煙灰缸模具成型零件的仿真加工

鄒 軍，夏 錚

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫交通分院（江蘇無(wú)錫 214046）

1 引言

模具的成型零件是直接與塑料全部或部分接觸的零件，如型芯、型腔、鑲件等；成型零件的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，它不僅要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度值，而且還要求有合理的結(jié)構(gòu)，較高的強(qiáng)度、剛度以及較好的耐磨性。隨著數(shù)控設(shè)備和先進(jìn)工藝的發(fā)展，使用現(xiàn)代數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工可以確保零件的加工精度，尤其數(shù)控編程及加工軟件的使用，更是提高了加工效率和節(jié)省了加工成本。本文對(duì)煙灰缸模具的成型零件進(jìn)行了數(shù)控加工工藝分析及加工仿真。

2 煙灰缸零件的三維建模和二維工程圖繪制

2.1 零件的三維建模

利用UG軟件的建模方法，根據(jù)煙灰缸的形狀和使用特點(diǎn)進(jìn)行建模，如圖1所示。

2.2 零件的二維工程圖繪制

工程圖是在設(shè)計(jì)的最后用于指導(dǎo)生產(chǎn)的三視圖圖樣。工程圖圖樣的制作也是將零件或裝配模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行歸檔的過(guò)程，其正確與否，將直接影響到生產(chǎn)部門的加工制造。

而本設(shè)計(jì)利用UG軟件進(jìn)行三維建模后，再導(dǎo)出生成零件的二維工程圖，然后在AutoCAD中進(jìn)行修改和標(biāo)注，如圖2所示。

圖1 三維建模圖

圖2 二維工程圖

3 煙灰缸模具型腔的加工

煙灰缸模具型腔的毛坯確定為：材料選用模具鋼P(yáng)20，尺寸為200×100×25mm長(zhǎng)方體。

3.1 建立型腔加工模型

依據(jù)煙灰缸產(chǎn)品三維模型，用UG軟件建立凹模所需的加工模型，如圖3所示。分析模型，測(cè)量各部分尺寸，包括最小曲率半徑等。

圖3 型腔加工模型

3.2 確定加工坐標(biāo)系

采用型腔中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)，塑件建模采用模具坐標(biāo)系，數(shù)控加工編程時(shí)也采用模具坐標(biāo)系，這樣有利于模具在加工時(shí)進(jìn)行定位和找正，如圖4所示。

圖4 加工坐標(biāo)系建立

3.3 上表面切削加工方案

在裝夾工件后，先對(duì)毛坯上表面進(jìn)行粗加工，光出即可，然后進(jìn)行選刀對(duì)刀，并對(duì)上表面進(jìn)行銑削加工，可以采用環(huán)切加工方法，刀具螺旋下刀、退刀可以在輪廓外進(jìn)行。

3.4 型腔切削加工方案

煙灰缸型腔的加工工序?yàn)椋捍旨庸ぁ刖庸ぁ植繀^(qū)域精加工→精加工。具體加工策略和工藝參數(shù)的設(shè)置如表1所示。

表1 型腔數(shù)控加工策略及工藝參數(shù)的設(shè)置

（1）粗加工。

粗加工主要是作出精基準(zhǔn)，去除毛坯大部分的加工余量，因此在確保后續(xù)加工有足夠余量的基礎(chǔ)上要盡量提高加工效率。此處根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D16R1mm的硬質(zhì)合金圓角端銑刀按輪廓區(qū)域清除模型策略對(duì)型腔進(jìn)行粗加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程的基本參數(shù)，刀具加工路徑和仿真加工效果如圖5所示。

圖5 粗加工刀具路徑和仿真加工效果圖

（2）半精加工。

半精加工的目的是繼續(xù)去除粗加工后留在模具表面的加工余量，使精加工余量更小且比較均勻，便于精加工時(shí)采用較小的切削量和較高的切削速度。根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D10R1mm的硬質(zhì)合金端銑刀按輪廓區(qū)域清除策略進(jìn)行加工，刀具加工路徑及仿真加工效果如圖6所示。

圖6 半精加工刀具路徑和仿真加工效果圖

（3）局部區(qū)域精加工。

局部區(qū)域精加工也叫小刀清角，是對(duì)半精加工后仍未要求的凹槽部位進(jìn)行再次清角，以盡可能減少精加工時(shí)凹槽部位的加工余量。加工策略可選用最佳等高、三維偏置或平行加工等方式。

局部區(qū)域精加工1：根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D10mm硬質(zhì)合金端銑刀按最佳等高精加工策略局部區(qū)域進(jìn)行精加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程的基本參數(shù)，刀具加工路徑及仿真加工效果如圖7所示。

圖7 局部區(qū)域精加工刀具路徑及仿真加工效果圖Ⅰ

局部區(qū)域精加工2：根據(jù)工藝規(guī)劃，使用R2.5mm硬質(zhì)合金球頭刀按最佳等高精加工策略局部區(qū)域進(jìn)行精加工。結(jié)合選用的刀具，工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真加工后如圖8所示。

圖8 局部區(qū)域精加工刀具路徑及仿真加工效果圖Ⅱ

（4）精加工。

精加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最終形狀，模具的加工精度和表面質(zhì)量都是由該工序保證。由于拋光余量極少，因此在精加工后的表面應(yīng)沒(méi)有明顯刀痕，且尺寸到位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，加工時(shí)應(yīng)采用較小的切削量和較高的切削速度。根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D5mm硬質(zhì)合金端銑刀按等高精加工策略對(duì)型腔精加工，刀具采用順銑切削方式，以水平面內(nèi)圓弧切入切出方式確保加工質(zhì)量。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程的基本參數(shù)，刀具加工路徑及仿真加工效果如圖9所示。

圖9 精加工刀具路徑和仿真加工效果圖

3.5 產(chǎn)生NC程序

在生成完畢一系列刀具路徑后，經(jīng)過(guò)模擬仿真和檢查確定無(wú)誤之后，需要將這些刀具路徑按其在NC機(jī)床中的加工順序排列，然后通過(guò)PowerMill提供的后處理模塊經(jīng)自動(dòng)處理后即可產(chǎn)生機(jī)床代碼文件cavity.TAP。

4 煙灰缸模具型芯的加工

煙灰缸型芯模的毛坯選擇：材料選用模具鋼P(yáng)20，毛坯為200×100×20mm的長(zhǎng)方體。

4.1 建立型芯加工模型

依據(jù)煙灰缸型芯三維模型，用UG軟件建立型芯模所需的加工模型，如圖10所示。

圖10 型芯加工模型

4.2 確定加工坐標(biāo)系

煙灰缸型芯模采用型腔中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)，塑件建模采用模具坐標(biāo)系，數(shù)控加工編程也采用模具坐標(biāo)系，這樣有利于模具在加工時(shí)進(jìn)行定位和找正，如圖11所示。

圖11 加工坐標(biāo)系建立

4.3 上表面切削加工方案

工件在裝夾后，先對(duì)毛坯上表面進(jìn)行粗加工，然后進(jìn)行選刀對(duì)刀，上表面的銑削加工策略依舊為環(huán)切法。

4.4 型芯切削加工方案

型芯加工工序可分為：粗加工→半精加工→局部區(qū)域精加工→精加工。型芯數(shù)控加工策略的選擇及工藝參數(shù)的設(shè)置，如表2所示。

表2 型芯加工策略的選擇及工藝參數(shù)的設(shè)置

（1）粗加工。

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D16R1mm的硬質(zhì)合金圓角端銑刀按輪廓區(qū)域清除策略對(duì)型芯進(jìn)行粗加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真加工如圖12所示。

圖12 粗加工刀具路徑及仿真加工效果圖

（2）半精加工。

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D16mm的硬質(zhì)合金端銑刀按等高精加工策略對(duì)型芯進(jìn)行半精加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真如圖13所示。

圖13 半精加工刀具路徑及仿真

（3）局部精加工。

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D10R1mm圓角的硬質(zhì)合金端銑刀按輪廓區(qū)域清除策略對(duì)型芯外形進(jìn)行精加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真加工如圖14所示。

圖14 局部精加工刀具路徑及仿真加工效果圖Ⅰ

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D10R2mm圓角的硬質(zhì)合金端銑刀按等高精加工策略對(duì)型芯外形進(jìn)行精加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真效果如圖15所示。

（4）精加工。

精加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終形狀的最關(guān)鍵一步，模具的表面質(zhì)量和尺寸精度都是由該工序保證的。由于拋光余量極少，因此在精加工后的表面應(yīng)沒(méi)有明顯刀痕，且尺寸到位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，加工時(shí)應(yīng)采用較小的切削量和較高的切削速度。

a.型芯精加工——等高精加工。

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D6mm的硬質(zhì)合金端銑刀按等高精加工策略對(duì)型芯進(jìn)行精加工。刀具切削方式為順銑，刀具切入切出路徑為水平面內(nèi)圓弧切入切出。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑及仿真加工后如圖16所示。

圖16 精加工刀具路徑及仿真效果圖Ⅰ

b.外輪廓精加工——偏置平坦面精加工。

根據(jù)工藝規(guī)劃，使用D16mm的硬質(zhì)合金刀尖端銑刀按偏置平坦面精加工策略對(duì)型芯外形進(jìn)行精加工。結(jié)合選用的刀具、工件材料和加工類型確定編程基本參數(shù)，刀具路徑經(jīng)過(guò)裁剪重排后及仿真加工如圖17所示。

圖17 精加工刀具路徑及仿真效果圖Ⅱ

（5）生成數(shù)控加工程序。

在生成完畢一系列刀具路徑后，經(jīng)過(guò)模擬仿真和檢查確定無(wú)誤之后，需要將這些刀具路徑按其在NC機(jī)床中的加工順序排列，然后通過(guò)PowerMill提供的后處理模塊經(jīng)自動(dòng)處理后即可產(chǎn)生機(jī)床代碼文件cavity.TAP。

5 小結(jié)

通過(guò)對(duì)煙灰缸模具的成型零件進(jìn)行了數(shù)控加工工藝的分析及仿真，提高了加工的效率并節(jié)省了加工成本。