数控铣加工模具零件工艺的优化策略分析

区颖勤

摘要：本文对数控铣加工模具零件工艺的优化进行探讨，介绍了数控技术的发展及特点表现、模具数控编程基本流程的优化，对数控铣加工模具成型面模块的优化设计及数控铣加工模具零件工艺的优化方法展开了讨论。

关键词：数控铣；模具零件；加工

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2015）09-0089-02

一、数控铣模具零件加工工艺现状及问题

在现代工业生产中自动化技术被广泛应用于各种金属部件，其具有独特的技术特点和显著的经济效益，所以一直以来围绕铸造工艺，铸造模具和数控铣加工进行了大量研究，取得了许多开创性的研究成果。模具零件加工工艺与加工设备是相辅相成的，是互相依存的关系，先进的模具零件加工工艺是建立在先进的模具零件加工设备之上的，而没有模具零件加工工艺的研究与提高，先进的模具零件加工设备也不可能研制出来。模具零件加工工艺的进步必须要以可靠性高，技术性能优越的数控铣加工作为前提。所以要想获得高质量和高品质的压数控，就必须不断地改进模具零件加工工艺，研制出可靠性高、性能优异的模具零件加工设备。模具零件加工技术的核心装备是数控铣加工，数控铣加工在模具零件加工技术的发展历程中有着相当重的地位，每一次数控铣加工的结构改进都推动着模具零件加工技术向前进一步。数控铣加工的性能，将直接影响数控的质量和精度。

自从中国加入WTO，市场全面开放后，国内数控铣加工制造行业在数控铣加工市场的竞争日趋激烈。客观地说，国内数控铣加工的性能水平和质量与国外先进工业国家相比有一定的差距，但由于数控产品的应用领域比较广泛，从交通，能源到家用电器以及工业产品等都有存在模具零件加工产品的身影，且要求各不相同，这给国内数控铣加工生产厂商特别是中小数加工生产厂商带来了发展空间，为提高国产数控铣加工质量，改进性能，提供了有利时机。随着中国经济的发展，中国机械工业成为了世界的加工基地，在铸造领域也不例外，这无疑给国内模具零件加工业的发展提供了良机。

当前，国内数控铣加工的总体设计水准还不高，可靠性及稳定性方面与发达国家相比还有不小的差距。目前国内的数控铣加工设计主要依靠经验设计，即对设计出的产品进行多次重复地试验，如果试验品不满足设计要求，则返回修改后重新进行试验。这种经验法耗时耗力，额外增加很多时间成本，明显不能适应日趋激烈的市场竞争。

随着计算机技术的不断发展，日本、欧美等发达国家在数控铣加工的开发设计中普遍采用有限元分析、虚拟样机等现代设计分析技术，引入这种技术后可以使设计制造的整机在稳定性、可靠性、舒适性方面有明显优势，而国内数控铣加工的开发技术在这方面还基本处于起步阶段，与国际水平差距较大。我国数控铣加工的发展，迫切需要改变过去数控铣加工产品以经验设计为主、单一机型的设计方法，取而代之的必须是能满足多品种、小批量、高质量、短周期和低成本的新的设计方法。而计算机辅助工程技术（CAE）可以完全满足这些要求。 国内数控铣加工企业必须尽快走向自主开发创新，通过数控铣加工企业与高校、科研院所的紧密结合、掌握先进设计、制造、测试技术，建立多层次的产品开发体系和高水平的数控铣加工实验开发平台，这不仅是世界数控铣加工技术先进国家的成功经验，也是我国数控铣加工工业走向自主创新开发的可行的办法。数控铣加工 CAE 技术的研究有迫切的市场需求和广阔的推广应用前景。

二、数控铣加工模具零件工艺的优化策略分析

一直以来，提高模具零件加工效率、保障合模精度都是数控铣技术的研究重点。前苏联对数控铣加工工艺研究得比较早，有一整套完整的优化设计理论。这些理论适用于手工计算，有许多的经验公式。在研发中，零部件简化比较多，为使部件强度和刚度达到要求，零件的设计留有很多余量，设计出的零部件一般都比较笨重，极大地浪费了资源。而且只能得到整个模具零件的工作情况，单个零部件的应力应变无法获得，具有很大的局限性。近年来，随着计算机技术及有限元技术的发展，一些欧美发达国家采用这些技术对数控铣加工模具零件进行了设计和分析，结构小巧、稳定性高，还能节约研发时间和研发成本。

国内采用有限元技术比较晚，近年来也有部分研究人员采用这种技术对模具零件及关键零部件进行了设计和研究。早期有学者基于COSMOS/M 软件平台对模具零件进行了有限元分析，得到了模具的头板、尾板及导柱的应力和变形云图，分析过程中做了很多简化，载荷的施加也做了简化处理。通过对模具零件的尾板进行了优化分析，在材料上以球墨铸铁代替了铸钢，优化的方法是对尾板的几何尺寸进行改变，比如板厚、肋板位置等，这种优化方法主要依靠经验，有一定的局限性。此外，还有研究对合对模具机构的中板进行了有限元分析，并对中板进行了一定的优化，考虑了注射过程中的胀型力及合模力对中板的作用，但施加的载荷相对简单，直接参考技术参数中的合模力作为载荷施加到中板上。针对模具零件在实际工作过程中产生裂纹的问题，我国利用有限元技术，对尾板的静态、瞬态和疲劳进行了分析，提出了几种改进的新的设计方。

现阶段，我国对冷室数控铣加工的模具零件进行了设计研究，在设计基础上应用ANSYS 进行了静力学分析和应用 ADAMS 进行了动力学研究，在动力学分析中，将机铰作为刚性件来处理，与实际情况有一定的差距。针对大型数控铣加工的模具零件加工问题，有学者进行了多体动力学分析，分别对模具零件进行了刚性体分析和柔性体分析，对比了在这两种情况下模具零件各构件的运动特性和力学特性，最后运用软件 ADAMS对模具零件的机铰进行了机构优化，在考虑了合模力和合模速度特性的条件下，得到了最优的机铰尺寸。

三、结语

本文通过分析数控铣加工模具零件工艺技术方法的特点、数控编程以及模块的优化设计，提出了加工方式、切削量以及内斜面的优化处理方式，对提升模具零件的加工精密程度以及表面粗糙程度的降低有着较为明显的改善效果，实现了生产成本的降低，取得了较好的经济效益。

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