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模具零件的加工工艺

6.1模具零件的加工工艺

    金属零件的加工方法有金属切削加工、电蚀加工(又称电火花加工)、挤压等少无切削加工等。金属切削加工有车、铣、刨、磨等。电蚀加工有电火花成型加工,线切割加工和电化学腐蚀加工等。挤压加工有冷挤压、温挤压和热挤压加工等。而根据机床加工控制的方法又可分为手动、自动和数控等。

影响确定模具零件的加工工艺的因素有零件的形状、材料硬度、精度要求、设备条件等。设计一个零件的加工工艺,首先要考虑零件的形状和各种加工方法的特点、适用范围以及经济性,再综合考虑其他因素。模具零件的加工工艺按加工方法区分主要有铣削加工、钻削加工、车削加工、磨削加工、电蚀加工和研抛加工等。

6.1.1  铣削加工的特点及其应用

    铣削加工的特点是刀具作高速旋转切削,且铣刀同时工作刃数多,故效率高。而且其加工方式可以满足大多数形状的加工要求,既可以用于粗加工也可以用于精加工。因此,铣削加工是注塑模零件加工中使用最广泛的工艺。零件加工中绝大部分材料是用铣削工艺去除的,由曲面构成的型芯、型腔和石墨电极主要部分也都是用铣加工完成的。铣削加工是多刃断续加工,切削力是在变化的,因而有其特殊规律。

用于铣削加工的设备从控制方式区分有普通铣床、数控铣床和加工中心。普通铣床用于粗加工和简单的形状加工,如平面、方坑等加工。数控铣床和加工中心可以加工各种形状,曲面加工现在大多用数控机床或加工中心加工。加工中心还可进行钻孔和攻丝。加工中心带有容量为数十把刀具的刀库,能够一次装夹刀具完成多个工序的自动加工。按机床形式区分有立式、卧式和龙门式。卧式机床可以加工的零件比较大,与相似规格的立式机床比较,它的Y方向的加工范围更大,而大多数注塑模的外形接近正方形,正需要Y方向有较大的加工范围,所以,如定模板、动模板、上下底板等都适合在卧式机床上加工。另外,卧式机床在加工过程中切屑自由下落,排屑非常方便,因此,适宜于大量切削的粗加工和无人看守的自动加工,特别是型腔板的加工,在立式机床上加工型腔板,铁屑都留在零件内,必须靠人工去清除,不然将会使刀具磨损加快。卧式机床上装夹零件相对麻烦些,加工板类零件时,后面一定要有一块工艺板,否则无法加工。有些零件的侧面也需要加工,这时用卧式机床加工比使用立式机床可以使加工的质量更好,效率也更高。

型芯加工示意图如图6—1所示。如果在立式铣床上加工,加工圆角B处需要很长的铣刀,但是,当铣刀的直径与长度之比超过1:6(随着直径加大;这个比例还在减小),加工条件将变得很差,为了能加工零件底部,必定要用长度长,直径大的铣刀,结果是圆角半径无法达到要求。如果用半径合适的铣刀,长度无法满足要求,没法加工到底部。在形状A处,无论用球头铣刀还是平底铣刀,总有一个方向无法加工到要求。但是,这部分放在卧式机床上加工效果却很好。加工圆角B处选用较短的小半径球头铣刀,加工形状A处选用较短的平底铣刀,无论是加工质量还是加工效率都能令人满意。

至于那些直槽在立式铣床上根本无法加工,但是相对立式机床其加工精度要差些。与卧式加工中心相比较,立式机床更多地用于加工型芯的顶部曲面部分,精加工和加工各种镶块。在立式机床上装夹、零件校正、刀具校正都要比卧式加工中心方便地多。例如,加工图6—2所示形芯的顶部形状,使用立式机床加工效果好,装零件、铁屑排出都很方便。铣加工一个零件,究竟是用立式机床还是用卧式机床主要取决于零件的形状。龙门式机床用于加工大型注塑模的零件,比如汽车前后保险杠模具,汽车仪表板模具这类既大又长的注塑模零件。

按可控制轴数分类,数控加工中心有三轴、四轴、五轴几种。所谓可控制轴数就是在加工时有几个轴可以同时运动,因此,也被称作三轴联动、四轴联动、五轴联动。三轴可控制的是X,Y,Z三个轴。四轴可控制的除了X,Y,Z外还有一个旋转轴。根据机床形式不同,有的旋转轴是旋转工作台,有的是旋转机床的主轴箱。五轴可控制的是除X,Y,Z外另加两个旋转轴。在注塑模零件的铣加工中,三轴联动已可以满足90甲。以上的加工要求,所以,三轴联动的数控加工中心用得最广泛。常用的四轴联动加工中心有工作台旋转和主轴头旋转两种,如图6—3所示。

使用四轴联动功能的机床可以完成某些三轴联动机床无法完成或仅靠三轴联动的加工中心无法完成,还需要电火花再加工的零件加工。当加工图6-4所示型腔镶块中的7条槽,如果用三轴机床加工,由于夹铣刀的夹头被零件挡住,无法伸入型腔;能满足加工这7条槽的长度和直径要求的铣刀是没有的。然而,使用具有一个旋转轴的加工中心,如图6-5所示,加工时与X轴向运动同时旋转轴摆动,就可以用铣加工的方法完成。

    主轴头上有两个旋转轴的五轴加工中心由于关节多,所以刚度不高,在注塑模制造中往往被用在使用小直径刀具,小切削量,对前道工序没有加工干净的部位进行精加工。在当一个工件加工时必须沿曲面上特定位置的法线方向进行加工才能满足要求时,应该考虑使用五轴加工中心。如制造高尔夫球模具型腔的电极,如图6-6所示,在球体上分布许多球型的小坑,每个小坑正好是半个球面。

只有沿着大球体表面的法向加工,才能达到要求,如图 6-7a所示。如果用普通的机床加工,需要使用特殊的夹具和操作者的高超的操作技能。而使用五轴加工中心通过改变两个旋转轴的角度,便可以达到沿法线方向加工球形小坑的要求。如果用没有两个旋转轴的机床加工,结果如图6-7b所示。图6-7~则是刀具沿法线方向加工,满足了加工要求。

 

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