異形凹模精密模具的加工

桂林金格電工電子材料科技有限公司 （廣西 541002） 文德林

本文主要講述筆者在歐美企業(yè)加工一類異形凹模精密模具的車削加工與測(cè)量技術(shù)，從而獲得高精度的精密模具，提高了加工效率。

1.加工難點(diǎn)分析

該類精密模具主要用于某類汽車領(lǐng)域產(chǎn)品，如圖1所示，該模具具有以下特點(diǎn)：①該類模具為異形凹模，形狀為不規(guī)則曲面。②該模具尺寸精度、形位公差要求較高。

圖1 異形凹模精密模具

此類工件加工有三個(gè)難點(diǎn)問題：①采用傳統(tǒng)方法如臥式車床無法加工，留量不均，給后續(xù)工序精車帶來困難。②采用數(shù)控車床加工該類模具，能加工出曲面，但在加工過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生工件過切，導(dǎo)致工件報(bào)廢。③該類模具如何快速加工達(dá)到圖樣尺寸，精確控制曲面尺寸（公差±0.01mm）及表面粗糙度值為Ra=0.8μm的圖樣要求。

2.問題對(duì)策

針對(duì)上述模具特點(diǎn)及加工過程中出現(xiàn)的問題，我們分別從以下三方面實(shí)施對(duì)策：①模具制造加工工藝的制訂。②該異形凹模精密模具的工裝及機(jī)床配置選用。③凹模異形精密模具的加工技巧與刀具測(cè)量。

（1）模具制造加工工藝的制訂 該材料為模具鋼，材質(zhì)為Cr12MoV，其硬度為（58±2）HRC。編制加工工藝：下料（φ186mm×66mm）→粗車→銑加工（加工孔）→熱處理→平磨→精車→鉗工（去毛刺、刻字）。以提高生產(chǎn)效率為宗旨，從優(yōu)化工藝、降低加工及原材料成本著手，開始從源頭抓起，在工件毛坯下料時(shí)，外圓、厚度分別留加工余量為6～10mm、6mm，粗車外徑留給精加工余量為0.5～0.6mm，模具厚度預(yù)留加工余量為0.5mm，即粗車后重要尺寸為φ180.6mm×60.5mm。須注意φ179.5mm尺寸在粗車工序時(shí)粗加工車出，同時(shí)凹模異形精密模具曲面均勻留0.5mm加工余量。

這樣加工有三個(gè)好處：①節(jié)省精車φ 179.5mm尺寸加工時(shí)間。②在粗車工序加工好φ179.5mm尺寸，為下道工序精車外徑（φ180±0.01）mm留出避讓空間。③縮短該模具精車曲面車削時(shí)間。熱處理采用真空淬火達(dá)到硬度要求，熱處理真空淬火可有效保證模具尺寸，其熱變形很少，尺寸變形量控制在0.15mm以內(nèi)，平磨工序只需將該模具下端面見平或磨量≤0.25mm即可，為下一道精車工序準(zhǔn)備條件。這里須說明一下，傳統(tǒng)機(jī)加工工藝往往在外圓留量高達(dá)10mm以上，厚度留量1～2mm或預(yù)留加工余量更多，這樣會(huì)增加加工成本，增加車削、磨削加工時(shí)間，完全沒有必要留過多的加工余量。

（2）該異形凹模精密模具的加工工裝、機(jī)床配置選用 該模具平磨后，我們應(yīng)以平磨后下端平面為基準(zhǔn)面，選配本公司機(jī)床最佳加工設(shè)備。如充分利用本公司現(xiàn)有立式加工車床，并使用車好的軟爪，夾緊該磁盤工裝外圓，用百分表找正其磁盤工作上表面，保證其表面跳動(dòng)量小于等于0.02mm。該永磁吸盤工作原理與平面磨床磁吸工件原理類似，這里只需將工件在永磁吸盤上用百分表找正工件外圓后，用內(nèi)六角扳手?jǐn)Q緊，該模具下端面被緊緊吸在磁盤上，如圖2所示。這種磁吸工件方式避免了車削內(nèi)圓、外圓尺寸變形的缺陷，而傳統(tǒng)加工內(nèi)、外圓尺寸方法，特別是薄壁工件，一般夾持內(nèi)圓或外圓或采用留工藝夾頭的方式，前者因裝夾方式夾緊力會(huì)導(dǎo)致工件變形，后者既增加材料成本又影響加工工作效率。上述磁吸工件加工的方法在一些歐美企業(yè)已得到廣泛應(yīng)用（如江蘇某德資企業(yè)）。

圖2 永磁吸盤吸引工件裝夾圖

（3）凹模異形精密模具的加工技巧與刀具測(cè)量 該模具為異形精密沖壓模具，對(duì)于加工該模具外圓尺寸非常容易，但對(duì)于如何加工凹模異形模具曲面卻是個(gè)加工技術(shù)難點(diǎn)。一般情況，加工該模具型腔曲面，傳統(tǒng)思路都會(huì)想到用內(nèi)孔鏜刀，刀具切削與切削表面構(gòu)成一定角度。但這凹模異形為不規(guī)則曲面、成斜線形狀，若選用刀具不對(duì)就會(huì)過切模具曲面，并無法準(zhǔn)確測(cè)量控制該曲面尺寸，這就是加工該類精密模具遇到的核心加工難點(diǎn)。

解決該問題方法：①通過采用對(duì)稱角度刀柄、CBN刀片（夾角為35°），如圖3所示，該曲面加工屬連續(xù)切削，可選用R0.4CBN刀片，加工參數(shù)：f=0.08～0.13mm/r，vf=200m/min，吃刀量aP=0.03～0.12mm，采用恒線速度指令G96（注意必須采用G50限制最高轉(zhuǎn)速），這樣，可加工出表面粗糙度值為Ra=0.8μm曲面，同時(shí)可解決車削加工過程中過切曲面的問題。②精確測(cè)量出該刀具刀徑、刀具高度。其方法是：將該刀具裝入刀柄上，通過測(cè)刀儀測(cè)量出該刀具刀徑大小（注意會(huì)有差異）、刀具高度。將另一試切削工件置于磁盤工作臺(tái)上，磁盤吸好工件后，用外徑刀車削外圓、對(duì)稱刀車削加工曲面，因?yàn)樗玫耐鈴降叮覀兎浅Ｈ菀诇?zhǔn)確測(cè)出刀徑，車削加工出模具外圓尺寸，這樣就確定了該精密模具中心位置，如圖4所示。當(dāng)用切削曲面的對(duì)稱刀具試切削測(cè)量工件曲面后，再通過三坐標(biāo)測(cè)量儀，以外圓為基準(zhǔn)確定圓點(diǎn)，三坐標(biāo)測(cè)量儀在同一高度位置、測(cè)出通過以外圓為基準(zhǔn)的圓心，碰A、B兩點(diǎn)，即可得到數(shù)值，這樣可知道AB連線距離的中點(diǎn)。此時(shí)AB距離中點(diǎn)與圓心距離為h，這時(shí)即能準(zhǔn)確計(jì)算出該刀刀徑。如距離h＝0.5mm（偏離為右方向），則該刀半徑為L－0.5mm，測(cè)量出精確的刀徑、刀具高度（很容易測(cè)量）后，通過數(shù)控編程在機(jī)床操作面板刀補(bǔ)位置輸入正確刀半徑L－0.5mm，這樣即可順利、準(zhǔn)確加工車削出該模具曲面。其方法：將該模具置于磁盤工作臺(tái)上，用百分表打表找正模具外圓，吸緊模具，先用外徑刀切削模具外圓，再用中心對(duì)稱切削刀具（其夾角為35°）進(jìn)行精加工模具曲面，這樣一次裝夾，加工即可得到我們需要的高精度精密模具。這里需說明一下：精車切削加工因采用小進(jìn)給量（0.1mm/r），在車削加工過程中，模具不會(huì)因切削力位置發(fā)生改變。該方法也適用于一些較薄需車削內(nèi)圓或外圓工件精加工，避免了用傳統(tǒng)方法因裝夾外圓、內(nèi)圓夾緊力導(dǎo)致變形的缺陷。該方法在立式車床精加工車削工件或磨床磨削工件已得到廣泛應(yīng)用。

圖3 夾角為35°刀柄、CBN刀片

圖4 試切削工件后測(cè)量刀半徑為（L－h(huán)）

3.結(jié)語

該異形凹模精密模具通過以上三個(gè)方面以最佳的工藝完成車削加工、磨削預(yù)留少量加工余量、精確測(cè)量出刀徑、采用合適夾具（如裝在立式車床軟爪上磁盤夾具）、加工測(cè)量技巧，就能快速準(zhǔn)確加工出合格的精密模具，同時(shí)也避免了一些內(nèi)、外圓需車削工件因采用傳統(tǒng)加工方法夾緊力導(dǎo)致變形的缺陷。