精密汽车注射模具数控加工精度提升探析

何佳春

( 深圳市大族数控科技股份有限公司，广东 深圳 518103)

近年来，国家大力发展汽车工业和基础工业，汽车工业的发展离不开精密汽车注射模具的发展，而模具的发展和制造离不开加工制造，现在市面上大部分的精密汽车模具都采用数控加工，数控加工汽车精密模具有着独特的工艺优势。汽车精密注射模具制造是工业和汽车领域的装备基础设施。随着数控加工技术在模具制造领域中大量的应用，各式各样的数控机床的的自动化和精度都在不断的提高。汽车精密注射模具数控加工的精度对模具整体加工的精度提出了更苛刻和严格的要求，特别是复杂大型的汽车注射模具加工，同时也对注射模具加工精度提出了更高的挑战。对于模具设计加工制造企业来讲，提升模具自身的加工精度，不光是提升产品的质量，更重要的意义是提高模具制造企业在行业领域中的核心竞争力的关键点。因此，机密汽车模具加工制造行业必须在现有的工艺和硬件基础之上，升级精密汽车模具制造加工过程标准化、流程化、效率化、专业化程度的提升，采用数控加工技术提升注精密射模具加工制造的精度。本文主要围绕汽车精密注射模具本身的加工策略特点、工艺控制方法、精度控制方法等几个方面展开进一步的论述。加工制造，现有的模具包括前保险杠、后保险杠、仪表台、门板、内饰板、ABC 柱、及汽车内外覆盖件等注射模具。大部分汽车模具能够满足目前使用场景，客户定制的汽车注射模具基本不会按照统一规格与尺寸进行大批量加工，其具体要求是根据客户提出的的使用需求进行非标定制化生产和出货，出厂交付的汽车注射模具具有各自特征和特性，基本是个性化、单件、小批量的生产。因此，在汽车模具的前期设计与后期制造的过程中，技术人员必须加强与客户方的技术和市场人员密切沟通交流，明确客户对模具的具体需求，包括预算、材料、使用场景、性能、等方面，清晰的了解模具的实际用途和工况以及主要特征，依据设计图纸，逐个检查校核，控制设计图纸结果的严谨性与合理性，保证设计结果的满足客户实际使用需求，并且能够超出客户的需求。

在模具加工和制造的各个环节，工程师需根据客户的需求制定加工各工艺参数和策略，在保证模具本身有较好的加工和使用性能，首先要确保设计上的合理性和经济性，其次还需对模具数控加工各个环节进行总体的质量和过程把控，防止生产加工过程中出现与设计尺寸存在较大偏差。

1 汽车精密注射模具生产加工特点

现在市面上的精密汽车模具基本都是单件小批量

（1）在模具的数控加工环节中，每个操作员的技术水平、工艺理论、加工习惯都不同，为了保证工艺的统一，需要对操作员和编制人员进行在岗的培训，统一的在岗培训能够大大的提升效率，降低错误的产生，确保操作员和工程师能够独立完成相关工作，并且要求操作员严格按照作业指导书和图纸进行编程和加工，防止因操作人员工艺的设置不合理、操机水平欠缺等人为因素导致模具加工精度降低，不能够满足设计要求，降低加工质量而造成的模具的报废。

（2）在模具开始生产加工中，操作员必须每个班次查看机床点检表，按照点检表的要求检查机床的工作情况，及时的排查异常情况，重点关注生产加工流程，检查数控设备加工程序是否存在错误、异常，同时，在生产加工之前，使用CAM 软件进行程序的校验和模拟，或者在机床上进行空运行，检查刀路有无异常，确保加工程序正确合理和无误。

（3）根据客户的实际需求寻找最合理最经济的加工设备和工艺路线，能够使用三轴数控机床完成的工序就无需选用五轴机床，在满足客户对汽车模具的要求条件之下，采用降本增效的原则，合理选用设备和工艺路线，降低模具的加工制造成本。特别在保证注射模具加工尺寸满足图纸精度要求的前提之下，降低成本是重要的策略之一。

（4）采用数字化加工流程管理，现代模具生产制造中，越来越多的环节采用数字化管理，如ERP 系统的应用，能够大大的提升加工沟通的效率，降低生产成本，提升制造效率，在数控加工环节中采用数字化流程的管理是现代制造的革新。引入ERP 等系统的管理，能够规范模具的制造流程。

2 注射模具加工精度提升控制的策略

2.1 刀具的正确选用

汽车精密注射模具由于结构复杂，并且各种结构的工艺特点要求很高，特别是需要考虑后续的装配环节，有的大型汽车保险杠模具光镶件都有上百个，还包括了水路、胶位、顶针、分型面、排气槽等复杂的结构，每一个结构的加工都非常的至关重要。所谓工欲善其事必先利其器，选用好的刀具是模具数控加工的开始。现在失眠上的刀具参差不齐，各种品牌和各种价位的刀具都有，选用刀具的原则是要满足加工性能的前提之下，还要考虑大到经济性，并不是越贵的刀具就越好，其次是考虑刀具的寿命，现在国产刀具的发展越来越好，很多的国产刀具都替代了进口刀具，在成本上有着大幅的降低，以汽车精密注射模具的加工为例，我司的大多数模具都是使用P20 的材料，根据P20 材料的性能，选用的刀具既要满足加工，又要经济性。精密模具的数控加工应根据机床的技术参数、加工材料的特性、模具的结构、切削用量和加工表面形状来合理选择数控刀具。在满足模具加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具刚性。在汽车注射模具加工中，精加工使用最多的是球刀，还要考虑球刀的半径和加工型面的匹配。如果刀具选择不好，会加快刀具在模具加工中的快速磨损，所以选择合适和合理的刀具是提升精密汽车注射模具数控加工的途径之一。

2.2 装夹方式的合理选用

刀具的装夹方式很多，要根据模具所加工的结构，工艺参数进行调整，刀具的正确装夹，是确保模具数控加工精度的关键之一。在模具的数控加工中，损坏最多最严重的刀具就是立铣刀和球刀，主要原因出在刀具安装、主轴转速、进给量和程序上，球刀的刀体比较小，比如直径1 mm 的球刀，刀刃和刀杆都比较小，在加工的过程中受力较大和振刀时，很容易发生断刀的问题，所以在安装球刀时候需要经可能的使用匹配的刀柄，并且刀杆不宜太长，太长会在加工中强度不够，并且还会影响模具加工的精度和表面的光洁度。内孔刀和钻头要根据深度进行选择，预留合适的预留量，只要不发生干涉即可。刀杆伸出长度不要太长，过长会因刀杆刚度差产生震动，从而影响型腔加工质量。还有立铣刀，10 mm 左右的立铣刀在汽车精密模具数控加工中一般用于中光工序，吃到量较大，要选择合适的刀柄安装，同意的刀杆不能伸出较长。在立铣刀装夹前，一定要先用清洗液，将刀柄和刀夹内孔上的油膜清洗干净，并且擦干后才能装夹。

2.3 合理编程

现在的汽车精密模具由于结构复杂，基本都采用数控编程，参考点有增量和绝对二种方式，增量方式编程，是以前一点为参考点，每一段程序都是以前一点为参考点进行计算坐标值，多次运行之后就会产生累积误差，现在的复杂结构模具加工时都采用绝对编程，每一次的运行都是以对刀点进行计算，基本上不会产生累积误差的情况，使用不同的编程方式，可以大大的减少数控系统的累积误差。编程的同时也需要注意使用参考点的技巧，一个结构加工完成之后可以插入回参考点，每一次的回参考点，数控系统会重新的计算，这种技巧可以减少累积的误差。保证加工精度。以三轴机床为例，在相同的程序和刀具中，利用刀具半径补偿和长度补偿，可进行粗精加工。在开粗时，通过在刀具半径补偿和长度补偿中输入适当的数值预留精加工余量，原料开粗之后，根据测量情况在刀具半径补偿和长度补偿中输入检测的数值，再进行模具光刀，尺寸基本上在公差范围内。编程完成后，还需要对程序进行2 次以上的反复校验，一般的编程软件都都自带模拟功能，如UG、Powermill 等。通过测试检验绝对坐标与增量坐标编程的准确性、可靠性。

2.4 编程软件的选用

市面上的数控编程软件很多， 如UG、Powermill、mastercam、WorkNC 等，以上四款软件是各种汽车注射模具数控加工编程中使用比较多的类型，还有一些公司可能还会使用其他的软件。每一款软件都有自己独特的优势，选用最合适的编程软件不断能够提升加工精度和质量，还能够降低成本，那么就以软件的稳定、价格、便捷性、程序的合理性为原则，Powermill 和WorkNC 就比较符合了，能够满足3～5轴的数控机床加工编程，在这2 者中，WorkNC 最为合适，它在具备以上几款软件的功能之上，操作界面简单、功能单一，没有其他的模块，非常适合作为专用的模具数控加工编程，工程师即可使用软件进行编程，还具有自动优化，机床、刀具和刀柄一比一仿真模拟加工，上机非常安全。同时，WorkNC 作为编程软件，有着多种刀路策略和工艺参数选择，可以智能化的生成我们所需要的刀路，根据不同的材料，不同系统的机床，都可以完成刀路生成、刀路模拟，各类自动化干涉碰撞检测使刀路更加安全、可靠、高效。

2.5 优化工艺参数

汽车注射模具数控加工工艺参数主要包括主轴转速( 切削速度)、切削深度、进给量，合理的选择工艺参数不光能够提高加工效率，更为更要的是提升加工精度和表面质量，实践经验证实，制定适合本产品的加工工艺参数，在同等条件之下，能够提升精度，改善表面质量，如图1，该模具为汽车内饰板注射模具，结构复杂，型腔大、分型面复杂的特点，需要制定合理的工艺参数，需要具体到每一把刀具，特别是分型面的曲面加工。所以选择合适给工艺参数，能够有效的提升加工精度。

图1 福特汽车内饰板注射前模

2.6 误差补偿策略

汽车注射模具数控加工过程复杂，尤其是结构复杂的模具，那么误差的产生和累计也非常的多，在数控加工过程中产生的误差主要有：对刀误差、系统误差、刀具磨损误差、热变形误差、丝杆间隙、传动间隙等方面，误差虽然不能够消除，但是可以减小，我们可以减小我们可控的误差，提升加工精度，如：刀具磨损误差和丝杆间隙误差；在加工之前，我们采用试切的方式，测量的数据和实际数据做对比，得出Δ差值，然后根据Δ差值设置等量的刀补即可。在加工中也要随时的观察和中间测量，特别是刀具磨损，以P20 的材料为例，在分型面加工时，需要及时的测量，当刀具磨损时，会产生加工尺寸大于设计尺寸，相应的加上刀补即可（长度和半径）减小误差，提升加工精度。

2.7 装配修正加工法

注射模具加工完成之后，装配试模才是模具零件精度的检验终极考验，模具装配要根据作业指导书严格进行，同时要配合客户提出的相关要求。基于模具的整体装配精度，除了和零件自身精度有关，还会受到装配工艺方法的影响，即便零件精度满足要求，如果所选装配方法不合适，也会影响模具整体精度。在大部分的汽车模具装配中，会对单独的零部件进行装配前的质检，装配完成之后再进行统一的出厂检验。在这里，我们主要研究零部件加工的精度提升和控制方法。在装配的环节中，经常会因为某一个部件产生误差，与设计尺寸有误差，而造成分型面无法到丹（此处使用蓝丹或者红丹），是非常麻烦的，当模具的组建较多时，还会相互之间有关系，相当的复杂，如果采用单个部件的修正，可能还会产生新的问题，也就是其他地方无法到丹，严重影响模具的装配质量和装配效率；此时可采用装配之后进行整体的二次加工，可以大幅度提升模具的精度，改善各部件精度误差不一致的问题，从而有效的解决分型面到丹不均匀的情况发生，此种方法在部件较多的复杂汽车注射模具加工中使用较多。

2.8 其他措施

模具各零部件在加工之前和加工之后都会存在和产生内应力，内应力如不及时的减小和消除，会产出部件的开裂和失效等一系列问题，在提升精度的同时，还要关注内应力的消除措施，在加工之前，常用的内应力消除手段和方法是回火，也称为热时效消除，还有当下应用较多的手段，采用震动时效消除内应力，通过震动设备和模具部件一起共振消除，特别是对复杂的精密汽车模具内应力消除。

3 结语

总而言之，各种精密汽车注射模具的数控加工方法很多，减小误差，提升和控制精度的方法也有很多，提升加工精度是模具制造和生产当中一个至关重要的技术要点，只有在不断的实践和总结分析当中，才能够得出相应的策略。随着汽车行业的不断崛起，模具加工被数控加工所替代，我们技术人员需要不断将知识技巧和实践相融合，在实际的生产中深入研究和分析，逐步的攻克各种精度提升的策略。加强专业技术人员的学习与培训，改进汽车注射模具加工工艺，提高数控设备误差补偿等方面进行切入，提高模具的性能和加工精度，从而整体提高汽车模具的加工精度为目的，推动我国汽车模具工业的发展。