模具高效加工方法與工藝規(guī)程制定

楊彬

摘 要：模具是制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備，也是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備之一，被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域。并且模具的型腔設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜、自由曲面所占比例不斷增加，這些特點(diǎn)給模具加工技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。文章通過對模具加工的程序、加工步驟等的介紹，闡述了我國現(xiàn)代實(shí)行高效加工模具的大致過程及工藝規(guī)程制定。

關(guān)鍵詞：模具；高效加工方法；工藝規(guī)程制定

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0010-02

隨著人們生活水平的日益增加，不僅對模具制造的水平要求有所增加，對模具外觀質(zhì)感、美觀程度的要求都有所提高。伴隨著科技的不斷發(fā)展，尤其對高速加工行業(yè)的探索和研究，現(xiàn)有的加工模具機(jī)床已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)化和程控軟件與模具刀具相結(jié)合的高端技術(shù)結(jié)束了傳統(tǒng)的繁冗的加工流程。高效的加工方式是人們?yōu)榱诉m應(yīng)當(dāng)今高速運(yùn)轉(zhuǎn)的社會發(fā)展的同時，高效的加工方式是節(jié)約成本和提高生產(chǎn)效率的保證。合理的模具加工編程程序是促使模具加工生產(chǎn)效率、節(jié)約成本，降低能源和快速出模的有效手段。

1 模具的機(jī)加工程序

1.1 工藝制度和規(guī)程

在將毛坯零件進(jìn)行精細(xì)加工的過程中，工藝制度對零件和加工過程做了簡要的加工順序規(guī)定。在模具加工中，如何根據(jù)所要制造的模具進(jìn)行加工、處理，根據(jù)這一要求選用何種機(jī)床，使用何種工序都按工藝制度進(jìn)行。在模具生產(chǎn)加工過程中，做工藝的組織和準(zhǔn)備工作都依靠工藝規(guī)程進(jìn)行，因?yàn)榭茖W(xué)可靠的模具加工工藝規(guī)程，具備了相應(yīng)的科學(xué)實(shí)踐和在前人生產(chǎn)過程的總結(jié)的基礎(chǔ)上建立的，在模具生產(chǎn)加工過程中具有不可跳躍性。所以工藝規(guī)程在模具加工中具有不可或缺的指導(dǎo)作用[1]。

模具加工工藝規(guī)程的特點(diǎn)是：

①是生產(chǎn)過程中不可缺少的技術(shù)性依據(jù)，依據(jù)生產(chǎn)可以保時、保質(zhì)、保量。

②在整個模具加工工藝中，從毛坯到成型模具的過程的設(shè)計(jì)以及設(shè)備、人員、工時等細(xì)節(jié)的安排都需要依據(jù)工藝規(guī)程進(jìn)行。

③在模具成型后，要對模具進(jìn)行加工檢驗(yàn)工作，這一工作流程的依據(jù)也是工藝規(guī)程。

在模具加工生產(chǎn)過程中，為附合現(xiàn)在人們的生活高標(biāo)準(zhǔn)的要求，還要使加工成本降至最低，就必須使工藝設(shè)計(jì)實(shí)行高標(biāo)準(zhǔn)化。所以說，工藝規(guī)程在整個模具生產(chǎn)加工過程中舉足輕重。

1.2 工藝規(guī)程原則

其原則是限于工廠現(xiàn)有的條件下，能夠以最少的勞動力為標(biāo)準(zhǔn)，同時動用最低成本，高質(zhì)量的完成與圖紙高度附合的和高質(zhì)量的模具。因?yàn)檫M(jìn)行模具生產(chǎn)的同時，質(zhì)量占第一位，只有高質(zhì)量的產(chǎn)品才會有客戶青睞；其次是成本，如何能夠就質(zhì)量低成本出貨，是每個廠家始終追求的目標(biāo)。要想實(shí)現(xiàn)這兩個目標(biāo)，就使工藝規(guī)程精益求精。

1.3 工藝文件

工藝文件是為工藝工程做準(zhǔn)備的一種技術(shù)性文件，是工序進(jìn)行的前期準(zhǔn)備。我國由于加工廠商發(fā)展程度不同，工藝文件也不大相同，但基本內(nèi)容大同小異。主要包括：模具在整個加工過程所需的全部過程，這一步是全程工作的基礎(chǔ)，所有的生產(chǎn)加工準(zhǔn)備工作都以此為依據(jù)；制作工藝卡片，卡片制定的原則是以每一道工序作為作業(yè)單位，卡片的制作要詳細(xì)說明工藝過程，包括毛坯加工、半成品加工和精加工的每一個工序都要詳細(xì)在列，同時卡片中還要列出此次加工模具所需的材料以及對材料的各種要求也要記錄在案。一般這種工藝文件常見于大批量生產(chǎn)作業(yè)中；在工藝卡片制定好后，要對車間具體操作人員下發(fā)工序卡片，工序卡片以工藝卡片為基礎(chǔ)，制定每一道工序的制造程序，工序卡片詳細(xì)記載了某一種模具在加工過程中必需的資料[2]。

1.4 模具加工工藝步驟

在模具加工伊始，要依據(jù)產(chǎn)品圖樣及本廠生產(chǎn)條件和現(xiàn)場加工設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場制定生產(chǎn)類型，然后再進(jìn)行機(jī)械加工流程規(guī)程，主要步驟是：原始圖樣分析和確定工藝→根據(jù)工廠現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加工類型的確定→根據(jù)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行毛坯選擇（主要選毛坯的類型和尺寸）→選擇工藝加工方法→對零件加工步驟進(jìn)行準(zhǔn)確定位→選擇模具加工需要的相應(yīng)的機(jī)床→制定相應(yīng)的工序加工尺寸→制定精準(zhǔn)的加工所需時間定額→按制定好的工藝步驟對工藝文件進(jìn)行填寫，具體見表1。

2 模具數(shù)控加工步驟

數(shù)控加工主要分為毛坯加工、半成品加工和精加工三部分。

2.1 毛坯加工

毛坯加工流程是對毛坯進(jìn)行簡要和粗略加工。在這一工序中，作業(yè)的主要目標(biāo)是在規(guī)定的最短時間內(nèi)完成毛坯材料的大致去除率，為下一步做準(zhǔn)備。數(shù)控機(jī)床作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是：①利用對操控軟件的設(shè)定，可以保持作業(yè)設(shè)制的恒定不變，從而保證加工對象的質(zhì)量。②數(shù)控加工過程中，由于在切削過程中保持了一定的載荷，使刀具與模具在切割過程中保持恒定不變，從而提高模具質(zhì)量的同時也減少了刀具的損傷。避免了許多人為加工過程中出現(xiàn)的切割時的應(yīng)激反應(yīng)。③在切割過程中，刀具切割的方向由原來的垂直切入變?yōu)閳A弧式切入，完成初步加工時需要的模具美觀的需要。同時利用程序設(shè)定，有效降低了刀具現(xiàn)模具切削時產(chǎn)生的溫度，從而降低模具表面因摩擦產(chǎn)生的硬化程度，由此產(chǎn)生了模具自身質(zhì)量。

2.2 半成品加工

半成品加工是對毛坯加工品的進(jìn)一步細(xì)加工，其目的是實(shí)現(xiàn)模具輪廓外形的平整。這一步是毛坯加工向精加工的一個必備過程，這一步加工的好壞將直接影響精加工時刀具的切割面積和刀具負(fù)荷。對精加工時對模具加工的穩(wěn)定性和對模具表面加工是否高度附合要求都有著決定性的影響。由于毛坯加工過程中，對模具表面加工的最大加工余量是個未知數(shù)，所以在半成品加工過程中要對模具表面進(jìn)一步進(jìn)行切割打磨。這道工序的優(yōu)化步驟是：對毛坯加工模具外直徑進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算→預(yù)加工余量計(jì)算→對預(yù)加工模具最大允許余量進(jìn)行計(jì)算→加工過程中刀具運(yùn)行軌跡的計(jì)算。在現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床加工工廠，使用的機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床，使用的軟件設(shè)備都對以上數(shù)量進(jìn)行自動計(jì)算，只要輸入相應(yīng)數(shù)值及相應(yīng)余量的制定即可[3]。

2.3 精加工

精加工是模具進(jìn)行加工時的精打磨工序。這時應(yīng)注意的是刀具與模具之間接觸面與接觸點(diǎn)的位置，因?yàn)楫?dāng)模具的曲面呈現(xiàn)不同曲線變化時，刀具與模具的接觸面與接觸點(diǎn)也會出現(xiàn)變化，尤其是在加工多個曲面時，設(shè)定工序時要盡量設(shè)定一個工序，然后進(jìn)行連續(xù)加工作業(yè)，這樣減少了刀步行走軌跡及刀具的抬降次數(shù)。在精加工過程中，為避免刀具行進(jìn)過程的突然改變，要保證模具曲面半徑是刀具半徑的1.5倍強(qiáng)。在這一加工程序中，為保證切削過程的穩(wěn)定性，刀具在切割模具時的行進(jìn)軌跡應(yīng)該采用弧形進(jìn)行。

3 實(shí)例分析——平面輪廓和孔的銑削加工

加工零件，如圖1所示，完成零件上部平面輪廓和4組孔的銑削編程與加工。坯料尺寸為120 mm×100 mm×22 mm。

3.1 數(shù)控銑削加工工藝性分析

由于加工程序是以準(zhǔn)確的坐標(biāo)點(diǎn)來編制的，因此，各圖形幾何要素間的相互關(guān)系（如相切、相交、垂直、平行和同心等）應(yīng)明確，各種幾何要素的條件要充分，應(yīng)無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。例如，在實(shí)際工作中常常會遇到圖紙中缺少尺寸，給出的幾何元素的相互關(guān)系不夠明確，使編程計(jì)算無法完成的情況，或者雖然給出了幾何元素的相互關(guān)系，但同時又給出了引起矛盾的相關(guān)尺寸，同樣給編程計(jì)算帶來困難。數(shù)控銑削具體過程，見表2。

3.2 工裝夾具及刀具的準(zhǔn)備

根據(jù)圖樣及現(xiàn)有設(shè)備的條件，所需工具有：精密平口鉗.游標(biāo)卡尺，深度尺，千分尺，杠桿百分表、杠桿千分表，對刀桿及塞尺（或?qū)み吰鳎?，? mm，φ16 mm鍵槽銑刀，φ9.8 mm麻花鉆，φ10mm機(jī)用鉸刀，高精度墊塊等。

3.3 對刀和坐標(biāo)系的建立

對刀在精加工中，由于不能損傷工件表面，故在裝夾后使用一標(biāo)準(zhǔn)西10 mm的對刀桿對刀。先移動Z軸及X，y軸，讓對刀桿與工件的左側(cè)留有一段間隙（略大于1 mm），然后找1mm的塞尺放進(jìn)去，手動調(diào)整x軸，直到松緊合適為止，記下此時機(jī)床坐標(biāo)系下的X的坐標(biāo)值X1。再移動Z，x軸到工件的右側(cè)，用同樣的方法記下機(jī)床坐標(biāo)值X2。用同樣的方法記下X1，X2。換上鍵槽銑刀試切對刀，使刀具端面接觸工件表面，記下Z值。

可用一把最長的刀作為標(biāo)準(zhǔn)刀，其他所有要用的刀全部用上述方法對刀，記下Z軸。用標(biāo)準(zhǔn)刀的Z值（Zb）減去所使用的Z值（Zp），把差值填到刀偏表中。這樣可保證每一把刀的端面在同一個Z面上。

建立工件坐標(biāo)系：

①使用G54設(shè)定工件坐標(biāo)系。假定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在工件的對稱中心，那么工件坐標(biāo)系各軸原點(diǎn)在機(jī)械坐標(biāo)系下的值為：

X0=（X1+X2）/2

Y0=（Y1+Y2）/2

Z0=Z0

然后輸入到G54坐標(biāo)系即可。

②使用G92建立工件坐標(biāo)系。使用G92可通過設(shè)置當(dāng)前點(diǎn)（對刀點(diǎn)）在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)來建立工件坐標(biāo)系，對于粗銑平面用G92比較方面。

③然后進(jìn)行銑削外輪廓、內(nèi)部、四圓柱、內(nèi)輪廓編程即可。

4 結(jié) 語

模具高效加工方法，到目前為止屬數(shù)控車床的加工程序是最先進(jìn)的。在數(shù)控車床的加工過程中，軟件編程是發(fā)揮效益最大的一個環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)在提高模具的精密度、質(zhì)量和縮短產(chǎn)品周期等都具有決定性的作用。通過軟件設(shè)計(jì)加工模具的過程改變了傳統(tǒng)工序?qū)δ＞叩募庸すば?，使模具加工制造周期大大縮短，也有效的提高了模具的生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張玉華，楊偉生.模具制造工藝的制定[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014。

[2] 劉艷琳.對橡膠模具高效制造工藝運(yùn)用的研究[J].橡膠技術(shù)與裝備，

2015，（16）.

[3] 盛鑫.模具制造中電火花成型加工工藝分析[J].科技傳播，2014，（10）.