一种微型异形难装夹模具加工工艺探讨

吴振宇王豪曹宏建

摘要：针对一种小批量微型、异型、难装夹模具的结构和尺寸特点，介绍了模具加工的工艺方法，加工过程中的关键参数、刀具选择，在UG中进行了工艺验证。并为电火花加工设计了专用夹具。提出了该类模具的加工工艺路线和加工方案，为加工该类模具提供了可以借鉴的经验。

关键词：小批量；微型；异形；难装夹

Abstract: For a the structure and size characteristics of the small batch micro-shaped, abnormal shape and hard clamping, introduced the mold process, the key parameters in the machining process and tool selection, and take process validation in the UG. EDM design a special fixture. This paper point out the class mold processing line and processing solutions for the processing of the class mold can learn from the experience.Key words: small quantities; miniature; shaped; difficult clamping

中图分类号：TG315.2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

引言

微型、异形、难装夹模具通常指尺寸较小，外形轮廓较为奇特并且难以装夹的一类模具。在特种医用材料的成型实验中，这类零件的应用较多，这类模具的整体尺寸小、刚度弱，同时为了满足某些功能要求，其形位公差要求较高。如何选择模具加工的工艺方法和参数，保证其加工质量和精度要求，是加工的关键所在。本文针对某特种医用材料成型模具的加工工艺进行了分析和探讨。

模具工艺分析和工艺难点

2.1 工艺分析

图1 零件图

如图1所示，该模具是微型、异形的轴类零件，材料为1Cr18Ni9Ti，尺寸精度、表面质量和形位公差要求较高。外椭球面和内槽表面粗糙度Ra为0.8，圆跳动误差要求不大于0.05mm，径向圆跳动为0.02;内槽两侧面的对称度为0.03mm。

2.2 工艺难点

（1）该零件的外形尺寸最大为40mm，加工时易变形。

（2）零件外表面的6个槽加工时不易装夹，并且有较高的尺寸精度和位置精度，加工过程中对加工方法和装夹方式提出了较高的能力要求。

（3）零件外表面轮廓的同轴度要求较高，对工件在车削加工时的装夹要求较高。

（4）工件的材料为奥氏体不锈钢，而奥氏体组织塑性大，易产生加工硬化，较难切削。容易粘刀和生成积屑瘤，影响已加工表面质量[1]。

加工工艺过程设计

通过对模具工艺分和加工难点分析，制定出以下加工工艺流程：（1）下料。棒料长100mm,直径为20mm。（2）固溶处理，使奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织，改善切削性能。（3）车端面及打中心孔（棒料伸出卡盘的长度为60mm左右）。（4）粗车外圆。按图纸要求精车椭球面，留余量0.3mm。（5）精车外圆。（6）切断（7）电火花加工外表面槽。外表面加工结束后，经过粗糙度和圆跳动检验合格后，再用专用夹具装夹进行电火花加工，最终达到图纸设计的要求。工艺流程图为下料－固溶处理－车端面及打中心孔－粗车外圆－精车外圆－电火花加工外表面槽。

加工工艺方案确定

4.1加工刀具的选择

切削不锈钢的刀具要有高的硬度，良好的耐磨性能和足够的强度[2]。由于硬质合金具有高的耐磨性和高硬度，因此采刀片材料为YG8，并且75度的外圆车刀。

4.2加工参数的选择

（1）切削用量的选择

切削用量的选择要综合考虑产品的加工成本、产品质量和提高刀具的使用寿命。粗车时主轴转速为600r/min，背吃刀量为2mm，进给量为0.2mm/r；精车时主轴转速为955r/min，背吃刀量为0.2mm，进给量为0.08mm/r。

4.3 车削加工工艺验证

在刀具和加工参数确定后，就可以对模具进行数控编程，然后调试机床加工进行。但是在实际的加工过程中往往会因为操作失误和程序错误造成刀具损坏、工件过切和干涉，甚至导致机床的破坏等。因此，在进行实际加工之前，采用UG的制造模块对工件进行虚拟制造可以最大程度地避免这种情况的发生。同时采用UG进行编程不但可以提高编程的准确性，还可以增加工作效率，降低成本和提高经济效益[3]。经过验证，以上的加工切削用量设置合理，并且刀具、夹具和工件之间未发生碰撞和干涉。

4.4 电火花加工

在对模具进行车削加工后，需要对其进行表面的6个槽进行加工，由于其尺寸太小，再加上车削时的切削力较大，容易在加工时对工件造成损伤[4][5]。又由于电火花加工可以加工任何高硬度、高韧性的导电材料，并且在加工时没有明显的机械力，可以用于加工低刚度工件和微细结构的加工。甚至可以用简单的电极加工出极复杂开头的零件，因此，对于椭球表面6个槽的加工采用电火花加工。

（1）工具电极

工具电极的常用材料有紫铜、石墨和钨等。紫铜的熔点较低，但导热性能好，因此损耗少；石墨的加工性能好，但是较脆，不宜加工薄片电极；钨的熔点高，价格昂贵又难于加工，因此在该模具加工中采用紫铜材料作为电极。其结构如图2所示，

图2 工具电极模型

（2）夹具的设计

在采用电火花加工时，模具的椭球面在进行电火花加工时难以装夹，采用通用的夹具不能满足加工需要。因此，设计一套专用夹具，其结构如图4所示，该夹具主要由底座、挡板和定位键组成。两侧挡板用M1X6的螺栓固定在底座上。

如图3 夹具结构图如图4夹具和模具装配模型

如图4所示的装配图，在进行电火花加工时将模具放在夹具座上，两侧的挡板内侧间的尺寸比模具的短轴多2mm，使其在水平方向上对模具定位。长轴方向的定位主要依靠底座两侧的锥面和定位键。底座两侧的锥面与长轴两侧的椭圆相切，定位键能使模具在竖直方向上定位，这样在加工时，不会因为移动而影响加工精度。其中，在加工第一道槽时，由于其位置可以任意，同时也为了使模具易放置，因此此时需将定位键移去。

（3）电火花加工参数

加工深度为3mm，脉冲宽度为600，脉冲间隔为2，峰值电流为0.2A。

微型、异形、难装夹模具的加工思路

传统加工技术和现代加工技术相结合。利用传统加工成熟的技术优势，同时结合现代加工技术以弥补传统机械加工技术的不足，这样在提高生产效率也使两种技术相互借鉴，互补长短。在加工该类模具时，可以考虑采用这种方法。

虚拟制造技术。在产品真正加工出来之前，在虚拟制造环境下对其进行产

品模型进行加工，生成刀具轨迹。并利用UG的加工模块对刀具轨迹进行仿真，以此来检验工艺安排的合理性。这样可以降低成本，降低工件的废品。该类模具的结构和尺寸特点增加了加工时的难度，采取虚拟制造技术进行验证可以更加快速高效地加工出产品。

（3）合理选择刀具和切削参数。由于此类模具的功能要求的特殊性，所采用的材料大多具有不易时进行切削加工的特点。因此合理地选择刀具和切削参数变得异常重要。

结论

通过采取以上的工艺方法，获得了对微型、异形、难装夹模具加工的具体方法和相关参数，解决了该模具的加工问题。

参 考 文 献

1安承业. 机械制造工艺基础. 天津大学出版社,2010.693～94

2徐文德. 机械制造工艺基础. 科学出版社 ,2009.354～60

3刘景复. 不锈钢的车削. 机械工业出版社,1981

4范仙红，杨萍. 斯特林制冷机薄壁气缸加工工艺研究．低温与超导,2010，7：33～34

5徐建高. 超长轴车削变形和工艺方法研究. 机械设计与制造,2008, 11：131～132

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。