车胎模具制造数控加工技术的应用

潘景洪

（广州钻石车胎有限公司， 广东 广州 510940）

车胎模具制造数控加工技术的应用

潘景洪

（广州钻石车胎有限公司， 广东 广州 510940）

介绍了数控加工技术的特点， 近年数控加工技术在制造业中的广泛应用，数控机床向高速化、高精度、集成化、多轴化方向发展，数控加工技术为机械加工工艺过程自动化是实现优质、高效、降低成本的重要技术措施，为车胎模具制造自动化提供了装备上的保证，介绍了本企业数控加工技术在车胎模具制造中的相关应用。

车胎模具；制造；数控加工；电极；电火花

科学技术和工业生产的不断发展，对产品的性能、质量、生产率的成本提出了越来越高的要求。制造工艺过程自动化是实现优质、高效、降低成本的重要技术措施，它不仅能够提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企业想方设法对传统加工工艺进行技术改造，采用自动和高效率的设备，满足优质、高效的要求，取得产品市场经济效益。科学技术的进步推动各个领域技术的发展,数控技术是现代化工业生产中发展迅速的高技术，体现了制造技术、自动控制技术、计算机软硬件技术、检测控制技术等多种学科技术的最新成就：在提高生产率，降低成本保证加工质量及改善劳动条件多方面均体现出优越性，特别适应市场激烈竞争，产品迅速更新换代的模具生产、数控技术发展日新月异,具有复杂和不断拓展性能。 制造业从事数控机床编程、加工工艺技术人员日益增多，已形成一定规模，使数控技术不断发展, 数控加工技术的广泛应用,推进了各行各业加工技术的发展, 使我国成为世界制造业大国起着关键的作用。本文仅是将本人从事车胎模具设计制造多年，在车胎模具加工中所应用数控技术的不断学习和加深认识,进行归纳整理，求进一步的探讨。

1　数控机床的加工特点

1.1加工精度高

数控机床是按数字形式给出的指令进行加工,目前数控机床的脉冲当量普遍达到了0.001 mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。因此,数控机床能达到很高的加工精度。对于中小型数控机床,定位精度普遍可达0.03 mm,重复定位精度为0.01 mm。此外,数控机床的传动系统与机床结构都有很高的刚性和热稳定性,制造精度高,数控机床的自动加工方式避免了人为操作的技术高低的干扰,同一批零件的尺寸一致性好,产品合格率高,加工质量十分稳定。

1.2对加工对象的适应性强

数控机床上改变加工零件时,只需重新编制程序,输入新的程序就能实现对新的零件的进行加工,这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。对于那些普通手工操作机床很难加工或无法加工的精密复杂零件,数控机床也能实现自动加工。

1.3自动化程度高、劳动强度低

数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成，不需要进行频繁的重复性手工操作。

1.4加工效率高

数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床,节省了零件安装调整时间,数控机床加工质量稳定,一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验,因此节省了停检验时间。多轴加工中心机床上加工时,一台机床实现了复杂零件的多道工序的连续加工,生产效率大幅度提高。

1.5良好的经济效益

数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费用较高,但在单件、小批量生产情况下,使用数控机床加工,可节省划线工时,减少调整、加工和检验时间,节省直接生产费用;数控机床加工零件一般不需制作专用工夹具,节省了工艺装备费用;数控机床加工精度稳定、减少了废次品,使生产成本进一步下降。此外,数控机床可实现一机多用,节省厂房面积、节省建厂投资。因此,使用数控机床可获得良好的经济效益。

1.6有利于现代化管理

采用数控机床加工,能准确计算零件加工工时和费用,并有效地简化了检验工夹具半成品的管理工作,这些特点都有利于生产管理现代化。

数控机床使用数字信息与标准代码输入,适宜计算机联网,进行连接DNC加工,存储加工程序,设计软件和编程软件的转换,方便实现计算机辅助设计、制造及管理一体化。

2　数控机床的应用范围

数控机床存在普通机床不具备的许多优点，数控机床的应用范围正在不断扩大，数控机床最适合加工具有以下特点的零件：①多品种小批量生产的零件；②形状结构比较复杂的零件；③需要频繁改型的零件；④价值昂贵，不允许报废的关健零件；⑤需要周期短,急需的零件；⑥批量较大精度要求高的零件。

由于机械加工劳动力费用的不断增加,数控机床的自动化加工又可减少操作工人,因此,大批量生产的零件采用数控机床加工,在经济上是可行的。

3　车胎模具制造数控技术的应用

车胎模具花纹形状复杂,款式多样,花纹的主要作用是增加胎面与路面间的磨擦力,防止车轮打滑,车胎模具是用于车胎产品硫化工序最后定型,模具型腔尺寸精度和粗糙度直接决定了产品的外形尺寸花纹形状和表面质量,其车胎模具结构多为两片模,多片模,制造方法有传统手工刻花、铣床切削和电火花加工等。

过去, 车胎摩托车、自行车胎模具结构传统加工方法:采用普通车床走手车削轮廓,对操作技能要求高,花纹用普通钻铣床粗加工,手工雕刻精加工,受制造工艺和加工技术制约,加工精度和加工效率受到很大的限制,难以适应品种不断增长的变化,产品精度要求提高和产品外观质量要求。

车胎模具花纹块内部有很多尖角，现在棱角边铣床加工难于到达的型面，应用电火花加工最为合适，花纹块有一定的深度，而在刀具长径比高的型腔位置，采用铣床加工刀具较长容易断刀或切削不稳定，影响质量，而采用电火花加工就可以保证加工质量。采用电火花加工工艺进行车胎模具加工是可行的, 数控电火花加工工艺，方便操作控制，加工质量和效率显著提高，是车胎模具制造的发展方向。

数控加工的确方式很多,包括数控铣床、数控电火花加工、数控电火花线切割、数控车削加工、数控雕刻机等一些数控加工方式,这些加工方式,为车胎模具提供了丰富的的加工手段,根据其特点,可以将模具分为许多类,每一类模具,都有其最合适的加工方式,因此,在实际生产中,必须合理分类,找到最合的加工方式,以降低成本,提高生产率。

3.1车胎花纹电极数控加工与数控电火花成型加工

目前,对于模具型腔,复杂形状的车胎模具的花纹部份,多采用电火花成型加工,电火花成型机加工所用电极,采用数控铣床或加工中心加工。

电极制造工艺和电火花加工工艺，是车胎模具制造工艺重点解决的环节，根据车胎产品结构特点，从电极加工定位，轮廓精度，电火花加工。定位基准一致性要求高，采用传统普通铣床加工，手工修整弧面的电极难以保证加工精度，可考虑数控铣床, 数控加工中心，线切割成型,多种工艺进行优化加工，可提高电极加工精度,采用工装夹具定位实现电极加工与电火花加工相互转换，保证电极安装定位精度的一致性,减少调校电极时间，有效提高了工作效率，使机台自动工作，实现加工自动化。

3.1.1车胎花纹电极数控加工

CAD/CAM软件和数控铣床加工中心的应用，可解决复杂的花纹电极加工问题，电火花成型加工首先要进行电极设计和制造。当前计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术已广泛应用于模具制造行业,高端的CAD/CAM软件,像UG、Pro/E、MasterCAM等都提供了强大的三维建模和编程能力,满足花纹电极设计和加工要求,与传统的电极设计、制造相比,效率提高了十几到几十倍,根据车胎模具制造工艺要求,考虑电极加工精度要求、加工成本、车胎花纹特点来设计电极制造工艺（参见图1～3）。目前车胎模具制造企业已广泛应用加工中心来加工各种型面复杂的电极,加工中心有自动换刀机构,比传统的铣削加工速度快,全自动化,重复生产的精度高,可加工较复杂的形状。近年四轴以上高速加工中心出现,胜任形状更复杂的车胎花纹电极的制造,如车胎模具制造工具,网纹滚花轮,为车胎模具制造电极和工具提供了完美的技术解决方案,采用快速装夹定位系统来制造电极是电火花成型加工的一种先进方法，将电极坯料装夹在加工机床的装夹系统上制造，完成制造后，可直接将电极装夹到电火花机床的快速装夹系统上进行电火花加工,给加工操作带来了很大的方便,提高了电极的制造效率，确保了电极的装夹、定位精度。

图1 应用CAD/CAM软件设计的产品三维轮廓图

3.1.2车胎模具数控电火花成型加工

可采用数控电火花轮胎模具加工机,所带电参数数控系统和数控分度控制,保证花纹位置精度,定位精度的提高和提高加工精度，实现加工自动化，同时也提高加工质量和效率。

图2 应用CAD/CAM软件对网纹滚花轮进行四轴仿真加工

图3 应用CAD/CAM软件对花纹轮廓进行仿真加工

采用电火花成形加工的原理，为轮胎模具环形花纹的加工而研制的专用设备。

数控电火花加工技术不断发展,电火花加工过程的复杂和各种零件加工情况的差异，有必要对电火花加工工艺进行研发，对车胎模具电火花加工工艺的深入研究,在现有数控电火花加工技术的基础上,不断开发新工艺,使数控电火花机床在结构设计更合理、脉冲电源的开发更优化, 在保证加工性能情况下,同时考虑降低机床制造成本.实现数控电火花加工机床制造专机化，使操作更方便,控制技术上实现自动化、智能化.目前,车胎模具电火花加工已向专机化发展，国内已经生产出数控电火花轮胎模具加工机，已在车胎模具加工中发挥作用。

数控电火花轮胎模具加工机的主要性能：

（1）采用工控机控制。

（2） Z轴位控，自动转换加工规准。

（3）转台自动分度、转位。

（4）除更换电极外，自动完成加工过程。

（5）显示加工参数，坐标位置等信息

（6）可加工半钢，全钢子午线轮胎模具。

（7）高效率，低损耗。

（8）数字化脉冲电源，可采用紫铜或石墨电极进行加工。

数控电火花加工技术可提高加工质量、提高加工效率，降低加工成本，实现自动控制。车胎模具电火花加工技术已取得了突破性的进展，不仅现在和将来车胎模具制造中广泛应用，今后电火花加工技术不断发展和完善, 在车胎模具加工中,发挥重要作用。

3.2数控车床加工车胎模具

传统加工方法，采用普通车床走手控制车削轮廓精度,对操作技能要求高,加工质量和效率受到制约。

采用高精度、高刚性和高效率,主要针对盘套类、短轴类零件的粗、精加工的数控车床，X、Z向移动采用精确导轨,保证机床移动的精度;床身主体为结构保证机床整体刚性;车床主轴采用高精度轴承及高刚性主轴结构设计,并配置国内外先进的数控系统,利用计算机辅助设计与制造软件精确编程，能使机床实现稳定的高精度切削加工，如车外圆、车孔、车平面、车定位锥面，特别适合车胎型腔面,解决了车胎型腔面复杂加工,加工技术要求高的难题.并大幅度提高加工质量和效率，目前数控车床广泛应用于车胎模具车削加工中。

3.3数控电火花线切割加工

对于车胎模具部分复杂形状镶拼嵌件部位、轮廓样板、成型刀具、高硬材料的工具可以采用数控电火花线切割加工。

3.4车胎模具商标字体数控雕刻加工

数控雕刻加工已广泛应用在模具业和广告业等有对字体和图案的加工中，车胎模具上商标、字体、图案, 也适合采用数控雕刻加工,数控雕刻在加工方法有特色，精雕细刻、形态丰富，小区域和尖角加工，可采用小尺寸刀具结合CAD/CAM软件的功能，先用CAD/CAM软件编程,进行模拟加工，确认无误后，连接计算机进行DNC加工,保证了加工的准确性，同时结合高速雕刻加工技术，实现在模具上加工精细、清晰的文字和图案。参见图4。

图4 应用CAD/CAM软件对产品商标字样进行仿真雕刻加工

4　结束语

数控加工技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是车胎模具制造实现自动化生产的基础；是提高产品质量、提高生产率必不可少的技术手段；也是车胎产品提高市场竞争力的重要技术保证;是国家实现现代化的重要技术；当今先进国家的制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对多变市场的适应能力和竞争能力。数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业,其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度核心标志,体现一个企业制造技术水平的重要标志,实现加工机床及生产过程数控化,是当今制造业的发展方向。因此,制造业的竞争，数控技术的应用起着关键的作用,应用好数控技术,是车胎模具制造提高质量、提高生产率的关键。

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（R-01）

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燕丰 供稿

（R-01)

AApplication of tire mold manufacturing CNC processing technology

Application of tire mold manufacturing CNC processing technology

Pan Jinghong
（Guangzhou Diamond Tire Co., Ltd., Guangzhou 510940,Guangdong,China)

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tire mold manufacturing; CNC machining; Electrode; EDM

TQ336.1 TG70

1009-797X(2016)11-0025-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.11.008

潘景洪，男，工程师，1979年参加工作，从事机械设计和设备管理、车胎和橡胶制品模具设计及制造工作。

2016-02-22