型腔與型芯的加工優(yōu)化

1、畢業(yè)設計(設計) （2013屆） 題 目 型腔與型芯的加工優(yōu)化 實習單位 申發(fā)軸瓦廠 實習崗位 數(shù)控操作員 專業(yè)班級 數(shù)控10-1 學生姓名 蔡耀萱 指導教師 陳玉梅 2013年 6月 1 日目錄摘要21引言22設計任務分析23 方案初步選定24方案詳細說明34.1 加工的零件圖樣34.2頂桿孔和水路的加工4頂桿孔加工4水路孔加工44.3型腔加工方案4型腔粗加工4型腔半精加工6型腔底面加工7型腔側(cè)壁加工8型腔平面加工與接刀9型腔成品圖樣與加工工藝表104.4型芯加工方案11型芯粗加工11型芯半精加工12型芯底面加工12型芯側(cè)壁加工13型芯曲面加工144.4.6 型芯加工成品圖樣及加工工藝表格1

2、65總體評價17致謝17參考文獻17型腔與型芯的銑床加工優(yōu)化蔡耀萱摘要 使用不同的加工方式試驗型腔和型芯的加工質(zhì)量與加工時間。研究自動化編程的優(yōu)點與缺點，優(yōu)化加工方法。關鍵詞 型芯 型腔 加工優(yōu)化1引言現(xiàn)代社會發(fā)展中模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。其中模具的生產(chǎn)制造分產(chǎn)品設計和加工兩個方面，產(chǎn)品設計的好壞決定了模具的加工成本和模具成型時帶來的收益，而加工的方法決定了模具制作的時間和質(zhì)量。模具中重要的零部件就是型芯和型腔，而對于這兩個重要零部件的加工也體現(xiàn)出了模具的好壞，加工的質(zhì)量將直接影響到

3、模具生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量。對于型芯和型腔的加工方法是多種多樣的，型芯加工屬于外表面加工，用一般的銑床就能成型，而對于型腔的內(nèi)表面加工較為復雜銑床無法一次性加工到位，還需要應用電火花、超聲波、電化學等加工方法。2設計任務分析 模具型腔型芯的加工大多都較為復雜和多樣化，各種不同的模具加工會有較多的差異。使用各種不同的的加工方法使模具加工的時間和質(zhì)量都有較大的變化。因為加工方式不同，所以在加工都有著較大的差異，對于模具的制造型芯和型腔的加工質(zhì)量有著決定性的作用。本次設計是對于型芯和型腔在銑床上加工方式的改進和優(yōu)化。3 方案初步選定 在這次加工方法的優(yōu)化中，使用UG三維編程軟件，版本為8.0。在材料上選用

4、45號鋼未經(jīng)處理，HRC在2025之間，長為180mm、寬為130mm、型芯毛胚高50mm、型腔毛胚高40mm。數(shù)控銑床一臺，最高鉆速在8000r/min進給速度GO速度在無坐標誤差過大影響下可達32000mm/min，操作系統(tǒng)為Fanuc Oi- MD 4方案詳細說明4.1 加工的零件圖樣 圖4-1產(chǎn)品正面 圖4-2產(chǎn)品反面圖4-1為加工零件的外表面由復雜的上表面和有拔模斜度的側(cè)壁，外表面的加工定位在型腔上，對于表面加工選用平面加工方法與側(cè)壁的加工分開，如果選用整體加工則只有頂部曲面部分能完整加工而在側(cè)壁的加工質(zhì)量不能達到要求。圖4-2為加工零件的內(nèi)部，它由底部曲面、側(cè)壁、加強筋和6個孔柱共

5、同組成。藍色內(nèi)部屬于型芯部分，6個孔柱在分模設計時為頂桿孔，加強筋的加工較為困難，只能選用小直徑的刀具用高轉(zhuǎn)速慢進給的方法進行加工。曲面和側(cè)壁的加工使用與加工型腔相同的加工方法。 圖4-3模具型芯 圖4-4模具型腔型芯與型腔分模處理后圖樣如圖4-3與圖4-4所示，型芯與型腔的設計方案為鑲塊的方式所以按照毛胚大小180×130×50/40加工出的型芯與型腔只為其中的1/2。其中四周突起部分型芯和型腔在裝配時所需求的定位，在加工是精度需求較高，孔為鑲嵌孔，需要加工出深度為10mm的定位螺紋，其余細節(jié)部分還需加工四周倒斜角。4.2頂桿孔和水路的加工頂桿孔加工頂桿孔應在UG上定位孔

6、的位置然后使用G83鉆孔程序進行編程加工，用中心鉆定位型芯毛胚上的孔位然后使用直徑為5.7mm的的鉆頭打出深20mm的孔，依次加工6個孔位，然后用直徑為6mm的鉸刀進行絞孔加工，絞孔深度在10-12mm之間。反轉(zhuǎn)型芯毛胚，使用直徑為6.2mm的鉆頭按原坐標進行孔的加工，深度為38-40mm。頂桿孔為上小下大，后半部分需擴孔加工。水路孔加工水路孔在型芯和型腔中處于底部加工需要將工件側(cè)向裝夾確保孔位準確，同樣使用G83編程的方式進行孔的加工，由于水路孔加工深度較大所以在加工進給速度上應該保持在30-60mm/min之間防止鉆頭崩斷。 4.3型腔加工方案 型腔粗加工型腔粗加工需要具有快速高效的要求，

7、在深腔加工中應該注意切削是鐵屑的排除，使用UG編程軟件應先要對型腔進行坐標的更改，符合機床夾具的裝夾方向避免出現(xiàn)加工上的意外情況。對于刀具選用應看情況而定，雖然刀具直徑越大切削時間越短，但是效率卻不一定是最高的，選擇道具應先觀察型腔中側(cè)壁最小的圓角部分，而選用的刀具不能超出圓角直徑太多，否則在精加工時容易使精加工刀具受力不均勻，使表面質(zhì)量受到影響，嚴重的則直接使刀具崩壞。 對于粗加工方式選用UG中的跟隨周邊方式如圖4-5所示。因為型腔為內(nèi)表面加工，加工方式為輪廓加工的方式所以刀具步距一般選用50%80%之間較為合適。圖4-5型腔粗加工參數(shù)加工時銑床主軸轉(zhuǎn)速的選取應當根據(jù)刀具而定，一般粗加工刀具

8、選用2刃刀具，在加工時有較好的排屑能力，進給和主軸轉(zhuǎn)速如圖4-5所示，既能有較高的加工速度又能減小刀具磨損程度使刀具壽命延長。加工參數(shù)設定完后刀路軌跡如圖4-6所示。圖4-6型腔粗加工刀路圖紅色刀路為抬刀的運動軌跡，藍色部分為層與層之間的移動刀路，黃色部分則是刀具下刀時近刀的軌跡，這里根據(jù)刀具和加工方式選用了螺旋下刀，角度為15°，螺旋的半徑為刀具的90%，確保刀具在Z向進給時減小受力。剛開始進刀是應該確定機床主軸轉(zhuǎn)速、進給速度倍率是否設置正確，第一刀進入時應采取加工進給速度的1/2，因為此時刀具切削受力是100%而不是設定的50%80%。加工結(jié)束后圖樣如4-7所示。圖4-7型腔粗加

9、工結(jié)果粗加工完可以較清晰的看到在型腔底部曲面部分形成明顯的臺階狀輪廓，因為間距較大而且在層與層之間又有著較大的距離，所以如果直接進行精加工可能會使刀具崩斷，應進行半精加工來減小精加工的加工余量確保加工的質(zhì)量。型腔半精加工半精加工在加工流程中的二次加工，減小精加工的余量讓精加工刀具在加工是受力均勻能加工出較好表面質(zhì)量的零件，所以半精加工在加工余量上的選擇顯得非常重要，對于一般精加工余量留0.3mm左右能得到較好的表面質(zhì)量。圖4-8型腔半精加工參數(shù)半精加工的刀具選擇應在粗加工的基礎上減小刀具半徑，減小粗加工留下的過剩余量。圖4-9型腔半精加工刀路與結(jié)果加工參數(shù)設置如4-8所示，和粗加工相比較刀路更

10、加的密集，能在一些較小的圓角上加工到位，在刀具步距選擇上應小于或等于粗加工的步距。加工的刀路和效果如圖4-9。在余量上半精加工的結(jié)果和4-7相比有了明顯的減小，而且型腔的大致輪廓加工完畢了，方便了精加工時刀具加工位置的判定。 型腔底面加工圖4-10型腔曲面加工參數(shù)在UG中對于曲面的加工常用輪廓加工的方法，選取要加工的平面后設定加工參數(shù)（圖4-10），在加工曲面時應該選用球刀進行加工，刀具的直徑根據(jù)底面圓弧而定，一般情況下刀具直徑小于圓弧的直徑，但最小選擇6mm，刀具過小在加工中受力過大韌性不足容易斷刀當圓弧直徑小于6時應分2次加工提高效率保障刀具的使用壽命。加工時刀具往復運動時與X軸成(30-

11、45)°角在加工曲面時能得到高效率的表面和加工的速度，主軸轉(zhuǎn)速在6000r/min左右而進給速度可以達到4000mm/min相對于直線型的加工節(jié)省了較多的時間，表面的質(zhì)量卻更加方便與打磨拋光。圖4-11型腔曲面加工刀路和結(jié)果型腔側(cè)壁加工圖4-12型腔側(cè)壁加工刀路和結(jié)果側(cè)壁加工因為有拔模斜度所以不能一次性的加工完成只能進行深度輪廓加工，加工側(cè)壁的同時將倒斜角加工完畢節(jié)省加工時間。刀具應該選用圓角刀方便刀具在接近底面時不破壞底面并且加工底部圓角。加工的主軸轉(zhuǎn)速在5000-6500r/min，進給設置在3000-3500mm/min能加工出較好的表面質(zhì)量，在加工中對于底部應留0.02mm的

12、余量防止破壞底部曲面。 4-13型腔平面加工刀路 圖4-14型腔加工接刀刀路圖型腔平面加工與接刀型腔平面部分較少只需使用平面刀具加工，但需好的平面質(zhì)量需要使用鑲刀片的刀具才能有較好的表面質(zhì)量，而一體刀會在平面上形成刀路痕跡，在平面加工時需要高轉(zhuǎn)速低進給，轉(zhuǎn)速6000r/min而進給在500mm/min能加工出較為鏡面的平面質(zhì)量。加工完底部曲面和側(cè)壁時因為刀具使用不同，側(cè)壁為圓角刀而底面為球頭刀，所以在加工的邊界相交的地方有接刀痕跡（如圖4-15），需要除去加工的軌跡和多余的余量。加工方式用跟隨輪廓方式在Z軸方向變量加工，刀具應小于接刀處的圓弧大小。圖4-15型腔無接刀處理樣品型腔成品圖樣與加工

13、工藝表圖4-16型腔加工完成樣品型腔加工工藝卡片加工順序加工方式加工部位刀具直徑(mm)主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進給速度(mm/min)加工余量(mm)粗加工輪廓加工型腔輪廓D20250020001半精加工輪廓加工粗加工余量D12300020000.3精加工往復掃描底部曲面B8600040000.01精加工Z軸輪廓加工側(cè)壁D8R1600030000.02精加工平面精加工型腔平面部分D8600050004.4型芯加工方案型芯粗加工型芯粗加工是較為重要的加工，型芯的加工方式多樣化也最為繁瑣，使用傳統(tǒng)的加工方式加工型芯測試的時間大概為1小時20分鐘左右加工時間非常的長，而在加工方式上優(yōu)化的細節(jié)較多比如

14、在加工層的距離加工速度方面可以加大、加快。經(jīng)優(yōu)化后加工時間在30分鐘左右參數(shù)如圖4-17所示。圖4-17型芯粗加工參數(shù)型芯在切削加工時是切削量最大的加工步驟，因此對刀具到考驗較大，在選用刀具時應選有較好的韌性和帶有R角，減少側(cè)面刀尖的受力，刀路軌跡如圖4-18。圖4-18型芯粗加工刀路刀路覆蓋了50%以上的毛胚，加工量大而且在到位塊與型芯之間的距離如果小于刀具直徑，則刀具無法加工，所以刀具選擇還要把直徑控制在型芯與定位塊的距離范圍內(nèi)，否則容易發(fā)生撞刀和斷刀的現(xiàn)象。圖4-19型芯粗加工演示結(jié)果型芯半精加工半精加工對于型芯重要性要小于型腔，因為輪廓在外表面，可由外部進刀對型芯進行加工所以如果粗加工

15、的加工層參數(shù)設置在0.8mm以下可以直接跳過半精加工直接進行精加工，因為層的距離可以直接由進刀點進行優(yōu)化。精加工層的參數(shù)如圖4-20。圖4-20型芯半精加工參數(shù)型芯底面加工型芯的底面與型腔不同，型芯的底面為模具的分型面表面質(zhì)量要求低，而且在本副模具中分型面為平面，加工簡單，使用平面根清的方法加工，加工過程應保持勻速進給。圖4-21型芯底平面加工刀路圖4-22型芯底平面加工演示結(jié)果型芯側(cè)壁加工型芯側(cè)壁加工與型腔側(cè)壁加工方式和參數(shù)都相同，能快速的準確的加工出側(cè)壁，同樣在側(cè)壁與底面之間在型芯上也應該留出0.02mm的距離防止刀具破壞已加工完的底平面。型芯側(cè)壁刀路中相對于型腔明顯多了許多的太刀而少了層

16、與層之間的連接刀路，因為在型腔中不能有過多的進刀的路線的選擇加工時是由上往下加工，向著型腔底部加工，不能有自主的刀路進刀選擇。而型芯是外表面加工能挑選最佳的進刀點，加工出的側(cè)壁質(zhì)量一般型芯要略高于型腔的側(cè)壁質(zhì)量，加工的時間上也比型腔的加工時間短。圖4-23型芯側(cè)壁加工刀路型芯曲面加工型芯的曲面加工是優(yōu)化最大的地方一般型芯曲面上會有許多的頂桿孔如圖4-24，圖中有6個頂桿孔。雖然頂桿孔在加工時是優(yōu)先加工的但是在編程時如果不去封補而直接選擇曲面加工往往程序會自行繞開頂桿孔加工導致程序段增加，加工時間加長，而且在頂桿孔周圍有較多的余量未加工到。圖4-24型芯如果編程時未選擇封補孔加工則程序如圖2-2

17、5所示圖中的刀路在經(jīng)過孔時直接跳過然后在從另一處加工后接刀，當抬刀后加工的速度會降低只能由底往上逐漸加大進給，往復6次后才能加工完曲面。而在UG中能對型芯實行建模，使用N邊曲面工具將孔位用片體縫補，如圖4-26。然后編程后的刀路軌跡如圖4-27所示，刀路將孔直接覆蓋加工，減少了坐標點的變換，也優(yōu)化了抬刀，現(xiàn)只有進刀和加工完成后的退刀。圖4-25型芯曲面加工刀路圖4-26型芯曲面縫補圖4-27型芯曲面縫補后的刀路圖4-28型芯曲面加工結(jié)果 型芯加工成品圖樣及加工工藝表格 圖4-29型芯加工完成樣品型腔加工工藝卡片 加工步驟加工方式加工部位刀具直徑(mm)主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進給速度(mm/mi

18、n)加工余量(mm)粗加工外輪廓粗加工型芯外部輪廓D20R3250020001半精加工外輪廓半精加工型芯粗加工余量D12R1300020000.3精加工底面精加工型芯底部分型面D1060005000精加工Z軸輪廓加工型芯側(cè)壁D8R1600030000.02精加工曲面精加工型芯頂部曲面B8600040000.025總體評價通過進兩個月時間的學習和探索，對于模具重要零部件的加工，讓我學到了許多在模具和數(shù)控銑床加工方面的知識，從一開始學習自動編程軟件到對于加工參數(shù)和銑床刀具的了解，再到后來通過自己努力和團隊的配合成功做出第一個成品零件的喜悅，讓我學會了面對困難，并且能自主獨立的去解決這些困難，但是解決的方式并不是最好的，希望老師能給予點評和指點，相信總有一天我會做的更好。致謝從畢業(yè)設計的題材選擇到撰寫這篇論文，期間要感謝同學們的幫助，每次的都能支持我的想法并且不斷努力的去實現(xiàn)、去超越、去創(chuàng)造。還要感謝陳玉梅老師的指導，指導我論文的方向確定和選定題材，鼓勵我努力的完成自己的目標。畢業(yè)設計快結(jié)束了，也代表著即將告別學校走向社會，在這臨別之際向全校師生致謝，祝