成型殼體塑件的型芯加工工藝探索
1引言加工工藝制定得合理，對精工加工的程序編 制、加工零件的尺寸精度保證、加工效率和制造成 本的高低有著重要的影響。要制定出合理的加工 工藝，工藝人員在明確精工加工的內(nèi)容后，首先要 對其進行工藝分析，對零件的整個加工過程心中有 數(shù)。工藝分析是實踐性和經(jīng)驗性很強的工作，涉及 的知識面很寬，包括所在企業(yè)現(xiàn)在的生產(chǎn)能力或制 造水平等，如生產(chǎn)類型、零件結(jié)構(gòu)、工藝裝備、技術(shù) 水平、管理體制等。打印機外殼動模型芯結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，包括動模型芯與滑塊的配合位、推桿孔、冷卻水 道、澆注系統(tǒng)、斜導(dǎo)柱避空孔、斜頂孔、鑲件孔等，如 何合理地安排這些孔的加工工藝，將極大地影響模 具制造質(zhì)量及制造成本。2塑件分析(1) 塑件的技術(shù)要求。圖1所示殼體屬于外觀件，外觀要求較高，主要的外觀要求有:①再生材使 用時，不能有異物、變色、色差等;②外觀面不能有 傷痕、飛邊、熔接痕、澆口痕和推桿痕等;③外觀要 進行蝕紋處理;④配合位不能有傷痕、飛邊、熔接痕 等；⑤外觀判斷參照LBP的外觀判定基準(zhǔn) (Q09-S002)或參照外觀限度樣本(生產(chǎn)出來的零件 超出外觀判定標(biāo)準(zhǔn)Q09-S002,但不影響使用，在客 戶同意情況下，把現(xiàn)有超標(biāo)零件當(dāng)做臨時樣本，一 般會有期限要求）；⑥澆口的二次加工標(biāo)準(zhǔn)參照限 度樣本。(2) 塑件的結(jié)構(gòu)特點。塑件的外形尺寸288.4 mmx220.7 mmx47.6mm，基本壁厚 2.1 mm,有大量的加強筋和倒扣。塑件的外側(cè)面倒扣需用側(cè)抽芯 結(jié)構(gòu)成型，內(nèi)側(cè)面倒扣需用斜頂塊結(jié)構(gòu)成型，模具 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。模具設(shè)計時，必須保證型腔壁厚均勻， 否則不但會導(dǎo)致成型塑件尺寸超差，還會使型腔充 不滿。3工藝分析模具零件加工的工藝制定是否合理，對生產(chǎn)效 率的提高，成本控制，成型塑件尺寸精度的保證有 著重要影響，因此必需綜合考慮各方面的影響，尋 找******的加工工藝。3.1型芯材料特性動模型芯的材料為HPM38, HPM38是13鉻系含鉬不銹鋼，經(jīng)過特殊熔解制造而成，因此適合于 制造硬度高且對耐腐蝕鏡面性要求高的注射模零 件。HPM38熱處理變形小，適合于精密熱處理，此 外浸蝕性好，對模具零件的保養(yǎng)有利；鏡面加工性 優(yōu)良，擁有比SUS420J2更好的耐磨蝕性，無需鍍鉻。 3.2動模型芯結(jié)構(gòu)動模型芯如圖2所示，包括圓推桿孔、斜頂結(jié)構(gòu) 孔、直水道孔、冷卻水孔、滑塊配合面、滑塊滑軌和 斜導(dǎo)柱避空孔、分流道、澆口、螺釘安裝孔（螺釘通 孔和沉頭)、鑲件安裝孔等。3.3型芯加工工藝分析因成型塑件的產(chǎn)量不是很大，并且塑件外形尺 寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素的影響，注射模決定采用1模 1腔結(jié)構(gòu)。注射成型時只能在塑件的側(cè)面進澆，模 具采用熱流道結(jié)構(gòu)。塑件的內(nèi)側(cè)面比較平整，頂出 結(jié)構(gòu)盡可能使用圓推桿，倒扣的位置使用斜頂塊作 為頂出機構(gòu)。圓推桿的推桿孔要求尺寸精度準(zhǔn)確， 所以推桿孔的加工要安排在熱處理后，熱處理后用 普通鉆頭等已經(jīng)無法加工，要用慢走絲加工推桿 孔。斜頂塊孔因為和斜頂塊配合，精度和表面粗糙 度要求也高，也采用慢走絲加工，必須在熱處理前 鉆穿絲孔。塑件面積比較大，為了提高生產(chǎn)效率， 需要快速冷卻定型，因此模具的冷卻系統(tǒng)要完善， 型芯周圍和中間布有大量的冷卻水道。冷卻水道 的尺寸精度和表面粗糙度要求不高，為了提高加工效率，降低制造成本，這些位置的加工可以在熱處 理前進行。型芯加工工藝路線為：下料^粗銑六面^精銑 六面—精磨六面（留熱處理余量)—預(yù)鉆中心孔— 鉆螺釘通孔沉頭孔—鉆推桿孔穿絲孔—鉆斜頂塊 孔穿絲孔—鉆冷卻水路—動模型芯粗加工—淬火 —中溫回火—精磨六面至圖紙要求尺寸—線切割 推桿孔—線切割斜頂塊孔—CNC精加工動模型芯 —EDM加工動模型芯—拋光。4精工加工工藝編制 4.1零件定位與裝夾 為實現(xiàn)加工工序的集中，使零件裝夾后，能進 行多個表面的加工，減少裝夾次數(shù)，提高加工精度 和效率，裝夾要牢固可靠，操作方便。另外零件裝 夾后要便于設(shè)置工作坐標(biāo)系、對刀及測量零件尺 寸，可以用螺釘將規(guī)格適當(dāng)?shù)膲|板鎖在型芯上，然 后用壓板壓緊墊板，最后用百分表校正型芯即可， 如圖3所示。4.2零件加工工序內(nèi)容及刀具選擇零件的加工工序內(nèi)容及刀具選擇如表1所示。4.3程序編制 4.3.1前期準(zhǔn)備 編制程序前，分析型芯模型，區(qū)分特征面，然后 對這些特征面進行歸類，接著對圖形進行處理，把 不屬于精工加工的特征刪除(補面），刪除這些特征 可以避免生成一些零碎的刀具路徑，提高編程的效率。表1零件加工工序內(nèi)容及加工參數(shù) 工序 工序內(nèi)容 刀具規(guī)格/mm 主軸轉(zhuǎn)速/R_min-1 進給速度/mm ■ min-1 加工設(shè)備 1 下料 - - - 鋸床 2 粗銑零件六而 050端銑刀 8OO 6OO 普通銑床 3 精銑零件六而 050端銑刀 1OOO 8OO 普通銑床 4 精磨零件六面 白剛玉砂輪 -- -- 平面磨床 5 預(yù)鉆中心孔 中心鉆 5OO 3OO 普通銑床 6 鉆螺釘通孔沉頭孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 7 鉆推桿孔穿絲孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 8 鉆斜頂塊孔穿絲孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 9 鉆冷卻水路孔 麻花鉆 6OO 3OO 普通銑床 10 粗加工 03OR5端銑刀 1 5OO 1 6OO 加工中心 11 潔角加工 017RO.8端銑刀 2 OOO 1 8OO 加工中心 12 半精加工 017RO.8端銑刀 2OOO 1 8OO 加工中心 13 熱處理 - - - 熱處理爐 14 精磨六個面到角 白剛玉砂輪 - - 平面磨床 15 熱處理后的半精加工 017RO.8端銑刀 2 OOO 1 6OO 加工中心 16 平坦面的精加工 017RO.8端銑刀 4 OOO 1 2OO 加工中心 17 曲面的精加工 R4球刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 18 側(cè)面的精加工 08RO.5牛鼻刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 19 潔角加工 08平底刀 5 OOO 1 2OO 加工中心 20 分流道加工 06RO.5牛鼻刀 6 OOO 1 OOO 加工中心 21 雕刻字碼 R3球刀 6 OOO 8OO 加工中心 22 放電加工 電極 - - 火花機 23 拋光 拋光工具 - - - 4.3.2粗加工模型區(qū)域清除策略是模型粗加工最常用的策 略，可以使用它對模具型芯進行粗加工。粗加工的 目的就是為了快速切除材料，刀具直徑盡可能大， 以便快速切削。但是也不是越大越好，刀具越大， 切削抗力就越大，機床的主軸會負(fù)擔(dān)過重，振動過 大，影響零件加工質(zhì)量。切削抗力過大，對零件夾 持也不利，極易導(dǎo)致零件松動，造成加工事故。刀 具直徑過大，會導(dǎo)致更多的一些狹窄區(qū)域無法切 除，給后續(xù)的殘留加工增加負(fù)擔(dān)。綜合以上因素， 針對此模型，刀具選用03OR5飛刀比較合適，這種刀 具的刀片是可拆換的010 mm的圓刀粒，刀粒在加 工時磨損了，可以直接暫停加工，更換刀片后接著 加工，避免程序加工中斷。粗加工的參數(shù)設(shè)置如圖 4所示。粗加工時采用的刀具因為中心沒有切削刃，刀 具中心沒有切削能力，粗加工最容易出現(xiàn)的編程事 故是因為下刀方式采用直接下刀而導(dǎo)致刀具損壞， 必須保證粗加工時刀具要螺旋斜向下刀，下刀方式 的參數(shù)設(shè)置如圖5所示，粗加工后的模擬結(jié)果如圖6 所示。4.3.3半精加工 半精加工主要是殘留加工，即將大刀具切削不 到的區(qū)域，改用小刀具清除，應(yīng)用的功能是參考前 面的刀具路徑產(chǎn)生殘留刀具路徑。這樣的好處是 能夠讓軟件自動規(guī)劃探尋尚未加工的區(qū)域，自動生 成尚未加工區(qū)域的刀具路徑，生成的刀具路徑安全 高效，并且刀具切入切出連接會比較合理，省時省 力。粗加工時因為Z方向下刀步距是0.5 mm，層與 層之間不可避免地產(chǎn)生很多臺階，這些臺階余量不 均，留給精加工會影響精加工的加工效果，必需進 一步追加半精加工。殘留加工后，可米用******等高 策略進一步加工型芯，******等高策略的優(yōu)勢是平坦 區(qū)域和陡峭區(qū)域都能產(chǎn)生等距刀具路徑，經(jīng)過****** 等高策略加工的型芯，加工余量會比較均勻，為精 加工的加工質(zhì)量提供保證，半精加工后的模擬結(jié)果4.3.4精加工 精加工時需要考慮的是精度，在保證精度的情 況下，要兼顧效率，所以要合理劃分好加工的區(qū) 域。劃分的區(qū)域有:①平坦面和底面平行，可以用 大飛刀平面，切削步距可以設(shè)置比較大，提高銑削 效率，另外飛刀銑削的平面非常光滑，可達(dá)亞鏡面 效果;②直身面和底面垂直，可以用圓柱銑刀的側(cè) 刃切削，下切步距可以設(shè)置比較大，一次切削深度 可以達(dá)到20 mm以上，可以有效地提高切削效率;③ 曲率較大的曲面可以做相應(yīng)的曲面邊界，利用比較 大的球刀做******等高加工，切削步距可以根據(jù)切削 刀具的直徑合理調(diào)整，該型芯用到的球刀是尺4 mm， 走刀步距可以設(shè)定為0.25 mm，殘留的扇形高度0.002 mm;④狹窄的區(qū)域可以用毛坯邊界等限制其 范圍，然后采用比較小的刀具加工。精加工后的模 擬結(jié)果如圖8所示。4.3.5清角對一些側(cè)壁底面的尖角位置，用球刀是無法加 工的，需要用多筆清角精加工策略加工，避免這些 底面的尖角位置因加工不到而殘留圓角，節(jié)省了用 電火花加工清角的步驟。4.3.6刀具路徑校驗為了及早發(fā)現(xiàn)問題，避免在加工的過程中發(fā)生 加工事故，必須對所編制的程序進行校驗，校驗的 內(nèi)容包括以下方面:①過切信息查看;②公差和余 量檢查、快進高度檢查;③計算刀具夾持是否碰撞; ④進給率等切削參數(shù)是否合理;⑤刀具路徑仿真檢 查。只有經(jīng)過充分校驗的程序，才能下發(fā)給制造車 間加工。5結(jié)束語經(jīng)過反復(fù)驗證，并充分應(yīng)用PowerMill軟件的 虛擬加工，探索出加工殼類零件的合理加工工藝與 編程技術(shù)，順利完成零件的加工制造。(1) 針對成型外殼類塑件的模具結(jié)構(gòu)特點，通 過對模具零件進行充分、全面地工藝因素分析，選 擇適當(dāng)?shù)募庸ぴO(shè)備、刀具、夾具和安裝方式，確定合 理的精工加工路線，最終編制出理想的精工加工程 序，滿足加工要求。(2) 為保證加工零件定位穩(wěn)定，將加工零件直接 安裝在工作臺中，保證了零件具有穩(wěn)定的定位面與 夾緊面，提高了加工精度。(3) 粗加工時，型芯正面4個角留有4個等高凸 臺，方便熱處理后的磨削加工。 (4) 對成型殼體塑件的模具零件采用PowerMill 軟件進行自動優(yōu)化編程，充分利用軟件已有的虛擬 制造驗證，提高了程序編制的效率與正確性。