模具大型滑块的数控加工

邹炳辉（广东省人力资源社会保障厅职业技能鉴定中心，广东广州510115）

模具大型滑块的数控加工

邹炳辉
（广东省人力资源社会保障厅职业技能鉴定中心，广东广州510115）

以某大型模具上的一个大滑块为加工案例，阐述宽高比、体积较大滑块的工艺流程及数控编程。关键词：模具加工；滑块加工工艺；工艺基准

0　引言

滑块（行位）在注射模具中是一种常见的机构，主要起侧向分型抽芯的作用，滑块一方面需要保证产品的外表面质量，一方面需要周期性的滑动，对其加工精度有较高的要求。与常规斜导柱侧向分型抽芯滑块不同，本文案例这种类型的滑块使用液压油缸侧向抽芯，因其不需要考虑机械抽芯力，其胶位面积、宽高比较大。基本尺寸如图1所示，考虑工件尺寸及加工精度，粗加工使用VCM1370立式加工中心，其行程为1 300mm ×700mm，主轴最高转速6 000 r/min。因工件加工面积大，机加工会产生较大的内应力，需要热处理去应力，这就需要在热处理前的粗加工时充分考虑热处理后的精加工的余量、装夹、取数等加工工艺，无疑增加了加工的难度，下文通过详细的分析，制订其工艺流程及加工方法。

图1　滑块基本尺寸

1　工艺制订

案例工件加工面积较大，机加工会产生较大的内应力，内应力较大而未及时予以去除时，会导致工件在运动过程中容易产生变形甚至形成裂纹，因而需要热处理去应力，这就需要机加工时考虑热处理后的装夹、碰数问题，将整个加工过程分成两个阶段：热处理前及热处理后。热处理前需去除大部分材料，只留精加工余量；热处理后需要清除预留的材料，并得到在精度要求范围内的最终零件，精加工使用加工精度较高的德马吉DMC 64 Iinear加工中心，有效行程640mm× 600mm，数控系统为FANUC 180i-MB，主轴最高转速12 000 r/min。

热处理前的粗加工分正面、背面、及两侧面四个方位的加工，如图2所示。因热处理去应力后，工件会有所变形，需重新以一个准确的参考基准作为加工碰数基准，像这种大滑块一般以基准角碰数，这就需要一个准确的基准角。粗加工时，预留顶面材料，其平面作为热处理后研磨支撑平面，热处理后可通过磨床，研磨加工出基准角的三个基准面，研磨量为0.2mm，保证其垂直度。

图2　热处理前加工方位示意图

热处理后的精加工时，加工方位与热处理前一样，但因背部材料已去除，工件正面加工时（胶位面方向）如何装夹是要考虑的问题。如果用虎钳夹住尾部平位加工，其尾部平位与高度比为60∶322，大概为其总高度的1/6，有2/3的重量处于悬空状态，且正面有较多的材料需要去除，受力不均匀，容易在角位处产生较大内应力，有可能会产生变形或裂纹，并且这么大的滑块装夹、拖表不方便，对机床要求也较高，需要考虑其他装夹工艺。解决方案是在加工背部耐磨片槽时预留工艺凸台（如图3所示），这样在正面加工时可用工装板及垫块紧固装夹固定（如图4所示），其好处是装夹、对数方便，并能较好地平衡加工时的作用力，实用性强。

图3　热处理前粗加工背面示意图

图4　加工正面装夹示意图

热处理后精加工时，因正面已粗加工，按精加工时的方法将无法装夹固定，这时可考虑使用直角弯板装夹，在数控铣床上去除工艺台，如图5所示。

图5　热处理后精加工去除工艺台示意图

背面粗加工时，耐磨片槽后部有一大块相边区域需要去除材料，其尺寸达到261.5mm× 174.8mm×280mm，常规的数控加工，需要用刀具一层层的切削，必定会占去较长的加工时间，并且损耗刀具，生产效率不高。通过分析对比，用线切割加工较为合适，不但能得到一块实用的材料，而且省下很多的时间，如图6所示。同时考虑工艺台，这样线割时将一起切割出来，留0.5mm作为热处理后精加工余量，这样背面方位加工只需加工耐磨片槽，大大节省时间，一举多得。

图6　线切割加工背部区域示意图

2　滑块的数控加工

编程分热处理前的粗加工及热处理后的精加工，按不同的方位加工顶面方位、背面方位及正面方位。热处理前粗加工需要去除大部分材料，考虑装夹加工工艺，预留部分材料到热处理后，粗加工整体留预量0.3mm。因篇幅关系，下文重点介绍正面方位的数控编程加工，编程软件为UGNX7.5，机床使用德马吉DMC 64 Iinear加工中心，数控系统为FANUC 180i-MB，主轴最高转速为12 000 r/min。正面装夹如图4所示，将已线切割余料的工件，通过螺钉与工装板、垫块紧固为整体，并固定于机床工作台上，基准角对刀。

（1）热处理前粗加工

加工编程前先设定加工坐标系、安全平面、材料毛坯及加工工件，如图7所示。粗加工使用型腔铣削加工，该模块提供粗切单个或多个型腔、沿任意形状切去大量毛坯材料以及可以加工出型芯的全部功能，最突出的功能是对非常复杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式。如图8所示为零件正面方位的型腔铣削粗加工，加工余量0.3mm，用ϕ40R6的圆鼻刀完成主体大部分材料的去除工作，切削模式为跟随部件，封闭区域用螺旋进刀，开放区域用圆弧进刀，区域间的快速移刀为到达安全平面，区域内为前一平面；切削深度为顶面开始深70 mm，每刀公共深度为恒定0.3 mm，主轴转速为1 800 r/min，进给为2 000mm/min。

图7　加工前基本设定

图8　粗加工型腔铣

再采用ϕ35R5的圆鼻刀完成次级窄角位的材料的去除工作，加工方法设置与上述ϕ40R6刀具一样，控制切削范围，使用参考刀具ϕ42R8，对ϕ40R6未能加工的区域进行补刀。接着可用更小的刀具进行更小窄角位的材料去除工作，但因粗加工后需要热处理去应力，去应力并不会增加材料硬度，部分更窄角位的余料对整体应力影响不大，为减少工作量，提高加工效率，可不需要进一步粗加工。

（2）热处理后半精加工

热处理后材料已去除应力，可完全去除多余材料，但工件表面有变形，需通过磨床研磨加工，重新定好基准。研磨好三个基准面及工艺台面后，按图4所示正面装夹好，整体固定于德马吉DMC 64 Iinear加工中心上。因滑块正面为产品的表面，要求较高，且正面各层陡峭不一样，可通过切削层深度控制切削范围，分段进行加工，减少移刀时间，优化刀路。如图9所示，先用ϕ30R5圆鼻刀进行半精加工，去除热处理前的窄角位材料，切削模式使用轮廓铣加工，切削层深度0.3mm，切削余量为0.3mm，控制切削层深度为0～60 mm，完成顶部较凸出部分的清角加工；接着用同样的刀具及加工参数控制切削深度为60～70 mm，完成中间较平表面的加工；延续刀具及加工方法，控制切削深度为70～140mm，完成侧面垂直面的加工。

图9　正面热处理后清角加工1

完成上述刀路后，正面大部分余料已去除，但更窄角位处还有余量，延续上述的加工方法，使用型腔铣模块轮廓铣进一步清角，如图10所示，先用ϕ16R0.8的圆鼻刀，再用ϕ10R5、ϕ6R3的圆鼻刀逐级递减更换更小的刀具进行清角，进一步减少余量。

图10　正面热处理后清角加工2

完成窄角位半精加工后，延续半精加工的装夹方法，在同一机床上进行整体表面精加工，以减少装夹对刀过程中的误差。这里采用固定轴铣削加工，该模块提供了完全和综合的，用于产生3轴运动的刀具路径，实际上它能加工任何曲面模型和实体模型，可以用功能很强的方法来选择零件需要加工的表面或加工部位。有多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界、径向、螺旋线以及沿用户定义的方向驱动，此外，还可以容易地识别前道工序未能切除的区域和陡峭区，快速完成清除上一次加工的余量，提高工件的加工质量，使精加工时均匀切削。如图11所示，刀具选用要考虑粗加工所留下余量大小，使加工时不至于断刀，此处选用ϕ16R8的球刀完成上一次加工的余量去除，加工面为正面所有曲面，使用区域铣削加工方法，切削模式为往复加工，步距为恒定0.35mm，主轴转速为3 800 r/min，进给为1 800mm/min，精加工留余量0.02mm，用于抛光，如图11（a）所示。

图11　半精加工－固定轴铣削加工

完成后使用ϕ10R5的球刀完成次级小角位的精加工，使用区域铣削加工方法，驱动方法使用清根，陡峭角为65°，非陡峭区域切削模式为往复加工，步距为0.1mm，主轴转速为4 000 r/min，进给为1 500mm/min，精加工留余量0.02mm，如图11（b）所示。完成后延续上述加工方法，步距为恒定0.06mm，使用ϕ6R3的球刀完成更小角位的精加工，如图11（c）所示。热处理后正面机械加工序卡如表1所示。

表1　热处理后正面加工程序工艺卡

通过上述的数控加工，零件正面的加工基本完成，部分筋位及直角位因为刀具及位置的限制，无法进一步数控加工，需要用到电火花加工，根据数控加工的余量设计电极，如图12所示为正面电极，本文不再进一步阐述其设计过程。

图12　骨位清角电极

3　结束语

对于复杂、大型零件的机械加工，其工艺流程的编排是非常重要的。工艺编排时要综合考虑本身的机加工设备及能力，熟悉各工种各工序的加工需要及其加工精度，统一加工基准、装夹定位基准，才能得到更高的几何精度及尺寸精度，同时也提高生产效率降低生产成本。

［1］李维.UGNX7.5数控编程工艺师基础与范例标准教程［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［2］许祥泰，刘艳蔟.数控加工实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］李德林，顾国超.UG NX6数控编程实例图解［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［4］张远辉，王非森.数控加工工艺与编程［M］.北京：清华大学出版社，2009.

(编辑：向飞)

NCM achining of Large Die Slider Block

ZOU Bing-hui
（Occupation Skill Testing Authority，Guangdong ProvincialDepartmentofHuman Resourcesand Social Security，Guangzhou510115，China）

In this paper，the processing of a slider of a largemold as the case，described the process and NC programming of the slider with large volumeand thewidth and height ratio is relatively large.

die process；slider process；processstandard

TG76

A

1009－9492(2015)04－0089－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.024

2015－03－19

邹炳辉，男，1978年生，广东河源人，硕士，助理工程师。研究领域：机械设计与制造，职业研发与技能鉴定。