动物水摇铃凹模加工的研究

黄雪锋

摘 要：文章主要研究动物水摇铃凹模的加工流程，其中包括：几何建模、分模、数控加工、零件注塑。并详细阐述了在数控加工环节中，编程软件UG的一些技巧、新方法、参数设置和注意事项。

关键词：动物水摇铃；加工流程；数控加工；UG；MasterCAM

引言

凹模是加工模具的主要零件之一，决定产品的外表面的形状和尺寸。按所成型的材料的不同来分类，可以分为五金模具、塑胶模具、以及其特殊模具。本文选用常见的塑胶模具中的注塑模具动物水摇铃的凹模（见图1）为例，对其加工工艺进行分析研究。

1 零件工艺分析

1.1 外形状分析

本零件来源于一个普通的饰物动物水摇铃的凹模部分，其外形为长方体，尺寸为85mm×90mm×58mm，尺寸精度为IT14，表面粗糙度Ra0.8，两相邻面要求相互垂直，属于小型注塑模具零件，通过普通的刨削加工或铣削、磨削加工既可。

1.2 内形状分析

零件的形状为动物的动漫形象，结构比较复杂，特别是头部的细节部分比较多，有一定的加工难度。基于零件前模由多曲面及小圆角组成，最小的圆角R为0.02。同时加工深度限制了刀具的选择，如眼睛眉毛那部分就不能用加工中心来加工，并且前模要求精度较高。这部分应该采用打火花来完成。

1.3 材料及热处理分析

本次模具根据零件尺寸采用规格为85*92*59的738H毛胚材料。硬度经硬化及回火至HB290-330。适用于复杂可能变形的模具，同时具备抛光、电蚀、焊补性与切削加工性良好的特性。

1.4 加工过程分析

根据图纸我们用UG建模进行分模的分析，可以直接把其分为凹、凸模。同时由于材料的硬度较高，加工所选用的刀具为钨钢刀具，以提高加工效率。所以在设计工艺流程方面，须充分考虑到以方便选择机床、刀具和切削参数。加工过程大致分为粗加工、半精加工和精加工。而粗加工和半精加工可以使用相同刀具，精加工需选用全新刀具来保证尺寸精度和表面质量。

2 定位面的加工

2.1 毛胚粗加工

毛胚表面的组织是在毛胚铸造或切割时产生高温热处理使其硬度变高，同时长期暴露在空气中生成一层铁锈。所以先用普通铣床在毛胚表面的进行铣削加工。在加工的过程中，要注意保持相邻面与面之间的垂直度。

2.2 加工基准面

使用普通磨床把其中3个面磨平用来做基准面，分别定义为X、Y、Z的三个定位面。由此三个表面的粗糙度和相互之间的垂直度都要有保证。否则在多次找正加工时就会出现偏差，从而导致工件的报废。

3 凹模的加工

3.1 粗加工

用曲面挖槽命令对两个型腔进行粗加工。选用Φ20R0.8的圆鼻刀。参数选用：F1500，S2500，Z方向的吃刀量0.3。采用螺旋下刀方式，加工面选择全部，余量留0.5。在计算前，把工作层设一个空层，让软件进行计算，因为螺旋下刀要是下不了的话，它会在该地方生成一些线，然后测最高线的高度，该高度就是Φ10的平刀能下到的最底点。所以把加工深度设为毛胚表面到这高度。这样就可以知道定义下一部换刀加工的开始高度。在上一步粗加工后，选用了Φ8的平刀进行挖槽加工。参数选用：F1800，S5000。同样采用螺旋下刀的方式。余量是留0.3，由于刀具比较小，在Z方向的吃刀量选用是0.2。不然就会加速刀具的磨损或断刀。

3.2 平行铣削 半精加工

在粗加工完成后的半精加工区域是4个圆柱的底面，虽然上一步已经用Φ8的平刀把它内侧的区域铣掉，但由于4个圆柱的底面是一个斜面，在上一步铣削中的残留量较大，所以用Φ5的平刀，F1000，S6000，余量同样是留0.1，最大步距为0.2，将斜面进行半精加工。

3.3 等高 半精加工

由于粗加工时用的Z吃刀量相对较大，在圆弧面上留下一些台阶，这些台阶的余量较多，精加工前需清掉这些余量。所以使用等高加工方式，Z方向吃刀量小些，目的是把这些台阶上的余量清除，以达到余量均匀的目的。而在一些较为平缓的面上要特别留意，它的余量会较多，当等高走到该地方时，就有可能出现吃全刀的状况，这样就会加速刀具磨损或跳刀的发生，同时非常容易出现过切的情况。由此把那些余量较多的面提高选为加工面，就可以避免刀具出现吃全刀的情况。还有一种方法就是先清掉这些余量，再来做等高加工，由此参数方面也有所改变，F为1200，S为5000。余量留0.1。至于Z方向吃刀量方面，必须比粗加工时小，以便清除台阶上较多的余量。半精加工的目的就是使零件表面的余量均匀，以便于精加工。

3.4 加工由等高、十字挖槽和平行组成

用平刀和球刀来完成等高、十字挖槽、平行加工。将半精加工后的曲面、平面、斜面上微小剩余量去除的一步工序。使相关的区域达到设计要求。

3.5 电火花加工

对刀具无法加工的部分利用電火花进行相关加工，由此我们需要加工对应的铜公。原材料一般为铜，对刀具影响不大可粗加工后直接精加工。在头饰部分主要问题是清角部分是否能用小的数控刀来进行加工。因为一般加工刀具实用长度为刀具直径的5倍左右为理想。中间部分（图2）由于右边存在薄壁结构，故粗加工应多留点余量，并于精加工时用等高精加工方法环绕加工，这样可以避免薄壁在精加工时与刀具发生干涉。而在眼睛眉毛部分（图3）基于数控刀具大小及长度限制，部分地方还需要用雕刻机来完成。

4 总结

4.1 刀具寿命方面

以刀具切削时的声音来适当调节进给和转速，以切削声音平缓为判断基准。切忌让刀具吃全刀，这样会迅速缩短刀具的寿命，还可能会出现过切或断刀情况。如在精加工时，那么刀具就可能在加工中磨损，从而影响加工效果。在加工过程中尽量减少换刀次数，以提高精度和生产效率。

4.2 参数设置方面

要根据刀具材料、毛胚材料等多方面来考虑。例如在加工时遇到硬块，应选用较大的和硬度高的刀，转速、进给小些，尽量从硬块根部一刀切过去，避免刀具长时间在硬块上面切削，这样会加速刀具的磨损。

4.3 加工方式方面

在加工方式的选择上应该要灵活运用。就如等高加工，在某些情况下，是可以用于粗加工。辅助面、辅助线应该灵活运用，这些都可以使刀具路径更简单、加工时间更短，同时效果更好。

参考文献

[1]詹友刚.Pro/ENGINEER2.0基础教程[M].清华大学出版社，2005，3.

[2]魏明.Mastercam9.0模具设计与加工[M].人民邮电出版社，2005，9.

[3]刘艳.数控加工编程实用技术[M].机械工业出版社，2000，7.

[4]严烈.Mastercam9应用基础教程[M].冶金工业出版社，2003，9.

[5]徐宏海.数控加工工艺[M].化学工业出版社，2003，11.

[6]黄圣杰.Pro/ENGINEER 曲面设计[M].中国铁道出版社，2003，5.

[7]李世国.Pro/ENGINEER中文教程[M].机械工业出版社，2004，1.