典型吹塑模具型腔高速加工工艺分析及编程

随着三维造型软件的不断提高。模具设计、制造过程中，异型曲面的设计日趋增加，自由曲面应用也是日渐增加。加工制造过程中对形状及尺寸精度的要求越来越高，供货期限越来越短。这就对加工过程有了更高的要求，高速数控加工技术对以往的加工工艺有了较大的影响。逐步改变了以往的加工工艺流程。高速加工中心可以加工热处理后的模具钢，这样就可以有效减少加工过程时间，降低加工成本，提高加工生产效率。下面通过实例对典型吹塑模具型腔的数控加工工艺进行分析。

1  模具型腔工艺性分析

1.1 结构分析

根据产品的造型，设计出来的型腔，型腔面由多个曲面组成，而且表面粗糙度要求较高。型面中部旋转凸台进行分度后采用局部区域加工。

1.2  材料分析

型腔材料为锻造铝合金。但铝合金存在刚性强度低，韧性高及延展性强等切削性能，刚性强度低为保证切削效率所用的刀具前角小，刀具比较锋利切削转速高、进给速度快。但韧性高则会给高速切削带来两个方面的问题：一是在高速切削状态下容易导致粘结的现象； 二是由于铝材具有高度的延展性，它有可能会形成条状纹。 因此，加工铝合金时应考虑以下几个方面：

（1） 刀具材料及合理几何参数选择。 加工铝合金的刀具材料可选用W8Cr4V高速钢和YG8、YG6、YG8N等硬质合金，YG6宜用于余量均匀条件下的连续加工和半精加工。

（2）切削用量，于铝合金的强度和硬度比较低，且导热性好，因此可以获得较高的进给速度，适于进行高速加工。

（3） 冷却润滑，用硬质合金刀具粗加工铝合金时，因吃刀量少，进给速度高，切削热主要集中在废铝屑上，一般可不用冷却润滑，而用高压空气冷却将高温碎屑吹走。

1.3  拟定工艺方案

对复杂型腔模具制造工艺应根据型腔形状、尺寸、技术要求并结合本单位设备情况等具体条件来进行制定。该饮料瓶吹塑模具型腔可考虑以下的加工方案来进行制造。

利用在高速加工中心，该型腔的铣削加工分四大步，先采用实体挖槽对其进行粗加工，然后采用曲面铣削进行半精加工和精加工，针对其型面中部旋转凸台进行分度后采用局部区域加工。编程坐标原点设在型腔轴线的瓶底处。

2  高速铣削的加工的编程

2.1  粗加工的高速铣削编程

选用用Ф20R0.5铣刀，下刀方式，采用斜线下刀,可以改善进刀时的切削状态，保持较高的进刀速度和较低的切削负荷，其参数设置如图2所示。

选择曲面粗加工方法中的constant(平行环绕并清角)从外径内走刀方式，铣削方向为顺铣，第一刀背吃刀量0.5mm，刀路重叠50％，参数设置如图3所示，转速为15000 r/min，进给速度5000mm/mim，粗加工和半精加工时将拟合误差值，设为0.5，太小加工速度会减慢，加工时间会变长。

2.2  半精加工的高速铣削编程

由于MasterCAM没有半精加工设置，因此，选择的是曲面精加工的Paraiiel命令。选用Ø12球头铣刀。因粗加工采用Ø20刀具型腔底面留有较大的余量。为了改善切削状况，保持较高的速度和较低的切削负荷，以避免产生纵向刀纹。对于瓶口部分圆弧较小，在添加一把Ø8球刀进行加工，以获得整个型腔表面精加工的均匀预留量。最后选用Ø6球刀半精加工，转速24000r／min,进给速度3500mm／min。在生成加工刀具运动轨迹时，考虑加工效率等因素，故应选择往Zigzag走刀方式，设置切削间距为0.35mm，双向切削预留0.1mm余量，切削角度设置为45°其参数设置如图4所示，选轴向为切削方向。

2.3 精加工刀具路径编程

精加工的刀具路径轨迹选择在型腔底端的圆弧的法线方向为切削进刀及加工进给方向，生成的刀具路径比较均匀，以便后期抛光的时候不会有明显的刀具切削痕迹。为了在加工后达到表面粗糙度的要求，尽量采用Ø6的球头铣刀，并结合刀具路径交叉重叠的方法进行精加工。目的是半精加工时刀具切削路径角度为绕中轴线45°进行加工，因此精加工的工序是刀具路径沿着型腔X轴的径向进行加工，可达到最好去除表面凸点的效果。具体参数设置为转速24000r／min，进给速度为2500mm／min。 一般拟合误差应为加工零件的1/5~1/10，而本零件的误差一般是在0.05的数量级，因此数控编程中的拟合误差应控制在0.005左右，所以必须在精加工自动编程中利用下面的图5对话框进行拟合误差的设置。

2.4  精加工的区域加工编程

    由于此型面属于轴类转轴面，型腔内两侧面矩形凸台加工留有欠切，旋转60°后采用区域加工，加工范围为矩形凸台的四周倒角与角台上方的半圆形凸起部分。由于旋转后工件单侧升高了，为了不发生撞刀采用了加长刀具。为了改善表面质量以及表面刀纹的一致性，四个倒角面采用先加工两个长侧面，再加工两个端面。这样，可以有效的避免加工到凸台时频繁抬刀动作，节约辅助时间，提高效率，具体参数设置跟精加工时一样，区域加工刀具路径图6显示效果图。 

3 总结

本文应用了MasterCAM数控加工编程软件结合典型型腔体进行数控加工程序程的编制，结合有效的高速数控加工工艺应用于实际生产中，有效提高数控生产加工效率及加工成品质量，尽量缩短装刀长度，以减少刀具振动，延长刀具寿命，提高加工精度。