數(shù)控銑加工模具零件工藝的優(yōu)化策略分析

區(qū)穎勤

摘要：本文對數(shù)控銑加工模具零件工藝的優(yōu)化進(jìn)行探討，介紹了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)表現(xiàn)、模具數(shù)控編程基本流程的優(yōu)化，對數(shù)控銑加工模具成型面模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)及數(shù)控銑加工模具零件工藝的優(yōu)化方法展開了討論。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑；模具零件；加工

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-1422（2015）09-0089-02

一、數(shù)控銑模具零件加工工藝現(xiàn)狀及問題

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種金屬部件，其具有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，所以一直以來圍繞鑄造工藝，鑄造模具和數(shù)控銑加工進(jìn)行了大量研究，取得了許多開創(chuàng)性的研究成果。模具零件加工工藝與加工設(shè)備是相輔相成的，是互相依存的關(guān)系，先進(jìn)的模具零件加工工藝是建立在先進(jìn)的模具零件加工設(shè)備之上的，而沒有模具零件加工工藝的研究與提高，先進(jìn)的模具零件加工設(shè)備也不可能研制出來。模具零件加工工藝的進(jìn)步必須要以可靠性高，技術(shù)性能優(yōu)越的數(shù)控銑加工作為前提。所以要想獲得高質(zhì)量和高品質(zhì)的壓數(shù)控，就必須不斷地改進(jìn)模具零件加工工藝，研制出可靠性高、性能優(yōu)異的模具零件加工設(shè)備。模具零件加工技術(shù)的核心裝備是數(shù)控銑加工，數(shù)控銑加工在模具零件加工技術(shù)的發(fā)展歷程中有著相當(dāng)重的地位，每一次數(shù)控銑加工的結(jié)構(gòu)改進(jìn)都推動(dòng)著模具零件加工技術(shù)向前進(jìn)一步。數(shù)控銑加工的性能，將直接影響數(shù)控的質(zhì)量和精度。

自從中國加入WTO，市場全面開放后，國內(nèi)數(shù)控銑加工制造行業(yè)在數(shù)控銑加工市場的競爭日趨激烈?？陀^地說，國內(nèi)數(shù)控銑加工的性能水平和質(zhì)量與國外先進(jìn)工業(yè)國家相比有一定的差距，但由于數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，從交通，能源到家用電器以及工業(yè)產(chǎn)品等都有存在模具零件加工產(chǎn)品的身影，且要求各不相同，這給國內(nèi)數(shù)控銑加工生產(chǎn)廠商特別是中小數(shù)加工生產(chǎn)廠商帶來了發(fā)展空間，為提高國產(chǎn)數(shù)控銑加工質(zhì)量，改進(jìn)性能，提供了有利時(shí)機(jī)。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國機(jī)械工業(yè)成為了世界的加工基地，在鑄造領(lǐng)域也不例外，這無疑給國內(nèi)模具零件加工業(yè)的發(fā)展提供了良機(jī)。

當(dāng)前，國內(nèi)數(shù)控銑加工的總體設(shè)計(jì)水準(zhǔn)還不高，可靠性及穩(wěn)定性方面與發(fā)達(dá)國家相比還有不小的差距。目前國內(nèi)的數(shù)控銑加工設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即對設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品進(jìn)行多次重復(fù)地試驗(yàn)，如果試驗(yàn)品不滿足設(shè)計(jì)要求，則返回修改后重新進(jìn)行試驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)法耗時(shí)耗力，額外增加很多時(shí)間成本，明顯不能適應(yīng)日趨激烈的市場競爭。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，日本、歐美等發(fā)達(dá)國家在數(shù)控銑加工的開發(fā)設(shè)計(jì)中普遍采用有限元分析、虛擬樣機(jī)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析技術(shù)，引入這種技術(shù)后可以使設(shè)計(jì)制造的整機(jī)在穩(wěn)定性、可靠性、舒適性方面有明顯優(yōu)勢，而國內(nèi)數(shù)控銑加工的開發(fā)技術(shù)在這方面還基本處于起步階段，與國際水平差距較大。我國數(shù)控銑加工的發(fā)展，迫切需要改變過去數(shù)控銑加工產(chǎn)品以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主、單一機(jī)型的設(shè)計(jì)方法，取而代之的必須是能滿足多品種、小批量、高質(zhì)量、短周期和低成本的新的設(shè)計(jì)方法。而計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)（CAE）可以完全滿足這些要求。 國內(nèi)數(shù)控銑加工企業(yè)必須盡快走向自主開發(fā)創(chuàng)新，通過數(shù)控銑加工企業(yè)與高校、科研院所的緊密結(jié)合、掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、測試技術(shù)，建立多層次的產(chǎn)品開發(fā)體系和高水平的數(shù)控銑加工實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，這不僅是世界數(shù)控銑加工技術(shù)先進(jìn)國家的成功經(jīng)驗(yàn)，也是我國數(shù)控銑加工工業(yè)走向自主創(chuàng)新開發(fā)的可行的辦法。數(shù)控銑加工 CAE 技術(shù)的研究有迫切的市場需求和廣闊的推廣應(yīng)用前景。

二、數(shù)控銑加工模具零件工藝的優(yōu)化策略分析

一直以來，提高模具零件加工效率、保障合模精度都是數(shù)控銑技術(shù)的研究重點(diǎn)。前蘇聯(lián)對數(shù)控銑加工工藝研究得比較早，有一整套完整的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論。這些理論適用于手工計(jì)算，有許多的經(jīng)驗(yàn)公式。在研發(fā)中，零部件簡化比較多，為使部件強(qiáng)度和剛度達(dá)到要求，零件的設(shè)計(jì)留有很多余量，設(shè)計(jì)出的零部件一般都比較笨重，極大地浪費(fèi)了資源。而且只能得到整個(gè)模具零件的工作情況，單個(gè)零部件的應(yīng)力應(yīng)變無法獲得，具有很大的局限性。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及有限元技術(shù)的發(fā)展，一些歐美發(fā)達(dá)國家采用這些技術(shù)對數(shù)控銑加工模具零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，結(jié)構(gòu)小巧、穩(wěn)定性高，還能節(jié)約研發(fā)時(shí)間和研發(fā)成本。

國內(nèi)采用有限元技術(shù)比較晚，近年來也有部分研究人員采用這種技術(shù)對模具零件及關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。早期有學(xué)者基于COSMOS/M 軟件平臺(tái)對模具零件進(jìn)行了有限元分析，得到了模具的頭板、尾板及導(dǎo)柱的應(yīng)力和變形云圖，分析過程中做了很多簡化，載荷的施加也做了簡化處理。通過對模具零件的尾板進(jìn)行了優(yōu)化分析，在材料上以球墨鑄鐵代替了鑄鋼，優(yōu)化的方法是對尾板的幾何尺寸進(jìn)行改變，比如板厚、肋板位置等，這種優(yōu)化方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)，有一定的局限性。此外，還有研究對合對模具機(jī)構(gòu)的中板進(jìn)行了有限元分析，并對中板進(jìn)行了一定的優(yōu)化，考慮了注射過程中的脹型力及合模力對中板的作用，但施加的載荷相對簡單，直接參考技術(shù)參數(shù)中的合模力作為載荷施加到中板上。針對模具零件在實(shí)際工作過程中產(chǎn)生裂紋的問題，我國利用有限元技術(shù)，對尾板的靜態(tài)、瞬態(tài)和疲勞進(jìn)行了分析，提出了幾種改進(jìn)的新的設(shè)計(jì)方。

現(xiàn)階段，我國對冷室數(shù)控銑加工的模具零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上應(yīng)用ANSYS 進(jìn)行了靜力學(xué)分析和應(yīng)用 ADAMS 進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，在動(dòng)力學(xué)分析中，將機(jī)鉸作為剛性件來處理，與實(shí)際情況有一定的差距。針對大型數(shù)控銑加工的模具零件加工問題，有學(xué)者進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)分析，分別對模具零件進(jìn)行了剛性體分析和柔性體分析，對比了在這兩種情況下模具零件各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特性和力學(xué)特性，最后運(yùn)用軟件 ADAMS對模具零件的機(jī)鉸進(jìn)行了機(jī)構(gòu)優(yōu)化，在考慮了合模力和合模速度特性的條件下，得到了最優(yōu)的機(jī)鉸尺寸。

三、結(jié)語

本文通過分析數(shù)控銑加工模具零件工藝技術(shù)方法的特點(diǎn)、數(shù)控編程以及模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了加工方式、切削量以及內(nèi)斜面的優(yōu)化處理方式，對提升模具零件的加工精密程度以及表面粗糙程度的降低有著較為明顯的改善效果，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的降低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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