動物水搖鈴凹模加工的研究

黃雪鋒

摘 要：文章主要研究動物水搖鈴凹模的加工流程，其中包括：幾何建模、分模、數控加工、零件注塑。并詳細闡述了在數控加工環節中，編程軟件UG的一些技巧、新方法、參數設置和注意事項。

關鍵詞：動物水搖鈴；加工流程；數控加工；UG；MasterCAM

引言

凹模是加工模具的主要零件之一，決定產品的外表面的形狀和尺寸。按所成型的材料的不同來分類，可以分為五金模具、塑膠模具、以及其特殊模具。本文選用常見的塑膠模具中的注塑模具動物水搖鈴的凹模（見圖1）為例，對其加工工藝進行分析研究。

1 零件工藝分析

1.1 外形狀分析

本零件來源于一個普通的飾物動物水搖鈴的凹模部分，其外形為長方體，尺寸為85mm×90mm×58mm，尺寸精度為IT14，表面粗糙度Ra0.8，兩相鄰面要求相互垂直，屬于小型注塑模具零件，通過普通的刨削加工或銑削、磨削加工既可。

1.2 內形狀分析

零件的形狀為動物的動漫形象，結構比較復雜，特別是頭部的細節部分比較多，有一定的加工難度。基于零件前模由多曲面及小圓角組成，最小的圓角R為0.02。同時加工深度限制了刀具的選擇，如眼睛眉毛那部分就不能用加工中心來加工，并且前模要求精度較高。這部分應該采用打火花來完成。

1.3 材料及熱處理分析

本次模具根據零件尺寸采用規格為85*92*59的738H毛胚材料。硬度經硬化及回火至HB290-330。適用于復雜可能變形的模具，同時具備拋光、電蝕、焊補性與切削加工性良好的特性。

1.4 加工過程分析

根據圖紙我們用UG建模進行分模的分析，可以直接把其分為凹、凸模。同時由于材料的硬度較高，加工所選用的刀具為鎢鋼刀具，以提高加工效率。所以在設計工藝流程方面，須充分考慮到以方便選擇機床、刀具和切削參數。加工過程大致分為粗加工、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，精加工需選用全新刀具來保證尺寸精度和表面質量。

2 定位面的加工

2.1 毛胚粗加工

毛胚表面的組織是在毛胚鑄造或切割時產生高溫熱處理使其硬度變高，同時長期暴露在空氣中生成一層鐵銹。所以先用普通銑床在毛胚表面的進行銑削加工。在加工的過程中，要注意保持相鄰面與面之間的垂直度。

2.2 加工基準面

使用普通磨床把其中3個面磨平用來做基準面，分別定義為X、Y、Z的三個定位面。由此三個表面的粗糙度和相互之間的垂直度都要有保證。否則在多次找正加工時就會出現偏差，從而導致工件的報廢。

3 凹模的加工

3.1 粗加工

用曲面挖槽命令對兩個型腔進行粗加工。選用Φ20R0.8的圓鼻刀。參數選用：F1500，S2500，Z方向的吃刀量0.3。采用螺旋下刀方式，加工面選擇全部，余量留0.5。在計算前，把工作層設一個空層，讓軟件進行計算，因為螺旋下刀要是下不了的話，它會在該地方生成一些線，然后測最高線的高度，該高度就是Φ10的平刀能下到的最底點。所以把加工深度設為毛胚表面到這高度。這樣就可以知道定義下一部換刀加工的開始高度。在上一步粗加工后，選用了Φ8的平刀進行挖槽加工。參數選用：F1800，S5000。同樣采用螺旋下刀的方式。余量是留0.3，由于刀具比較小，在Z方向的吃刀量選用是0.2。不然就會加速刀具的磨損或斷刀。

3.2 平行銑削 半精加工

在粗加工完成后的半精加工區域是4個圓柱的底面，雖然上一步已經用Φ8的平刀把它內側的區域銑掉，但由于4個圓柱的底面是一個斜面，在上一步銑削中的殘留量較大，所以用Φ5的平刀，F1000，S6000，余量同樣是留0.1，最大步距為0.2，將斜面進行半精加工。

3.3 等高 半精加工

由于粗加工時用的Z吃刀量相對較大，在圓弧面上留下一些臺階，這些臺階的余量較多，精加工前需清掉這些余量。所以使用等高加工方式，Z方向吃刀量小些，目的是把這些臺階上的余量清除，以達到余量均勻的目的。而在一些較為平緩的面上要特別留意，它的余量會較多，當等高走到該地方時，就有可能出現吃全刀的狀況，這樣就會加速刀具磨損或跳刀的發生，同時非常容易出現過切的情況。由此把那些余量較多的面提高選為加工面，就可以避免刀具出現吃全刀的情況。還有一種方法就是先清掉這些余量，再來做等高加工，由此參數方面也有所改變，F為1200，S為5000。余量留0.1。至于Z方向吃刀量方面，必須比粗加工時小，以便清除臺階上較多的余量。半精加工的目的就是使零件表面的余量均勻，以便于精加工。

3.4 加工由等高、十字挖槽和平行組成

用平刀和球刀來完成等高、十字挖槽、平行加工。將半精加工后的曲面、平面、斜面上微小剩余量去除的一步工序。使相關的區域達到設計要求。

3.5 電火花加工

對刀具無法加工的部分利用電火花進行相關加工，由此我們需要加工對應的銅公。原材料一般為銅，對刀具影響不大可粗加工后直接精加工。在頭飾部分主要問題是清角部分是否能用小的數控刀來進行加工。因為一般加工刀具實用長度為刀具直徑的5倍左右為理想。中間部分（圖2）由于右邊存在薄壁結構，故粗加工應多留點余量，并于精加工時用等高精加工方法環繞加工，這樣可以避免薄壁在精加工時與刀具發生干涉。而在眼睛眉毛部分（圖3）基于數控刀具大小及長度限制，部分地方還需要用雕刻機來完成。

4 總結

4.1 刀具壽命方面

以刀具切削時的聲音來適當調節進給和轉速，以切削聲音平緩為判斷基準。切忌讓刀具吃全刀，這樣會迅速縮短刀具的壽命，還可能會出現過切或斷刀情況。如在精加工時，那么刀具就可能在加工中磨損，從而影響加工效果。在加工過程中盡量減少換刀次數，以提高精度和生產效率。

4.2 參數設置方面

要根據刀具材料、毛胚材料等多方面來考慮。例如在加工時遇到硬塊，應選用較大的和硬度高的刀，轉速、進給小些，盡量從硬塊根部一刀切過去，避免刀具長時間在硬塊上面切削，這樣會加速刀具的磨損。

4.3 加工方式方面

在加工方式的選擇上應該要靈活運用。就如等高加工，在某些情況下，是可以用于粗加工。輔助面、輔助線應該靈活運用，這些都可以使刀具路徑更簡單、加工時間更短，同時效果更好。

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