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模具是制造業中使用最大、影響面廣的工具產品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產出被廣泛應用和具有競爭價格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現代批量生產中，沒有高水平的模具，就沒有高質量產品，它對企業提高生產效率、降低生產成本也有重要作用。模具制造已成為先進制造技術的一個重要組成部分。制造模具的材料通常是難加工材料，目前國內模具型腔一般都釆用電火花加工成型和高速加工技術。現代加工技術中，模具制造業是最早應用計算機技術來提高設計、制造水平的。自從現代高速加工技術被引進模具制造工業以來，計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助測量（CAT）、反求工程（RE）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）和快速原型制造（RP）等在模具制造中獲得了廣泛而有效的應用。下面只簡要介紹高速加工中CAM技術的應用情況。 由于模具的型腔大多數由復雜曲面構成，在高速數控機床上加工時，數控編程是一項繁重工作，編程質量在很大程度上決定了模具零件的加工質量。影響模具零件編程質量的主要因素有：加工工藝路線、刀具類型、走刀方式和方向、切削用量、轉角清根的處理以及加工精度與過切的檢查等。高速加工的工藝路線是影響模具制造質量的主要因素。以往加工工藝是否合理完全決定于編程人員的個人經驗，一不小心，常會忽略一些技術細節，如下刀點不正確、抬刀的安全高度不夠、走刀方式不理想、沒有定義過切檢查面等。如果在試加工中復查不嚴，不及時糾正，輕者會造成打刀、降低模具制造質量，造成工件返工；重者造成工件報廢，甚至發生人身設備事故。 在CAM軟件的模擬仿真環境下，這些問題可以得到很好解決；在計算機軟件上虛構出高速數控機床的加工環境，放上一個預先做好的“毛坯”，讓“刀具”進行動態模擬仿真，其情形就像真實加工過程一樣，仿真過程可以隨時暫停，仿真時間可以自由控制，以便編程設計人員進行檢查。模擬仿真結束后，編程設計人員即可根據“刀具”運行的情況和“工件”加工后的效果來調整加工工藝路線。這種虛擬加工技術，既可減輕編程人員的精神負擔，又可保證模具的制造質量。釆用高速切削技術（HSC）和CAD/CAM技術后，模具的生產周期可縮短約40%。 高速加工對加工工藝、走刀方式比傳統方式有著特殊要求，因而要求CAM系統能夠滿足這些特定工藝要求。為了能夠確保最大切削效率，又保證在高速切削時加工安全性，CAM系統應能根據加工瞬時余量大小，自動對進給率進行優化處理，以確保高速加工刀具受力狀態的平穩性，提高刀具使用壽命。CAM軟件在生成刀具軌跡方面具備了以下功能： 1.應保持刀具軌跡的平穩，避免突然加速或減速 2.應避免刀具軌跡中走刀方向的突然變化，以免因局部過切而造成刀具或設備的損壞。 3.殘余余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般應采用多次加工或采用系列刀具從大到小分層加工，避免用小刀一次加工完成，還應避免全力寬切削。 4.下刀或行間過度部分最好采用傾斜式下刀、螺旋下刀或圓弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料；行間連接采用圓弧連接。 5.刀具軌跡裁剪修復功能也很重要，可通過精確裁剪減少空刀，提高效率，也可用于零件局部變化時的編程，此時只需修改變化的部分，無須對整個模型重編。 6.刀具軌跡編輯功能非常重要，避免多余空走刀、抬刀，可通過對刀具軌跡鏡像、復制、旋轉等操作，避免重復計算。 7.可提供優秀的可視化仿真加工模擬與過切檢查。 生產實踐表明，高速加工技術在模具制造中有加工精度高、表面質量好和生產效率高等特點。舉幾個典型應用實例。 用制造插座的壓鑄模具為例，材料硬度為54HRC。釆用傳統加工時的工藝過程是：粗加工-線切割-淬火-EDM 成形-拋光，加工總工時為55h。釆用高速加工時工藝過程是：粗加工-淬火-HSC-拋光，加工總工時僅為14.5h。工效提高近4倍。高速加工后的模具表面質量極佳，還可大幅度降低生產成本。 另一個例子是連桿的鍛模，材料硬度為60HRC，原來用電火花加工型腔需15h，電極制作需2h，共計17h。改用高速硬銑削后，表面粗糙度達Ra0.5~0.6um，質量完全符合要求，整個鍛模加工只需200min，工效提高5倍。當用直徑為3mm 的球頭銑刀對鍛模型面進行精銑加工時，為了實現151m/min 的切削速度，主軸轉速應達到16000r/min。 以生產卡車外殼的大型模具為例，現在釆用高速加工方法制造，粗加工刀具為直徑25.4mm 的球頭銑刀，主軸轉速9000r/min，進給速度5000mm/min；精加工刀具為直徑8mm的球頭銑刀，主軸轉速20000r/min，進給量2000mm/min，高速銑削后達到的表面粗糙度為1um。因此不必再進行手工研磨，只需用油石拋光。和原來釆用的電加工工藝相比，手工操作時間減少了40%。 |