基于注塑模具型面高速切削与抛光复合加工的研究

焦涛

摘 要：基于高速切削技术和曲面抛光原理，对切削抛光复合化关键构件进行了介绍，重点对注塑模具型面高速切削、切削与抛光的衔接和抛光工序进行了探讨，以期为注塑模具复合加工提供一定的参考和借鉴。

关键词：注塑模具；复合加工；高速切削；抛光工序

中图分类号：TQ320.5+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.086

1 高速切削技术和曲面抛光原理

1.1 高速切削技术

模具开发的终极目标是创造比自身价值高的产品，模具的生产水平直接影响着产品质量。近年来，随着汽车、建筑、航空、电子等产业的快速发展，人们对模具加工提出了更高的要求。通常情况下，模具加工既要保持快而稳的切削速度以及恒定的给进速度，又要确保插值精度和生产效率。以高速切削机床为例，其采用多轴联动的运行方式，可满足复杂零件的加工要求；控制系统在数控和伺服方面兼具插补功能，可满足加工精度和加工柔性的要求。为了适应自动换刀的需求，高速切削刀具基本形成了统一形式的刀柄。在生产实践中，高速切削刀也有一定的缺陷，比如，如果切削余量较大，则难以实现高速行刀。因此，只有不断改进相关技术，才能更好地满足复杂曲面混合造型等高难度加工的要求。

1.2 曲面抛光原理

模具曲面的抛光过程十分复杂，会受到多种因素的影响。基于自由曲面抛光原理，有必要对曲面抛光接触、抛光时的摩擦力和相关工具进行综合分析。因此，从整个加工过程的角度看，应确保高速切削设备性能的充分发挥；从复杂曲面模具数控机床加工过程的角度看，首要环节是分割刀具与工件的相对运动坐标，确保在既定零件程序内形成最小位移量的移动，从而有效控制刀具的运动轨迹。为了提高加工的精度和质量，需要保证刀具完成固定直线段的加工任务。概括而言，抛光加工模型原理可分为微切削作用、塑性流动作用、化学作用和弹性破坏等部分。模具抛光摩擦分析显示，抛光过程中产生的表面去除量与法向抛光力、模具表面相对滑动距离成正比，与模具硬度成反比。无论采用手工加工方法，还是采用机械抛光方法，都需要改变法向抛光力、抛光工具的线速度等工艺参数，从而获得预期的抛光效果。不同模具的型面对抛光的要求不同，比如，型面较粗糙时，应选择较硬的磨粒，并增加粗抛量；型面较精细时，应采用微细磨料去除抛光表面的氧化膜层。

2 切削抛光复合化构件及其加工方案

2.1 关键构件

要想确保模具制造精度和抛光过程的易控性，就要保证抛光工具的表面质量和有效控制抛光压力。其中，对抛光压力的控制主要体现在以下2方面：①保证抛光路径处于加工范围内；②重点控制行刀路线和切削参数，以免在模具表面出现切痕。在抛光工具的设计中，设计人员应注重误差分析，严格按照规定加工复杂模具型面，并将曲面离散成一系列的微平面。操作过程中的曲面各点法矢量不固定是导致刀轴矢量发生变化的主要原因。一旦出现误差，则刀具的运行轨迹会由直线变为曲线。因此，在刀具运行轨迹变化的过程中，需要明确节点坐标值，并密化各节点件的数据点。

注塑模具型面的加工依托于数控技术，因此，要想提高加工精度和产品质量，就必须有效控制数控加工中的误差。在抛光工具的使用中，应注重平衡分析。高速加工工具系统由刀柄、刀杆和刀片等精密组件构成。工具系统出现不平衡现象的主要原因是设计、制造、装配等环节存在的问题，比如，刀具材料加工中的金相缺陷、刀柄制造中的圆度误差和刀具切削轨迹偏移等。目前，在抛光用具自动化方案中，有在线调压模式和预冲压模式可供选择。在抛光用具的在线调压模式中，高速切削中心的加工更加关注电主轴的热变形问题，而应用HSKA型刀柄能解决这一问题。由此可见，借助冷却通道提供压力具有可行性。

2.2 加工方案

高速切削抛光复合加工方案主要由高速切削、切削与抛光的衔接和抛光工序三部分组成。其中，高速切削建立在残留模型和平面片离散加工模型的基础上，根据自适应理论和加工误差补偿方法，通过刀位点加密控制误差，并引入了误差补偿，以提高加工精度；切削与抛光的衔接可采用行切法和环切法，具体工序包括抛光液的选择、研磨抛光理论模型的建立和抛光轨迹的选择；在抛光作业中，抛光轨迹应均分布在型面上，且保证行刀的相对速度具有单向性，从而使加工表面光滑。此外，对于拐角部位的处理，需要在高速切削中密集化该部位的切削轨迹和增加切削次数，以降低表面粗糙度。

3 结束语

目前，注塑模具型面高速切削和抛光复合加工的优势越来越明显，相关技术得到了广泛应用。随着模具型面设计要求的不断提高，相关作业程序越来越复杂，加工难度也越来越大。因此，优化高速切削抛光复合加工方案具有重要的理论和现实意义。

参考文献

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