点击上方↑模具工业，关注我们吧
![]()
某产品的成形凹模是由经过淬火并深冷处理的Cr12MoV冷作模具钢制成，经过热处理，其硬度达到60~64 HRC，满足使用要求。这种钢材具有出色的耐磨性、耐腐蚀性和高强度，能在高温环境中保持稳定。图1所示为成形凹模的结构和外观。![]()
图1 成形凹模
通过对该成形凹模形状进行分析，发现该凹模可以通过以下步骤制造：首先，从侧视图出发，以工件圆弧圆心为基准点，将侧视图以X轴为法向矢量进行360°旋转；接着将旋转得到的圆柱体中与实际成形操作无关的部分进行删除，留下的即成形凹模的最终形状。工件的外形尺寸较小且形状不规则，使其在数控铣床加工圆弧曲面时装夹困难，也难以确保加工过程中的基准校准。为了方便数控铣床的加工，在前工序加工过程中预留了工艺台阶。数控铣床完成圆弧曲面的加工后使用慢走丝线切割机床将工件的外形切割至所需尺寸。而慢走丝线切割机床在加工前同样需要预留工件夹持的位置，因此，在前工序加工过程中也需预留工艺台阶以便于慢走丝线切割机床夹持，如图2 所示。![]()
图2 加工示意图
（1）快走丝线切割。使用快走丝线切割机床按图3切割一块淬火毛坯，毛坯外形留0.1 mm余量，为后工序精加工留出加工余量，加工完成后如图3所示。![]()
图3 快走丝线切割机床加工示意图
（2）成形磨床磨削外形。将工件毛坯按图4最大外形尺寸六面磨削到位，同时将10 mm的台阶磨削到位作为后工序数控铣床Z向基准，并保证尺寸精度达到要求。![]()
图4 磨削加工示意图（3）数控铣床加工成形面。以X轴及Y轴分中重合点为数控铣床加工原点（0，0），以磨削的10 mm台阶面为Z向基准点，精铣圆弧曲面到要求尺寸。成形凹模圆弧曲面的最小圆弧为R6.81 mm，最大圆弧为R12.96 mm，工件圆弧曲面最低点到圆弧曲面最高点距离为2.3 mm。考虑工件材料硬度高的因素，在选用刀具时尽量选择直径偏大的刀具，以减小加工过程中因刀具振动而造成工件过切现象。综合考虑后，数控铣床加工分别选择φ12R0.1 mm圆鼻铣刀及φ12 mm平底铣刀加工圆弧曲面。由于工件材料硬度高，在加工过程中对刀具损耗较大，分为粗铣和精铣两段工序加工。在粗铣阶段，使用 φ12R0.1 mm圆鼻铣刀对圆弧曲面进行加工，以去除大部分余量，并为后续精铣阶段打下基础。在精铣阶段，使用φ12 mm平底铣刀对圆弧曲面进行加工，以获得更高的加工精度和表面质量，加工过程如下。1）圆弧曲面粗加工工序。圆弧曲面侧面及底面分别留0.02 mm余量。采用UG NX加工模块中的等高铣功能对圆弧曲面进行粗加工，使用φ12R0.1 mm圆鼻铣刀，主轴转速为5 000 r/min，刀具进给率为1 000 mm/min，切削深度每刀0.05 mm，加工刀路如图5（a）所示。2）圆弧曲面精加工工序。圆弧曲面侧面及底面均精铣到要求尺寸。采用UG NX加工模块中的等高铣功能对圆弧曲面进行精加工，使用φ12 mm平底铣刀，主轴转速为8 000 r/min，刀具进给率为500 mm/min，切削深度每刀0.02 mm，加工刀路如图5（b）所示。![]()
图5 单件铣削加工刀路
（4）使用慢走丝线切割机床切割成形凹模外形。使用割一修三的加工方式保证镶件的尺寸公差和位置公差。该加工方法能加工成形凹模，但工件体积小，加工过程困难。无论是数控铣床还是慢走丝线切割机床，即使增加了工艺台阶和工艺夹头，工件校正基准时仍然困难，导致工件出现圆弧曲面位置度偏移以及工件垂直度偏差等问题。由于工件单件加工合格率达不到标准，基于加工进度及企业对于零部件制造不良率管控的要求，需对成形凹模的制造工艺进行改进，以减小各个工序加工难度和提升工件的合格率。通过对成形凹模形状及特征进行分析，工件沿侧视图以X轴为法向矢量进行旋转，将旋转得到的圆柱体中与实际成形操作无关的部分进行删除，最终得到所需工件。受此启发，在加工制造前，将工件以圆弧曲面圆心为基准点进行60°旋转角度的阵列排放。这样旋转得到的圆柱体镶件中可同时加工6个工件。为方便数控铣床夹持，在工件四周留有工艺台阶。此外，在数控铣床加工6个工件后，慢走丝线切割机床在加工前同样需要预留工件夹持的位置才能将工件外形切割。因此，在组合加工过程中，需提前预留工艺夹头以便慢走丝线切割机床夹持，同时在工件中心钻穿丝孔以便慢走丝线切割机床加工工件外形，如图6所示。![]()
图6 组合制造工艺
通过这种方法组合加工，数控铣床和慢走丝线切割机床在加工圆弧曲面和工件外形时可以一次装夹加工6个工件，不仅可以降低装夹校正难度，还可缩短校正辅助加工时间，加工方案如下。（1）因成形凹模采用1次加工6个工件的组合加工，圆弧曲面面积加大，圆弧曲面内部空腔余量过大，且慢走丝线切割需加工穿丝孔，此次采用未热处理方材开始加工。（2）使用快走丝线切割机床按图6加工未热处理方材，外形各面留0.2 mm加工余量。（3）数控铣床按图6粗加工圆弧曲面，并将慢走丝线切割机床穿丝孔加工到要求尺寸，加工过程如下。1）采用UG NX加工模块中的型腔铣功能对圆弧曲面的外形及空腔进行粗加工，使用φ10 mm平底铣刀，主轴转速为5 000 r/min，刀具进给率为 2 000 mm/min，切削深度每刀0.2 mm，加工刀路如图7所示。![]()
图7 组合加工粗加工刀路2）组合制造工艺的慢走丝线切割穿丝孔则用UG NX加工模块中的钻孔工序，使用φ4.0 mm钻头加工，主轴转速为1 000 r/min，刀具进给率为50mm/min。（4）采用淬火加低温回火将工件硬度热处理至60~64 HRC，并采取深冷处理工艺提高工件的韧性，淬火后工件实物如图8所示。![]()
图8 淬火后工件实物（5）使用成形磨床按图6最大外形六面磨削，四周外形及厚度均磨削到要求尺寸，并将10 mm台阶大面磨削到位，作为后工序数控铣床Z向基准，并保证尺寸精度达到要求。（6）数控铣床加工成形面。按图6以X轴及Y轴分中重合点为数控铣床加工的加工原点（0，0），这个原点是工件坐标系的原点，也是工件位置的基准，以磨削10 mm台阶面为Z向基准点：使用磨床将10 mm台阶面磨削到要求尺寸，并将其作为Z向的基准。精铣圆弧曲面及空腔到要求尺寸，加工同样分为半精铣和精铣两段工序，加工过程如下。1）圆弧曲面及空腔半精铣工序，圆弧曲面侧面及底面分别留0.02 mm余量。采用UG NX加工模块中的等高铣功能对圆弧曲面进行粗加工，使用φ12 mm圆鼻铣刀，主轴转速为5 000 r/min，刀具进给率为1 000 mm/min，切削深度每刀0.05 mm，加工刀路如图9（a）所示。2）圆弧曲面及空腔精加工工序，圆弧曲面侧面及底面均精铣到要求尺寸。采用UG NX加工模块中的等高铣功能对圆弧曲面进行粗加工，使用φ12 mm平底铣刀，主轴转速为8 000 r/min，刀具进给率为500 mm/min，切削深度每刀0.02 mm，加工刀路如图9（b）所示。![]()
图9 半精铣和精铣加工刀路
（7）使用慢走丝线切割机床加工成形凹模外形。根据图6组合制造工艺，慢走丝线切割机床以工件中心φ4.0 mm穿丝孔为起点，使用割一修三的加工方式切割工件外形。加工程序分为6段进行加工，支撑面留在5.5 mm台阶处。第一个镶件切割完成后取下，按同样方法继续加工剩余镶件。通过应用上述组合制造工艺方法，加工符合尺寸精度和表面质量要求的成形凹模。成形面的轮廓精度达到了±0.01 mm，位置精度达到了±0.005 mm，实物如图10所示，证明了组合制造工艺的可行性，可广泛应用于类似小型工件的加工。![]()
图10 成形凹模成品《模具工业》杂志不接受任何代理方式投稿，敬请作者访问网站投稿https://mjgy.cbpt.cnki.net/
订阅杂志请加发行部QQ2762515535或致电0773-5888375垂询
