基于UG等高策略的鋁合金模具數(shù)控編程與加工

張立昌,申 鵬

(1. 西安工程大學(xué) 工程訓(xùn)練中心,陜西 西安 710600;2. 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院,陜西 西安 710300)

0 引 言

模具決定了最終產(chǎn)品質(zhì)量,模具生產(chǎn)工藝水平很大程度上衡量了制造水平的高低,同時,影響著生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。鋁合金模具重量輕、導(dǎo)熱良好、材料易切削、加工成本較低、表面質(zhì)量易提高,近年來廣泛應(yīng)用于光學(xué)、汽車工業(yè)、航空航天、食品包裝等領(lǐng)域。在傳統(tǒng)高速切削中,由于工藝設(shè)置及切削參數(shù)設(shè)置不合理,導(dǎo)致模具表面急速升溫,易導(dǎo)致模具表面塑性增大、產(chǎn)生黏刀現(xiàn)象,從而影響模具最終質(zhì)量。因此,優(yōu)化鋁合金模具切削工藝、調(diào)整切削參數(shù)、合理編制數(shù)控加工程序,能夠提高模具表面質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、增加經(jīng)濟(jì)效益。

本文以某水果包裝鋁合金吸塑模具為例,使用UG軟件等高策略加工,可指定零件幾何尺寸,還可通過切削區(qū)域幾何體來限制刀具切削的區(qū)域。采用等高策略銑削時,UG軟件將自動識別加工區(qū)域與避讓區(qū)域,檢測零件的幾何陡峭區(qū)域,讓刀具在切削時自動避讓所有切削層所設(shè)定的避讓區(qū)域。UG等高策略適用于加工復(fù)雜型面陡峭區(qū)域,可根據(jù)不同的加工對象,實現(xiàn)多種方式的粗、精加工。本文采用UG等高策略為此類深型腔、復(fù)雜型面的鋁合金模具優(yōu)化加工工藝,并編制數(shù)控加工程序及進(jìn)行后置處理。根據(jù)設(shè)計好的工藝進(jìn)行制造,得到了滿足工藝要求的模具,實踐結(jié)果表明,工藝設(shè)計合理有效,加工制造準(zhǔn)確無誤。

1 鋁合金模具三維造型

某水果包裝鋁合金吸塑模具產(chǎn)品曲面復(fù)雜、型腔深、模具外輪廓處加強筋與拔模之間角度要求高,內(nèi)外型腔轉(zhuǎn)角圓弧要求光滑過渡。根據(jù)放置水果特點要求,模具外形需具有美感,方便取出水果,表面光滑,不允許有翹邊、凹陷、厚度不均的現(xiàn)象。該模具二維(2D)圖如圖1所示,模具三維(3D)造型如圖2所示。

圖1 模具二維圖Fig.1 Mold 2D view

圖2 模具三維造型Fig.2 3D Modeling of the mold

2 鋁合金模具加工工藝

模具加工考慮到經(jīng)濟(jì)性及效率,一般不允許試制。該模具前期制定工藝策略時采用UG曲面區(qū)域銑削模式,進(jìn)行粗、精加工,詳細(xì)工藝如表1所示。由于UG曲面區(qū)域銑削受到軟件自身計算因素的影響,刀具切削后模具表面會出現(xiàn)切削不完整的情況,導(dǎo)致曲面接刀不光滑,陡峭區(qū)域與刀具無法可靠接觸,島嶼處會出現(xiàn)殘留高度;同時,由于未經(jīng)過時效處理,材料內(nèi)應(yīng)力未釋放,直接進(jìn)行精加工令導(dǎo)致模具頂部三處支撐內(nèi)弧面存在余量竄動,易造成過切現(xiàn)象,當(dāng)數(shù)控加工完成后,必須人工二次拋光才能達(dá)到產(chǎn)品最終要求。

表1 鋁合金模具加工工藝Tab.1 Aluminum alloy mold processing technology

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備及該鋁合金模具特點及工藝要求,按照該模具型腔特點,對加工工藝、工序、工步進(jìn)行選擇和優(yōu)化,包括裝夾方式、刀具材料、刀具長度、切削參數(shù)等,保證一次裝夾完成各面加工,同時應(yīng)合理確定各工序所使用刀具及切削參數(shù)。

在實際應(yīng)用中,等高策略針對陡峭區(qū)域進(jìn)行逐層銑削,銑削精度高,但針對較平坦的模具面會出現(xiàn)由于加工殘留、接刀痕等現(xiàn)象,此時,采用曲面區(qū)域銑削更容易完成。為此,結(jié)合該模具特點,在原有工藝基礎(chǔ)上采用等高策略進(jìn)行半精加工、精加工及過渡面清角,同時增加時效工藝,并且采用磁力吸盤一次裝夾完成該模具加工。優(yōu)化后工藝如表2所示。

表2 鋁合金模具加工優(yōu)化工藝Tab.2 Aluminum alloy mold processing technology

3 鋁合金模具UG等高策略編程

按照表2的工藝路線,利用UG軟件進(jìn)行該模具的刀路安排。由于該模具曲面復(fù)雜、型腔較深、外表面有較小的工藝孔、側(cè)壁與圓弧面的R角與斜面要求較高,故在編制刀路時采用UG等高策略編制該模具外形及型腔加工程序。UG等高策略在編制刀路時遇到頂面為斜面或弧面的邊,編程時可將刀路延伸直至自動連接,形成封閉的刀路。當(dāng)模具R角或斜面要求較高時,采用最優(yōu)化的切削層,使弧面或斜面加工達(dá)到最佳效果,同時可避開小孔,生成完美刀路。該鋁合金模具等高策略精加工刀具路線如圖3所示,過渡面清角刀路如圖4所示,清角刀路如圖5所示。當(dāng)?shù)堵肪幹仆瓿珊?使用專用的后處理文件,對刀路進(jìn)行后置處理,將刀路轉(zhuǎn)換成為加工中心及高速銑所使用的加工程序,如圖6所示。

圖3 精加工外形及型腔Fig.3 Precision machining appearance and cavity

圖4 過渡面清角Fig.4 Transition surface corner cleaning

圖5 清角Fig.5 Corner cleaning

圖6 后處理及加工程序Fig.6 Post processing and processing program

采用UG軟件等高策略編程時,應(yīng)充分考慮夾具與工件、刀具之間的干涉,避免由于干涉引起的撞刀、撞機現(xiàn)象造成的產(chǎn)品報廢。同時,由于模具表面粗糙度要求較高,在加工中不允許產(chǎn)生振刀紋、過切及接刀痕現(xiàn)象;在編制刀路時應(yīng)合理設(shè)置刀具切入切出、進(jìn)刀方向、下刀方式,使用球頭銑刀時應(yīng)考慮法向下刀。

4 鋁合金模具加工

模具一般為單件生產(chǎn),需考慮生產(chǎn)周期及經(jīng)濟(jì)性,要求程序編制完成后,必須進(jìn)行仿真驗證,確保程序無過切、欠切,撞刀現(xiàn)象。半精加工仿真結(jié)果如圖7所示,精加工仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7 半精加工切削仿真Fig.7 Semi-finishing cutting simulation

按照表2的工藝安排,利用UG軟件CAM模塊進(jìn)行刀路設(shè)計及后置處理,自動生成加工程序,結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備對其各處及型腔進(jìn)行加工。加工實物如圖9所示,通過三坐標(biāo)檢驗,獲得滿足圖紙尺寸及形位公差要求的模具。同時通過實踐驗證了該模具完全滿足最終產(chǎn)品實際生產(chǎn)要求。

圖9 加工實物Fig.9 Processing of physical objects

5 結(jié) 論

請采用條目式討論本文的工作和創(chuàng)新點。

本文結(jié)合某水果包裝鋁合金吸塑模具工藝及實際應(yīng)用特點,合理設(shè)計了該模具的工藝路線,并采用UG軟件編制出合理的加工程序,尤其是針對該模具特點采用等高策略加工,UG等高策略可通過設(shè)定切削區(qū)域?qū)崿F(xiàn)特定局部面加工,同時可以將模具型面分為陡峭區(qū)域與平坦區(qū)域,在加工中始終保持刀具在切削中與工件接觸,越陡峭的區(qū)域加工出來表面質(zhì)量越好,同時在加工中沒有內(nèi)部進(jìn)退刀,使進(jìn)退刀參數(shù)極大簡化,非常適合精加工,尤其是高速銑削。最終,采用等高策略方法的優(yōu)點,按照工藝文件制造出合格的鋁合金模具,驗證了工藝及編程策略的正確性,同時也為此類模具在生產(chǎn)制造提供了一種可靠的方法,具有很強的實際指導(dǎo)意義及應(yīng)用價值。