曲面薄壁電極數控加工工藝

曲面薄壁電極數控加工工藝廣泛用於注塑模具、壓鑄模具的製造中，其作用為形成產品的薄片形狀，如機車發動機中的散熱片、電腦機箱內的鋁合金散熱片及音響產品的電源散熱視窗形狀等。

曲面薄壁電極多曲面薄壁電極一般特點是：多為具有一定高度、均勻排列的窄槽和薄片組成，頂部呈複雜曲面形狀；由電解紅銅加工而成，銅料的延展性強，用加工中心或數控銑加工外形及曲面薄片頂端時易產生變形彎曲；對工藝規劃、切削用量、CAD/CAM編程參數設定均有較高要求。圖1為筆者於某模具廠工作時所加工的一例曲面薄壁電極的產品，其形狀特點為： (1)電極高度較高，最高點距底座平面為22.0mm。 (2)電極薄片厚度較小，為1.5mm。 (3)電極頂部為曲面形狀，必須用球形刀精加工。 (4)薄片之間為5.0mm。窄槽，只能用直徑較小的刀具加工薄片外形。 根據以上特點，用MasterCAM9.1進行編程，使用VMC850加工中心進行加工(台灣喬福機械有限公司製造，數控系統為FANUCOi，工具機最高轉速8000r/min；使用美孚101#切削液)。套用了如下工藝步驟進行數控加工： 1.基本外形加工 因為該電極只需加工正面，故將毛坯銅料直接裝夾在平口鉗上(平口鉗已校正)即可以開始分中對刀加工。如圖2所示，對刀後第一步先用pocket平面挖槽的加工方法去除薄片周圍區域的材料。 使用進口超微粒全鎢鋼刀，刀具磨損量極微小，所以粗加工後不換刀而是直接轉用Contour輪廓加工方法精加工外形和下部基準分別到尺寸。刀具φ16mm，粗加工刀具轉速n=1200r/min，每層背吃刀量1.0mm，進給速度νf=1000mm/min。精加工轉速n=1500r/min，每層背吃刀量11.0mm，進給速度νf=300mm/min。外形輪廓已加工出單邊0.1mm的電火花間隙；暫時先保留薄片部分及各薄片之問部位的材料。下部底座為電火花加工時的基準分中框線，斜角是用來確定電極的方向的。 2.電極曲面粗銑 第二步使用SurfaceRoughPocket編程即曲面粗加工的形式進行曲面粗銑削，如圖3所示，為節省時問仍繼續使用φ16mm端銑刀，轉速1200r/min，進給速度νf=1000mm/min，每層背吃刀量0.7mm。 3.電極曲面精加工 第三步採用SurfaceFinishParallel的編程方法精加工曲面，使用直徑為φ10mm的二刃球形銑刀；刀具轉速為2300r/min；進給速度為1000mm/min；進刀角度為315°；為保證曲面足夠的精度和良好的表面質量，曲面精度參數Tolerance值設為0.005，每行進刀間距為0.15mm。具體設定如圖4。 加工時刀具路徑模擬效果如圖5，如果沒有先進行曲面粗加工(即第二步SurfaceRoughPocket加工)而直接進行曲面精銑，會使φ10mm球形刀精銑的切削量較大，刀具振動大，表面粗糙度值增大達不到快速精銑的目的甚至有可能斷刀。採用315°的進刀角度目的是使加工行間距均勻，切削液沖刷效果好，工件表面質量提高。 4.薄片外形精加工 在曲面精加工之後再進行薄壁形狀的精加工成形，如果先加工外形輪廓後加工頂部曲面，則此時薄壁形狀太高，在刀具切削力的作用下銅電極頂部常會發生變形彎曲，造成加工失敗，這也是薄片電極加工中最容易出現的問題。同時，由於薄片之間為5.0mm窄槽，只能用直徑較小的刀具加工薄片外形。故取直徑為4.0mm端銑刀，轉速2000r/min，進給速度νf=400mm/min，加工完曲面再加工電極外形時還要注意每次下刀深度不能太大，刀具直徑小，裝夾長度又較長(大於電極高度，取26.0mm)。故易產生搶刀過切；每層背吃刀量僅取0.4mm；而轉速和進給速度則取高些，以達到一定的效率。具體路徑參數設定如圖6、7所示。 其中外形加工餘量參數(XYstocktoleave)取-0.1mm是電極預留火花加工間隙。抬刀選擇參數(Keeptooldown)選為不抬刀，因為在輪廓外下刀，已確定是在安全的空位下刀，所以不需要設定抬刀，以節約刀具空運行時間，提高效率。 曲面薄壁電極加工工藝路線規劃對加工的成敗具有決定性的作用，同樣的加工方法和參數設定，按不同的加工順序進行，得到的效果截然不同。下面為筆者總結的一種經過實踐證明可行的工藝方案：粗銑外形，框線加工→曲面等高粗加工→曲面精加工→精加工薄壁外形。 5.結語 曲面薄壁電極加工為模具加工中常見並具有一定難度的加工類型，相信許多同行都進行過這種加工體驗。不同的工具機類型及刀具條件其加工方法不盡相同，筆者的方法只是其中之一，有欠妥之處，尚請明示。