探索鋁材設(shè)備之復雜模具滑塊的數(shù)控技術(shù)工藝方案

陳洪土 吳秀杰 李俊璋 李俊鋒 黃銳樹

摘要： 在復雜大型模具加工過程中，常常會制定一些工藝卡來清晰指引生產(chǎn)加工，不同的零件由于復雜程度不同，工藝方案也有所區(qū)別，本文以某大型模具上的一滑塊為加工為案例，重點分析大型滑塊熱處理前后裝夾、碰數(shù)問題，來闡述其加工工藝流程及數(shù)控技術(shù)工藝。

Abstract： In the process of complex and large-scale mold processing， some process cards are often formulated to clearly guide the production and processing. Different parts have different complexity and process plans. This article takes a slider on a large mold as an example. The focus is to analyze the clamping and bumping problems of the large slide block before and after heat treatment， to explain its processing process and numerical control technology.

關(guān)鍵詞： 模具加工;滑塊加工工藝;工藝基準;鋁材設(shè)備;UGNX

Key words： mold processing;slider processing technology;process benchmark;aluminum equipment;UGNX

中圖分類號：TG379 ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0100-05

1 ?項目介紹

在模具設(shè)計領(lǐng)域里，滑塊是常見機構(gòu)，在注塑模內(nèi)部結(jié)構(gòu)或與分型面開模方向不一致的時候，需要用側(cè)向分型抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)其動作及結(jié)構(gòu)的形成。滑塊不但要保證零件的內(nèi)外表面質(zhì)量，也要對加工精度有很高的要求。同時，要保證連續(xù)性周期性的滑動。本案例是廣東俊德政?？萍加邢薰驹O(shè)備一機構(gòu)零件模具，結(jié)構(gòu)復雜，要用到側(cè)向分型設(shè)計。相關(guān)信息如圖1所示。本設(shè)計與普通不同之處，是利用液壓油缸抽芯技術(shù)，可不提及機械相關(guān)的抽芯力。從總體上看，本零件寬高比例較大，粗加工需使用vcm1370立式設(shè)備之加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速7000rpm，行程為1300mm×700mm。綜合其他工藝性，上機加工過程中會產(chǎn)生較大的各種應力，而且零件投影面面積大，所以要采取熱處理等去應力方式。一般情況下，在金屬熱處理前的加工里要充分考慮熱處理后精加工的裝夾、余量、基準統(tǒng)一等問題，這也是加工的難度之一。本文通過合理分析它的加工技術(shù)難點，以制訂符合實際工藝的規(guī)程及加工方法，以加工出合格的零件。

2 ?項目工藝流程方案

縱觀本加工零件的特點，寬高比例較大，內(nèi)部骨位多，在實際注塑過程中壓力損失較大，并極有可能產(chǎn)生內(nèi)應力，導致一系列問題產(chǎn)生，特別是產(chǎn)生變形甚至形成裂紋。因此，在熱處理去應力處理上機械加工時，加以考慮對刀、夾具裝夾等實際問題。筆者按加工工藝性原則，把加工拆分成兩個階段分部進行：金屬熱處理之前及金屬熱處理之后。一般情況下，金屬熱處理之前會切削加工大量材料，僅留下精加工的余量;而金屬熱處理之后，要加工完成所有材料，且加工質(zhì)量、精度、公差等在技術(shù)要求內(nèi)，完成最后的工件。因此，粗加工可以在CNC設(shè)備上進行，最后的精加工工藝，在剛性及精度要求更高的德馬吉DMC 64 Iinear加工中心完成。該設(shè)備行程為640mm×600mm，操作系統(tǒng)為FANUC，最高主軸轉(zhuǎn)速12000rpm。

從工藝安排合理性看，如圖2所示，金屬熱處理之前要對兩側(cè)面、背面及正面的位置去應力處理，但會導致工件有些變形，因此，要重新尋找基準作為加工碰數(shù)的參考基準。這時候，加工基準及相關(guān)碰數(shù)方式要符合實際，以便找到精準基準角。在后續(xù)粗加工的時候，要預留足夠的頂面加工材料，以平面作為金屬熱處理后進行精加工的研磨支撐平面，后續(xù)也以通過磨床實現(xiàn)，以加工出基準角所需要的相關(guān)基準面。注意，本工藝研磨量為0.2mm，不宜過大，以保證其垂直度。

接著是金屬熱處理之后的精加工里，總體方式與前處理基本一致，注意背部材料已去除時的工件裝夾過程容易出現(xiàn)的問題。在裝夾過程中，要保持工件加工的平衡性，以防止出現(xiàn)由裝夾引發(fā)的一系列問題。如有需要，可用專用夾具來完成。本零件在加工末端里，有部分是處于懸空狀態(tài)的，此處加工切除量較大，容易引發(fā)受力不均。如圖3所示，本設(shè)計方法是在加工背面利用耐磨片槽時預留凸臺，這樣就能在正面加工的時候利用工裝板及墊塊緊固裝夾，如圖4所示，平衡加工時的切削力，有較好的加工質(zhì)量。

另外，在金屬熱處理之后的精加工里，工藝性也值得注意的。因為零件的正面已經(jīng)進行了粗加，在精加的時候裝夾會比較困難。針對這種情況里，本零件的加工使用直角彎板裝夾，以便在銑床上去除工藝臺，獲得較好效果，加工完成后如圖5所示。

最后，在零件的背面進行粗加工的時候，耐磨片槽后面需要去除材料，尺寸約為261mm×174mm×280mm，如果通過數(shù)控加工的刀具一層層切削，損耗刀具，并且加工時間較長，總體生產(chǎn)效率低。筆者在對比分析之后，巧用線切割加工技術(shù)，一方面可以得到一塊材料，另一方面也省下很多的時間，正如如圖6所示，效果明顯。但是，巧用線切割加工技術(shù)的時候，留0.5mm為金屬熱處理之后進行精加工的余量，以便在背面加工時，只需要加工耐磨片槽，這樣可以節(jié)省時間，工藝合理。

3 ?項目加工技術(shù)方案

從熱處理工藝來看，前處理與后處理在不同的方位對加工有一定的要求，順序為：先加工頂面再到背面最后是正面。在前處理之前，切削大部分材料，還得預留部分材料到熱處理后，不超0.3mm，但是還要時刻留意正面的外觀面，以防影響表面外觀及精度。根據(jù)本工件的特點，筆者重點描述正面加工方式，以NX軟件為工具，采用德馬吉DMC 64 Iinear 加工中心，系統(tǒng)是FANUC 180i-MB，最高主軸轉(zhuǎn)速達到12000rpm，裝夾方式如圖4所示。要注意的是，要將已線切割余料的工件，利用螺釘和工裝板、墊塊緊固為一體，固定在機床工作臺上，并采用基準角進行對刀。下面，從工序順序方式來介紹技術(shù)方案的安排：

①金屬熱處理前粗加工的技術(shù)方案安排。如圖7所示，結(jié)合NX加工流程，設(shè)定機械加工坐標系、安全平面（離最高面再高5MM左右）、設(shè)置材料毛坯以及加工余量。設(shè)置各項功能后，在電腦模擬下形成刀具運動軌跡，以確定走刀方式。如圖8所示，在對正面粗加工時，關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置有以下幾項：用直徑為？覫40R6的圓鼻刀（R解）進行主體切削;型腔銑削方式，余量設(shè)定為0.3mm;在封閉區(qū)域采用螺旋方式進刀，設(shè)好螺旋參數(shù);針對開放區(qū)域加工時，不宜使用螺旋式進刀，利用圓弧式進刀;區(qū)域內(nèi)為前一平面;區(qū)域間的快速移刀到達安全平面;在切削模式里設(shè)置為跟隨部件;切削深度向下深70mm，計算是從頂面開始;每刀深度為恒定0.3mm，轉(zhuǎn)速設(shè)置2000r/min，進給2200mm/min。接著，再采用？覫35R5的圓鼻刀進行二次粗加工，以完成骨位材料的機械加工，參數(shù)設(shè)定方面，與？覫40R6基本一樣，但是，增加控制切削范圍，使用參考刀具？覫42R8，主要是對？覫40R6未能加工的區(qū)域進行二次粗加工（補刀）。

②熱處理后部分半精加工的技術(shù)方案安排。經(jīng)過熱處理之后，零件應力已經(jīng)基本去除，對于后續(xù)加工來講，可以完全去除多余材料。但是，如果熱處理后工件表面出現(xiàn)變形現(xiàn)象，需用研磨加工處理，以獲得高質(zhì)量基準。當磨好幾個工藝面和基準面之后，正面裝夾好，如圖4所示，必保證正體穩(wěn)定，固定后采用德馬吉DMC 64 Iinear加工。另外，滑塊正面要求較高，是外面的外觀面，并且各層陡峭不同，所以要分段進行加工，減少移刀的時間。如圖9所示，完成頂部較凸出部分的清角加工，具體設(shè)置方式有：用？覫30R5圓鼻刀進行半精加工，去除熱處理前的窄角位材料;控制切削層深度為0-60mm;切削余量為0.3mm;切削模式輪廓銑加工;切削層深度0.3mm;接著，再用？覫30R5圓鼻刀的刀具完成中間較平表面的加工，加工參數(shù)控制切削深度為60-70mm及控制切削深度為70-140mm，最后完成垂直面?zhèn)让娴臋C加工。

當完成上面加工后，零件的正面材料已基本去除。但是，因本工件較為復雜，導致更小的窄角位處還有小量的余量。這時先用？覫16R0.8的圓鼻刀（R刀）加工，再用球刀？覫10R5、？覫6R3逐級遞減，采用更小的刀具對較小角位清根清角，進一步減少余量。這種方式是延續(xù)前面的加工流程，使用型腔銑，利用輪廓銑進一步清角清根的原理，結(jié)果如圖10所示。

③熱處理后精加工的技術(shù)方案安排。完成前面第一第二工序后，接下來是進行整體表面精加工。精加工是機械加工的最后一道工序，是保證質(zhì)量的最后陣地，NX加工技術(shù)里最常用的是固定軸銑削，它能加工任何實體模型和曲面模型，功能強大，能輕松實現(xiàn)加工。總之，本工序延續(xù)半精加工的裝夾方法，保證基準統(tǒng)一，減少裝夾對刀過程中的誤差。采用固定軸銑削方式進行精加工時，系統(tǒng)很容易就能識別到前一道工序所留下來的未切除區(qū)域或陡峭區(qū)，能快速精準完成清除加工，從而提高工件的加工質(zhì)量。同時，有多種走刀驅(qū)動方法，比如沿用戶定義的方向驅(qū)動、沿徑向、邊界以及螺旋線等。具體到相關(guān)參數(shù)，筆者總結(jié)如下：加工面為正面，切削模式為往復加工;采用？覫16R8的球刀完成;使用區(qū)域銑削加工方法;主軸轉(zhuǎn)速為3800r/min;步距為恒定0.25mm;精加工留余量0.02mm;進給為1800mm/min;用于拋光，如圖11①所示。完成后，再利用小一點的球刀，完成另一小角位的精加工。具體到相關(guān)參數(shù)為：刀具為？覫10R5球刀;驅(qū)動方法使用清根;區(qū)域銑削加工方法;非陡峭區(qū)域切削模式為往復加工;陡峭角為65度;進給為1500mm/min;主軸轉(zhuǎn)速為4000r/min;步距為0.1mm;精加工留余量0mm;最終結(jié)果如圖11②所示。同樣，完成本工序后，延續(xù)上述一致的加工方法，采用？覫6R3的球刀，步距是恒定的0.06mm，以完成更小角位的精加工，如圖11③所示。

經(jīng)過上述的數(shù)控工藝加工后，基本能完成零件正面的加工了。但是，因為刀具等問題的限制，工件的部分直角位以及筋位無法進一步數(shù)控加工，需要特步種加工技術(shù)，也就是利用電火花加工，這一方面，筆者就不一一探究了，如圖12所示為正面電極。

4 ?結(jié)束語

通過本文的分析與健談，筆者對于大型的、復雜的零件進行機械加工時，通常會采用大型設(shè)備進行，并制定合理的工藝規(guī)程方案。在工藝編排的時候，務(wù)必要綜合考慮大型設(shè)備的特點及實際能力，了解設(shè)備參數(shù)設(shè)定，熟悉各個工序情況以及零件的加工精度，以確保加工基準統(tǒng)一性、定位基準的合理性，這樣才能得到更好的尺寸精度和幾何精度，也提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得高質(zhì)量的零件。

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