塑料制品模具曲面数控加工中存在的不足及改进措施

薛秋浩

【摘要】由于一些塑料制品模具在生产过程中存在效率较低。因此，本文针对塑料制品模具曲面数控加工中存在的不足进行改进，具体是将整体与局部相结合、应用编程软件提高加工精度的方法来节约加工时间，提高工作效率。经实验后证明，改进后的加工工艺确实可以为企业带来较好的经济效益。

【关键词】塑料制品；模具曲面；数控加工

中图分类号 TQ320.52

一、塑料制品模具曲面数控加工中存在的问题

目前，模具制造公司在塑料制品模具曲面数控加工中虽然积累了丰富的经验，加工工艺经多次改进，企业利润也有了明显提高。但以下四个方面的问题，仍然影响着企业的生产效率的提高：

首先是，现行加工方案中，在粗加工完成后，留一定的加工余量，一般为0.4mm。半精加工对塑料制品表面整体加工后，留精加工所要求的加工余量一般为0.15mm。换言之，整个塑料制品曲面在粗加工、半精加工、精加工三个阶段都需要完整走刀，造成了对塑料制品模具曲面的重复切削，耗费了大量的工时，增加了刀具成本和能耗成本。

其次是，现行工艺在精加工过程中，根据曲面的实际情况采取等高铣和平行铣的方法进行加工。由于需要人工判断切削区域，所以只能采取保守的原则，让两个区域的一部分存在交集，以保证走刀到位，这样做的问题是造成交集部分重复切削，不仅浪费工时，而且影响交集区域曲面加工的表面质量。若将整个塑料制品曲面按照一种铣削方式进行精加工，虽然可节省交集区域重复切削的时间，但对刀具寿命和塑料制品表面质量的影响太大。

再次是，对于修筋与清根所需要加工时间占整个加工时间的25%以上。修筋与清根的区域不大，但如何对它准确的进行划定却一直是个难点，修筋与清根的刀具直径很小，加工区域的划分不准确对工时的影响很大。

最后是，由于塑料制品曲面需进行抛光处理，而抛光工序所占工时往往很大。经数控加工后的表面粗糙度值越低，则越能减少抛光作业的时间。生产现场采用的精加工刀具，其切削的参数如表1所示。

该加工参数属于常规铣削加工的切削用量选值范畴。根据现实需求的切削速度和每齿进给量分别为： ， ，二者均远远大于生产现场实际选定的切削用量，说明这一切削参数未能充分发挥该刀具的切削能力。

综上所述，出于对塑料制品模具加工生产率的考虑，同时也出于提高表面质量，减少后续抛光作业工时的考虑，有必要在塑料制品曲面的数控加工环节进行有效改进，缩短产品的生产周期，提高产品竞争力，为企业提高经济效益。

二、塑料制品模具曲面加工工艺改进措施

在塑料制品模具零件中，各类复杂成型曲面是实现丰富多样化的瓶型的重要因素，如何高效、精确的对模具曲面进行高质量加工是一项重要的工作。针对一部分公司塑料制品模具曲面加工存在的问题，结合公司实际生产条件，我们提出以下改进措施：

（一）应用整体与局部相结合的方法

也就是将“粗加工——半精加工——精加工”的“整体重复切削”工艺路线转变成“粗加工——精加工——局部精修整”的“整体+局部”加工工艺方案。传统加工工艺中，受机床和刀具的限制，粗加工一般不要求很高的尺寸精度，而且表面光洁度差，无法满足直接进行精加工的要求，所以总是保留比较大的加工余量，由半精加工后再次整体切削。即使由于刀具大小限制未能一次精加工到位的区域，仍然可以采取小直径刀具进行局部精修整。换言之，这种工艺路线将传统的粗加工、半精加工合为一个加工过程，避免了重复加工，缩短了加工时间。

（二）应用CAD/CAM软件提高加工效益

精加工过程中加工区域的重叠，清根阶段中区域的划定等问题都是由人为因素引起的，可以通过引入更具针对性的编程软件来减小或避免这类影响。

我们通过考察多种CAD/CAM软件，比较各款软件的特点。结合生产现实需求，选取并试用了Tebis软件，取得了明显的成效。

Tebis软件涵盖了CAD到CAM的全过程。主要包括新产品设计、零件设计、刀具与模具设计，从2.5D加工、3轴加工、3+2轴加工到5轴联动的铣削加工与激光加工等的自动编程，以及质量管理模块等。Tebis的造型设计尤其考虑了如何提高制造过程的效率，因而Tebis的刀具路径生成功能十分快捷。

应用Tebis的角度区域划分功能解决精加工过程中加工区域的重叠问题。将塑料制品曲面以30°角為界，大于30°采用等高铣，小于31°采用平行铣，采取两种不同的方法进行塑料制品曲面的整体加工，使等高铣用于曲面较陡的区域，平行铣用于曲面较平坦的区域（如图2）。这样避免了加工区域的重复，并且整个区域仅一次进刀，加工轨迹也更均匀、连续和光滑。

三、改进后的经济效益

为了测试以上两种改进措施的应用效果，我们分别在500ml饮料瓶和300ml饮料瓶模具曲面的批量加工中进行了相关实验。

表3所示为批量生产500ml饮料瓶和300ml饮料瓶单个曲面的加工时间数据统计结果，工艺改进后的数控加工效率分别提升了32.9%和26.8%，减少了刀具、人工、设备耗电等成本消耗。同时，也间接证明了数控加工工艺改进对促进节能、降耗的重要性。

若以某公司每年生产约5000副塑料制品模具，按照每副（2个）型腔节省1.61个小时计算，可节约数控加工时间8050小时，直接经济效益在100万元以上。制造周期的缩短，对于紧急加工任务而言更具重要意义。

参考文献

[1]戴达煌等编著.现代材料表面技术科学[M].冶金工业出版社， 2004

[2]孙德勤.模具材料及其表面处理技术的发展[J].新材料产业.2009（11）

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