苹果模具加工工艺技术及运用.doc

目 录第1章 概述31.1 塑料模具结构介绍31.2 塑料模具的加工简介31.3 设计内容4第2章 塑料苹果模的造型设计52.1 塑料苹果模的三维造型52.2 机床选择72.2.1机床具备的性能72.3 塑料苹果模具设计82.4 注塑模结构组成82.5 塑料苹果模具的加工分析92.5.1图样尺寸数据应符合编程方便的原则92.5.2加工部位结构工艺性应符合数控加工特点102.5.3定位基准分析10第3章 夹具的设计113.1 常见的夹具有哪些113.1.1 夹具的选择113.1.2 装夹方案的选择113.1.3 工序方案的确定123.1.4 注意事项133.1.5 走刀路线的确定133.1.6下刀方式14第4章 塑料苹果模具的数控加工184.1 毛坯的选择184.2 满足工艺性能要求184.3 满足经济性要求194.4 模具材料的确定194.5 加工塑料苹果模具的刀具选择204.5.1对刀具的基本要求204.5.2 切削用量的选择214.5.3进给速度的确定224.5.4 切削液的选择244.5.5 对刀点的选择254.5.6工艺文件编制264.6 铣削苹果曲面时应注意的问题27第5章 塑料苹果模具加工仿真295.1 NX中塑料苹果模的操作步骤295.3 粗精加工铣削315.4 NX经粗精加工后生成实体验证315.5 NX生成加工NC代码32总结34参考文献35致谢36第1章 概述1.1 塑料模具结构介绍由于塑料具有很多优良的性能和特点，近年来它在各领域得到了越来越广泛的应用。作为塑料制造业的支柱产业塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展，特别是作为塑料必备成型工具的塑料注塑模具，由于它成型效率高，易成型形状复杂的制品，并科实现自动化生产，得到迅速的法子，在我国其发展速度之快、需求量之大是前所未有的。塑料注塑模具基本分为静模和动模。在注塑机的注射头一边的带浇口套的为静模，静模一般有浇口套、靠板、模板组成，简单模具(特别是静模没有芯子的模具)也可以不使用靠板，直接用厚一点的模板就可以了。浇口套一般为标准件，除非特殊原因，不建议取消。浇口套的使用有利于安装模具、更换方便，不用自己抛光。有些特殊模具浇口套可用钻出来或用锥度线割割成。部分模必须静模脱模时，还得加上静模脱模机构。动模的结构一般为动模板、动模靠板、脱模机构以及模脚和装机固定板。脱模机构中除了脱料杆，还有回位杆，部分模具还要增加弹簧以实现例如自动脱模等功能。还有导柱、冷却水孔、流道等也是不可少的模具的基本结构。当然斜导模具还有斜导盒、斜导柱等。当为一产品设计模具时，首先要设定模具的基本结构尺寸以备料，来加快模具制造的速度。复杂产品应先绘制好产品图，再定好模具的尺寸。1.2 塑料模具的加工简介现在的模具基本上要进行热处理，加高模具的硬度，提高模具使用寿命。在热处理前，先对模板进行初步加工：钻好导柱孔、回位孔(动模)、型腔孔、螺丝孔、浇口套孔(动模)冷却水孔等，铣好流道、型腔，有些模具还应铣好斜导盒等。现在的普通精密模具的模板一般用cr12、cr12mov和一些专业模具钢，cr12等硬度不能太高,在HRC60度时经常开裂,模板的常用硬度一般为HRC55度左右。芯子的硬度可在HRC58以上。如果材料为3Cr2w8v，制造后再氮化处理表面硬度，硬度应为HRC58以上，氮化层应越厚越好。浇口直接关系到塑件的美观，浇口设计不好的话，容易产生缺陷。在没有任何阻挡的情况上很容易产生蛇型流。对于要求高的产品，还应设计溢流和排气。溢流处可以用顶杆，不要在模板上狠有溢流飞边，才不至于影响模具寿命。未来国内外塑性模具的制造技术和成型技术有如下发展趋势：1、在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；2、高速铣削加工将得到更广泛地应用；3、在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；4、提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；5、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；6、虚拟技术将得到发展；7、模具自动加工系统的研制和发展。1.3 设计内容本设计中主要为塑料苹果模模具, 在NX软件下可以粗精加工，自动编程导出程序在数控仿真中进行模拟加工加以验证。塑料苹果模的加工主要包括加工坯料、对刀的确定、规划曲面挖槽粗加工刀具路径、规划曲面平行粗加工刀具路径、规划曲面平行精加工刀具路径以及规划曲面等高外形精加工刀具路径等内容。塑料苹果模平面图见如下图1-1所示图1-1 凸模、凹模第2章 塑料苹果模的造型设计2.1 塑料苹果模的三维造型在进行塑料苹果模模具设计与加工前,首先要利用UG系统下的零件模块对苹果模进行三维造型。打开UG软件样条曲线构造在UG环境中导入已经弄好的苹果光栅图像，在进入草图环境中以图片外轮廓用样条曲线勾画出苹果的外形，在根据工具条分析菜单中的曲率梳来确定样条的协调性与美观性，绘制如下图2-1所示图2-1 样条曲线构造旋转曲面单击旋转按钮选中上图2-2中的样条曲线，在选中参考选线作为旋转轴，点击确定，生成如图2-2的实体所示图2-2 旋转曲面得到实体构建分型面选择拆分体进行苹果造型的最大分型面，创建分型方向，确定上模板和下模板的创建，生成如图2-3所示图2-3 构建分型面抽壳处理进行上半部分的抽壳整理，得到壁厚为1mm的塑料苹果模壳体得到产品造型如图2-4所示图2-4 抽壳处理后凸模制作因本组是加工苹果上半部分模具，所以根据拆分体我们上半部分可以设计出凸模制作，如图所示2-5所示图2-5 凸模凹模制作方法如上面操作一样，凹模如图2-6所示图2-6 凹模2.2 机床选择2.2.1机床具备的性能数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择数控机床。数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件盒由复杂曲线回转形成的模具内型腔。数控立式镗铣床盒立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件、泵体阀体、壳体等。多坐标联动的卧室加工中心还可用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。总之，不同类型的零件要选用相应的数控机床加工，易发挥数控机床的效率和特点。数控铣床加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。综合以上因素，选择KVC650加工中心，参数如表2-7所示：表2-1 机床参数工作台面尺寸（长宽）4051307（mm）主轴锥孔/刀柄形式24ISO40 / BT40（MAS403）工作台最大纵向行程650mm主配控制系统FANUC 0iMate-MC工作台最大横向行程450mm换刀时间（s）6.5s主轴箱垂向行程500mm主轴转速范围606000( r/min)工作台T型槽（槽数-宽度间距）5-1660mm快速移动速度10000（mm/min）主电动机功率5.5/7.5（kw）进给速度5800（mm/min）脉冲当量（mm/脉冲）0.001工作台最大承载(kg)700kg机床外形尺寸(长宽高)(mm)2540mm2520mm2710mm机床重量(kg)4000kg2.3 塑料苹果模具设计根据苹果形外壳上壳的结构来设计注塑模具的结构与形状，其结构包括定模座板，浇口套，导柱，定距导柱，动模板，凹模等等。注射模的基本结构都是由动模和定模两大部分组成的，动模和定模一起构成了模具型腔和浇注系统。定模安装在注射机的固定板上，动模安装在注射机的移动板上。注射成型时，定模部分和被拖动的动模部分经导柱导向而闭合，塑料熔体从注射机喷嘴经模具浇注系统进入型腔，注射成型后冷却开模，动模和定模分开，一般情况下塑件留在动模部分，模具顶出机构将塑件顶出模外。2.4 注塑模结构组成注塑模的结构形式较多，根据注塑模的各部分的作用不同，一般注塑模具可由下列几个部分组成：成型零件：通常由凸模，凹模，镶件等组成，合模时形成模具型腔，填充塑熔体。浇注系统：由主流道，分流道，浇口与冷料穴组成。导向机构：保证动模定模合模时准确对合，确保塑件的尺寸准确性。脱模机构：用于开模时将塑件从模具中脱出的装置，又称定出机构或者顶出装置。加热冷却系统：满足对注射工艺对模具的温度要求，必须对模具温度进行控制，所以模具设计常有冷却系统并在模具内部或四周安装加热元件。冷却系统一般开有冷却水道。排气系统：作用是将型腔内的气体排出。侧向分型与抽芯机构：用来成型侧向凸台或者孔。2.5 塑料苹果模具的加工分析数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。2.5.1零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。零件设计人员在尺寸标注时，一般总是较多地考虑装配等使用特性，因而常采用局部分散的标注方法，这样就给工序安排和数控加工带来诸多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接标注坐标尺寸。分析被加工零件的设计图纸，根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程的重要依据。手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些条件对构成零件的所有几何元素进行定义，无论哪一个条件不明确，都会导致编程无法进行。因此，在分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。2.5.2零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效益。内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。当D一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，会因工件重新安装产生定位误差，从而使加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调，因此，为保证二次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的定位基准。2.5.3定位基准分析定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。该零件首先在普通铣床上以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。由于本零件主要是型腔加工，所以只加工六个面到尺寸，在平口虎钳上装夹即可完全定位。第3章 夹具的设计3.1 常见的夹具有哪些3.1.1 夹具的选择机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。 夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（ 使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。3.1.2 装夹方案的选择在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我根据零件的形状考虑选择平口钳。此时，主要考虑以下几点：夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；必须保证最小的夹紧变形；装卸方便，辅助时间应尽量短；对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；夹具结构应力求简单；夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。 该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。利用虎钳将毛坯件进行装夹，长度方向平行于X轴方向，底下垫平行块起支撑作用。注意：工件装夹不能装得太深（保证红色尺寸为40），以免加工中伤及平口钳如图3-1所示图3-1 工装所示3.1.3 工序方案的确定一般数控铣削采用工序集中的方式，这时工步的顺序就是工序分散时的工序顺序，可以按一般切削加工顺序安排的原则进行。通常按照从简单到复杂，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。在安排数控铣削加工工序的顺序时还应该注意以下问题：上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有普通机床加工工序的也要综合考虑。一般先进行内腔加工工序，后进行外形加工工序。以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数。在同一安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。根据零件图样和技术要求，制定一套加工用时少，经济成本花费少，又能保证加工质量的工艺方案。下面分析这套工艺方案通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，所以首先在普通铣床上铣削6个面，达到尺寸要求即可。铣削毛坯六个面（普通铣床）铣削上表面粗铣内腔（开粗）半精铣内腔及斜面精铣壁精铣底部曲面及斜面清根3.1.4 注意事项上表面由于精度要求不高，所以在开粗时直接加工到位，壁留1mm加工余量。根据内腔轮廓尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：依其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工半精加工精加工方案来加工完成，以满足加工要求。半精铣壁留0.25mm加工余量。内腔有岛屿，壁为5的拔模角，所以要合理设置加工参数。圆弧槽的加工没有什么限制，只是要求在精加工后加上清根操作。整个加工型腔比较深，所以在选刀具的时候要注意刀刃刀杆的长度，防止过切撞刀。3.1.5 走刀路线的确定走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，合理安排走刀路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度。对于数控铣床，还应考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗制度的要求；使走刀路线最短，既可以简化程序段，又可以减少刀具空行程时间，提高加工效率；应使数值的计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。寻求最短加工路线 如加工图3-2(a)所示零件上的孔系。3-2（b）图的走刀路线为加工完外圆孔后，再加工内圆孔。若改用3-2（c）图的走刀路线，少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。 (a)图样 (b)路线1(c)路线2图3-2 最短走刀路线的设计最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。如图3-3（a）为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用3-3（b）的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图3-3(c)也是一种较好的走刀路线方式。(a) 路线1(b) 路线2(c) 路线3图3-3 铣削内腔的三种走刀路线选择切入切出方向 考虑刀具的进、退到（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。选择使工件在加工后变形小的路线 对横截面积小的细小零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。3.1.6下刀方式轮廓加工中的进刀方式轮廓加工进刀方式一般有两种:法线进刀和切线进刀，如图3-4（a）所示。由于法线进刀容易产生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。法线进刀的路线较切线进刀短，因而切削时间也就相应较短。(a)(b)图3-4 法线进刀与切线进刀方式 在一些表面质量要求较高的轮廓加工中，通常采用加一条进刀引线再圆弧切入的方式，使圆弧与加工的第一条轮廓线相切，能有效地避免因法线进刀而产生刀痕，如图3-4（b）所示。而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离下刀再切入，很好地起到了保护立铣刀的作用。需要说明的是:在手工编写轮廓铣削程序时为了编程的方便，或者为了弥补刀具的磨损，常常采用刀补方式进行编程，即在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样尺寸编程，再在加工时输入刀具的半径(或补偿量)至指定的地址进行加工。但要注意切入圆弧的R值需大于所使用的刀具半径r，否则无法建立补偿而出现报警。至于进刀引线的长短则要根据实际情况计算，但要注意减少空刀的行程。 挖槽和型腔加工中的进刀方式对于封闭型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线以下刀三种，下面就如何选择各下刀方式进行说明。 垂直下刀 小面积切削和零件表面粗糙度要求不高的情况；使用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削。虽然键槽铣刀其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性也就较差，因而表面粗糙度较低;同时在同等切削条件下，键槽铣刀较立铣刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨损也就较大，在人面积切削中的效率较低。所以，采用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削的方式，通常只用于小面积切削或被加工零件表面粗糙度要求不高的情况。大面积切削和零件表面粗糙度要求较高的情况。大面积的型腔一般采用加工时具有较高的平稳性和较长使用寿命的立铣刀来加工，但由于立铣刀的底切削刃没有到刀具的中心，所以立铣刀在垂直进刀时没有较大切深的能力，因此一般先采用键槽铣刀(或钻头)垂直进刀后，再换多刃立铣刀加工型腔。在利用CAM软件进行编程的时候，一般都会提供指定点下刀的选项。螺旋下刀螺旋下刀方式是现代数控加工应用较为广泛的下刀方式，特别是模具制造行业中应用最为常见。刀片式合金模具铣刀可以进行高速切削，但和高速钢多刃立铣刀一样在垂直进刀时没有较大切深的能力。但可以通过螺旋下刃的方式(图7所示)，通过刀片的侧刃和底刃的切削，避开刀具中心无切削刃部分与工件的干涉，使刃具沿螺旋朝深度方向渐进，从而达到进刀的目的。这样，可以在切削的平稳性与切削效率之间取得一个较好的平衡点。 螺旋半径的大小一般情况下应大于刀具直径的50%，但螺旋半径过大，进刀的切削路程就越长，下刀耗费的时间也就越长，一般不超过刀具直径的大小，螺距的数值要根据刀具的吃深能力而定，一般在0.51之间:第二层进刀高度一般等于第一层下刀高度减去慢速下刀的距离即可。螺旋下刀也有其固有的弱点，比如切削路线较长、在比较狭窄的型腔加工中往往因为切削范围过小无法实现螺旋下刀等，所以有时需采用较大的下刀进给或钻下刀孔等方法来弥补，所以选择螺旋下刀方式时要注意灵活运用。斜线下刀 斜线下刀时刀具快速下至加工表面上一个距离后，改为以一个与工件表面成一角度的方向，以斜线的方式切入工件来达到Z向进刀的目的，通常用于因范围的限制而无法实现螺旋下刀时的长条形的型腔加工。斜线下刀主要的参数有:斜线下刀的起始高度切入斜线的长度、切入和反向切入角度。起始高度一般设在加工面上方0.51mm之间，切入斜线的长度要视型腔空间大小及铣削深度来确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长，切入角度选取得越小，斜线数增多，切削路程加长，角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，选530之间为宜。通常进刀切入角度和反向进刀切入角度取相同的值，如图3-5所示图3-5 切入和反向切入角度综上所述，正确理解数控铣削加工中各种进刀方式的特点和适用范围，同时在编程中设置合理的切削参数，对提高加工效率及零件表面质量有着重要的影响，如避免接刀痕、过切等现象的发生以及保护刀具等都有重要的意义。所以，根据上面提到的下刀方式，我具体的下刀方式采用如下：槽内轮廓深度很深，区域比较大，采用螺旋下刀比较好一点，减少换用其他刀具的时间；而外部开放区域就采用直线下刀。具体各个操作中的下刀参数后面详细说明。第4章 塑料苹果模具的数控加工4.1 毛坯的选择毛配选择尺寸为80（mm）的圆形模具钢，对模具钢的要求是：高耐蚀性 很多树脂和添加剂对型腔表面都有腐蚀作用， 这种腐蚀使型腔表面金属溶蚀、剥落，表面状况变坏、塑件质量变差。所以，最好使用耐蚀钢，或对型腔表面进行镀铬、钹镍处理。 耐磨性好注塑塑件表面的光泽度和精度都和注塑模具型腔表面的耐磨性有直接关系，特别是有些塑料中加人了玻纤、无机填料及某些颜料时，它们和塑料熔体一起在流道、模腔中髙速流动，对型腔表面的摩擦很大，若材料不耐磨，很快就会磨损，使塑件质量受到损伤。良好的尺寸稳定性在注塑成型时，注塑模具型腔的温度要达到300以上。为此，最好选用经适当回火处理的工具钢（热处理钢）。否则会引起材料微观结构的改变，从而造成注塑模具尺寸的变化。易于加工模具零件多为金属材料制成，有的结构形状还很复杂，为了缩短生产周期、提高效率，要求模具材料易于加工成图纸所要求的形状和精度。抛光性能好注塑塑件通常要求具有良好的光泽和表面状态， 因此要求型腔表面的粗糙度非常小，这样，对型腔表面必须进行表面加工，如抛光、研磨等。所以，选用的钢材不应含有粗糙的杂质和气孔等。受热处理影响小为了提髙硬度和耐磨性，一般对注塑模具要进行热处理，但这种处理应使其尺寸变化很小。因此，最好采用能切削加工的预硬化钢。注塑模具就材料而言还分软模和硬模之分，软模一般用P-20预硬钢，也有此落后的地方用45号以上的碳素钢做，产能一般在50万次左右；硬模是用H-13（铬钢）或420（不锈钢）等热作模钢做的，要经热处理加工工艺，材料和加工成本贵一倍以上，产能在一百万次以上。4.2 满足工艺性能要求模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。可锻性特点：具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。退火工艺性特点：球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。切削加工性特点：切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。氧化、脱碳敏感性特点：高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。淬硬性特点：淬火后具有均匀而高的表面硬度。淬透性特点：淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。淬火变形开裂倾向特点：常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。可磨削性特点：砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。4.3 满足经济性要求 在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。4.4 模具材料的确定综上所述选取45#钢作为模具材料。适用特性及范围：热作模具钢，适用于制作塑料模具和压铸低熔点金属的模具材料。此钢有良好的可切削性及镜面研磨性。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。4.5 加工塑料苹果模具的刀具选择数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具、减振式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的80%90%。平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。球 刀：主要用于非平面的半精加工和精加工4.5.1对刀具的基本要求刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆弧、倒圆角、及岛屿的特点，加工工序复杂。为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，粗、精加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求。结合实际情况，刀具选用日本三住公司的硬质合金刀具。分别是D12和D8端铣刀，D8R0.5圆鼻刀，D8R4球头铣刀。4.5.2 切削用量的选择对于高效率的数控加工机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少低于半个工作班的工作时间。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。背吃刀量的确定背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些，一般留0.21mm。结合本零件来选取，开粗时背吃刀量取3mm，壁留1mm加工余量；半精铣背吃刀量取1mm,壁留0.25mm加工余量；等高加工时背吃刀量取0.3mm,底部余量留0.1mm；精铣曲面时背吃刀量取0.1mm。主轴转速的确定主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取如图式（4-1）所示：n= 式（4-1）其中Vc-切削速度D-工件或刀具的直径（mm）由于每把刀计算方式相同，现选取 8mm立铣刀为例说明其计算过程。根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。铣削时切削速度如表4-1所示表4-1 切削速度工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845901603204.5102130铝70120100200200400黄铜53562050100180从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：取粗铣时：=50m/min精铣时 ：=70m/min带入公式中：=100050/（3.148）=1990.4 r/min =100070/（3.148）=2786.6 r/min同理可得12mm刀具转速：=100050/（3.1412）=1326.9 r/min 计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取=2000 r/min =2800 r/min同理计算12立铣刀：=1300 r/min4.5.3进给速度的确定粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定。切削进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为:F=ZN每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。刀每齿进给量如表4-2所示表4-2 刀每齿进给量工件材料每齿进给量/（mm/z）粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30铝0.060.200.100.250.050.100.020.05综合选取：粗铣=0.15 mm/z 精铣=0.1mm/z 铣刀齿数z=2上面计算出：8mm: =2000 r/min =2800 r/min 将它们代入式子计算。 粗铣时：F=0.1521300 =390mm/min 半精铣：F=0.122000 =400mm/min 精铣时：F=0.122800 =560mm/min 切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。根据实际加工的经验，粗铣取200mm/min，半精铣取300mm/min，精铣取400mm/min总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。4.5.4 切削液的选择由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸收9%30%、切屑吸收50%80%、刀具吸收4%10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52%传入麻花钻。 由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。而且对不同的加工材料要使用的冷却液不尽相同。通过查询资料知道常用的冷却液主要有以下三种，如表4-3常用冷却液所示 表4-3 常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却、清洗乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗、防锈切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑、防锈从工件材料考虑，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。4.5.5 对刀点的选择对刀点是刀具相对工件运动的起点，程序就是从这一点开始的，故又叫程序原点或程序起点（起刀点），其选择原则是：应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，应以孔中心作为对刀点。对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测。应便于坐标值的计算。如绝对坐标系的原点或已知坐标值的点上。使加工程序中刀具引入（或返回）路线短并便于换刀。对刀点可选在零件上，也可选在夹具或机床上，若选在夹具或机床上，则必须与工件的定位基准有一定的尺寸联系。如图4-4所示。图4-4 对刀点和换刀点的确定(2)对刀时，应使“刀位点”与“对刀点”重合，对刀的准确程度直接影响加工精度，不同刀具的刀位点是不同的，如图4-5所示。图4-5 不同刀具的刀位点对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工序间的换刀位置，设置换刀点。为避免换刀时刀具与工件及夹具发生干涉，换刀点应设在工件外合适的位置，如图1所示由于需要加工的零件为型腔类零件，外轮廓不需要过多加工，为了编程的简便和程序的简单，所以设置对刀点为工件毛坯中心，即是以长方形两对角线的交点作为对刀点，利用G54等坐标系设置为编程零点。4.5.6工艺文件编制工序卡片如表4-6所示表4-6 工艺卡单位沧州职业技术学院产品名称或代号零件名称零件图号名称/塑料苹果模凸模1工序号程序编号夹具名称使用设备车间/平口虎钳KVC650加工中心/工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注mmr/minmm/minmm1型腔铣开粗T01D1213003903/2型腔铣半精铣T02D1220004001/3等高铣半精铣T04D8R0.520004000.5/4固定轴轮廓铣T03D8R428005600.1/5清根加工T03D8R428005600.1/6清根加工T04D828005600.1编制李艳聪审核批准共1页第1页刀具卡片如表4-7所示表4-7 刀具卡片产品名称或代号/零件名称拨叉凹模零件图号1序号刀具号刀具规格名称直径长度刀具材料加工部位备注1T01D12端面铣刀12180硬质合金/2T02D8端面铣刀8180硬质合金/3T04D8R0.5圆鼻刀8180硬质合金/4T03D8R4球头铣刀8180硬质合金/编制李艳聪审核批准共1页第1页4.6 铣削苹果曲面时应注意的问题粗铣粗铣其内容为简单快速加工毛坯，对加工表面没有严格要求，只是为啦提高加工速率，它的特点是粗铣时应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，这种粗铣效率高。粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田。台阶的高度视粗铣精度而定。半精铣半精铣的内容是进一步对粗加工出来的工件再进一步的铣削，在转速切削进给方面有要求加工出工件表面光刀，外观不粗糙，为后期精加工做铺垫，它的特点是半精铣的目的是铣掉“梯田”的台阶，使被加工表面更接近于理论曲面，采用球头铣刀一般为精加工工序留出0.5mm左右的加工余量。半精加工的行距和步距可比精加工大。精加工最终加工出理论曲面。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对于开敞性比较好的零件而言，行切的折返点应选在曲表的外面，即在编程时，应把曲面向外延伸一些。对开敞性不好的零件表面，由于折返时，切削速度的变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕。所以在加工和编程时，一是要在折返时降低进给速度，二是在编程时，被加工曲面折返点应稍离开阻挡面。对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接，而不致产生很大的刀痕。球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，球刀刀尖切出的表面质量比较差，所以应适当地提高主轴转速，另外还应避免用刀尖切削。避免垂直下刀平底圆柱铣刀有两种，一种是端面有顶尖孔，其端刃不过中心。另一种是端面无顶尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有顶尖孔的端铣刀绝对不能像