淺談基于數(shù)控加工原型的快速模具制造關(guān)鍵工藝

廣州市花都區(qū)嘉美塑料制品廠 王小軍

淺談基于數(shù)控加工原型的快速模具制造關(guān)鍵工藝

廣州市花都區(qū)嘉美塑料制品廠 王小軍

基于RP原型的快速模具制造工藝需要專門的設(shè)備，原型材料昂貴，這些都影響了該技術(shù)廣泛應(yīng)用。另一方面，數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)控加工設(shè)備已由原來的高端設(shè)備變成了大多數(shù)工廠具有的普通設(shè)備。而精密材料成形技術(shù)發(fā)展迅速，如失蠟精密鑄造、消失模成形等經(jīng)過長期發(fā)展，已相對成熟。將常規(guī)數(shù)控加工技術(shù)和精密材料成形技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種成本更低、周期更短的快速模具技術(shù)，將能夠大大地提高模具制造的競爭力。本文提出了將數(shù)控加工技術(shù)與現(xiàn)代精密材料成形技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種基于數(shù)控加工原型的低成本、易推廣的快速金屬模具制造工藝，實現(xiàn)模具的敏捷化制造。

數(shù)控加工 快速磨具 工藝

一、工藝路線

該工藝根據(jù)經(jīng)過精確誤差補償?shù)腃AD數(shù)據(jù)，由數(shù)控加工設(shè)備快速加工出精密成形專用的蠟?zāi)！⑴菽芰夏；蛘呖杉庸じ叻肿硬牧夏＞撸删荑T造工藝制得金屬模具成品或者半成品。

（1）模具設(shè)計及誤差補償在得到產(chǎn)品的三維CAD模型后，根據(jù)產(chǎn)品的特征進行模具的工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計。在模具設(shè)計過程中，重點要考慮前期誤差補償。筆者對整個制造系統(tǒng)的誤差鏈進行了分析，其中，影響最終模具產(chǎn)品精度的主要因素有原型數(shù)控加工誤差、鑄造成形誤差及后精整處理誤差，這些誤差都可在模具的CAD數(shù)據(jù)中進行前期補償。對于大型模具的模具設(shè)計，設(shè)置好工藝參數(shù)之后，可以采用模擬軟件進行工藝數(shù)值模擬，以實現(xiàn)對工藝的優(yōu)化。

（2）原型的數(shù)控加工數(shù)控加工的最大特點在于:一是可以極大地提高精度;二是加工質(zhì)量的重復(fù)高，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的一致性。另外，還具有便于設(shè)計變更，加工柔性強的特點，便于進行快速模具設(shè)計。與常見的金屬材料相比，專用原型材料的數(shù)控機械加工具備不同的特點，需要從材料的選擇、工件裝夾、刀具、加工工藝等多方面予以注意，以獲得尺寸精度高、表面質(zhì)量好的原型。

（3）精密鑄造工藝為了將原型轉(zhuǎn)換過程中的精度損失控制在最小、使精度的補償控制簡單化，還必須選擇合適的精密鑄造技術(shù)來獲得金屬模具。常用的精密鑄造方法有:石膏型精密鑄造、熔模精密鑄造、冷硬樹脂砂型鑄造、陶瓷型精密鑄造等，應(yīng)結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)、尺寸大小及使用要求進行選擇。對中小型鋁基模具產(chǎn)品，筆者選用石膏型精密鑄造;對小型模具及型芯，選用熔模精密鑄造;對大型模具，選用轉(zhuǎn)移涂料冷硬樹脂砂型鑄造。

二、原型材料選用及其加工工藝

（1）原型材料的選用在基于數(shù)控加工原型的快速模具制造工藝中，專用原型材料是影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。其性能既要滿足精密鑄造的要求，又要滿足數(shù)控機械加工的要求。筆者開發(fā)出了泡沫塑料基及石蠟基兩大類專用原型材料，泡沫塑料基專用原型材料的主要性能，石蠟基專用原型材料的主要性能。

泡沫塑料基專用原型材料適用于大中型尺寸、形狀較簡單的模具，石蠟基專用原型材料適用于小型尺寸、形狀較復(fù)雜的模具。有時將兩種不同專用原型材料組合起來使用，以發(fā)揮各自優(yōu)勢。

（2）原型材料的加工工藝泡沫塑料是多孔蜂窩狀組織，比重輕、質(zhì)地軟，強度低以及導(dǎo)熱性差，其加工過程和金屬加工不相同，在擠壓過程中容易在組織的薄弱處斷裂，或造成泡沫顆粒的剝落，使被加工表面粗糙不平，只能按“剝離”的原理來進行加工。切削泡沫塑料的刀具不能采用切削金屬和木材的刀具，而應(yīng)選用刃口薄而鋒利的專用刀具。其加工設(shè)備主要有銑床、車床、內(nèi)、外圓砂帶磨床和手推平刨床等;還有臺式泡沫塑料線鋸機、振動式泡沫塑料刨板機和電熱絲切割機等專用設(shè)備。為了確保模樣的尺寸精度和表面粗糙度，一般應(yīng)將板狀泡沫塑料坯料先在手推平刨床或電熱絲切割機上刨割出平直的基準(zhǔn)平面，然后再選用合適的方法進行精加工。

銑削加工是數(shù)控加工中最常用的一種方法，主要用于加工平面、曲面、內(nèi)孔和圓角等。泡沫塑料加工表面的質(zhì)量很大程度上取決于銑刀的結(jié)構(gòu)以及銑削方法和工藝參數(shù)。在加工泡沫塑料時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備和加工要求選用不同的銑刀和工藝參數(shù)，如果刀具和參數(shù)選擇不當(dāng)，就容易發(fā)生泡沫顆粒的剝落現(xiàn)象或被加工表面拉毛。在銑削平面時， 主軸轉(zhuǎn)速一般為1500～3500 r/min，以3000 r /min為宜。而加工圓角、內(nèi)圓時，常控制在2700～4200 r/min，以4200 r /min為宜。在數(shù)控銑削過程中，經(jīng)過較長時間的加工以后，會有粘刀的現(xiàn)象出現(xiàn)，容易在加工表面產(chǎn)生圓弧形的拉毛痕跡。因此在加工過程中也必須經(jīng)常清理刀刃，這同樣也會影響切削效率。切屑泡沫塑料模樣出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象的主要原因是:泡沫塑料的導(dǎo)熱性很差、軟化溫度低，刀刃稍有發(fā)熱就會使熔融狀態(tài)的聚苯乙烯粘附在刀刃上。對石蠟基專用原型材料，切削刀具也應(yīng)選用刃口薄而鋒利的專用刀具。銑削加工主軸轉(zhuǎn)速一般以1800～2000r/min為宜。

三、模樣表面質(zhì)量的控制

泡沫塑料模型的表面質(zhì)量除了與加工方法、切割刀具的結(jié)構(gòu)、操作者的技巧和發(fā)泡工藝有關(guān)之外，還與模樣材料聚苯乙烯珠粒的組分、泡沫塑料的比重和孔徑的致密程度，以及模具的結(jié)構(gòu)和表面粗糙度、模樣的冷卻方式和發(fā)泡劑有關(guān)。因為只有適宜的密度和合理的發(fā)泡工藝才能得到孔徑致密、均勻的泡沫模樣，才能加工出表面光潔的零件曲面型面。

四、結(jié)論

應(yīng)用上述技術(shù)，配合多家企業(yè)進行了新產(chǎn)品開發(fā)。實踐證明，基于數(shù)控加工原型的快速模具制造工藝，結(jié)合了數(shù)控加工工藝和精密成形技術(shù)的優(yōu)點，與傳統(tǒng)機械加工模具工藝相比，節(jié)省了昂貴的機械加工費用，縮短了制造周期;與激光快速原型技術(shù)相比較，可以不必購置昂貴的專用快速原型機而采用通用數(shù)控加工設(shè)備，有利于快速模具技術(shù)在中小企業(yè)的推廣。

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