殷海龙

摘要：现代模具制造需要进行整体工艺优化，模具核心部件的精加工过程通常先进行精密的铣削加工，然后在铣后表面进行抛光操作，以达到所需的表面结构。独立研究铣削或抛光无法找到合理工艺。本研究旨在找到抛光工艺和机床加工之间联系，根据工作实际需要，从成本、效率方面寻找最佳工艺策略，并为成本预算、交货期测算提供帮助。

关键词：模具成本;镜面抛光;数控加工

中图分类号：TG659                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0113-02

0  引言

模具是一个重要的工业装备，广泛应用在国民经济的各个领域，模具制造水平就是一个国家工业装备水平的重要标志。模具的设计和制造对最终产品的质量起着决定性的作用，模具制造的成本将影响产品的研发投入和最终价格。随着模具产业的发展，模具制造面临着很大的竞争压力和市场压力，精确估算生产成本、优化核心部件的工艺成为模具企业应对国内外市场竞争的核心技术，研究这一领域将是非常有价值的。

模具核心零件的加工成本构成为数控铣削加工和抛光，零件通过数控加工使其成为CAD模型的最终形状，成本比较容易计算，但是加工后的表面还进行抛光处理，这个成本无法准确计算，但二者之间是紧密联系的，数控加工的抛光余量和刀具加工纹理对抛光存在巨大影响，本课题主要研究数控加工的表面与抛光之间的关系，从而优化模具核心零部件的加工策略。

1  铣削工艺分析

数控铣加工分为粗加工、半精加工、精加工。我们主要研究精加工和光整加工的时间和表面质量的影响。在进行讨论之前，我们先要考虑影响构成表面结构的主要因素，以模具零件为基础建立较为理想的加工参数，然后以这个工艺为研究对象，系统分析成本、效率等方面的问题。

1.1 切削条件的影响

在加工过程中，机床的稳定性对表面质量影响很大，例如：主轴的振动、进给轴的窜动、以及系统在曲线的减速、加速等，这些可能造成表面质量很大不同，我们尽可能消除其影响，采用新机床、简单曲面来进行加工，达到理想切削效果;对机床上零件的加工的润滑冷却，不仅可以保护材料、道具，同时也可以提高表面质量，这里我们使用的是10号切削油;切削刀具使用的是硬质合金刀具，为了达到最佳效果，经过我们的多次实践，我们采用的是直径为8mm的球头刀具。被加工材料的影响也很大，为了达到镜面抛光效果，我们模具材料采用的是NAK80，预硬度为HRC38。这些是本文研究的基础，其中部分加工条件确定进行了充分实践检验，本文不进行讨论。

1.2 切削用量的影响

在工作中，为了更好的完成工作，找到表面质量与加工时间之间的关系，我们对精加工使用的切削用量进行了多次试验。切削用量主要是由三部分构成：切削速度、切削深度、进给量，下面我们从这三个方面进行论述。切削速度是指刀具切削刃上的点与被加工表面的主运动的瞬时速度，在通常情况下，当切削深度和进给量不变的情况下，切削速度越大，加工表面质量越好，由于受到实际条件的限制，机床主轴的最高转速为8000转，根据工作要求，一般主軸保持在6000转（最高转速的70-80%，这里采用的6000转）可以达到机床最佳切削效果，刀具切削速度大约为120m/min，基本符合硬质合金刀具加工要求。切削深度是指以加工表面与待加工表面之间垂直距离，因为本次讨论主要是从提高表面质量来入手，因此只考虑精加工的余量，在实际工作中，我们进行了多次加工余量的比较，我们发现加工余量0.12-0.15mm的情况下，相同切削条件下的表面质量最好，余量过大会造成切削力较大，刀具的弯曲变大，在加工转向处和零件转角处形成明显加工缺陷，影响了加工质量和表面质量;当加工余量小予0.1mm，粗加工、半精加工的效率会降低，另外，由于材料切削深度较小，刀具发生弹性变形，精加工时，刀具的震动明显增加，而且加工余量无法有效去除，造成被加工表面质量下降。在确定好切削速度、切削深度以后，我们着重研究进给量对表面结构的影响。

进给量主要是在两个方面，一是数控编程中的进给速度，二是编程中行距，这两个方面对加工表面的影响比较显著，这是正交测量表面结构的基础。根据以往的经验，为了获得较高的表面质量，进给速度更小、行距越小，表面质量将会越高，但是加工时间将会更长，反之则表面质量较差，时间较短，因此，我们要寻找合理的科学数据。下面是在主轴转速为6000转、切削深度为0.15mm时、采用顺铣加工方式，所进行的实际工作情况，并使用粗糙度仪进行了精密测量。通过实际工件加工测量，我们看到，当进给量在1200mm/min以上时，行距无论怎么调整，零件表面结构都达不到Ra3.2，当行距在0.3mm以上时，零件的表面结构都不能达到Ra3.2，因此根据需要，逐渐减小进给量和行距，当进给量在600mm/min、行距在0.15mm时，表面结构达到基本要求，在最佳切削状态下，表面结构可以达到Ra0.8。

1.3 合理选择的参数

根据塑料模具核心成型部件的加工需要，我们对铣削加工工艺进行了基本分析，主要从两个方面进行选择，一是从加工效率角度来选择加工参数，在达到表面结构Ra1.6的前提下，机床的转速为6000转、精加工的切削深度为0.15，进给量为600mm/min，行距为0.15，表面结构最终测量结果为Ra1.54，达到基本要求。二是从提高表面质量角度选择参数，为了减轻后续抛光工作，模具零件表面尽可能达到高质量，在现有机床条件下，我们选择最优的条件，转速为6000转，精加工余量为0.12mm，采用进给量为600mm/min，行距为0.1mm，经过实际加工测量，结果为Ra0.81，表面非常精美。需要说明的是，在此基础上，我们还进行了一些测试，将进给量减小、行距变窄，但效果不明显，例如：把进给量降到300mm/min，行距缩小为0.05mm，对加工表面进行测量，表面结构为Ra0.78，与之前的比较，相差不大，但切削时间增加了4倍，因此，铣削加工的质量在Ra0.8左右时很难提高。在铣削加工中，较大面积需要后续抛光处理的表面，合理的切削用量为6000转、0.12-0.15切削深度、进给量600mm/min以下、行距为0.1-0.15mm较为合适。

2  抛光工艺分析

抛光的作用是使工件表面结构降低，以获得光亮、平整表面。本文中是研究已加工表面的抛光。通过抛光可以使表面更加漂亮，降低模具型腔表面对塑料液体的阻尼，提高塑件的质量，同时增加模具的使用寿命。抛光就是抛光工具在工件表面在一定的压力下运动，形成因摩擦高温产生变质层，通过削凸填凹工作过程，实现零件表面平整和光滑。本次抛光的工件使用的材料为NAK80，材料进行了预硬度处理，硬度在HRC36-38，根据模具成型的实际需要，采用的是人工抛光方式，零件表面不能存在刀具划痕，表面结构达到Ra0.05即可。

2.1 抛光工艺

本次抛光是对零件精加工表面进行处理，按照先粗后精的基本思路，对零件进行抛光。根据抛光基本思路，采用了三种抛光手段，即油石抛光、砂纸抛光、毡轮抛光。首先利用油石进行粗抛光，消除刀具的痕迹，重点是消除转角和刀具转向时的纹路，油石采用了红宝石油石，使用煤油作为零件抛光液，从粗到细，分别使用600#、800#、1200#的油石，基本消除刀具痕迹，形成细微纹，通过测量，其表面结构在Ra0.8-Ra1.2之间，通过人工以目测检查，表面均匀，达到基本要求即可。其次使用砂纸进行抛光，将木条进行修整，基本与模具零件表面相宜，避免碰伤零件，采用的是先粗后精，煤油作为抛光液，使用1000#、1200#、1500#的砂纸，让零件的表面达到粗糙度Ra0.2-Ra0.4，此时表面已经看不到痕迹，部分区域可以看到光亮面。最后，进行镜面抛光，这里使用羊毛毡轮加研磨膏进行抛光，分别使用3000#和8000#研磨粉，使零件表面达到Ra0.05。零件表面经过这三个步骤，基本达到镜面水平。为了让抛光时间基本可控，我们让同一个人进行反复操作，消除人员和技术差距，并进行多次记录，尽可能确保数据的科学性。

2.2 抛光时间

影响抛光时间主要是抛光的表面基础、抛光的工具选用、抛光的操作技能，我们把各种数控加工后的表面进行抛光，选用标准化的抛光工艺，同一个人进行操作，基本消除各种不同因素的影响。那么影响抛光时间的主要因素就是被抛光面的表面质量，有利于抓住主要问题。在实际工作中，我们主要研究零件表面结构Ra3.2以下的表面抛光。通过抛光工作，在不同表面上使用的时间有所不同，越粗糙的表面抛光时间越长。其中最好的表面可以缺少部分抛光工艺，比如表面质量在Ra1.2以下的表面，就可以不用油石抛光，直接使用砂纸抛光。在工作中，我们发现最初表面质量好的零件，抛光时间较少，但是在数控铣上加工时间较长，因此必须寻找这两个工艺成本最佳方案，形成最经济的加工工艺。

3  工艺优化策略

零件的表面质量加工成本主要有数控铣加工成本和抛光加工成本。在模具企业实际工作，数控铣加工的成本为120元/小时，这里包含人工成本、刀具成本、其他消耗等;人工抛光的成本45元/小时，主要包括人工成本和抛光材料。本次加工的零件的表面积为1224.65mm2。因此我们可以对成本和工时核算。一是成本优先工艺策略。通过对多组工艺数据进行分析，数控铣参数进给量300mm/min、行距为0.1mm进行精加工，铣削表面结构在Ra0.8，在数控铣成本和抛光成本会有最佳成本;二是效率优先工艺策略，经过比较，如果希望最快速度完成零件加工，则需要采用进给量为600mm/min、行距为0.2mm进行加工，铣削表面结构为Ra1.38，在此基础上进行抛光，会在最短时间内完成零件的制造。

4  结语

提高模具和模具生产的竞争力需要一个全面优化的制造工艺，包括铣削和抛光。因此，本文的目的是通过找到一个最佳操作点来共同改进这两个工艺过程。由于铣削和抛光取决于相同的参数，本文从成本、效率进行了充分研究，通过实际工作的数据分析，我们找到了相应地工艺策略，并为优化塑料模具核心部件制造工艺提供工作思路。

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