探讨塑料模具数控加工特点

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塑料模具制造中进行数控加工的零件主要有：模板镶装结构件、电火花铜极、型芯和型腔等零件。下面分别讨论其加工特点。

　一、模板镶装结构件的加工
　　塑料模具模板的材料通常采用中碳钢，而成型部分用优质的合金模具钢。模具钢的价格是中碳钢的3-8倍。为降低成本同时也为加工方便，一般采用镶装结构将成型部分零件与模板联接。模板上要加工若干凹腔，常采用矩形面组成的凹腔，凹腔的四周有较大的圆角，镶入件以同样的圆角与之配合。
　　凹腔的加工工艺路线为：粗加工→半精加工→精加工。
　　粗加工采用波纹平底立铣刀，刀具直径和刃长根据凹腔的大小选择。高速钢的刀具切削速度取较低值可提高刀具的寿命。根据刀具制造商提供的参数选择切削深度、切削宽度和进给速度。切削深度和宽度取较小值时可选较大的进给速度，选择较大值时要考虑零件的安装刚度和机床的加工能力。采用逐层加工方式进行加工，走刀路线有两种形式：之字形来回直线走刀；中间向外环形走刀。
　　半精加工采用平底立铣刀，逐层加工，由内向外环形走刀。
　　精加工采用平底立铣刀，对底部及内侧进行加工，为保证精确的配合精度，可用新刀进行加工。
　　二、电火花铜极加工
　　电火花铜极的加工是塑料模具制造中重要的加工环节，铜极加工质量直接影响模具的质量。
　　凸状的三维形面一般比凹状的三维形面容易加工，复杂形面中有凹形尖角难以加工，则要分成若干形面进行组合，即要加工多个铜极。分解铜极的合理与否直接影响到加工的难易程度及加工费用，加工前一定要考虑清楚。
　　铜极的加工工艺路线为：粗加工→半精加工→精加工→清角精加工。
　　粗加工采用波纹平底立铣刀，从毛坯的最高点一层一层往下进行加工，走刀路线可采用之字形来回走刀和由外向内环形走刀方式。选择合适的工艺参数如加工余量、切削深度、走刀步距、切削速度及进给速度。形状复杂取较大的加工余量，形状简单取较小的加工余量；切削深度主要根据形面的复杂程度选取，形面复杂宜取较小的切深。
　　用球形铣刀加工获得的形面是球形铣刀旋转球面沿走刀路线切削形成的包络面。理论上，球形铣刀的整个刃部都可以参与包络切削，但球形铣刀刃部不同部位的切削效果不一样。刀尖中心部位的速度最低――几乎为零，半径部位的速度最高。由于刀尖部位的切削速度低，刀尖切削属挤压式切削，刀具磨损严重，加工的表面质量不高，因此，尽可能控制少用刀具的中心部位切削。球形刀具参与切削的刃部位置与形面及刀具半径有关，形面的坡度越大，刀刃参与切削的部位越靠外，切削效果越好；对于同一坡度的形面，刀具半径越大，刃部切削部位离刀具中心越远。因此，形面中垂直于刀具轴的平面宜用平底刀进行加工，且先加工；尽量选取较大半径的刀具进行切削。
　　球形铣刀切削时在一个方向上连续切削，在另一方向（如90°方向）进一步距进行包络切削。对于同一形面的加工，选取不同的连续切削和步距移动方向及步距大小对加工表面的质量和加工效率有直接的影响，因此，须选择合理的走刀路线和适当的步距。
　　形面加工后残余面积的高度与刀具的半径及走刀步距有关，刀具半径越大走刀步距越小，则残余面积的高度值越小，反之则越大。形面的形状也会对残余面积的高度有影响，相同刀具半径、步距，沿步距方向坡度越大，则残余高度值越大。走刀步距一般有两种选择方式：等步距和变步距。等步距方式，刀路程序生成计算较简单，计算时间较短；变步距方式通常是控制残余面积的高度参数生成，计算时间较长。当形面的坡度变化不大时，可采用等步距方式进行切削；坡度变化较大时宜采用变步距方式进行切削。
　　精加工时，刀具的走刀路线也会影响形面的表面质量。生成刀路程序的CAD/CAM软件可提供多种走刀路线供用户选择。经常使用的有以下几种：①平行坐标轴走刀；②与坐标轴成某一角度走刀；③中心向圆周方向径向走刀；④围绕中心沿圆周方向走刀；⑤沿设定的限制线走刀等。用较大半径的球形铣刀精加工时，可选择前两种走刀路线，要不要与坐标轴成一角度视成形面的形状进行选择。用较小的的刀具进行清角加工时可考虑使用后三种走刀路线。
　　铜极材料的硬度较低，精加工时切削速度可取较大值以提高表面质量。可采用双向来回走刀，提高加工效率。
　　三、型芯加工
　　塑料模具的型芯形状与铜极相同，尺寸上相差只是塑料件的壁部厚度，采用的加工工艺与铜极加工工艺大致相同。可从以下几个方面进行考虑：
　　①型芯经铣削加工后，还要进行打磨和抛光，而且构成的是塑料件的内部结构，精度和表面质量要求比铜极低。精加工时走刀步距可适当加大，以提高生产效率；
　　②型芯材料的硬度若较高，球形铣刀半精加工宜采用单方向走刀方式。从形面的低处向高处方向单向切削，可以避免过多的顶刃挤压切削，提高刀具的寿命；
　　③若型芯与分模面为一整体时，其侧面的加工宜用平底刀和斜度铣刀进行加工，而球形铣刀只加工顶部的形面。
　　四、型腔加工
　　塑料模具的型腔加工工艺路线有两种：①铣削粗加工→铣削半精加工→电火花精加工，铣削与电加工结合完成；②铣削粗加工→铣削半精加工→铣削精加工，整个加工在数控机床上完成。
　　相同形面，凸形比凹形加工较为容易，用第一种工艺路线能很好地完成小圆角和窄小部位的加工，www.vtoall.com同时也可避免精铣时造成的加工缺陷，因此，中小型塑料模具制造中，较多地采用第一种加工工艺路线。
　　型腔材料为模具钢，加工时要注意材料的硬度，有些材料的硬度较高。粗加工可用波纹粗铣刀或镶片合金刀，此两种类型的刀具均不能垂直切削，必须在下刀位置预钻孔。只有一凹形位的型腔须选择最深位置处预钻孔，有多个凹位的型腔须在多个凹位的最深处预钻孔。刀具从预钻孔位置下刀，从上逐层往下进行加工。选择合适的切削深度、步距、主轴转速和进给速度。切削深度根据型腔表面的复杂程度选取，表面较复杂可取较小值。走刀路线采用中间向外环形走刀。
　　先用较大半径的球形铣刀进行半精铣，然后用较小半径的球形铣刀铣小的内圆角。
　　若型腔内有垂直于主轴的平面，半精铣时平面部分要首先用平底铣刀进行加工。
　　塑料模具的数控加工内容极为丰富，零件的加工工艺设计要考虑与之配合使用的CAD/CAM软件，如CADDS5，ugⅡ，STRIMl00等，充分利用软件提供的加工方法及走刀方式，才能发挥数控加工的优越性。