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MasterCAM残料加工在塑料模具加工中的应用

模具加工过程中,容易出现大量前一把刀具加工不到位的地方,在这些地方往往是出现残料地方,这些残余部分在加工过程很容易造成下一把刀具断刀、刀具磨损加剧、加工不稳定、加工效率慢等情况出现,使编程人员往往需要单独编出残料区域的程序进行清理,或者用刀具路径进行一次全面的由上往下的加工,这样造成程序编制时间长和模具加工效率低下,而且容易出现漏切、清除不到位的情况。为了解决这一问题,本文将用实际案例阐述MasterCAM残料清除在模具加工中的应用。

残料区域对模具加工的影响:

(1)残料区域具有形状不规则,区域分布散,残料余量不均匀等特征。切削加工中造成加工不稳定,对刀具造成一定冲击和加剧刀具磨损,严重时更导致夹刀、刀具断裂、工件过切等危险情况的出现。

(2)对程序编制的影响,残料区域的出现,往往需要编程人员独立编制出数个单独的刀具路径来进行清除,且往往存在大量空切削的路径,导致加工时间加长,编程时间加长等严重影响效率的情况。

分析残料区域的产生:

(1)复杂的外形会形成一个接近封闭或完全封闭的区域,由于刀具直径不能通过或无法进入这些区域进行切削加工,无法把残余材料给切削出来,造成该区域无法加工,那么这个区域将产生残料。如图1所示,斜线部分由于无法达到螺旋下刀的进刀条件,又不能采取直插的危险方式进刀加工,所以导致该区域大量残料。

(2)小圆弧转角区域残料,在复杂的模具形状当中,存在不小的转角、尖角、小圆弧转角的位置。往往要配合一定直径的刀具才能加工,用大刀开粗完之后无法到达这些转角位置时,将会产生大量的残料。如图2所示,由于刀具半径过大,无法加工小半径的内圆弧,从而产生的残料区域(斜线部分)。

(3)由于刀具圆角半径无法加工到边角位置,产生的残料区域。

在模具加工中,需要用到带圆角的刀具进行加工,例如粗加工应用中,往往需要带很大刀具圆角的开粗刀来进行加工。在加工过程中将会产生刀具圆角不能加工到的区域从而产生残料。如图3所示,由于刀具D30R5mm圆角导致地部直角位置不能加工到位,造成残料的出现。

模具加工操作流程介绍

(1)分析图形。

(2)坐标设定。

(3)选择刃磨加工刀具。

(4)编制刀具路径:1次开粗加工、2次开粗加工、残料粗加工、半精加工、精加工。(5)NC后处理程序。(6)车间PC机。

(7)检查工件、上机分中对刀进行加工。(8)完成后检查测量。

图形分析

图4所示是一个典型复杂的模具型芯,模具大小为220×140×40mm,材质为模具常用的718H钢,同时拥有多个型芯,菱角与转角(小R角)位置较多,存在大量半封闭空间,有多个台阶等。在加工过程中,残料区域往往在这些加工不到位置出现,大直径刀具无法到达,产生大量残料。因此需要使用到MasterCAM残料加工方法,来进行有效的残料清除,进一步提高加工质量、效率和加工稳定性,如图4所示。

坐标设定

根据模具的形状呈规则四方形,把模具顶部正中心设定为加工坐标原点,长度方向为X,宽度方向为Y,如图5所示。

残料刀具选择与刃磨

经过MasterCAM 3D图形分析后确定。

(1)开粗选用D30R5mm圆鼻飞刀。

(2)二次开粗选用D17R0.8mm圆鼻飞刀和D10平底刀。

(3)残料加工刀具选择,根据MasterCAM 3D图形分析,经过2次开粗后,大部分余量已被清除,还有存在着由于刀具圆角和刀具无法到达的位置出现大量残料。因此先使用直径φ8mm平底刀进行大范围的残料清除,主要清除刀具圆角产生的残料区域。

然后根据模具位置最小R内角为R2mm,选用直径φ4mm平底刀进行小内圆角残料的清除。

刀具刃磨:刀具是加工过程中不可或缺的工具,刀具的好坏直接影响加工质量和效率。在残料加工中,残料通常呈现不均匀,分布散且多,加工过程中十分不稳定,一把抗冲击的刀具是十分好的选择,而且刀具还要具有一定的轴向切削能力,是模具加工中残料加工合适的刀具。一般模具加工厂往往不能提供新刀具,需要自己刃磨出合格的刀具,刃磨出适合残料加工的刀具在残料加工中至关重要。

刀具前刀面磨出带有刃角0°~1°的副前刀面,这样刀具的副切削刃将具有一定的抗冲击能力,避免在不均匀的残料切削中造成崩口、破裂等状况出现。如图6所示。

磨出端面过刀具中心副切削刃,刃磨时使端面切削刃通过刀具中心,使刀具具有一定的轴向切削能力,避免铣刀中心无法切削,出现顶刀、逼断刀具的情况出现,从而适应复杂的加工环境。如图7所示。

切削加工参数

模具加工中,主要的切削参数有:主轴转速,切削进给速度,下刀进给速度,加工余量,切削深度,切削层厚度,加工行距等切削参数。

根据模具零件材料硬度和刀具情况选用一下粗加工和残料切削参数:

(1)一次粗加工。

D30R5mm圆鼻飞刀:主轴转速1,800转/min,切削进给速度2,500mm/min,下刀进给1,000mm/min,切削层厚度0.3mm,加工余量0.4mm。

(2)二次粗加工。

D17R0.8mm圆鼻飞刀:主轴转速2,200转/min,切削进给速度2,400mm/min,下刀进给800mm/min,切削层厚度0.2mm,加工余量0.2mm。

D10mm合金涂层平底刀:主轴转速2,400转/min,切削进给速度2,200mm/min,下刀进给800mm/min,切削层厚度0.2mm,加工余量0.2mm。

(3)残料粗加工。φ8mm合金涂层平底刀:主轴转速2,500转/min,切削进给速度1,800mm/min,下刀进给600mm/min,切削层厚度0.12mm,加工余量0.3mm。

φ4mm合金涂层平底刀:主轴转速2,800转/min,切削进给速度1,500mm/min,下刀进给400mm/min,切削层厚度0.1mm,加工余量0.35mm。

为了避免残料加工中,由于上一把刀具磨损而切削不到位导致残料清除的刀具产生大面积的刃带切削等状况,残料清除区域将选用比粗加工更大的余量来进行加工。

MasterCAM残料加工

模具经过一次开粗和二次开粗之后,大量余量被清除掉,以下是进行残料清除,以便提高后续半精加工和精加工的安全性和稳定性。

选择MasterCAM机床列表,选择对应加工的机床。

打开MasterCAM刀具路径列表,选择曲面粗加工进行粗加工刀路的选择,选择粗加工残料加工进入MasterCAM残料加工模块。

(1)设置切削参数:在刀库选用φ8mm刀具,主轴转速设定为2,500转/min,切削进给设定为1,800mm/min,下刀进给设定为600mm/min,选择高速提刀。

(2)设置加工参数:安全高度设定为20mm,离开工件增量高度设定为4mm,下刀进给高度设定为2mm,加工余量0.3mm,刀具在加工范围中心。为了避免提刀过高,增大切削效率,应选择合适的下刀高度和工件增量高度。

(3)设置残料加工参数:由于残料加工属于粗加工,避免计算刀路效率低,选用一个较低的切削精度,这里选用0.022为“整体误差”。每刀切削量设定为0.12mm,间距3.5mm。为了加大范围切削,避免刀具直接进入残料区域造成比较大的冲击,应设定“延伸距离”为1mm,进刀方式为打断,进刀半径为R1mm,进刀角度90°,进刀距离为0.5mm,使刀具在没残料区域以圆弧方式逐渐切入残料区域,提高切削稳定性。为了提高加工效率和避免插刀情况的出现,选择“刀具路径最佳化”和“避免插刀状况”这两个选项,并选择“双向”切削。设定切削深度为最高点到模具分型面。

(4)设置残料参数:选择“所有前面的操作”作为残料计算的依据,设置“材料解析精度”,高解析精度可以使残料计算更为准确,但是所用计算刀路的时间长,精度低会产生计算残料的精度低,容易造成残料漏计算,严重时会出现插刀现象,所以,应设置为0.13残料的解析度。可以根据前一把刀的磨损状况来设定残料区域的增加或减少,这里选择增加残料区域0.02mm,是为了避免前一刀具产生磨损而设定的参数。

按上述方法,编制出φ4mm刀具第二次残料清除加工。

在MasterCAM残料粗加工编程中需要注重3个参数,一个是加工余量,一个是材料解析度和残料范围的增加和减小。另外要注意加工刀具的协调与配合,避免小马拉大车的情况出现。完成后,注意检查是否有插刀过切等现象出现。残料清除前后对比如图8、图9所示。

经过对比按传统编程手法编制出的刀具路径,效率低,速度慢,严重影响加工效率,而且加工不稳定,出现危险的情况比较多。通过MasterCAM自动残料清除刀路后,加工时间缩短1个多少时,编程时间减少一半以上,没有出现漏切情况,进刀方法相对平稳,加工安全性高,对后续加工质量有很大提升。残料加工刀具路径如图10、图11所示。

通过MasterCAM自动残料粗加工结合合适的刀具对模具进行高效的残料清除,有效提高编程速度,加工安全性,加工稳定性,避免了残料造成的种种影响,缩短了加工时间提高模具产品质量,为企业创造了价值。

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