔高速加工工藝分析及編程

李陟遠(yuǎn)

【摘 要】通過對一種典型的飲料瓶吹塑模具型腔高速數(shù)控加工工藝的設(shè)計，分析并總結(jié)出模具高速加工的工藝特點(diǎn)，進(jìn)一步明確加工方案的合理選擇、加工設(shè)備和刀具的有效利用，切削用量等參數(shù)的最佳設(shè)定及現(xiàn)代制造軟件的靈活應(yīng)用，是保證模具加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要途徑，也為類似的模具零件數(shù)控工藝設(shè)計提供了很好的借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工；切削狀況；加工效率；切削角度

【中圖分類號】TQ320.52 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0206-02

0 引言

隨著三維造型軟件的不斷提高，在模具設(shè)計、制造過程中，異型曲面的設(shè)計與自由曲面應(yīng)用日趨增加。同時，加工制造過程中對形狀及尺寸精度的要求越來越高，供貨期限也越來越短，這就對加工過程有了更高的要求。高速數(shù)控加工技術(shù)對以往的加工工藝有較大影響，逐步改變了以往的加工工藝流程。高速加工中心可以加工熱處理后的模具鋼，可以有效減少加工過程的時間，降低加工成本，提高加工生產(chǎn)效率。下面通過實(shí)例對典型吹塑模具型腔的數(shù)控加工工藝進(jìn)行分析。

1 模具型腔工藝性分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)產(chǎn)品造型，設(shè)計出來的型腔如圖1所示，型腔面由多個曲面組成，而且表面粗糙度要求較高。型面中部旋轉(zhuǎn)凸臺進(jìn)行分度后采用局部區(qū)域加工。

1.2 材料分析

型腔材料為鍛造鋁合金，但鋁合金存在剛性強(qiáng)度低、韌性高及延展性強(qiáng)等切削性能特點(diǎn)，為保證切削效率，解決剛性強(qiáng)度低問題，因而所用的刀具前角小、比較鋒利，切削轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給速度快。但韌性高則會給高速切削帶來兩個方面的問題：一是在高速切削狀態(tài)下容易導(dǎo)致黏結(jié)的現(xiàn)象；二是由于鋁材具有高度的延展性，它有可能會形成條狀紋。因此，加工鋁合金時應(yīng)考慮以下幾個方面。

（1）刀具材料及合理幾何參數(shù)選擇。加工鋁合金的刀具材料可選用W8Cr4V高速鋼和YG8、YG6、YG8N等硬質(zhì)合金，YG6宜用于余量均勻條件下的連續(xù)加工和半精加工。

（2）切削用量，由于鋁合金的強(qiáng)度和硬度比較低且導(dǎo)熱性好，因此可以獲得較高的進(jìn)給速度，適于進(jìn)行高速加工。

（3）冷卻潤滑，用硬質(zhì)合金刀具粗加工鋁合金時，因吃刀量少，進(jìn)給速度高，切削熱主要集中在廢鋁屑上，一般可不用冷卻潤滑，而用高壓空氣冷卻將高溫碎屑吹走。

1.3 擬定工藝方案

對復(fù)雜型腔模具制造工藝應(yīng)根據(jù)型腔形狀、尺寸、技術(shù)要求并結(jié)合本單位設(shè)備情況等具體條件來制定。該飲料瓶吹塑模具型腔可考慮以下加工方案進(jìn)行制造。

在高速加工中心，該型腔的銑削加工分四大步：先采用實(shí)體挖槽對其進(jìn)行粗加工，然后采用曲面銑削進(jìn)行半精加工和精加工，針對其型面中部旋轉(zhuǎn)凸臺進(jìn)行分度后采用局部區(qū)域加工，編程坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在型腔軸線的瓶底處。

2 高速銑削的加工編程

2.1 粗加工的高速銑削編程

選用φ20R0.5銑刀，采用斜線下刀方式，可以改善進(jìn)刀時的切削狀態(tài)，保持較高的進(jìn)刀速度和較低的切削負(fù)荷，其參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

選擇曲面粗加工方法中的constant（平行環(huán)繞并清角）從外徑內(nèi)走刀方式，銑削方向?yàn)轫樸姡谝坏侗吵缘读?.5 mm，刀路重疊50%，參數(shù)設(shè)置如圖3所示，轉(zhuǎn)速為15 000 r/min，進(jìn)給速度為5 000 mm/mim，粗加工和半精加工時將擬合誤差值，設(shè)為0.5，太小加工速度會減慢，加工時間會變長。

2.2 半精加工的高速銑削編程

由于MasterCAM沒有半精加工設(shè)置，因此選擇的是曲面精加工的Paraiiel命令。選用φ12 mm球頭銑刀。因粗加工采用φ20 mm刀具型腔底面留有較大的余量，為了改善切削狀況，保持較高的速度和較低的切削負(fù)荷，同時以避免產(chǎn)生縱向刀紋。如果瓶口部分圓弧較小，再添加一把φ8 mm球刀進(jìn)行加工，以獲得整個型腔表面精加工的均勻預(yù)留量。最后選用φ6 mm球刀半精加工，轉(zhuǎn)速為24 000 r/min，進(jìn)給速度為3 500 mm/min。在生成加工刀具運(yùn)動軌跡時，考慮到加工效率等因素，故應(yīng)選擇往Zigzag走刀方式，設(shè)置切削間距為0.35 mm，雙向切削預(yù)留0.1 mm余量，切削角度設(shè)置為45°，其參數(shù)設(shè)置如圖4所示，選軸向?yàn)榍邢鞣较颉?/p>

2.3 精加工刀具路徑編程

精加工的刀具路徑軌跡選擇型腔底端圓弧的法線方向?yàn)榍邢鬟M(jìn)刀及加工進(jìn)給方向，這樣生成的刀具路徑比較均勻，以便后期拋光時不會有明顯的刀具切削痕跡。為了在加工后達(dá)到表面粗糙度的要求，盡量采用φ6 mm的球頭銑刀，并結(jié)合刀具路徑交叉重疊的方法進(jìn)行精加工。目的是半精加工時刀具切削路徑角度為繞中軸線45°進(jìn)行加工，因此精加工的工序是刀具路徑沿著型腔X軸的徑向進(jìn)行加工，可達(dá)到最好去除表面凸點(diǎn)的效果。具體參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)速24 000 r/min，進(jìn)給速度為2 500 mm/min。一般擬合誤差應(yīng)為加工零件的1/5～1/10，而本零件的誤差一般是在0.05的數(shù)量級，因此數(shù)控編程中的擬合誤差應(yīng)控制在0.005左右，必須在精加工自動編程中利用圖5對話框進(jìn)行擬合誤差的設(shè)置。

2.4 精加工的區(qū)域加工編程

由于此型面屬于軸類轉(zhuǎn)軸面，型腔內(nèi)兩側(cè)面矩形凸臺加工留有欠切，旋轉(zhuǎn)60°后采用區(qū)域加工，加工范圍為矩形凸臺的四周倒角與角臺上方的半圓形凸起部分。由于旋轉(zhuǎn)后工件單側(cè)升高了，為了不發(fā)生撞刀而采用了加長刀具。為了改善表面質(zhì)量及表面刀紋的一致性，4個倒角面采用先加工兩個長側(cè)面，再加工兩個端面。這樣可以有效地避免加工到凸臺時頻繁抬刀的動作，節(jié)約了輔助時間，提高了效率，具體參數(shù)設(shè)置跟精加工時一樣，區(qū)域加工刀具路徑如圖6顯示效果圖。

3 總結(jié)

本文應(yīng)用了MasterCAM數(shù)控加工編程軟件，結(jié)合典型型腔體進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制，結(jié)合有效的高速數(shù)控加工工藝，將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，有效提高數(shù)控生產(chǎn)加工效率及加工成品質(zhì)量，盡量縮短裝刀長度，以減少刀具振動，延長刀具壽命，提高加工精度。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]