浅谈模具精密加工

发布时间: 2015-05-09 11:19 作者: 浏览次数: 279 字号:

模具精密加工

模具型腔的精密加工工序是模具加工的最后一道工序,是直接影响模具质量好坏的最重要的一环,它占整个模具加工量的30%~40%左右,因此倍受国内外专家的重视。在我国尽管模具加工的大部分工序(车、铣、刨、磨、电火花、线切割等)已经实现了高度自动化,但模具的精整加工大部分仍采用手工加工的方式,在一定程度上严重影响了我国模具的发展。

所谓精整加工就是在保证零件型面精度的前提下,降低零件表面粗糙度的加工方法。目前常用的方法有:手工抛光、超声波抛光、化学与电化学抛光等等。在这些方法中,手工抛光是最常用的精整方法,因为手工抛光运动灵活,可以加工任何复杂的型腔,但同时该方法的劳动强度大、生产效率低、产品的质量没有保障。而其它方法虽然效果也不错,从产品的质量、加工的效率到工人的强度都有很大的改善,但由于模具型腔的复杂性、多样性、不规则性,使得这些加工工具很难完全沿着工件的轮廓线加工,有时受到这些型腔空间的限制,所以很多精整加工方法只能在某些领域有自己的用武之地,却很难广泛地推广使用。

国外大多数模具厂家都采用模具设计、加工甚至装配一体化,也就是模具CAD/CAM/CAE的一体化,利用模具CAD软件和反求工程进行设计;利用虚拟现实系统进行装配试模,发现干涉及时调整,在没有问题的条件下,才进行加工;在加工过程中,利用加工中心和CAD/CAM,把整个加工过程一体化,也就是工件一次安装就完成零件的加工,所以工件的精度可以得到保证。

尽管如此,模具型腔表面的精密加工问题仍是个世界难题,这主要是由于存在以下几方面的问题:

一、模具型腔的多样化和不规则性。在很多场合下,模具的型腔表面都是三维不规则的自由曲面,由于这些曲面的形状各异,这给光整加工时的刀具或磨具的运动轨迹及进给带来很大的麻烦。即使用现代的数控加工技术来控制刀具或磨具的运动,也给数控程序的编制带来很大的困难,所以这是导致模具光整加工难以实现自动化的根本原因。

二、用于模具光整加工的刀具或磨具的自适应性和柔性差。由于模具型面的特殊性,要求加工它的刀具或磨具要有很好的自我调整的能力,也就是所谓的自适应性,要随着加工轮廓形状的改变而改变自己的运行轨迹,当然这里指的是微调。这就要求加工模具型腔的工具具有一定范围的可塑性,即柔性。

三、模具表面的精度和光洁度要求较高。这也是模具自身的特点决定的,模具作为加工工件的模型,它的精度高低直接决定了工件精度的好坏,也对自身的寿命、耐腐蚀性、耐磨性以及加工后能否顺利把工件从模具中取出都起到至关重要的作用。即使有些加工方法本身加工精度很高,但用在模具加工上,却由于在提高模具表面光洁度的同时又很难保证工件的原始形位公差,结果也不理想。

目前,我国对模具型腔精密加工方法仍然是机械加工和电加工两大方面,并且电加工越来越占优势。此外,就是模具CAD/CAM技术的应用,但由于模具本身的特点,形状复杂难于规范化,所以型腔模CAD/CAM的开发不如冲模及塑料模在CAD/CAM上开发得那么成熟。尽管如此,这仍是型腔模加工方法的一个发展方向。在这些加工方法中,发展较快的是机械加工中的铣削技术、磨削技术和电加工中的电火花成形加工技术,分别简介如下。

1、铣削加工技术的崛起——高速铣削加工

铣削加工是型腔模的重要加工手段,特别适用于中、大型锻模的加工。近年来铣削加工获得了迅速的发展,主要体现在以下几个方面:

◆高精度化:认为铣削加工是普通加工的时代已经过去。机床的定位精度从80年代的±12mm/800mm,已提高到90年代的±2~5mm/全行程,采用了精密机床的热平衡结构以及主轴冷却等措施来控制热变形,其控制分辨率已由原来的1mm提高到0.2mm。这样使加工精度由原来的±10mm提高到±2~5mm,精密级可达±1.5mm,使铣削加工机床进入了精密机床的领域。

◆加工效率高速化:随着刀具、电机、轴承、数控系统的进步,高速铣削技术迅速崛起。目前主轴转速已从4000~6000r/min提高到14200r/min,切削进给速度提高到1~6m/min,快速进给速度由8~12m/min提高到30~40m/min,换刀时间由5~10s降到1~3s,这就大幅度提高了加工效率。高速铣削与普通的加工方式相比,加工效率可提高5~10倍。

◆铣削材料的高硬度化:高速铣削技术与新型刀具(金属陶瓷刀具、PCBN刀具、特殊硬质合金刀具等)相结合,可对硬度为36~52HRC的工件进行加工,甚至可加工60HRC的工件。
高速铣削加工技术的发展,促进了模具加工技术的进步,特别是对汽车,家电行业等中、大型型腔模具制造方面注入了新的活力。

2、电火花成形加工面临新的挑战

高速铣削技术发展了,作为型腔模加工另一重要手段的电火花成形加工的发展也相当完美,但作为一个加工体系,确实面临着高速铣削加工的新挑战。

◆电火花成形加工的技术进步:由于微精密加工脉冲电源、工作液、混硅粉加工工艺等相关技术的进步,使电火花成形加工表面粗糙度达到Rmax0.6~0.8mm,而且可以进行大面积加工。并且由于电极损耗不断降低(最小达0.1%)以及对微加工的加工余量精确控制等,可以说电火花成形加工已进入了精密加工领域。