汽车塑料模具三维曲面精加工

　　塑料制件结构复杂化和精细化的不断提高，塑料模具型面的制造也越来越困难，如何在汽车塑料模具的生产中，实现高质量和短周期，是模具企业应对激烈市场竞争的关键。

　　AI：由于塑料制件通常结构非常复杂，因此，其制造技术难度较高，特别是三维曲面的加工。请问，贵公司目前在汽车塑料模具产品的三维曲面加工方面，主要应用的解决方案和加工设备有哪些？实际加工效果如何？

　　延锋伟世通汽车模具有限公司CAM工程师主管卜相岭先生

　　卜相岭先生：在汽车工业高速发展的带动下，汽车模具尤其是汽车塑料件模具的加工要求很高。这为企业的技术革新带来了很大的动力。以我厂的数控编程为例，HSM机床的高速加工本身要求程序安全、高效，因此，CAM程序必须具备以下特点：

　　1.加工模型的可靠性。从业界所广泛应用的CAM软件内核来看，使用STL三角模型是一种发展趋势，这种三角面片的几何参数定义只需要两个参数，理论上更为安全可靠。

　　2.加工过程毛坯余量的均匀性。每道工序加工开始的时候，前道工序预留的毛坯余量应该是均匀的，以便保证切削载荷的恒定。

　　3.碰撞干涉检查的易用性和可靠性。因为注塑模具型腔型芯比较深且陡峭，所以加工前每条刀具路径均应预先进行碰撞干涉检查，一方面保证用尽量短的刀具加工尽可能多的区域，另一方面还要保证高进给、高转速的切削是安全可靠的。

　　4.刀具路径要进行优化，要尽量避免尖角、频繁换向的现象，切入切出要圆顺。

　　5.程序的加工时间，每条程序控制在刀具的寿命以内，以便于更换刀具。

　　广州广电林仕豪模具制造有限公司制造部经理刘毓衡先生

　　刘毓衡先生：现在汽车塑料制件结构越来越复杂，为了能够高质量的完成任务，我公司制定了严格的工艺评审规程，并采用了先进的软件和加工设备。

　　1.工艺评审。技术人员拿到客户的三维曲面设计图纸后，首先要对其进行加工评审，确定该产品的加工工艺、加工机台、加工所需的各种刀具以及刀具的切削参数等。其次，对该三维曲面的结构和工艺圆角的设计合理性进行评审，并确定所选用刀具的最佳切削长度，以及在粗加工、中加工和精加工过程中的金属残留量等项目。最后，按照对这些项目评审的最终结果，我们制定好加工工艺路线，进行加工。

　　2.应用软件。目前我公司主要应用的软件产品有：UG、POWER-MILL和CIMATRON软件。利用这些软件我们可以轻松实现对三维图形进行分析、计算，并生成STL素材，用素材追踪的加工思路对工件进行残料清除及自动清角加工，对工件角部进行清除，最后用整体90°角平行铣削进行精加工，并优化刀路。这样可以确保工件在加工后的扇形高度控制在0.005mm以内，保证工件的加工精度和表面粗糙度都符合客户的要求。

　　3.加工设备。在汽车塑料模具的加工方面我公司主要有TOSHIBA龙门机加工中心、HITACHI高速加工中心、台湾高峰数控铣、台湾新峰和台一双头火花机等一批先进的加工设备。依靠这些设备我们能将一般的模具加工精度控制在0.05mm之内。对于刀具的选择，我认为刀具寿命对加工精度和加工质量的影响非常重要。我公司拥有一套严格的加工标准，按照标准化作业对于保证加工精度、提高机床的驾动力、提升机床的自动化加工、人力和工具资源的合理分配起了不可或缺的作用，这也是本公司在竞争日益激烈的今天依然能保持良好发展的重要保证。

　　苏州汇众模塑有限公司技术部部长贲坤余先生

　　贲坤余先生：模具材料硬度很高，一般表面切除量较大，所以模具的加工，除了要选择合适的机床外，还要选择好的刀具以及制定合理的工艺流程。以刀具为例，精加工时刀具的切削速度非常高，刀具由切削量小的位置快速到达大切削量位置，会受到较大的冲击载荷，刀具会发生断裂、损坏；当由较大切削余量区到较小切削余量区域时，又会由于载荷力的突然减少而发生过切，损伤工件表面，影响工件质量。因此，我公司在对汽车模具产品加工中，在热处理前的粗加工和后续的精加工中间安排了半精加工工序，旨在让工件表面余量均匀，为精加工留下合适的切削量。

　　AI：汽车模具的精度和质量是用户非常关注的结果，因为它直接影响着最终产品的外观质量，那么贵公司在提高质量、保证质量方面都有哪些具体的做法？

　　卜相岭先生：模具的质量和精度对后续的生产会产生非常大的影响。我公司在对模具质量控制方面有非常严格的要求和规范。

　　1.根据CNC切削余量的不同，将机加工过程详细划分为“粗加工”、“半毛刀加工”、“半精加工”、“精加工”、“抛光”，通过这样细分，保证了各个工序阶段的产品尺寸精度。

　　2.对于所有已经完成精加工的部件，我们采用先进的三坐标测量仪器都要对其进行精确测量，如果发现加工尺寸偏差超出标准，就必须进行必要的返工处理。

　　3.我们在加工过程中，严格控制各工艺环节，避免使用补焊对模具型面进行更改，因为补焊工艺容易造成油漆件与皮纹件产品的表面质量问题。

　　4.最关键的就是试模。虽然现在有很多仿真分析软件可以精确地对模具质量进行分析，但实际生产环境复杂，必须要对成品模具进行试模，通过试模不断优化模具质量。

　　刘毓衡先生：以日本本田公司推出的SPECLA确认书为例，制作该书的目的就是要让每一个制作环节得到确认后再进行制作，其目的是让制作出的模具尺寸和试模后的产品尺寸无限接近产品的理论尺寸。

　　在我厂模具制作前，技术人员必须制作出零件的加工作业指导书，包括：刀具路径的切削方向、刀具路径覆盖值、加工方法、加工步距、进给和转速、加工前对装夹、碰数、对工件的高度、加工刀具、程序的正确性以及工件的基准角方向等，这些均需进行确认才可加工，从而确保加工质量。

　　贲坤余先生：合格的产品质量是我们的根本出发点。我公司在开发大型模具特别注意几大关键要求：

　　1. 原材料的进货检验。原材料的质量不好，会导致加工后出现较大的工件变形，增加后期配模的时间导致模具的精度下降，材质不好的严重状况是工件加工后出现裂纹，最后导致工件开裂报废，严重影响加工周期。

　　2.国内加工的数控机床通常为半闭环机床和闭环机床。由于半闭环机床是根据机床丝杠旋转角度的反馈来决定移动方向，所以选择闭环机床相对精度更高，对于大型精密模具质量和精度而言更有保证。

　　我公司大型模具的加工通常在模具材料到达后，进行粗加工，留少许加工余量。此时工件由于内应力的作用会发生变形，而且切削后材料内部的强度、硬度较表面低，达不到模具设计的要求，此时材料必须进行热处理，清除内应力，减少工件变形细化晶粒，提高材料的强度和硬度，让工件有较好的加工性能，保证工件的最终质量和精度。

　　AI：缩短制造周期是提升模具企业应对市场、保持竞争力的关键因素之一。请您介绍一下，在缩短生产周期方面，贵公司的举措？

　　卜相岭先生：在传统模具加工环节中，加工和钳工工序时间长，而且如果机加工不能加工的区域增多就会延长电加工的时间，这必然延长整个模具制造周期。可是，现代的汽车塑料制件型面越来越复杂，而且精度要求高，机加工的应用受到了局限，必然要加强电加工的应用。例如，在对汽车仪表板等型面复杂的注塑模具进行加工时，传统的CNC铣削加工已经无法完成全部的加工内容，因此，我们必须使用电加工机床，通过放电加工来完成模具型面上清角、深腔等形状以及加强筋等部位的加工内容。

　　为此，如何有效地减少电加工时间，提高电加工效率和质量，便成了制造工艺中一个技术难题。针对这一问题，我公司经过反复的技术分析、研究和试验，找到了一整套高效的放电加工方式，在缩短加工时间与提高加工质量等方面，取得了很大的进步。

　　1.使用组合式电极。

　　2.设计与制造并行进行，制造拉动设计。

　　3.优化CNC走刀刀路，合理搭配CNC铣削加工与EDM放电加工。优化刀路，从控制程序本身来说要没有尖角、尽量不要出现频繁换向、尽量减少联动轴的数量、圆顺地进行切入切出连接等。而随着刀具路径编程的优化，CNC铣削加工也会得到更多的应用，从而缩减加工周期。

　　刘毓衡先生：我公司在缩短模具制作周期方面采用了各种措施：

　　1.提升CNC加工实力，使用TAB锥度刀具、加热缩嘴刀具，减少EDM的加工时间。

　　2.提高机床的架动力，增强机床的自动化加工程度，东芝机床使用自动换刀（M06 T1）和自动对刀（G221H1）指令。同时根据加工方式不同使用G984E2R0.02F0高精度加工和G984E1R0.2高速度加工来提升加工速度和加工精度。

　　3.制作好的夹具和工具，缩短装夹拖表和碰数的时间。

　　4.使用万向刀头加工，将一般长刀具无法加工的位置都在CNC上加工出来，降低制作成本和缩短EDM的加工周期。

　　5.设计时，留40～50mm分型面封胶，剩余作避空，可提高加工效率，缩短加工周期。

　　6.设计模具时，索模处作耐磨块，大平面作沉压块，缩短钳工的配模时间。

　　7.数控课严格按照机台月计划和周计划安排开展工作，生产管制跟进追踪节点，及时调整计划。

　　8.工件加工时，设置预计工时，按实际产生工时控制效率。

　　9.使用车间管理系统软件控制生产进度。

　　贲坤余先生：缩短周期是目前模具企业面对市场竞争的一大挑战，我公司为此除了采用高速加工技术外，也制定了严格的流程制度。例如，数控加工应遵循：程序的切量是由大到小；刀具的选择由大到小；同一各规格刀具的程序尽可能编排在一起；同一种要求的加工程序（如分型面的程序，产品面的程序）尽可能编排在一起；最后，编程完成后应在计算机上模拟一遍加工的全过程，以避免误操作，如撞刀、过切等现象。

　　在程序确保无误后编制车间生产工艺卡，发放车间加工。

　　AI：在目前的生产中，贵公司还有哪些技术难点有待解决？

　　卜相岭先生：实际生产情况复杂，目前我公司主要关注的技术问题是，在加工类似门板喇叭罩上的网眼等细小复杂造型时，放电加工难度较大，时间周期较长。

　　刘毓衡先生：没有任何一项技术是完美的，我们所能做的只能是尽量提升自身技术水平，紧随模具加工技术发展脚步。对于我厂来说，目前我们主要关注的技术问题有：五轴加工技术及其编程；表面切削完成后，如何预防材料应力变形；EDM加工Z轴追加火花位数据如何保证；尺寸标识基准选择的最佳性；设计时，如何节约模具材料尺寸；快速冷却（50s）运水的设计；月计划的准确性及机台安排的合理性；员工的内部沟通与协调的及时性和主动性。

　　贲坤余先生：刀具是直接加工者，一般刀具本身包含了刀杆和刀片的公差，只要其中有一个超差，加工的质量就无法保证；机床主轴的同轴度也会影响加工质量。所以如何更好地监测刀具的工作状态是我们现在重点关注的问题。另外，因为现在模具制造周期越来越短，高速加工技术的选择和应用成本也是我们关注的重点。

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