塑料制品模具曲面數(shù)控加工中存在的不足及改進(jìn)措施

薛秋浩

【摘要】由于一些塑料制品模具在生產(chǎn)過(guò)程中存在效率較低。因此，本文針對(duì)塑料制品模具曲面數(shù)控加工中存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，具體是將整體與局部相結(jié)合、應(yīng)用編程軟件提高加工精度的方法來(lái)節(jié)約加工時(shí)間，提高工作效率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)后證明，改進(jìn)后的加工工藝確實(shí)可以為企業(yè)帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】塑料制品；模具曲面；數(shù)控加工

中圖分類號(hào) TQ320.52

一、塑料制品模具曲面數(shù)控加工中存在的問(wèn)題

目前，模具制造公司在塑料制品模具曲面數(shù)控加工中雖然積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，加工工藝經(jīng)多次改進(jìn)，企業(yè)利潤(rùn)也有了明顯提高。但以下四個(gè)方面的問(wèn)題，仍然影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率的提高：

首先是，現(xiàn)行加工方案中，在粗加工完成后，留一定的加工余量，一般為0.4mm。半精加工對(duì)塑料制品表面整體加工后，留精加工所要求的加工余量一般為0.15mm。換言之，整個(gè)塑料制品曲面在粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段都需要完整走刀，造成了對(duì)塑料制品模具曲面的重復(fù)切削，耗費(fèi)了大量的工時(shí)，增加了刀具成本和能耗成本。

其次是，現(xiàn)行工藝在精加工過(guò)程中，根據(jù)曲面的實(shí)際情況采取等高銑和平行銑的方法進(jìn)行加工。由于需要人工判斷切削區(qū)域，所以只能采取保守的原則，讓兩個(gè)區(qū)域的一部分存在交集，以保證走刀到位，這樣做的問(wèn)題是造成交集部分重復(fù)切削，不僅浪費(fèi)工時(shí)，而且影響交集區(qū)域曲面加工的表面質(zhì)量。若將整個(gè)塑料制品曲面按照一種銑削方式進(jìn)行精加工，雖然可節(jié)省交集區(qū)域重復(fù)切削的時(shí)間，但對(duì)刀具壽命和塑料制品表面質(zhì)量的影響太大。

再次是，對(duì)于修筋與清根所需要加工時(shí)間占整個(gè)加工時(shí)間的25%以上。修筋與清根的區(qū)域不大，但如何對(duì)它準(zhǔn)確的進(jìn)行劃定卻一直是個(gè)難點(diǎn)，修筋與清根的刀具直徑很小，加工區(qū)域的劃分不準(zhǔn)確對(duì)工時(shí)的影響很大。

最后是，由于塑料制品曲面需進(jìn)行拋光處理，而拋光工序所占工時(shí)往往很大。經(jīng)數(shù)控加工后的表面粗糙度值越低，則越能減少拋光作業(yè)的時(shí)間。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用的精加工刀具，其切削的參數(shù)如表1所示。

該加工參數(shù)屬于常規(guī)銑削加工的切削用量選值范疇。根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求的切削速度和每齒進(jìn)給量分別為： ， ，二者均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選定的切削用量，說(shuō)明這一切削參數(shù)未能充分發(fā)揮該刀具的切削能力。

綜上所述，出于對(duì)塑料制品模具加工生產(chǎn)率的考慮，同時(shí)也出于提高表面質(zhì)量，減少后續(xù)拋光作業(yè)工時(shí)的考慮，有必要在塑料制品曲面的數(shù)控加工環(huán)節(jié)進(jìn)行有效改進(jìn)，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。

二、塑料制品模具曲面加工工藝改進(jìn)措施

在塑料制品模具零件中，各類復(fù)雜成型曲面是實(shí)現(xiàn)豐富多樣化的瓶型的重要因素，如何高效、精確的對(duì)模具曲面進(jìn)行高質(zhì)量加工是一項(xiàng)重要的工作。針對(duì)一部分公司塑料制品模具曲面加工存在的問(wèn)題，結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)條件，我們提出以下改進(jìn)措施：

（一）應(yīng)用整體與局部相結(jié)合的方法

也就是將“粗加工——半精加工——精加工”的“整體重復(fù)切削”工藝路線轉(zhuǎn)變成“粗加工——精加工——局部精修整”的“整體+局部”加工工藝方案。傳統(tǒng)加工工藝中，受機(jī)床和刀具的限制，粗加工一般不要求很高的尺寸精度，而且表面光潔度差，無(wú)法滿足直接進(jìn)行精加工的要求，所以總是保留比較大的加工余量，由半精加工后再次整體切削。即使由于刀具大小限制未能一次精加工到位的區(qū)域，仍然可以采取小直徑刀具進(jìn)行局部精修整。換言之，這種工藝路線將傳統(tǒng)的粗加工、半精加工合為一個(gè)加工過(guò)程，避免了重復(fù)加工，縮短了加工時(shí)間。

（二）應(yīng)用CAD/CAM軟件提高加工效益

精加工過(guò)程中加工區(qū)域的重疊，清根階段中區(qū)域的劃定等問(wèn)題都是由人為因素引起的，可以通過(guò)引入更具針對(duì)性的編程軟件來(lái)減小或避免這類影響。

我們通過(guò)考察多種CAD/CAM軟件，比較各款軟件的特點(diǎn)。結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)需求，選取并試用了Tebis軟件，取得了明顯的成效。

Tebis軟件涵蓋了CAD到CAM的全過(guò)程。主要包括新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、刀具與模具設(shè)計(jì)，從2.5D加工、3軸加工、3+2軸加工到5軸聯(lián)動(dòng)的銑削加工與激光加工等的自動(dòng)編程，以及質(zhì)量管理模塊等。Tebis的造型設(shè)計(jì)尤其考慮了如何提高制造過(guò)程的效率，因而Tebis的刀具路徑生成功能十分快捷。

應(yīng)用Tebis的角度區(qū)域劃分功能解決精加工過(guò)程中加工區(qū)域的重疊問(wèn)題。將塑料制品曲面以30°角為界，大于30°采用等高銑，小于31°采用平行銑，采取兩種不同的方法進(jìn)行塑料制品曲面的整體加工，使等高銑用于曲面較陡的區(qū)域，平行銑用于曲面較平坦的區(qū)域（如圖2）。這樣避免了加工區(qū)域的重復(fù)，并且整個(gè)區(qū)域僅一次進(jìn)刀，加工軌跡也更均勻、連續(xù)和光滑。

三、改進(jìn)后的經(jīng)濟(jì)效益

為了測(cè)試以上兩種改進(jìn)措施的應(yīng)用效果，我們分別在500ml飲料瓶和300ml飲料瓶模具曲面的批量加工中進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

表3所示為批量生產(chǎn)500ml飲料瓶和300ml飲料瓶單個(gè)曲面的加工時(shí)間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，工藝改進(jìn)后的數(shù)控加工效率分別提升了32.9%和26.8%，減少了刀具、人工、設(shè)備耗電等成本消耗。同時(shí)，也間接證明了數(shù)控加工工藝改進(jìn)對(duì)促進(jìn)節(jié)能、降耗的重要性。

若以某公司每年生產(chǎn)約5000副塑料制品模具，按照每副（2個(gè)）型腔節(jié)省1.61個(gè)小時(shí)計(jì)算，可節(jié)約數(shù)控加工時(shí)間8050小時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)效益在100萬(wàn)元以上。制造周期的縮短，對(duì)于緊急加工任務(wù)而言更具重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]戴達(dá)煌等編著.現(xiàn)代材料表面技術(shù)科學(xué)[M].冶金工業(yè)出版社， 2004

[2]孫德勤.模具材料及其表面處理技術(shù)的發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè).2009（11）

[3]張濤依，張會(huì)玲.我國(guó)機(jī)械CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用研究綜述[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2008（01）endprint