基于注塑模具型面高速切削與拋光復(fù)合加工的研究

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摘 要：基于高速切削技術(shù)和曲面拋光原理，對(duì)切削拋光復(fù)合化關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)對(duì)注塑模具型面高速切削、切削與拋光的銜接和拋光工序進(jìn)行了探討，以期為注塑模具復(fù)合加工提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：注塑模具；復(fù)合加工；高速切削；拋光工序

中圖分類號(hào)：TQ320.5+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.086

1 高速切削技術(shù)和曲面拋光原理

1.1 高速切削技術(shù)

模具開發(fā)的終極目標(biāo)是創(chuàng)造比自身價(jià)值高的產(chǎn)品，模具的生產(chǎn)水平直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。近年來(lái)，隨著汽車、建筑、航空、電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)模具加工提出了更高的要求。通常情況下，模具加工既要保持快而穩(wěn)的切削速度以及恒定的給進(jìn)速度，又要確保插值精度和生產(chǎn)效率。以高速切削機(jī)床為例，其采用多軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方式，可滿足復(fù)雜零件的加工要求；控制系統(tǒng)在數(shù)控和伺服方面兼具插補(bǔ)功能，可滿足加工精度和加工柔性的要求。為了適應(yīng)自動(dòng)換刀的需求，高速切削刀具基本形成了統(tǒng)一形式的刀柄。在生產(chǎn)實(shí)踐中，高速切削刀也有一定的缺陷，比如，如果切削余量較大，則難以實(shí)現(xiàn)高速行刀。因此，只有不斷改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，才能更好地滿足復(fù)雜曲面混合造型等高難度加工的要求。

1.2 曲面拋光原理

模具曲面的拋光過(guò)程十分復(fù)雜，會(huì)受到多種因素的影響?；谧杂汕鎾伖庠?，有必要對(duì)曲面拋光接觸、拋光時(shí)的摩擦力和相關(guān)工具進(jìn)行綜合分析。因此，從整個(gè)加工過(guò)程的角度看，應(yīng)確保高速切削設(shè)備性能的充分發(fā)揮；從復(fù)雜曲面模具數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的角度看，首要環(huán)節(jié)是分割刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，確保在既定零件程序內(nèi)形成最小位移量的移動(dòng)，從而有效控制刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。為了提高加工的精度和質(zhì)量，需要保證刀具完成固定直線段的加工任務(wù)。概括而言，拋光加工模型原理可分為微切削作用、塑性流動(dòng)作用、化學(xué)作用和彈性破壞等部分。模具拋光摩擦分析顯示，拋光過(guò)程中產(chǎn)生的表面去除量與法向拋光力、模具表面相對(duì)滑動(dòng)距離成正比，與模具硬度成反比。無(wú)論采用手工加工方法，還是采用機(jī)械拋光方法，都需要改變法向拋光力、拋光工具的線速度等工藝參數(shù)，從而獲得預(yù)期的拋光效果。不同模具的型面對(duì)拋光的要求不同，比如，型面較粗糙時(shí)，應(yīng)選擇較硬的磨粒，并增加粗拋量；型面較精細(xì)時(shí)，應(yīng)采用微細(xì)磨料去除拋光表面的氧化膜層。

2 切削拋光復(fù)合化構(gòu)件及其加工方案

2.1 關(guān)鍵構(gòu)件

要想確保模具制造精度和拋光過(guò)程的易控性，就要保證拋光工具的表面質(zhì)量和有效控制拋光壓力。其中，對(duì)拋光壓力的控制主要體現(xiàn)在以下2方面：①保證拋光路徑處于加工范圍內(nèi)；②重點(diǎn)控制行刀路線和切削參數(shù)，以免在模具表面出現(xiàn)切痕。在拋光工具的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重誤差分析，嚴(yán)格按照規(guī)定加工復(fù)雜模具型面，并將曲面離散成一系列的微平面。操作過(guò)程中的曲面各點(diǎn)法矢量不固定是導(dǎo)致刀軸矢量發(fā)生變化的主要原因。一旦出現(xiàn)誤差，則刀具的運(yùn)行軌跡會(huì)由直線變?yōu)榍€。因此，在刀具運(yùn)行軌跡變化的過(guò)程中，需要明確節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，并密化各節(jié)點(diǎn)件的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

注塑模具型面的加工依托于數(shù)控技術(shù)，因此，要想提高加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，就必須有效控制數(shù)控加工中的誤差。在拋光工具的使用中，應(yīng)注重平衡分析。高速加工工具系統(tǒng)由刀柄、刀桿和刀片等精密組件構(gòu)成。工具系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計(jì)、制造、裝配等環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，比如，刀具材料加工中的金相缺陷、刀柄制造中的圓度誤差和刀具切削軌跡偏移等。目前，在拋光用具自動(dòng)化方案中，有在線調(diào)壓模式和預(yù)沖壓模式可供選擇。在拋光用具的在線調(diào)壓模式中，高速切削中心的加工更加關(guān)注電主軸的熱變形問(wèn)題，而應(yīng)用HSKA型刀柄能解決這一問(wèn)題。由此可見(jiàn)，借助冷卻通道提供壓力具有可行性。

2.2 加工方案

高速切削拋光復(fù)合加工方案主要由高速切削、切削與拋光的銜接和拋光工序三部分組成。其中，高速切削建立在殘留模型和平面片離散加工模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)自適應(yīng)理論和加工誤差補(bǔ)償方法，通過(guò)刀位點(diǎn)加密控制誤差，并引入了誤差補(bǔ)償，以提高加工精度；切削與拋光的銜接可采用行切法和環(huán)切法，具體工序包括拋光液的選擇、研磨拋光理論模型的建立和拋光軌跡的選擇；在拋光作業(yè)中，拋光軌跡應(yīng)均分布在型面上，且保證行刀的相對(duì)速度具有單向性，從而使加工表面光滑。此外，對(duì)于拐角部位的處理，需要在高速切削中密集化該部位的切削軌跡和增加切削次數(shù)，以降低表面粗糙度。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，注塑模具型面高速切削和拋光復(fù)合加工的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，相關(guān)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。隨著模具型面設(shè)計(jì)要求的不斷提高，相關(guān)作業(yè)程序越來(lái)越復(fù)雜，加工難度也越來(lái)越大。因此，優(yōu)化高速切削拋光復(fù)合加工方案具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

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