精密汽車(chē)注射模具數(shù)控加工精度提升探析

何佳春

( 深圳市大族數(shù)控科技股份有限公司，廣東 深圳 518103)

近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展汽車(chē)工業(yè)和基礎(chǔ)工業(yè)，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)精密汽車(chē)注射模具的發(fā)展，而模具的發(fā)展和制造離不開(kāi)加工制造，現(xiàn)在市面上大部分的精密汽車(chē)模具都采用數(shù)控加工，數(shù)控加工汽車(chē)精密模具有著獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)。汽車(chē)精密注射模具制造是工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域的裝備基礎(chǔ)設(shè)施。隨著數(shù)控加工技術(shù)在模具制造領(lǐng)域中大量的應(yīng)用，各式各樣的數(shù)控機(jī)床的的自動(dòng)化和精度都在不斷的提高。汽車(chē)精密注射模具數(shù)控加工的精度對(duì)模具整體加工的精度提出了更苛刻和嚴(yán)格的要求，特別是復(fù)雜大型的汽車(chē)注射模具加工，同時(shí)也對(duì)注射模具加工精度提出了更高的挑戰(zhàn)。對(duì)于模具設(shè)計(jì)加工制造企業(yè)來(lái)講，提升模具自身的加工精度，不光是提升產(chǎn)品的質(zhì)量，更重要的意義是提高模具制造企業(yè)在行業(yè)領(lǐng)域中的核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，機(jī)密汽車(chē)模具加工制造行業(yè)必須在現(xiàn)有的工藝和硬件基礎(chǔ)之上，升級(jí)精密汽車(chē)模具制造加工過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、效率化、專(zhuān)業(yè)化程度的提升，采用數(shù)控加工技術(shù)提升注精密射模具加工制造的精度。本文主要圍繞汽車(chē)精密注射模具本身的加工策略特點(diǎn)、工藝控制方法、精度控制方法等幾個(gè)方面展開(kāi)進(jìn)一步的論述。加工制造，現(xiàn)有的模具包括前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠、儀表臺(tái)、門(mén)板、內(nèi)飾板、ABC 柱、及汽車(chē)內(nèi)外覆蓋件等注射模具。大部分汽車(chē)模具能夠滿(mǎn)足目前使用場(chǎng)景，客戶(hù)定制的汽車(chē)注射模具基本不會(huì)按照統(tǒng)一規(guī)格與尺寸進(jìn)行大批量加工，其具體要求是根據(jù)客戶(hù)提出的的使用需求進(jìn)行非標(biāo)定制化生產(chǎn)和出貨，出廠交付的汽車(chē)注射模具具有各自特征和特性，基本是個(gè)性化、單件、小批量的生產(chǎn)。因此，在汽車(chē)模具的前期設(shè)計(jì)與后期制造的過(guò)程中，技術(shù)人員必須加強(qiáng)與客戶(hù)方的技術(shù)和市場(chǎng)人員密切溝通交流，明確客戶(hù)對(duì)模具的具體需求，包括預(yù)算、材料、使用場(chǎng)景、性能、等方面，清晰的了解模具的實(shí)際用途和工況以及主要特征，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，逐個(gè)檢查校核，控制設(shè)計(jì)圖紙結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性與合理性，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的滿(mǎn)足客戶(hù)實(shí)際使用需求，并且能夠超出客戶(hù)的需求。

在模具加工和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，工程師需根據(jù)客戶(hù)的需求制定加工各工藝參數(shù)和策略，在保證模具本身有較好的加工和使用性能，首先要確保設(shè)計(jì)上的合理性和經(jīng)濟(jì)性，其次還需對(duì)模具數(shù)控加工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行總體的質(zhì)量和過(guò)程把控，防止生產(chǎn)加工過(guò)程中出現(xiàn)與設(shè)計(jì)尺寸存在較大偏差。

1 汽車(chē)精密注射模具生產(chǎn)加工特點(diǎn)

現(xiàn)在市面上的精密汽車(chē)模具基本都是單件小批量

（1）在模具的數(shù)控加工環(huán)節(jié)中，每個(gè)操作員的技術(shù)水平、工藝?yán)碚摗⒓庸ち?xí)慣都不同，為了保證工藝的統(tǒng)一，需要對(duì)操作員和編制人員進(jìn)行在崗的培訓(xùn)，統(tǒng)一的在崗培訓(xùn)能夠大大的提升效率，降低錯(cuò)誤的產(chǎn)生，確保操作員和工程師能夠獨(dú)立完成相關(guān)工作，并且要求操作員嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和圖紙進(jìn)行編程和加工，防止因操作人員工藝的設(shè)置不合理、操機(jī)水平欠缺等人為因素導(dǎo)致模具加工精度降低，不能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，降低加工質(zhì)量而造成的模具的報(bào)廢。

（2）在模具開(kāi)始生產(chǎn)加工中，操作員必須每個(gè)班次查看機(jī)床點(diǎn)檢表，按照點(diǎn)檢表的要求檢查機(jī)床的工作情況，及時(shí)的排查異常情況，重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)加工流程，檢查數(shù)控設(shè)備加工程序是否存在錯(cuò)誤、異常，同時(shí)，在生產(chǎn)加工之前，使用CAM 軟件進(jìn)行程序的校驗(yàn)和模擬，或者在機(jī)床上進(jìn)行空運(yùn)行，檢查刀路有無(wú)異常，確保加工程序正確合理和無(wú)誤。

（3）根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際需求尋找最合理最經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備和工藝路線，能夠使用三軸數(shù)控機(jī)床完成的工序就無(wú)需選用五軸機(jī)床，在滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)汽車(chē)模具的要求條件之下，采用降本增效的原則，合理選用設(shè)備和工藝路線，降低模具的加工制造成本。特別在保證注射模具加工尺寸滿(mǎn)足圖紙精度要求的前提之下，降低成本是重要的策略之一。

（4）采用數(shù)字化加工流程管理，現(xiàn)代模具生產(chǎn)制造中，越來(lái)越多的環(huán)節(jié)采用數(shù)字化管理，如ERP 系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠大大的提升加工溝通的效率，降低生產(chǎn)成本，提升制造效率，在數(shù)控加工環(huán)節(jié)中采用數(shù)字化流程的管理是現(xiàn)代制造的革新。引入ERP 等系統(tǒng)的管理，能夠規(guī)范模具的制造流程。

2 注射模具加工精度提升控制的策略

2.1 刀具的正確選用

汽車(chē)精密注射模具由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且各種結(jié)構(gòu)的工藝特點(diǎn)要求很高，特別是需要考慮后續(xù)的裝配環(huán)節(jié)，有的大型汽車(chē)保險(xiǎn)杠模具光鑲件都有上百個(gè)，還包括了水路、膠位、頂針、分型面、排氣槽等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)結(jié)構(gòu)的加工都非常的至關(guān)重要。所謂工欲善其事必先利其器，選用好的刀具是模具數(shù)控加工的開(kāi)始?，F(xiàn)在失眠上的刀具參差不齊，各種品牌和各種價(jià)位的刀具都有，選用刀具的原則是要滿(mǎn)足加工性能的前提之下，還要考慮大到經(jīng)濟(jì)性，并不是越貴的刀具就越好，其次是考慮刀具的壽命，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)刀具的發(fā)展越來(lái)越好，很多的國(guó)產(chǎn)刀具都替代了進(jìn)口刀具，在成本上有著大幅的降低，以汽車(chē)精密注射模具的加工為例，我司的大多數(shù)模具都是使用P20 的材料，根據(jù)P20 材料的性能，選用的刀具既要滿(mǎn)足加工，又要經(jīng)濟(jì)性。精密模具的數(shù)控加工應(yīng)根據(jù)機(jī)床的技術(shù)參數(shù)、加工材料的特性、模具的結(jié)構(gòu)、切削用量和加工表面形狀來(lái)合理選擇數(shù)控刀具。在滿(mǎn)足模具加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具剛性。在汽車(chē)注射模具加工中，精加工使用最多的是球刀，還要考慮球刀的半徑和加工型面的匹配。如果刀具選擇不好，會(huì)加快刀具在模具加工中的快速磨損，所以選擇合適和合理的刀具是提升精密汽車(chē)注射模具數(shù)控加工的途徑之一。

2.2 裝夾方式的合理選用

刀具的裝夾方式很多，要根據(jù)模具所加工的結(jié)構(gòu)，工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，刀具的正確裝夾，是確保模具數(shù)控加工精度的關(guān)鍵之一。在模具的數(shù)控加工中，損壞最多最嚴(yán)重的刀具就是立銑刀和球刀，主要原因出在刀具安裝、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和程序上，球刀的刀體比較小，比如直徑1 mm 的球刀，刀刃和刀桿都比較小，在加工的過(guò)程中受力較大和振刀時(shí)，很容易發(fā)生斷刀的問(wèn)題，所以在安裝球刀時(shí)候需要經(jīng)可能的使用匹配的刀柄，并且刀桿不宜太長(zhǎng)，太長(zhǎng)會(huì)在加工中強(qiáng)度不夠，并且還會(huì)影響模具加工的精度和表面的光潔度。內(nèi)孔刀和鉆頭要根據(jù)深度進(jìn)行選擇，預(yù)留合適的預(yù)留量，只要不發(fā)生干涉即可。刀桿伸出長(zhǎng)度不要太長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)會(huì)因刀桿剛度差產(chǎn)生震動(dòng)，從而影響型腔加工質(zhì)量。還有立銑刀，10 mm 左右的立銑刀在汽車(chē)精密模具數(shù)控加工中一般用于中光工序，吃到量較大，要選擇合適的刀柄安裝，同意的刀桿不能伸出較長(zhǎng)。在立銑刀裝夾前，一定要先用清洗液，將刀柄和刀夾內(nèi)孔上的油膜清洗干凈，并且擦干后才能裝夾。

2.3 合理編程

現(xiàn)在的汽車(chē)精密模具由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基本都采用數(shù)控編程，參考點(diǎn)有增量和絕對(duì)二種方式，增量方式編程，是以前一點(diǎn)為參考點(diǎn)，每一段程序都是以前一點(diǎn)為參考點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算坐標(biāo)值，多次運(yùn)行之后就會(huì)產(chǎn)生累積誤差，現(xiàn)在的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具加工時(shí)都采用絕對(duì)編程，每一次的運(yùn)行都是以對(duì)刀點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，基本上不會(huì)產(chǎn)生累積誤差的情況，使用不同的編程方式，可以大大的減少數(shù)控系統(tǒng)的累積誤差。編程的同時(shí)也需要注意使用參考點(diǎn)的技巧，一個(gè)結(jié)構(gòu)加工完成之后可以插入回參考點(diǎn)，每一次的回參考點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)重新的計(jì)算，這種技巧可以減少累積的誤差。保證加工精度。以三軸機(jī)床為例，在相同的程序和刀具中，利用刀具半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償，可進(jìn)行粗精加工。在開(kāi)粗時(shí)，通過(guò)在刀具半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償中輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值預(yù)留精加工余量，原料開(kāi)粗之后，根據(jù)測(cè)量情況在刀具半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償中輸入檢測(cè)的數(shù)值，再進(jìn)行模具光刀，尺寸基本上在公差范圍內(nèi)。編程完成后，還需要對(duì)程序進(jìn)行2 次以上的反復(fù)校驗(yàn)，一般的編程軟件都都自帶模擬功能，如UG、Powermill 等。通過(guò)測(cè)試檢驗(yàn)絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo)編程的準(zhǔn)確性、可靠性。

2.4 編程軟件的選用

市面上的數(shù)控編程軟件很多， 如UG、Powermill、mastercam、WorkNC 等，以上四款軟件是各種汽車(chē)注射模具數(shù)控加工編程中使用比較多的類(lèi)型，還有一些公司可能還會(huì)使用其他的軟件。每一款軟件都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，選用最合適的編程軟件不斷能夠提升加工精度和質(zhì)量，還能夠降低成本，那么就以軟件的穩(wěn)定、價(jià)格、便捷性、程序的合理性為原則，Powermill 和WorkNC 就比較符合了，能夠滿(mǎn)足3～5軸的數(shù)控機(jī)床加工編程，在這2 者中，WorkNC 最為合適，它在具備以上幾款軟件的功能之上，操作界面簡(jiǎn)單、功能單一，沒(méi)有其他的模塊，非常適合作為專(zhuān)用的模具數(shù)控加工編程，工程師即可使用軟件進(jìn)行編程，還具有自動(dòng)優(yōu)化，機(jī)床、刀具和刀柄一比一仿真模擬加工，上機(jī)非常安全。同時(shí)，WorkNC 作為編程軟件，有著多種刀路策略和工藝參數(shù)選擇，可以智能化的生成我們所需要的刀路，根據(jù)不同的材料，不同系統(tǒng)的機(jī)床，都可以完成刀路生成、刀路模擬，各類(lèi)自動(dòng)化干涉碰撞檢測(cè)使刀路更加安全、可靠、高效。

2.5 優(yōu)化工藝參數(shù)

汽車(chē)注射模具數(shù)控加工工藝參數(shù)主要包括主軸轉(zhuǎn)速( 切削速度)、切削深度、進(jìn)給量，合理的選擇工藝參數(shù)不光能夠提高加工效率，更為更要的是提升加工精度和表面質(zhì)量，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，制定適合本產(chǎn)品的加工工藝參數(shù)，在同等條件之下，能夠提升精度，改善表面質(zhì)量，如圖1，該模具為汽車(chē)內(nèi)飾板注射模具，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型腔大、分型面復(fù)雜的特點(diǎn)，需要制定合理的工藝參數(shù)，需要具體到每一把刀具，特別是分型面的曲面加工。所以選擇合適給工藝參數(shù)，能夠有效的提升加工精度。

圖1 福特汽車(chē)內(nèi)飾板注射前模

2.6 誤差補(bǔ)償策略

汽車(chē)注射模具數(shù)控加工過(guò)程復(fù)雜，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具，那么誤差的產(chǎn)生和累計(jì)也非常的多，在數(shù)控加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差主要有：對(duì)刀誤差、系統(tǒng)誤差、刀具磨損誤差、熱變形誤差、絲桿間隙、傳動(dòng)間隙等方面，誤差雖然不能夠消除，但是可以減小，我們可以減小我們可控的誤差，提升加工精度，如：刀具磨損誤差和絲桿間隙誤差；在加工之前，我們采用試切的方式，測(cè)量的數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)做對(duì)比，得出Δ差值，然后根據(jù)Δ差值設(shè)置等量的刀補(bǔ)即可。在加工中也要隨時(shí)的觀察和中間測(cè)量，特別是刀具磨損，以P20 的材料為例，在分型面加工時(shí)，需要及時(shí)的測(cè)量，當(dāng)?shù)毒吣p時(shí)，會(huì)產(chǎn)生加工尺寸大于設(shè)計(jì)尺寸，相應(yīng)的加上刀補(bǔ)即可（長(zhǎng)度和半徑）減小誤差，提升加工精度。

2.7 裝配修正加工法

注射模具加工完成之后，裝配試模才是模具零件精度的檢驗(yàn)終極考驗(yàn)，模具裝配要根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)嚴(yán)格進(jìn)行，同時(shí)要配合客戶(hù)提出的相關(guān)要求?；谀＞叩恼w裝配精度，除了和零件自身精度有關(guān)，還會(huì)受到裝配工藝方法的影響，即便零件精度滿(mǎn)足要求，如果所選裝配方法不合適，也會(huì)影響模具整體精度。在大部分的汽車(chē)模具裝配中，會(huì)對(duì)單獨(dú)的零部件進(jìn)行裝配前的質(zhì)檢，裝配完成之后再進(jìn)行統(tǒng)一的出廠檢驗(yàn)。在這里，我們主要研究零部件加工的精度提升和控制方法。在裝配的環(huán)節(jié)中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)部件產(chǎn)生誤差，與設(shè)計(jì)尺寸有誤差，而造成分型面無(wú)法到丹（此處使用藍(lán)丹或者紅丹），是非常麻煩的，當(dāng)模具的組建較多時(shí)，還會(huì)相互之間有關(guān)系，相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，如果采用單個(gè)部件的修正，可能還會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，也就是其他地方無(wú)法到丹，嚴(yán)重影響模具的裝配質(zhì)量和裝配效率；此時(shí)可采用裝配之后進(jìn)行整體的二次加工，可以大幅度提升模具的精度，改善各部件精度誤差不一致的問(wèn)題，從而有效的解決分型面到丹不均勻的情況發(fā)生，此種方法在部件較多的復(fù)雜汽車(chē)注射模具加工中使用較多。

2.8 其他措施

模具各零部件在加工之前和加工之后都會(huì)存在和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力如不及時(shí)的減小和消除，會(huì)產(chǎn)出部件的開(kāi)裂和失效等一系列問(wèn)題，在提升精度的同時(shí)，還要關(guān)注內(nèi)應(yīng)力的消除措施，在加工之前，常用的內(nèi)應(yīng)力消除手段和方法是回火，也稱(chēng)為熱時(shí)效消除，還有當(dāng)下應(yīng)用較多的手段，采用震動(dòng)時(shí)效消除內(nèi)應(yīng)力，通過(guò)震動(dòng)設(shè)備和模具部件一起共振消除，特別是對(duì)復(fù)雜的精密汽車(chē)模具內(nèi)應(yīng)力消除。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，各種精密汽車(chē)注射模具的數(shù)控加工方法很多，減小誤差，提升和控制精度的方法也有很多，提升加工精度是模具制造和生產(chǎn)當(dāng)中一個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)要點(diǎn)，只有在不斷的實(shí)踐和總結(jié)分析當(dāng)中，才能夠得出相應(yīng)的策略。隨著汽車(chē)行業(yè)的不斷崛起，模具加工被數(shù)控加工所替代，我們技術(shù)人員需要不斷將知識(shí)技巧和實(shí)踐相融合，在實(shí)際的生產(chǎn)中深入研究和分析，逐步的攻克各種精度提升的策略。加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)，改進(jìn)汽車(chē)注射模具加工工藝，提高數(shù)控設(shè)備誤差補(bǔ)償?shù)确矫孢M(jìn)行切入，提高模具的性能和加工精度，從而整體提高汽車(chē)模具的加工精度為目的，推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)模具工業(yè)的發(fā)展。