模具型腔数控铣削综合加工工艺优化
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摘 要 本文以模具型腔为研究对象，重点分析了数控加工工艺的优化问题，并对高速铣削和电火花加工在提高模具型腔数控加工效率、加工质量等特征方面进行分析，进一步实现综合应用，为工艺人员能够高效率地加工出高质量的工件提供理论支持及技术参考。
关键词：模具型腔；数控加工；高速铣削；电火花加工；工艺优化设计
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0121-02
1 概述
在模具的型腔铣削加工工艺中，数控加工中心已经广泛应用开来，随着软件像UG NX的CAM功能的实现及不断发展强大，数控机床在加工质量、精度上都上了一个台阶，然而很大程度上还要取决于加工工艺人员操作及编程水平的技术高低。除此之外，模具的型腔物理性状尽管多种多样，所组成这些基本特征种类是不多的。不同的加工特征，对应着就需要不同的加工工艺，通过对比、研究传统工艺技术要点，研究并总结规律，提高加工效率和加工质量。如何把传统工艺能够很好地结合到数控加工中心是一个能够提高加工效率的有效途径，首先介绍模具数控加工技术相关特征。
1.1 模具制造的基本要求和特点
在设计模具时，若要保证产品的质量，单单设计合理是不够的，还需要拥有一流的模具制造技术来生产制造模具。以下为模具设计的基本要求：
1）制造精度高、产品合格、效能发挥好；2）使用寿命长；3）制造周期短；4）资金成本低。
其特点是模具制造加工过程中和普通机械加工是不一样的，前者难度较大，具有较多特殊性：制造质量高、形状复杂、材料硬度高的模具硬度高及单件生产模具制造、设计和制造周
期长。
1.2 模具制造的主要加工方法
模具制造的主要加工方法分如下几种：
1）铸造加工；2）特种加工；3）数控加工；4）机械加工；5）焊接加工；6）塑性加工。
特别需要注意的是，方法6数控加工中，对刀具悬伸量的控制，其量的大小变化会对加工质量影响变化很大。目前，就国内而言关于刀具悬伸的研究主要有：广东工大机电学院秦哲，通过刀具的合理使用，提高刀具的加工能力；淮海工学院陈书法，对引起刀具变形造成的加工误差进行了论述和分析，提出补偿方法。
1.3 数控铣削刀具及选择
数控加工刀具一定要和数控机床自动化程度、高效率及高速的特征相匹配，一般情况下，包含通用连接刀柄、少量的专用刀柄及通用刀具。
2 型腔模具加工工艺优化
物理模具型腔的数控铣削加工工艺流程如下：首先，对型腔进行粗铣；然后，进行半精铣；其次，选用精铣；最后对模型型腔处理清角。在数控铣削的工艺方案选择上，要综合考虑众多影响因素，如加工选用方法、所需设备、走刀及进退刀方式、切削所用量、制造精度、加工余量、夹持方式等。接下来我们将从三个方面展开描述：影响优化效果的铣削参数；工艺优化目标；两种型腔模具优化方式。
2.1 数控加工的铣削参数
在切削用量的各要素中，其重要性次序：1）切削速度；2）进给速度；3）吃刀量。如何在保证生产率的同时又能使刀具的耐用度保持良好，这是需要控制和掌握的难题。
铣削的主要参数如下：
1）切削深度ap；2）切削宽度ae；3）切削速度vc；4）主轴转速n；5）送进速度vf；6）体积切除率。
常见的两种铣削方式顺铣和逆铣。所谓顺铣，即铣刀切削速度方向与工件的进给方向一致；反之，称为逆铣，见下图1。
2.2 型腔粗铣工艺优化目标
对型腔进行粗铣加工工艺优化时，要达到提高加工效率、降低加工成本及留量均匀，便于半精加工和精加工的目标。
2.3 两种型腔模具加工工艺
型腔模具加工主要采用的方法：1）电火花加工；2）高速铣削。在普通型腔加工工艺研究的基础上，这里提出了一种新的模具型腔加工工艺综合型优化方案，使得生产率及质量上一个台阶，配合高速铣削使用电火花加工，这是一个未来的发展趋势。
2.3.1 工艺分析及设计
在加工模具时，高速切削在切削材料多样性、加工质量、效率、尺寸精度及加工硬度上，都展现了极高的水平。而电火花加工的补充使用，是为了弥补其在半径方面和深度方面的限制。高速铣削的加工工艺特点：在型腔模具加工中，加工比较平坦的质量高、效率高的浅型腔。电火花加工加工工艺特点：在模型需要加工复杂型面时，如带尖角、窄缝、深坑及深且窄小腔等，需要在材料性、表面粗糙度、尺寸精度及机床设备上制定方案。
在零件加工的技术要求层面上，高速铣削用于完成工件大部分加工表面的加工，然后借助于电火花加工来对清角及腔室加工，最后做一些表面处理，像抛光处理使表面粗糙度达到零件的使用要求。
2.3.2 加工工序
电火花加工工艺：使用D7140电火花成形机床完成型腔的加工，采用EROWA夹具来装夹电极，将工件安置在永性磁铁吸盘的台面上，使用千分表来调整工件基准面、机床轴移动之间的平行度，并采用基准球四面分中间接定位。
高速铣削加工工序：机床选择上选用MAKINO V33，刀具使用硬质合金，使用平口虎钳装夹工件，一次装夹完成全部工序。不同的区域采用各自的刀具和加工方式，分层次、多次加工，完成所需工步。合理确定工艺策略，粗铣-半精铣-精铣，合理安排铣削方式、走刀方式以及进退刀方式。
如何合理使用高速铣削加工与电火花放电加工型腔模具，把他们的优势利用起来，提高加工质量、加工效率并缩短制造周期，提高生产效率，是模具加工的重要课题。加工制造结果显示，有效的安排高速铣削与电火花加工工序来加工工件，可取得较好的效果。
3 结束语
本课题以模具型腔为研究对象，结合数控加工工艺，重点研究了模具型腔数控加工工艺的优化问题，对数控铣削和电火花加工工艺作相关分析。主要研究工作所得如下：
进行模具型腔数控铣削加工工艺优化研究。介绍数控铣削、高速铣削及电火花加工，分析对比并提出了合理的加工方式。
模具型腔的数控加工特征分析。详细分析了模具型腔数控加工特点、要求及铣削参数。
进行了铣刀悬长与加工精度的研究。研究了数控加工时刀具悬长对加工精度的影响。
下一步工作建议：
未实现软件自动化生成刀具组合，有待于进一步完成。
未形成能够指导实际应用的数据库。
未全面考虑力、振动因素对加工精度的影响。
参考文献
[1]方清华，梁培志，李志刚.模具型腔加工参数的优化问题[J].模具技术，2002（02）：47-49.