三维实体加工技术在塑料模具中的应用

　　潍坊模具厂自1997年引入UG设计软件之初就开始三维实体设计的研究。2005年潍坊模具厂三维实体设计与模具实型三维加工技术得到了有效的应用结合，部分解决了模具三维实体设计应用中存在的问题，缩短了模具的制造周期，削减了模具制造的成本。

　　泡沫实型整体加工的核心在于数控编程，程序的好坏很大程度上决定了模具的质量和外观。我厂整体加工编程的基本思路是实体剖切分层，翻转加工。拿到实体的第一步是先膨胀，将铸件的膨胀余量考虑在内，然后审查其可加工性，接着分层、编程、下料、编制程序单。通过固定编程操作顺序可以减少编程的出错率，也可以加速对新人的培养。

　　程序的好坏取决于两个方面，一个是编程前的分层，另一个是编程的技巧。好的分层可以充分提高材料的利用率，降低工人的劳动强度，同时方便后序的粘贴。分层的基本原则是：

　　(1)首先考虑机床的加工范围，受我厂机床加工能力的限制，最大料不能超过2000mm×4000mm×500mm;

　　(2)因泡沫材料为块状材料，大小为5000mm×1000mm×500 mm，所以每次下料的尺寸最好使用满足现有材料的尺寸，减少工人下料和粘贴花费的时间;

　　(3)分层前必须把有余量的部分贴好余量，防止分层后加工面和非加工面的混淆，漏掉加工余量，如底面、镶块、挡墙、导板、导向面、弹簧台等;

　　(4)分层时要考虑好机加工部分和手工加工部分，例如某些不在合适位置的减轻孔可以采用手工方式完成;

　　(5)吊耳部分加工程序复杂，数控加工完成后，外观质量不如手工制作好，所以应尽量避免数控机床加工，改由工人手工制作;

　　(6)分层厚度尽量不小于100mm，否则加工困难。

　　一修边模下模座下面举实例来说明贴量和分层的过程和注意事项：

　　拿到实体后，应先膨胀出收缩比，在UG中贴加工量，然后考虑分层。此件可分两层(如图1所示)，分为黄褐色和蓝色，红色为去除掉的量，加工完成后，手工粘贴这些部分。考虑到分层正好在滑料斜面上，如果直接在斜面上分下去会导致褐色局部太薄，不好加工。所以在分层时候，不选用直接水平分割，而是先向下分割再水平分割，这样薄弱部分就得到了加强(如图2)。

　　图1 分层后的模具原型

　　图2 经过科学分层后的修边模下模座

　　对于一些细长件，因为加工时装夹困难，所以尽量在宽度上扩充，可以作辅助筋或者多件联合加工。 使用辅助筋连接方法一次加工两层，大大提高了生产效率。

　　此件分层后，两层并排，通过中间红色部分的辅助筋连接，加长了宽度，降低了加工的难度，同时一次加工出该部件的两层，提高效率50%以上。

　　对于形状特别复杂的件，可通旋转、并结等方法来分层。

　　图3为一成型模，多出负角，如按照常规方法分层则层数会很多。现考虑如下的方案：底座一部分，两端头单切除，旋转180°并结成一体。凸模部分从中间劈开，同样旋转180°对接。分层如图4、5、6所示。

　　图3 外形复杂待加工的模具原型

　　图4 凸模部分

　　图5 两端头旋转对接部分

　　图6 底座部分

　　实践证明，此分层方法有效地解决了模座的负角等问题，完全满足编程和加工的需要。

　　分层后，程序编制也同样关键。经过摸索，根据我单位使用的机床和刀具情况以及泡沫的特有加工性能，我们总结出了许多经验并做成了规范。泡沫分层后，程序分两面编制，第一部分应为平缓面，加工完后绕坐标轴旋转180°编制另一面的程序，编程坐标系位置不变，仅随旋转轴旋转180°。在编程中，基准大平面，如底面等，可不编程，交由设备操作者完成。型腔部分使用?0球头刀和D40R10立铣刀编程，平台部分编程选用UG的mill_planar，使用刀具为D40R10，三维加工型面部分使用刀具?0球头刀和UG的mill_contour编程。在使用mill_planar时，注意单层切削深部不能超过100mm，否则加工量太大，容易使整个工件产生晃动，影响加工质量。编程时注意，应先加工压板台等高台部分，防止高台部分铣成细台，后加工的时候容易一加工就折断，影响实型质量。对于轮廓，采用顺铣编程。

　　以上面的分层为实例：

　　先铣底面，以平面铣来尽量铣光余量，对于有型面部分采用固定轴铣。要尽量铣光余量，方便翻转后编程，走刀路径如图7所示。

　　图7 零件的走刀路径

　　底面加工完成后，加工坐标系的x周围旋转轴，坐标圆点不动，编制另一面的程序。此面同样先以平面铣分层去除大余量，对于三维型面部分，采用球刀固定轴编程的方法，保证型面的完整加工。最后，程序为零件留下剖断痕迹，方便操作者将两件剖开。同样，走刀路径如图8所示。

　　图8 数控加工的走刀路径

　　编程完毕后，使用仿真软件仿真，得到加工完毕后的3D示图，如图9。

　　图9 仿真得到加工完毕的3D示图

　　从仿真分析结果看，该程序完全满足了加工的要求，保证了加工零件的高质量。

　　程序完成后，应编写实体剖切工艺方案单和加工程序单，剖切工艺单中要写明分割的方法以及需要粘补的部分，应以不同的颜色标明分割层次和需要粘贴的部位。同时，还要写明每部分对应的所需下料的毛坯尺寸，标明每层实际的最大尺寸。加工程序单除和普通程序单一样要说明图号、件的名称和程序名称、对应刀具、编程基准等常规选项外，还必须说明此层是以何种方式翻转的以及具体的翻转轴。如局部有过低的部分，必须在程序单中注明来提醒操作者注意，防止铣到机床底面。

　　完善的编程使操作简化到机床操作者只需进行简单的找正、对刀、翻转等，操作者只需要在不同的部分，如影响外观的轮廓、加工型面等不同部位，采用不同的进给和转速，就可以轻松地完成加工任务。