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型腔模具的加工工藝研究

2020-10-14 來源：- 作（zuò）者（zhě）：趙元張麗麗

摘要：論述（shù）了型腔模具的主要材料和結構特點，分析了高速銑削加工、電火花加工、快速成型等型腔模具的加工方法，同時對型腔模具的（de）加工刀具，以及兩款典（diǎn）型的加（jiā）工設備進（jìn）行（háng）了（le）介紹。

關鍵詞：型腔模（mó）具加工研究

1 、研（yán）究背景

隨著世界經濟和我國經（jīng）濟的快速發展，模具製造行業出現了新的特點，主要體（tǐ）現在四個方麵（miàn）：模具的製造周期越來（lái）越短，模（mó）具的質（zhì）量要求越來越高，模具的（de）形狀越（yuè）來越複雜，模具材料的硬度越來越高。這些特點均涉及模具的加工方法和加工工藝問題。模具加工的核（hé）心就是（shì）型腔（qiāng）加工，對時（shí）間和成本而言，型腔加工占整副模具（jù）工作量和成本（běn）的絕大部分。

隨著模具製造行業出現新特點，機床行業也在不斷加快研發新（xīn）產品，以應對市（shì）場出現的新需求，滿足市場的新需要。

2 、型腔（qiāng）模具結構特點

型腔模具結構（gòu）如圖 1 所示，主要作用是（shì）成型外形表麵，位置精度和表麵質量要求較（jiào）高，工（gōng）作部分（fèn）各表麵（miàn）需要進行研磨和拋光加工，且型腔的種（zhǒng）類、形狀、大小均不同，特殊情況下表麵還有商標、圖案、花紋、文字等，給（gěi）型腔模具的加工增加了難度。

3 、型腔模具材料（liào）

型（xíng）腔（qiāng）模具的用材主要從製品種類、形狀、尺寸精度、外觀質量、使用要求、生產（chǎn）批量大小等方（fāng）麵綜合考慮，進而選用合適的（de）模具鋼［1］。目前，國內製造型腔模具常用的鋼材牌號主要有40Cr、P20+Ni、P20、718、2316、2738、S136 等（děng）。

4 、型腔模具加工方（fāng）法（fǎ）

型腔模具（jù）加工常見的主要方法有高速銑削加工、電火花加（jiā）工，部分模具還應用了快速成型技術［2］。隨著近年來高（gāo）速切削技術（shù）和數控機床的發展，高速銑削技術在模具製造中得到廣泛應用，改變了模具的傳統製（zhì）造方法，同時提（tí）高了（le）模具的製造效率。

4.1 高速銑削加工

高速銑（xǐ）削（xuē）加工技術相對於傳統切削加工技術，機床在切削速（sù）度、進給速度等方麵明顯提高，切削機理也發生了（le）根本性的變（biàn）化［3］。

圖 1 複雜型腔模（mó）

相比傳統切（qiē）削加工技術，高速銑削加工技術具有以下特點：

（1）大大提高（gāo）了生（shēng）產效率，高速切削（xuē）能使金屬去除率（lǜ）提高 30%～40%；

（2）切削力小，與傳統加工相（xiàng）比，高（gāo）速切削時的切削力小約（yuē） 30%；

（3）提（tí）高了零（líng）件的（de）加工質量；

（4）簡（jiǎn）化了工藝流程，如（rú）零件（jiàn）可直接由粗加工、精加工完成製造；

（5）避免一些在傳統加工中存在的問題，如切削熱殘留、低速（sù）切削振動等；

（6）延長刀具的使用（yòng）壽命，使加工能耗（hào）降低。

根據模具（jù）加工特點（diǎn）和行業發展，目前主要應用的高速銑削（xuē）中心有三軸立式加工中心、五軸聯動立式加工中心，以及（jí）龍門加工中心（xīn），機床進給速度為 40～60m/min，主軸轉速為 30 000～42 000 r/min［4］。

高速銑削技術在模具加工行業中應用，提高了模具的加工效率。經高速精銑後的模具，甚至不需要進行修磨、拋光等工序，可以大大（dà）縮短製造時間（jiān）。

4.2 電火花加工

對於（yú）具有窄縫（féng）、精密小型腔（qiāng）、小拐角、深溝槽、冒孔、深度切削（xuē）等難（nán）加工特征的模具，需要應用電火（huǒ）花加工，與高速銑（xǐ）削加工互為補充。

4.3 快速成型

快速成型技術是一種增材製造技術，在現代計算機輔助設計與計算機輔助製造技術、激光技術、計算（suàn）機數控技術、新材料技術的基礎上集成發展而（ér）來［5］。以上三種加工方法為型腔模具（jù）製造中的常用方法，每種加工方法都（dōu）有自身獨特之處。某（mǒu）類型腔模具或者（zhě）模（mó）具的某個特征，通常隻能應用其中的（de）一（yī）種加工方（fāng）法，其它方法則不能替代。三種加工方法之間互為補充，一個型腔模具製造過程中可能（néng）用到其（qí）中的一種或兩種加（jiā）工方法。

高（gāo）速銑削加工技術的（de）應（yīng）用大大（dà）提高了模具的（de）製造效率，為企業（yè）節省（shěng）了時間。工件經過一次裝夾能夠完成粗加工和精加（jiā）工，可以得到較高的表麵精度，表麵（miàn）粗糙度 Ra 甚至可以達到 0.6 μm，滿足模具製造的要求。高（gāo）速銑削（xuē）加工技術正在越來越（yuè）多地取代其它加工方法，應用於型腔模具製造中。

5 、型腔模具加工刀具

型腔模具在高速銑削加工過程中，主（zhǔ）要使用的刀具為立銑刀。隨著近年來（lái）刀具（jù）技術的發展，原來使用的整體（tǐ）式立銑刀被可轉位刀（dāo）片立銑（xǐ）刀所取代。相比整體式立銑刀，可轉位刀片（piàn）立銑刀使（shǐ）用靈活，可根據加工需求選擇安裝刀片數，經濟性也更好。可轉位刀片立銑刀上的可轉位刀片多為圓形刀片，價格（gé）較低廉。高速銑削要求（qiú）刀（dāo）具材料與（yǔ）被加工材料具有較小的化學親和力，同時要求具有良好（hǎo）的熱穩定、抗衝擊等性能［6］。

隨著近年來刀具材料的發展，目前用於模具鋼加工的刀具材料主要有陶瓷、聚晶立方氮化硼、硬質合金和塗層硬質合金等（děng）。陶瓷刀具的成本低廉，熱穩（wěn）定性好，但其（qí）韌性和硬度比聚晶立方氮化硼低，主要用於加工洛氏硬度（HRC）為 40～50 的（de）材（cái）料。聚晶立方氮化硼刀具具有很高的硬度和（hé）耐磨性，適用於加工洛氏硬度（HRC）為（wéi）55～65 的材料。由目前研（yán）究情況可知，在所有模具高速切削刀（dāo）具材料中，聚晶立方氮（dàn）化硼刀（dāo）具的性能較好，是進行淬硬鋼模具加工的主要刀具［7］。

6 、型腔（qiāng）模具加工設備

我國（guó）模具製造行業隨（suí）著（zhe）經濟的發展（zhǎn）取得了長（zhǎng）足（zú）進步，目前，型腔模具的傳統加工逐漸被高速（sù）銑削加工（gōng）中心所取代。這（zhè）類機床一（yī）般具備（bèi）多軸聯動和較強的（de）深（shēn）空腔加工能（néng）力，以下介（jiè）紹兩款典型的高速銑削中（zhōng）心。RXP500 是一款三軸精密高速加工中心，機床床（chuáng）身采用人造大（dà）理石材料製造（zào），剛（gāng）性好，精度高（gāo），如圖（tú） 2所示［8］。機床主軸最高轉（zhuǎn）速為 42 000 r/min，三軸進給速度（dù）為 0～60 m/min，適用於中型模具的加工，一次設置就可以完成模具的粗加工和精加工。

圖（tú） 2 RXP500 三（sān）軸精密高速（sù）加工中心

FZ100 龍門加工中心是為滿足航空（kōng）和模具行業製造專門開發的一款龍門（mén）加工中心，如圖3所示。這一（yī）加工中心配備了具有劃（huá）時代意義的M3ABC銑頭，成功實現六軸（zhóu）加工，解決了傳統兩軸叉型銑頭五軸聯動加工的瓶頸問題。機床 X 軸、Y 軸、Z 軸全部采用齒輪齒條傳動，消除了間隙，提高了機床的運動精度和穩定（dìng）性。進給速度可達 60 m/min，加速度為 5 m/s2，高剛性和高穩（wěn）定性較好地滿足了模具製造的（de）加工要求［9］。

圖 3 FZ100 龍門加工中心（xīn）

7、智能製（zhì）造與模具加工

隨著國內勞動力逐漸（jiàn）短缺和（hé）製造業向智能化、網絡化（huà）、自動化方向轉變，模具製造廠拋棄（qì）傳統製造方（fāng）式，向智能工廠轉（zhuǎn）變（biàn），這不僅可以大大提（tí）高產品質量和生產效率，而且可（kě）以（yǐ）使模具製造更加節材、環保。智能（néng）製造技術的發展和成熟，必將促進模具製造行業向自動化、智能化方向發展［10］。

8、結束語

筆者從加工方法、加工（gōng）刀具和加工（gōng）用設備三個方麵（miàn）對型腔模具的加工工藝進行了研究，著重對高速銑削加工技術進行（háng）了分析，並對典型機床和（hé）智（zhì）能製造對（duì）模具製造行業的影響進行了介紹。隨著機（jī）床加工效率提高（gāo）、工藝不斷改進和新刀具的使用，模具加工工藝在不斷改進。結合模具實際加工情況（kuàng），優選刀具和機床，能夠使模具的加工效率最高化。隨著智能製造的發展（zhǎn），智能製造也將加快模具製造模（mó）式的變革。

來源：

遼寧省數控機床信息物理融合與智能製造（zào）重點實驗室

沈陽（yáng）工學院（yuàn）機械與（yǔ）運（yùn）載學院

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