顏科紅

(無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫　214028)

?

外殼型芯的工藝優(yōu)化及數(shù)控加工

顏科紅

(無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫214028)

為提高外殼凸模的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在分析零件特點的基礎(chǔ)上，通過精細劃分切削區(qū)域，采用不同的加工方式高效的切削工件，減少加工時間；在精加工先加工底面后加工側(cè)面的基礎(chǔ)上，提出了底-側(cè)面結(jié)合處增加0.01～0.02mm讓刀設(shè)置，使刀具底刃和側(cè)刃不同時參與切削，在提高零件表面質(zhì)量的同時還能保護刀具。最后以UG NX9.0為軟件平臺，合理設(shè)置各項加工參數(shù)，生成了外殼凸模刀具路徑，利用仿真加工，檢驗刀軌的可靠性，實踐結(jié)果表明：通過此種工藝加工的零件，其表面質(zhì)量和加工效率得到有效提高。為工程中同類零件的數(shù)控加工提供借鑒。

外殼凸模；加工工藝；數(shù)控

0　引言

外殼是典型的注塑模成型產(chǎn)品，通常其形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，存在大量的曲面和拔模斜度要求，對于這類產(chǎn)品，往往只能依靠數(shù)控機床并結(jié)合自動編程技術(shù)，來進行加工[1]。又因為其在長度、寬度和高度三個方面都有尺寸要求，對其成型用模具來說，除了尺寸精度要保證外，模具的表面粗糙度及紋理是決定產(chǎn)品外觀的重要條件[2-3]，另外，為了使模具順利裝配并且不溢料，各模具零件之間的配合精度必須嚴格保證[4]，因此型腔、型芯加工工藝的設(shè)計顯得尤為重要。本文以某產(chǎn)品外殼凸模的加工為例，試圖在分析凸模加工工藝特點的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化工藝和刀具軌跡，保證模具零件之間高精度的動配合，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1　工藝分析

產(chǎn)品圖紙如圖1所示，可以看出整個零件結(jié)構(gòu)為殼體，壁厚為2mm，屬薄壁件，對于這種薄壁、殼形塑件而且表面不允許有推出痕跡的塑料制品最適合采用推件板推出機構(gòu)。

圖1　塑件圖紙

圖2　型芯及主要精度要求

另外，塑件上有一處寬度為3mm的直槽，其在型芯上體現(xiàn)為凹槽，且槽寬小，加工時刀具容易扎刀[6]，加工工藝也需要重點考慮。成型部分底部圓角R0.5，這決定了精加工刀具底部圓角半徑的最大值為0.5mm。

零件毛坯采用中走絲線切割成型，上下兩平面經(jīng)過磨削無加工余量，從而與固定板、支承板配合部位無需機床加工。

2　機床與夾具確定

為提高加工效率和精度，采用哈斯數(shù)控機床HASS VF1機床進行加工，該機床剛性好，精度合適，能保證零件在加工過程的良好力學(xué)性能[7]。工件裝夾方式采用精密平口鉗夾持型芯下端直接進行裝夾。

3　優(yōu)化之前的工藝

通常型芯的加工步驟是型腔銑粗加工→換小號刀具剩余銑二次粗加工→底平面精加工→側(cè)垂面半精加工、精加工→成型曲面部分半精加工→成型曲面部分精加工[8]。按照此方法確定的工藝方案如表1所示。

表1　優(yōu)化前的加工工藝

其每一工步的加工方法、切削速度和最終加工模擬效果如圖3所示，總用時長1小時54分。

圖3　采用優(yōu)化前的工藝加工

該工藝方案有幾點不足之處：

(1)由于型芯有一處寬3mm的直槽，而該尺寸與其他位置相差較大，采用D2R0.2圓角刀進行剩余銑粗加工時，由于刀具與一次粗加工所使用的D12立銑刀直徑相差較大，導(dǎo)致二次粗加工的刀軌覆蓋面過大，而實際去除余料的能力有限，但加工時間變長。

圖4　多次刀補修正后導(dǎo)致的工件缺陷

圖4所示的工件為采用該工藝加工的工件，可以看出工件表面刮擦痕跡多，且進刀處存在明顯的讓刀變形，所導(dǎo)致的間隙已明顯超出公差允許的0.02，安裝到模具上將產(chǎn)生溢料。

(3)刀具軌跡不優(yōu)化，加工時間過長，且不利于刀具保護。對于不同曲率大小和表面位置變化較大的區(qū)域，采用相同的切削模式、驅(qū)動方法以求快速生成刀路軌跡的方法看似省事，實則造成加工時間大大延長，甚至個別區(qū)域達不到表面粗糙度要求。

4　工藝優(yōu)化

針對工藝存在的不足，特進行了如下改進：

(1)由于一次粗加工時刀具較大未能對一字直槽進行切削，因此二次粗加工主要目的是采用D2R0.2的刀具去除一字直槽的余量，故采用分區(qū)域加工的方式，在二次粗加工時只選擇直槽表面作為切削區(qū)域進行加工，減少D2R0.2圓角刀的切削范圍，從而減少加工時間。至于減少了的切削區(qū)域， 后續(xù)的加工中采用較大的刀具進行切削，從而提高效率。兩種加工方法軌跡如圖5所示。

(a)優(yōu)化前加工軌跡　　(b)優(yōu)化后的加工軌跡

另外，傳統(tǒng)工藝底面精加工時，刀具側(cè)刃與工件保持接觸，而側(cè)面精加工時，刀具底刃依然與工件進行接觸，如圖6a、圖6b的爆炸區(qū)域所示。這種方式因為刀具切削刃始終和被加工材料接觸，切削刃磨損下來的細小碎粒容易造成已加工表面的刮擦損傷，破壞已加工面的表面粗糙度，并加劇刀具磨損，減少刀具壽命[11]。實踐中，底面精加工時將側(cè)面余量在粗加工余量的基礎(chǔ)上增加0.01～0.02mm，如圖6c所示；側(cè)面精加工時，將底面余量設(shè)置為0.01mm，如圖6d所示。雖然在底部留下一個(0.01～0.02)2的凸起，由于該凸起本身尺寸微小，且處于相配件的底部，實踐證明并不會對裝配產(chǎn)生不良影響。這種工藝的優(yōu)點是刀具底刃和測刃不會同時參與切削，同時不會將已精加工的表面造成劃痕，在不影響零件使用精度的情況下極大的保護刀具，并在一定意義上減小切削力，提高零件的表面質(zhì)量。

圖6　優(yōu)化前后精加工刀具位置示意圖

(3)分區(qū)域選擇不同的加工方法進行切削加工，節(jié)省時間，提高表面質(zhì)量。型芯頂部曲面曲率較小，比較平坦，因此采用“FIXED_CONTOUR”(固定輪廓銑)加工方法進行；半精加工和精加工軌跡的方向分別設(shè)置為與水平方向夾角45°和135°，形成互為垂直的刀路，以提高表面質(zhì)量，降低表面粗糙度。對于型芯成型部位側(cè)面，由于曲率變化明顯，采用ZLEVEL_PROFILE”(等高輪廓銑)的加工方法效率更高[12]。

優(yōu)化后的加工工藝如表2所示。其加工工步分為9步，在兩種工藝下采用相同的進給速度。圖7為加工模擬仿真圖，可以看出加工時間為1小時02分，加工時間大大縮短，同時表面殘料更少。

表2　優(yōu)化后的加工工藝

圖7　采用優(yōu)化后的工藝加工

圖8　加工實物

圖8是采用優(yōu)化后的新工藝所加工的零件，相比優(yōu)化前的工藝，零件表面質(zhì)量更好，尺寸精度更容易保證，產(chǎn)品合格率得到有效提高，同時大大節(jié)約了加工和配模時間。

5　結(jié)論

對注塑模外殼凸模進行了加工工藝設(shè)計。并重點進行了兩處工藝優(yōu)化：①通過對零件切削區(qū)域進行精細劃分，采用不同的加工方式更高效的進行加工，提高表面質(zhì)量，節(jié)約加工時間近一半；②在精加工工藝規(guī)劃上，采用先底后側(cè)的原則，對不加工面在原有余量的基礎(chǔ)上增加0.01～0.02mm，使刀具底刃和側(cè)刃不同時參與切削，在不影響零件使用要求的情況下，提高零件的表面質(zhì)量和合格率，節(jié)約修配時間，并保護刀具。

采用多種加工方法生成加工路線，并對加工策略進行優(yōu)化；利用仿真加工操作，結(jié)合刀軌可視化操作的“通過顏色顯示厚度”功能，增加刀軌的可靠性。數(shù)控加工結(jié)果表明：零件的表面質(zhì)量和加工效率得到提高，經(jīng)濟成本得到節(jié)約。為殼類模具的加工提供經(jīng)驗借鑒。

[1] 孫鳳琴. 模具制造工藝與設(shè)備[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社，2003.

[2] K Kadirgama, M M Noor, M M Rahman. Optimization of surface roughness in end milling using potential support vector machine[J]. Arab J Sci Eng,2012,37:2269-2275.[3] 伍偉杰，李文輝，覃嶺. 充電器型芯的數(shù)控加工工藝分析與編程[J]．現(xiàn)代制造工程,2011(3):36-40,53.

[4] 屈華昌．塑料成型工藝與模具設(shè)計[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2008．

[5] 傅建軍.模具制造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社,2014.

[6] 蓋立武,郭旭紅.基于UG的精密凹槽零件數(shù)控加工[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2015(9):137-139.

[7] 張永亮,樊文欣. 薄壁襯套加工夾具設(shè)計[J]．機床與液壓,2015,43(10):185-186.

[8] 葉金玲,黃燦軍. 電話外殼凸模數(shù)控加工工藝分析與編程[J]．機械設(shè)計與制造,2015(6):158-164.

[9] 康文利,路世強,周學(xué)輝． 基于UG的數(shù)控加工技術(shù)在模具精加工中的應(yīng)用[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2008(4):85-88．

[10] 梅沢三造,菅野成行. 硬質(zhì)合金刀具常識及使用方法[M]. 王洪波，戎圭明,譯.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

[11] P.S.Sivasakthivel et al. Prediction of tool wear from machining parameters by response surface methodology in end milling. International Journal of Engineering Science and Technology,2010,2(6):1780-1789.

[12] 李健,韋靈南,靳龍.CAD/CAM自動編程中零件尺寸公差的保證[J].組合機床與自動化加工技術(shù), 2004(7): 52-54.

(編輯李秀敏)

Process Optimization and NC Machining for Shell Punch

YAN Ke-hong

(Wuxi Professional College of Science and Technology, Wuxi Jiangsu 214028, China)

To improve the machining quality and production efficiency，NC machining of shell punch was researched by analysis its characteristics. The machining process was optimized by considering processing order and controling the machining allowance. the bottom side of the junction increased 0.01-0.02mm cutter relieving is arranged based on the principle of first processing the bottom and after processing the side, this will lead the cutter bottom edge and side edge not involved in cutting at the same time, so the tool is protected and the surface quality of parts can improve at the same time. At last, the part tooling path was generated through set the reasonable processing parameters, the tooling path was tested by simulation based on UG NX9.0, and the part is machined smoothly. The results show that the surface quality and processing efficiency can be improved effectively. It provides reference for the process of this kind of parts．

shell punch; processing technology;CNC

1001-2265(2016)09-0120-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.034

2016-02-25;

2016-03-24

無錫市名師工作室(智能制造工作室)專項資金(錫教高職[2015]38號)

顏科紅(1980—)，女，湖南湘潭人，無錫科技職業(yè)學(xué)院講師，工學(xué)碩士，研究方向為CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)、數(shù)控技術(shù)，(E-mail)khyan@126.com。

TH16;TG68

A