摘要：本文介绍了模具零部件机加工方法及工艺规程制定并电器盒模具模芯高效数控加工工艺例结合自己多年注射模具加工经验精辟地介绍了模具零部件高效铣削加工工序编制希望对工程技术人员有定帮助和借鉴作用
关键词：CAD/CAM 模具 加工 工艺
、引言
现代模具成形制造由于模具形面设计日趋复杂自由曲面所占比例断增加因此对模具加工技术提出了更高要求即仅应保证高制造精度和表面质量而且要追求加工表面美观随着对高速加工技术研究断深入尤其机床加工、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术断发展推动下高速加工技术已越来越多地应用于模具制造加工高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响改变了传统模具加工采用退火→铣削加工→热处理→磨削或电火花加工→手工打磨、抛光等复杂冗长工艺流程
实践了提高模具加工效率能味地去追求高速加工有时了节约生产成本与提高生产效率必须采用高效加工方法使部分加工工序普通机床上高效率完成样要求设计者编制合理模具加工工艺便提高模具加工效率降低模具制造成本减少模具制造周期
二、模具零部件机加工方法
用机械加工方法加工模具零部件时要充分考虑零件材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面同要求采用合理加工方法和工艺路线尽能通过加工设备来保证模具零部件加工质量减少钳工修配工作量提高生产效率和降低成本
常用机械加工方法模具零部件加工应用表1所示
表1 常用机加工方法能达粗糙度及应用
三、模具高效加工工艺规程与策略制定
1.工艺规程制定
工艺规程必须针对加工对象结合本企业实际生产条件进行制定技术上要先进、经济上要合理模具零部件加工工艺规程制定般步骤及所包含基本内容表2所示
表2 加工工艺规程
2.数控加工工艺策略
1）粗加工
模具粗加工主要目标追求单位时间内材料去除率并半精加工准备工件几何轮廓粗加工过程通过利用国外先进CAD/CAM软件通过下措施保持切削条件恒定从而获得良好加工质量
（1）恒定切削载荷；
通过计算获得恒定切削层面积和材料去除率使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡提高刀具寿命和加工质量；
（2）避免突改变刀具进给方向；
（3）避免刀具埋入工件加工模具型腔时应避免刀具垂直插入工件而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角20°～30°)好采用螺旋式下刀降低刀具载荷；加工模具型芯时应尽量先从工件外部下刀水平切入工件；
（4）刀具切入、切出工件时应尽能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出避免垂直切入、切出；
（5）采用攀爬式切削(Climb cutting)降低切削热减小刀具受力和加工硬化程度提高加工质量
2）半精加工
模具半精加工主要目标使工件轮廓形状平整表面精加工余量均匀对于工具钢模具尤重要因影响精加工时刀具切削层面积变化及刀具载荷变化从而影响切削过程稳定性及精加工表面质量
粗加工基于体积模型(Volume model)精加工则基于面模型(Su rface model)而前开发CAD/CAM系统对零件几何描述连续由于没有描述粗加工、精加工前加工模型间信息故粗加工表面剩余加工余量分布及大剩余加工余量均未知
因此应对半精加工策略进行优化保证半精加工工件表面具有均匀剩余加工余量优化过程包括：粗加工轮廓计算、大剩余加工余量计算、大允许加工余量确定、对剩余加工余量大于大允许加工余量型面分区(凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径区域)及半精加工时刀心轨迹计算等
现有模具加工CAD/CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能并能根据剩余加工余量大小及分布情况采用合理半精加工策略CIMATRON软件提供清根加工（CLEAN UP）来清除粗加工剩余加工余量较大角落保证续工序均匀加工余量Pro/Engineer软件局部铣削(Local milling)具有相似功能局部铣削工序剩余加工余量取值与粗加工相等该工序只用把小直径铣刀来清除粗加工未切角落再进行半精加工；取局部铣削工序剩余加工余量值作半精加工剩余加工余量则该工序仅清除粗加工未切角落还完成半精加工
3）精加工
模具精加工策略取决于刀具与工件接触点而刀具与工件接触点随着加工表面曲面斜率和刀具有效半径变化而变化对于由多曲面组合而成复杂曲面加工应尽能工序进行连续加工而对各曲面分别进行加工减少抬刀、下刀次数而由于加工表面斜率变化只定义加工侧吃刀量(Step over)能造成斜率同表面上实际步距均匀从而影响加工质量CIMATRON软件解决上述问题方法定义侧吃刀量同时使用Clean Between Pass(清除刀间残留面积高度)来调整步距Pro/Engineer 软件解决上述问题方法定义侧吃刀量同时再定义加工表面残留面积高度(Scallop machine)般情况下精加工曲面曲率半径应大于刀具半径1.5倍避免进给方向突转变模具精加工每次切入、切出工件时进给方向改变应尽量采用圆弧或曲线转接避免采用直线转接保持切削过程平稳性
四、高效加工实例
现代化模具生产随着对产品功能要求提高产品内部结构也变得越来越复杂相应模具结构也要随之复杂化
下面阐述了电器盒塑料模具制造所采用新设计制造工艺方法路线：首先利用Pro/ENGINEER或CIMATRON等先进CAD/CAM软件进行产品3D图形设计；根据产品特点设计模具结构生成模具型腔实体图和工程图；再CIMATRON根据模具型腔特点绘制CNC数控加工工艺图拟定数控加工工艺路线输入加工参数生成刀具路径；进行三维加工动态仿真生成加工程序并输送数控机床进行自动加工
实际加工时需用内六角螺钉四方铁块固定于模芯上再四方铁块固定机床工作台上即
图1 电器盒模芯图
下电器盒模具动、定模芯（图1所示,动模芯材料P20定模芯材料2738经调质处理硬度HRC32左右）例重点体说明加工流程减少篇幅本文假定从生成三维加工工艺模型开始只涉及数控铣削加工部分
表3 动模芯数控加工工序
表4 定模芯数控加工工序
五、结束语
数控编程目前CAD/CAPP/CAM系统能明显发挥效益环节之其实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用采用CIMATRON或Pro/ENGINEER等先进软件进行三维建模根据模具型腔特点确定模具型腔、分模面生成模具型腔实体图、工程图、加工工艺图根据CAM系统功能从CAPP数据库获取加工过程工艺信息进行零部件加工工艺路线控制输入加工参数再CAM编制刀具路径进行三维加工动态仿真生成加工程序并输送数控机床完成自动化加工
些加工步骤现代化模具生产过程和发展趋势使复杂模具型芯生产简化单机械零件数控自动化生产全部模具设计和数控加工编程过程都借助CAD/CAM软件计算机上完成改变了传统模具制造手段有效地缩短了模具制造周期大大提高了模具质量、精度和生产效率
参考文献:
[1]李伟光主编．现代制造技术．北京：机械工业出版社2001．
[2]塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社2002