一種微型異形難裝夾模具加工工藝探討

吳振宇王豪曹宏建

摘要：針對(duì)一種小批量微型、異型、難裝夾模具的結(jié)構(gòu)和尺寸特點(diǎn)，介紹了模具加工的工藝方法，加工過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)、刀具選擇，在UG中進(jìn)行了工藝驗(yàn)證。并為電火花加工設(shè)計(jì)了專(zhuān)用夾具。提出了該類(lèi)模具的加工工藝路線和加工方案，為加工該類(lèi)模具提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：小批量；微型；異形；難裝夾

Abstract: For a the structure and size characteristics of the small batch micro-shaped, abnormal shape and hard clamping, introduced the mold process, the key parameters in the machining process and tool selection, and take process validation in the UG. EDM design a special fixture. This paper point out the class mold processing line and processing solutions for the processing of the class mold can learn from the experience.Key words: small quantities; miniature; shaped; difficult clamping

中圖分類(lèi)號(hào)：TG315.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）05-0020-02

引言

微型、異形、難裝夾模具通常指尺寸較小，外形輪廓較為奇特并且難以裝夾的一類(lèi)模具。在特種醫(yī)用材料的成型實(shí)驗(yàn)中，這類(lèi)零件的應(yīng)用較多，這類(lèi)模具的整體尺寸小、剛度弱，同時(shí)為了滿足某些功能要求，其形位公差要求較高。如何選擇模具加工的工藝方法和參數(shù)，保證其加工質(zhì)量和精度要求，是加工的關(guān)鍵所在。本文針對(duì)某特種醫(yī)用材料成型模具的加工工藝進(jìn)行了分析和探討。

模具工藝分析和工藝難點(diǎn)

2.1 工藝分析

圖1 零件圖

如圖1所示，該模具是微型、異形的軸類(lèi)零件，材料為1Cr18Ni9Ti，尺寸精度、表面質(zhì)量和形位公差要求較高。外橢球面和內(nèi)槽表面粗糙度Ra為0.8，圓跳動(dòng)誤差要求不大于0.05mm，徑向圓跳動(dòng)為0.02;內(nèi)槽兩側(cè)面的對(duì)稱(chēng)度為0.03mm。

2.2 工藝難點(diǎn)

（1）該零件的外形尺寸最大為40mm，加工時(shí)易變形。

（2）零件外表面的6個(gè)槽加工時(shí)不易裝夾，并且有較高的尺寸精度和位置精度，加工過(guò)程中對(duì)加工方法和裝夾方式提出了較高的能力要求。

（3）零件外表面輪廓的同軸度要求較高，對(duì)工件在車(chē)削加工時(shí)的裝夾要求較高。

（4）工件的材料為奧氏體不銹鋼，而奧氏體組織塑性大，易產(chǎn)生加工硬化，較難切削。容易粘刀和生成積屑瘤，影響已加工表面質(zhì)量[1]。

加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)模具工藝分和加工難點(diǎn)分析，制定出以下加工工藝流程：（1）下料。棒料長(zhǎng)100mm,直徑為20mm。（2）固溶處理，使奧氏體組織通過(guò)相變而成為馬氏體組織，改善切削性能。（3）車(chē)端面及打中心孔（棒料伸出卡盤(pán)的長(zhǎng)度為60mm左右）。（4）粗車(chē)外圓。按圖紙要求精車(chē)橢球面，留余量0.3mm。（5）精車(chē)外圓。（6）切斷（7）電火花加工外表面槽。外表面加工結(jié)束后，經(jīng)過(guò)粗糙度和圓跳動(dòng)檢驗(yàn)合格后，再用專(zhuān)用夾具裝夾進(jìn)行電火花加工，最終達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求。工藝流程圖為下料－固溶處理－車(chē)端面及打中心孔－粗車(chē)外圓－精車(chē)外圓－電火花加工外表面槽。

加工工藝方案確定

4.1加工刀具的選擇

切削不銹鋼的刀具要有高的硬度，良好的耐磨性能和足夠的強(qiáng)度[2]。由于硬質(zhì)合金具有高的耐磨性和高硬度，因此采刀片材料為YG8，并且75度的外圓車(chē)刀。

4.2加工參數(shù)的選擇

（1）切削用量的選擇

切削用量的選擇要綜合考慮產(chǎn)品的加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量和提高刀具的使用壽命。粗車(chē)時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為600r/min，背吃刀量為2mm，進(jìn)給量為0.2mm/r；精車(chē)時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為955r/min，背吃刀量為0.2mm，進(jìn)給量為0.08mm/r。

4.3 車(chē)削加工工藝驗(yàn)證

在刀具和加工參數(shù)確定后，就可以對(duì)模具進(jìn)行數(shù)控編程，然后調(diào)試機(jī)床加工進(jìn)行。但是在實(shí)際的加工過(guò)程中往往會(huì)因?yàn)椴僮魇д`和程序錯(cuò)誤造成刀具損壞、工件過(guò)切和干涉，甚至導(dǎo)致機(jī)床的破壞等。因此，在進(jìn)行實(shí)際加工之前，采用UG的制造模塊對(duì)工件進(jìn)行虛擬制造可以最大程度地避免這種情況的發(fā)生。同時(shí)采用UG進(jìn)行編程不但可以提高編程的準(zhǔn)確性，還可以增加工作效率，降低成本和提高經(jīng)濟(jì)效益[3]。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，以上的加工切削用量設(shè)置合理，并且刀具、夾具和工件之間未發(fā)生碰撞和干涉。

4.4 電火花加工

在對(duì)模具進(jìn)行車(chē)削加工后，需要對(duì)其進(jìn)行表面的6個(gè)槽進(jìn)行加工，由于其尺寸太小，再加上車(chē)削時(shí)的切削力較大，容易在加工時(shí)對(duì)工件造成損傷[4][5]。又由于電火花加工可以加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并且在加工時(shí)沒(méi)有明顯的機(jī)械力，可以用于加工低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。甚至可以用簡(jiǎn)單的電極加工出極復(fù)雜開(kāi)頭的零件，因此，對(duì)于橢球表面6個(gè)槽的加工采用電火花加工。

（1）工具電極

工具電極的常用材料有紫銅、石墨和鎢等。紫銅的熔點(diǎn)較低，但導(dǎo)熱性能好，因此損耗少；石墨的加工性能好，但是較脆，不宜加工薄片電極；鎢的熔點(diǎn)高，價(jià)格昂貴又難于加工，因此在該模具加工中采用紫銅材料作為電極。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，

圖2 工具電極模型

（2）夾具的設(shè)計(jì)

在采用電火花加工時(shí)，模具的橢球面在進(jìn)行電火花加工時(shí)難以裝夾，采用通用的夾具不能滿足加工需要。因此，設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用夾具，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，該夾具主要由底座、擋板和定位鍵組成。兩側(cè)擋板用M1X6的螺栓固定在底座上。

如圖3 夾具結(jié)構(gòu)圖如圖4夾具和模具裝配模型

如圖4所示的裝配圖，在進(jìn)行電火花加工時(shí)將模具放在夾具座上，兩側(cè)的擋板內(nèi)側(cè)間的尺寸比模具的短軸多2mm，使其在水平方向上對(duì)模具定位。長(zhǎng)軸方向的定位主要依靠底座兩側(cè)的錐面和定位鍵。底座兩側(cè)的錐面與長(zhǎng)軸兩側(cè)的橢圓相切，定位鍵能使模具在豎直方向上定位，這樣在加工時(shí)，不會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)而影響加工精度。其中，在加工第一道槽時(shí)，由于其位置可以任意，同時(shí)也為了使模具易放置，因此此時(shí)需將定位鍵移去。

（3）電火花加工參數(shù)

加工深度為3mm，脈沖寬度為600，脈沖間隔為2，峰值電流為0.2A。

微型、異形、難裝夾模具的加工思路

傳統(tǒng)加工技術(shù)和現(xiàn)代加工技術(shù)相結(jié)合。利用傳統(tǒng)加工成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代加工技術(shù)以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)的不足，這樣在提高生產(chǎn)效率也使兩種技術(shù)相互借鑒，互補(bǔ)長(zhǎng)短。在加工該類(lèi)模具時(shí)，可以考慮采用這種方法。

虛擬制造技術(shù)。在產(chǎn)品真正加工出來(lái)之前，在虛擬制造環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行產(chǎn)

品模型進(jìn)行加工，生成刀具軌跡。并利用UG的加工模塊對(duì)刀具軌跡進(jìn)行仿真，以此來(lái)檢驗(yàn)工藝安排的合理性。這樣可以降低成本，降低工件的廢品。該類(lèi)模具的結(jié)構(gòu)和尺寸特點(diǎn)增加了加工時(shí)的難度，采取虛擬制造技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證可以更加快速高效地加工出產(chǎn)品。

（3）合理選擇刀具和切削參數(shù)。由于此類(lèi)模具的功能要求的特殊性，所采用的材料大多具有不易時(shí)進(jìn)行切削加工的特點(diǎn)。因此合理地選擇刀具和切削參數(shù)變得異常重要。

結(jié)論

通過(guò)采取以上的工藝方法，獲得了對(duì)微型、異形、難裝夾模具加工的具體方法和相關(guān)參數(shù)，解決了該模具的加工問(wèn)題。

參 考 文 獻(xiàn)

1安承業(yè). 機(jī)械制造工藝基礎(chǔ). 天津大學(xué)出版社,2010.693～94

2徐文德. 機(jī)械制造工藝基礎(chǔ). 科學(xué)出版社 ,2009.354～60

3劉景復(fù). 不銹鋼的車(chē)削. 機(jī)械工業(yè)出版社,1981

4范仙紅，楊萍. 斯特林制冷機(jī)薄壁氣缸加工工藝研究．低溫與超導(dǎo),2010，7：33～34

5徐建高. 超長(zhǎng)軸車(chē)削變形和工藝方法研究. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008, 11：131～132

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。