骨位銅公的數(shù)控銑加工

[摘 要] 模具加工中，銅公的質(zhì)量和加工工藝直接影響到產(chǎn)品的效果及模具制作的速度，其中骨位銅公加工的技術(shù)要求更高。通過(guò)對(duì)骨位銅公的加工工藝、刀具選擇及裝夾方式分析比較，有效解決骨位銅公的薄壁加工易變形問(wèn)題，以及提供骨位銅公加工的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而提高數(shù)控編程加工骨位銅公的效率和質(zhì)量。

[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)控加工；骨位銅公；加工工藝；側(cè)壁

[中圖分類(lèi)號(hào)] G718.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）08-0018-02

在塑料制品中，塑件的適當(dāng)部位設(shè)置加強(qiáng)筋，可以在不增加壁厚的情況下，增加它的強(qiáng)度和剛度，防止塑件翹曲變形。在塑料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多加強(qiáng)筋在塑件內(nèi)部同時(shí)實(shí)現(xiàn)支撐，鎖定及實(shí)現(xiàn)其他裝配等功能。為了加強(qiáng)筋在其對(duì)應(yīng)的壁上不產(chǎn)生凹陷（俗稱(chēng)縮水現(xiàn)象）而設(shè)計(jì)其厚度在制件壁厚的到1之間，因此加強(qiáng)筋有又薄又高的片狀特征。塑件中這些又薄又高的片狀特征的加強(qiáng)筋也稱(chēng)為骨位。

骨位在又窄又深的模具型腔中成型，采用數(shù)控?zé)o法直接加工這樣的型腔，而是根據(jù)模具型腔的形狀設(shè)計(jì)出電極并放電的方法加工，因此一般需要設(shè)計(jì)骨位電極，俗稱(chēng)骨位銅公。

骨位銅公特點(diǎn)多為具有一定高度、窄槽和薄片，頂部呈復(fù)雜曲面形狀。用數(shù)控銑加工銅公薄片的側(cè)壁頂端面時(shí)易產(chǎn)生彎曲變形，因此對(duì)加工工藝和CAM軟件編程參數(shù)設(shè)置均有較高要求。

一、骨位銅公工藝分析

（一）骨位銅公加工基本分析

從圖1中，我們可以看出此零件是一個(gè)有著又高又薄的薄片而極其容易變形的骨位銅公，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）薄片高度30.29 mm，厚度尺寸為1.71 mm；（2）銅公的頂部為曲面形狀；（3）銅公骨位的薄片側(cè)壁沒(méi)有出模斜度；（4）銅公分中臺(tái)的外形尺寸為75×20×10 mm。根據(jù)企業(yè)制造注塑模具的常用設(shè)備，在制定加工工藝時(shí)主要有以下兩種方法：

第一種方法：用線切割割出35 mm薄片×1.5 mm（火花位為0.1 mm）的紅銅薄片和分中臺(tái)，然后把銅片鑲?cè)敕种信_(tái)再用線切割割出薄片的頂部形狀。如圖2所示：

第二種方法：準(zhǔn)備紅銅毛坯80×25×50 mm，用數(shù)控銑加工。首先用平口鉗裝夾，夾持量約為5～8 mm，然后對(duì)銅公分中、對(duì)刀及設(shè)置工件坐標(biāo)系等加工準(zhǔn)備工作。在數(shù)控編程中，采用曲面挖槽粗加工去除頂部曲面最高點(diǎn)到最低點(diǎn)周?chē)牟牧希又猛庑毋娤黜敳壳孀畹忘c(diǎn)到分中臺(tái)上平面周?chē)牟牧希ㄟ@種情況中外形銑削比曲面挖槽粗加工能更快去除材料），最后銑削分中臺(tái)的外形輪廓。采用曲面精加工中平行銑削精加工頂部曲面。采用外形銑削精加工薄片的側(cè)壁和銅公分中臺(tái)的側(cè)壁及上平面。

經(jīng)比較，我們發(fā)現(xiàn)第一種方法可以很好地按照?qǐng)D紙加工出零件，但線切割加工紅銅的效率大大低于數(shù)控銑削加工。第二種方法雖然加工效率較高，但銅公薄片的側(cè)壁沒(méi)有斜度，受切削力較大易產(chǎn)生彎曲變形問(wèn)題，故也難加工出合格的零件。

根據(jù)骨位設(shè)計(jì)要求，如果骨位沒(méi)有出模斜度，注塑時(shí)易出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象。因此，需對(duì)骨位銅公薄片的側(cè)壁修改出模斜度才能生產(chǎn)出合格的塑件產(chǎn)品。銅公薄片的側(cè)壁修改出模斜度后，通過(guò)對(duì)兩種加工方法的分析對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第一種方法要用線切割加工錐度難以保證零件精度且效率低。第二種方法可以改進(jìn)加工工藝解決彎曲變形問(wèn)題且效率較高，故選擇第二種方法。

（二）加工刀具分析及選擇

零件的材質(zhì)選用是紅銅，紅銅材料自身的特點(diǎn)是比較軟，而且比較粘。因此在加工時(shí)，對(duì)刀具的硬度要求不高，可以選用白鋼刀和硬質(zhì)合金，但要注意使用鋒利的刀具避免斷屑粘刀。當(dāng)然也可以選用專(zhuān)門(mén)加工紅銅材料的刀具，加工效果會(huì)更好。

（三）零件工裝夾具的選擇

在企業(yè)生產(chǎn)中，銅公加工裝夾中主要有三種裝夾方式：機(jī)用平口鉗、鎖板和快速定位夾具。很多加工中心的工作臺(tái)上都裝有機(jī)用平口鉗，又因銅公的毛坯較小，所以可以直接夾持毛坯5～8 mm。用鎖板裝夾，先要將毛坯的底面銑平及加工兩個(gè)螺紋孔，接著用螺絲將毛坯固定在一塊平鐵板上，然后用壓板將平鐵板固定在機(jī)床的工作臺(tái)上?？焖俣ㄎ粖A具也是可以直接夾持毛坯加工，可以縮短裝夾時(shí)間，而且還大大提高了后續(xù)電火花加工裝夾效率及加工精度。

經(jīng)過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)用快速定位夾具裝夾最方便，但在企業(yè)使用的普及率不高。用鎖板裝夾的工序多且費(fèi)工時(shí)，使用不方便。在沒(méi)有快速定位夾具的情況下，用平口鉗裝夾也比較方便，我們就使用這種方法。

二、骨位銅公加工難點(diǎn)及解決方案

（一）骨位銅公加工難點(diǎn)

銅公的薄片沒(méi)有出模斜度、加工薄片的頂部和側(cè)壁容易彎曲變形。

（二）難點(diǎn)解決方法

1.銅公的薄片沒(méi)有出模斜度問(wèn)題的解決

現(xiàn)代很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)師不太了解做模工序，畫(huà)3D圖時(shí)沒(méi)注意出模斜度問(wèn)題，骨位部位特別嚴(yán)重。如果骨位沒(méi)有出模斜度，每次分模前要先修改出模斜度或拆銅公時(shí)修改，否則注塑時(shí)易出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象。修改出模斜度時(shí)，首要考慮不能影響產(chǎn)品外觀、功能及裝配要求，接著用“加膠容易減膠難”訣竅對(duì)骨位減膠。對(duì)于較高的骨位應(yīng)采用較小的出模斜度，或在骨位的頂部單邊減0.1～0.15 mm修改骨位側(cè)壁的出模斜度。由于此銅公的薄片較高，因此出模斜度以0.5°減膠的方式修改。修改后頂部的厚度為1.27 mm，如圖3所示：

2.加工薄片的頂部和側(cè)壁容易彎曲變形問(wèn)題的解決

在精加工薄片時(shí)，如果先銑削側(cè)壁再銑削頂部，側(cè)壁在精加工后會(huì)變得更薄，然后銑削頂部就會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。因?yàn)楸∑瑐?cè)壁在粗加工可以單邊預(yù)留0.5～0.6 mm，這樣可以有足夠的強(qiáng)度保證在精加工頂部不發(fā)生變形，所以必須先精加工頂部后加工側(cè)壁。

加工側(cè)壁時(shí)，如果選用球頭刀加工，它跟側(cè)壁的接觸面積較大就會(huì)增加側(cè)壁受力產(chǎn)生變形，因此需要選用鋒利、直徑較小平底刀具加工（減小切削力）。同時(shí)加工的吃刀量不宜太大、走刀速度不可過(guò)快。

在CAM軟件編程時(shí)，曲面加工的參數(shù)設(shè)置中不允許負(fù)余量大于刀角半徑，因此當(dāng)用到平底刀加工曲面時(shí)，不能設(shè)置負(fù)余量。這樣就無(wú)法加工出想要的火花位，解決的方法是將加工面做法向的偏移后再加工或通過(guò)“騙刀”（“小刀算，大刀走”）處理?！膀_刀”這種方法是采用小直徑刀具計(jì)算刀路軌跡，而實(shí)際中卻用大直徑的刀具加工，通過(guò)過(guò)切量來(lái)作負(fù)余量補(bǔ)正獲得火花位。這種方法在編程中應(yīng)用較多，因此可以用曲面精加工等高外形銑削中選用Φ3.8 mm的平底刀計(jì)算路軌跡，而實(shí)際加工中則選用Φ4 mm（幼公火花位為0.1 mm，刀具半徑加大0.1 mm）的四刃硬質(zhì)合金平底刀加工側(cè)壁。這樣可以有效解決薄片在加工中發(fā)生彎曲變形的問(wèn)題。

三、骨位銅公編程加工的一些經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)本人多年的數(shù)控編程加工實(shí)踐，總結(jié)了一些骨位銅公編程加工的技術(shù)要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)。

（1）用鎖板方式裝夾銅公時(shí)要防止螺絲孔剛好在側(cè)壁中間而影響它的強(qiáng)度，建議提前告知做模師傅打螺紋孔要求或加厚銅公分中臺(tái)。

（2）檢查及修改骨位銅公側(cè)壁出模斜度。

（3）加強(qiáng)骨位銅公的剛性。在編程時(shí)不能局限于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)模型，可以通過(guò)對(duì)其工作部位不發(fā)生干涉的位置進(jìn)行加厚、倒圓角等方法的修改來(lái)增加剛性，構(gòu)建更好的加工模型，從而防止加工變形。

（4）骨位銅公的加工順序是先加工頂部曲面再加工側(cè)壁。

（5）在加工骨位銅公時(shí)，在切削側(cè)壁時(shí)要采用層加工方式，層背吃刀量不能太大，走刀速度不可過(guò)快，以防止變形。

（6）在加工骨位銅公時(shí)，應(yīng)采用足夠鋒利的刀具加工，可解決過(guò)大的切削力和斷屑粘刀問(wèn)題，防止變形及避免出現(xiàn)毛刺。

（7）骨位銅公側(cè)壁粗加工的預(yù)留量要比較多，單邊的預(yù)留量為0.5～0.6 mm。在精加工時(shí)不要選用球頭刀而選用Φ3～4 mm四刃硬質(zhì)合金小平底刀加工，減小切削力防止加工變形。

（8）骨位銅公的火花位的確定。一般銅公幼公（即精公）火花位為0.05～0.15 mm，粗公0.2～0.5 mm，而骨位銅公就要視骨位的厚度來(lái)定火花位，具體火花位的大小，可跟做模師父商定。

（9）用到平底刀加工骨位銅公曲面?zhèn)缺陬A(yù)留火花位時(shí)，采用“騙刀”法或?qū)⒓庸っ孀龇ㄏ虻钠坪笤偌庸ぁｋm然將加工面做法向的偏移后再加工的做法更精確，但在零件曲面數(shù)量較多、形狀復(fù)雜的情況下，這種做法花費(fèi)時(shí)間多，實(shí)用價(jià)值不高。

（10）數(shù)控機(jī)床在裝夾Φ1～4 mm的刀具時(shí)通常會(huì)使用加長(zhǎng)刀柄。刀具在安裝到主軸的過(guò)程中，如果刀具的中心和主軸的旋轉(zhuǎn)中心不一致，就會(huì)帶來(lái)刀具的徑向跳動(dòng)，它會(huì)產(chǎn)生加工振動(dòng)、過(guò)切工件及彎曲薄片的現(xiàn)象。因此要特別提醒操機(jī)員在使用加長(zhǎng)刀柄裝夾較小刀具時(shí)要用千分表檢查刀具的擺動(dòng)情況，防止過(guò)切及彎曲現(xiàn)象。

四、結(jié)束語(yǔ)

加工實(shí)踐證明，骨位銅公用數(shù)控銑加工易變形的問(wèn)題得到了很好的解決，同時(shí)提供了骨位銅公加工的技術(shù)要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，為數(shù)控編程加工人員提供了骨位銅公加工參考方案，有助于提高骨位銅公的加工質(zhì)量和效率。

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