趙學(xué)慶　王帥

通過(guò)對(duì)壓鑄模具中的異形鑲件歸類，針對(duì)不同類型的鑲件進(jìn)行工藝分析，結(jié)合Cimatron軟件，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，為CAM技術(shù)人員編制鑲件加工程序勾畫了一個(gè)通用的工藝思路。通過(guò)靈活設(shè)計(jì)工藝端，不僅為高速銑削加工提供了穩(wěn)定的裝夾方式與加工基準(zhǔn)，也為三坐標(biāo)檢測(cè)提供了方便的測(cè)量條件，是形狀復(fù)雜異形鑲件加工中一種簡(jiǎn)捷有效的加工方法。

一、引言

壓鑄模具中的異型鑲件通常為孤立的薄筋、均勻鑄件壁厚設(shè)計(jì)的工藝部分或復(fù)雜易損的成型部位，其形狀多種多樣，為區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)的圓形（PIN）或矩形的鑲件（鑲塊），特稱為異形鑲件。依據(jù)裝配的形式不同，鑲件大體可分為兩種類型：盲腔型鑲件和通腔型鑲件。

盲腔鑲件指的是鑲件在型腔的鑲嵌槽是盲腔，沒有穿透型腔，需要依靠配合段定位并配合穿腔螺栓固定的鑲件。通腔鑲件指的是鑲件穿透型腔，通過(guò)配合段定位，依靠型腔與鑲件底座固定端的壓實(shí)來(lái)固定的鑲件。

二、異形鑲件加工的工藝特點(diǎn)

可根據(jù)異形鑲件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定鑲件的加工工藝。鑲件成型部位的公差范圍多在0～+0.05mm（單面）之間。平緩開闊的形狀可以使用高速加工的方法直接成型加工；有深筋、窄槽和狹長(zhǎng)等難以加工特征的部件，可采用電加工的方式成型加工。

鑲嵌配合部位的公差范圍在0～-0.02mm（單面）之間，是鑲件加工中要求最高的部位。若采用機(jī)加工完成，要考慮到刀具磨損造成鑲件側(cè)壁余量不均而超差。若條件允許，可以采用線切割完成配合部位的加工，這樣可以保證配合段的上下一致性，提高鑲件配合部位加工的準(zhǔn)確率。

底座固定部位的外形公差范圍在0～-0.2mm之間，無(wú)光潔度要求，可以采用線切割與機(jī)加工兩種方式完成；底座的高度尺寸公差在0～+0.02mm之間，在裝配中起到限定高度的作用，有較高要求，在機(jī)加工中要特別注意。高長(zhǎng)異形鑲件的配合段與底座固定端也常有使用線切割來(lái)做電加工的工藝安排。高速加工的效率很高，而電加工的過(guò)程長(zhǎng)、成本高，因此盡可能的創(chuàng)造條件將可加工的部位高速加工完成，機(jī)加工難以完成的部位再采用電加工完成。這是鑲件加工的基本工藝思路。

在加工過(guò)程中，不需要刻意避免電加工。對(duì)鑲件中的深筋、溝槽等特殊部位，電加工的效率明顯高于NC加工，電極的設(shè)計(jì)制作技巧也是提高加工效率的重要手段。

三、編程心思路與加工方法示例

1.盲腔型鑲件

盲腔型鑲件在結(jié)構(gòu)上分成兩部分：成型部位，鑲嵌配合部位。在配合端的底面有螺栓孔，可將鑲件固定在型腔中。

（1）示例1：標(biāo)準(zhǔn)盲腔型鑲件，如圖1所示。

標(biāo)準(zhǔn)盲腔鑲件的成型部位與鑲嵌配合部位有平面聯(lián)接，兩部位可以分別使用層切削的方式加工，設(shè)置不同的刀具直徑補(bǔ)償值可滿足不同的尺寸精度要求。平面部分的高度尺寸有嚴(yán)格要求，加工時(shí)要保證公差范圍。

使用CimatronE軟件編程，標(biāo)準(zhǔn)盲腔鑲件是典型的符合凸型件特征的部件，在編程過(guò)程中使用層切削的方式做垂直區(qū)域的粗加工與半精加工，使用曲面銑削（環(huán)繞銑削或平行銑削）的方式加工曲面，清根銑的方式清理空間的凹形圓角，最后使用精銑水平區(qū)域的方式保證模型中平面部分的高度公差。

（2）示例2：復(fù)雜形狀方形盲腔鑲件，如圖2所示。

鑲件的成型部位溝槽縱橫，形狀復(fù)雜。制作石墨電極，采用電極電加工的方式完成正面精加工。鑲嵌配合部位的尺寸范圍小于正面的成型部位，在加工背面的時(shí)候，同樣要注意配合段的高度公差。

電極的提取方式在CimatronE中有獨(dú)特的快捷方法，會(huì)做專文講解石墨電極的提取方法與使用技巧。

由于使用電極電加工作為成型部位的精加工方式，因此在編程過(guò)程中成型部位只需要做到半精加工即可。溝槽不做程序加工，則此件就簡(jiǎn)化成為了一個(gè)簡(jiǎn)單的方形凸型件。粗加工使用環(huán)繞切削3D的方式，再使用層切削的方式做一個(gè)半精加工即可。

在鑲件熱處理期間，進(jìn)行電極制作。使用三維搖動(dòng)的電火花機(jī)床，電加工粗放電與精放電的時(shí)間約在15小時(shí)左右。

（3）示例3：復(fù)雜形狀圓形盲腔鑲件，如圖3所示。

圓形鑲件的成型段與鑲嵌配合端在分型線處聯(lián)接，加工后分型線輪廓一定要清晰，可以避免壓鑄過(guò)程中鋁液滲入配合縫隙造成鑄件產(chǎn)生毛刺。

為保證分型線的輪廓清晰，要將成型部位與分型線相聯(lián)接的曲面沿著拔模角度向下延伸3mm左右，稱為裙面。編程時(shí)沿著裙面加工2mm。由于成型部位的公差在0～+0.05mm，鑲嵌配合段的公差在0～-0.02mm，因此在線切割切除配合段余料后，分型線會(huì)清晰顯現(xiàn)，而且會(huì)上移1mm左右，這正是鑲件分型線在裝配過(guò)程中需要的調(diào)整高度。

為了線切割加工鑲件鑲嵌部位而使用方形毛坯，預(yù)留出20mm以上的線切割工藝夾持部分；成型部位采用3D環(huán)繞切削的方式粗加工，熱處理后電極電加工完成；配合段采用慢走絲線切割加工完成是非常穩(wěn)妥的方法。

編程時(shí)對(duì)分型線處的曲面進(jìn)行延伸的方法，在鑲件加工中是簡(jiǎn)單、有效且實(shí)用的技巧。以下示例中分型線處的處理方法類同。

（4）示例4：高長(zhǎng)的盲腔鑲件，如圖4所示。

此類鑲件數(shù)量在壓鑄模具鑲件中占較大比例。高長(zhǎng)度的鑲件外形相對(duì)簡(jiǎn)單平滑，長(zhǎng)度與徑向尺寸的比例較大，比較適合NC加工完成。

在加工中，不僅要考慮精加工刀具的長(zhǎng)度是否滿足加工高度要求，還要考慮因刀具長(zhǎng)、工件高而引起的刀具與工件的震顫。震顫會(huì)導(dǎo)致刀具磨損加速，引起尺寸偏差、光潔度下降，因此，縮短刀具長(zhǎng)度，增加工件強(qiáng)度是NC加工此類型鑲件的關(guān)鍵。底端的鑲嵌配合部分依然采用線切割的方式去除。

如圖5所示，為提高鑲件夾持強(qiáng)度，在底部增加了30mm的夾持段，這樣夾持部位增加到50mm，可以有效增強(qiáng)虎鉗夾持的穩(wěn)定性。成型段NC加工結(jié)束后，先水平放置線切割切掉30mm這部分夾持段，再垂直放置切除鑲嵌配合段。切割后的效果如圖6所示。

（5）示例5：扁平盲腔鑲件，如圖7所示。

扁平類型的鑲件中有較多的圓弧形狀凹槽。若采用與高長(zhǎng)度類型鑲件類似的加工方法，則較長(zhǎng)的刀具產(chǎn)生的尺寸偏差在凹圓弧部位就會(huì)放大，會(huì)給裝配帶來(lái)較大的工作量。為避免此種情況，可以選擇工件平躺方式的加工。

鑲嵌配合段也可以在平躺加工中完成，做好裙面輔助面，同樣會(huì)加工出清晰的分型線輪廓。在底端與角部空白處合理設(shè)計(jì)裝夾工藝端，可以有效裝夾平躺式的加工部件。角部工藝端與成型部位的聯(lián)接固定厚度在5mm內(nèi)，NC加工最后階段采用層切削的方式切除。扁平鑲件工藝端設(shè)計(jì)如圖8所示。

由于刀具縮短，刀具與工件的強(qiáng)度顯著提高，因此平躺式加工效果明顯優(yōu)于立式加工效果。

加工方法采用最基本的3D環(huán)繞切削與層切削的方式做粗加工。為提高熱處理后的精加工精度，在熱處理前增加一個(gè)曲面銑削（平行銑削）做半精加工，為熱處理后的精加工留有均勻的余量。鑲件底部的水孔、螺栓孔等要在工藝端做出避空的孔，在熱處理前完成孔加工的各項(xiàng)工作。粗加工熱處理后的狀態(tài)如圖9所示。

精加工的過(guò)程如圖10所示。壓板壓住夾持工藝端，鑲件靠實(shí)機(jī)床床面，穩(wěn)定有力。加工后的效果圖如圖11所示。

精加工結(jié)束后，線切割切除底部工藝端，完成加工。成品如圖12所示。（6）示例6：高長(zhǎng)扁平盲腔鑲件，如圖13所示。

高長(zhǎng)扁平類型鑲件兼具高長(zhǎng)類型與扁平類型鑲件的特點(diǎn)，因此平躺式加工依然是此類鑲件的優(yōu)選加工方式。

將成型段的頂部與鑲嵌配合段的底部沿著形狀向外自然或水平延伸1.5倍刀具直徑的距離，可以在機(jī)加工中很好地處理線切割銜接部位的毛坯殘留問題。在延伸工藝端之外再做裝夾工藝端，即可完成兩個(gè)部位正面與背面的加工。對(duì)特長(zhǎng)的鑲件，還可以在成型段中部添加支撐段，在精加工的最后階段加工去除支撐段。工藝端設(shè)計(jì)效果如圖14所示。

編程加工的方式與扁平鑲件相同。NC加工后，經(jīng)三坐標(biāo)檢測(cè)尺寸合格，再線切割切除工藝端。如有偏差，依然可以再次裝夾加工修復(fù)。加工后的狀態(tài)如圖15所示。

（7）示例7：較大型鑲件的變形控制。

四缸體模具的缸套鑲件，是較大型的壓鑄模具盲腔鑲件，尺寸與技術(shù)要求如圖16與圖17所示。

加工變形量的控制是這類大型鑲件加工的關(guān)鍵。保證鑲嵌配合段的強(qiáng)度是控制變形量的重點(diǎn)。

制定細(xì)致的工藝才能確保加工環(huán)節(jié)的可控。制定規(guī)范的工藝表格應(yīng)成為工藝人員的工作習(xí)慣。四缸體模具鑲件的工藝單如圖18所示。

方型配合段工藝端可以保證找尋基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，同時(shí)會(huì)降低缸套側(cè)壁的加工震顫，約束住鑲件的加工變形量。如圖19所示。

在制定了工藝端的方案之后，缸套鑲件就簡(jiǎn)化成為具有明顯凸、凹形狀特征的模型。依據(jù)CimatronE軟件所提共的粗加工、半精加工和精加工的方法，即可順利完成程序的編制工作。加工單如圖20所示，僅供參考。

裝夾的方式可以參考圖21的模式。準(zhǔn)備工作充足，是加工順利進(jìn)行的有效保證。

由于工藝端部位厚度達(dá)到135mm，線切割的時(shí)間接近90小時(shí)。機(jī)加工時(shí)在工藝端上做出穿絲孔，可以規(guī)避切割應(yīng)力導(dǎo)致鑲件變形。在線切割機(jī)床上的加工時(shí)間長(zhǎng)，切屑的電腐蝕會(huì)導(dǎo)致鑲件表面產(chǎn)生腐蝕斑點(diǎn)，可涂專用防護(hù)油脂做好防護(hù)。切割后狀態(tài)如圖22所示。

線切割的成本雖然較高，但準(zhǔn)確性、精度要高于機(jī)加工。對(duì)于高成本的模具部件而言，確保成功完成是加工的主要目標(biāo)。三坐標(biāo)檢測(cè)的數(shù)據(jù)如圖23及圖24所示，鑲件配合部位與成型部位很好地結(jié)合，滿足了公差尺寸的要求。

由此可見，穩(wěn)妥的工藝安排，簡(jiǎn)潔流暢的程序加工，結(jié)合精心細(xì)致的安排調(diào)整，是加工高標(biāo)準(zhǔn)部件成功的必要條件。

通過(guò)對(duì)上述幾種盲腔型鑲件的分析可以看出，提高鑲件在加工過(guò)程中的強(qiáng)度是獲得高質(zhì)量加工效果的前提，而在加工工藝中設(shè)計(jì)適合的工藝夾持部分是增加鑲件強(qiáng)度的有效方法。

CimatronE軟件為高品質(zhì)部件加工提供的有效CAD工具，可以把模具專業(yè)技術(shù)人員的加工思想有效地融入CAM過(guò)程中，是一款應(yīng)手的專業(yè)軟件工具。

2.通腔型鑲件

通腔型鑲件在結(jié)構(gòu)上分為三部分：成型部位，鑲嵌配合部位，底座固定部位。通腔型鑲件比盲腔型鑲件多出了鑲件底座固定部位，適合于模具中窄長(zhǎng)類型不便于使用螺栓固定的鑲件設(shè)計(jì)。

（1）示例1：標(biāo)準(zhǔn)通腔鑲件，如圖25所示。

成型部位的加工與盲腔型鑲件相同，采用高速切削的方式加工完成。

鑲嵌配合段部位由于有固定端底座平面的阻擋，不能采用線切割方式加工。但配合段的精度要求同樣嚴(yán)格，也會(huì)遇到刀具加工對(duì)凹槽部位加工不到位的現(xiàn)象?？梢栽O(shè)計(jì)放電電極，使用電加工方式加工配合段，能夠精確控制配合段尺寸公差與底面固定端的高度公差。底座固定部位采用NC加工或者線切割加工。

（2）示例2：高長(zhǎng)通腔鑲件，如圖26所示。

高長(zhǎng)的通腔型鑲件，底座固定端的形狀多是根據(jù)配合段的形狀順勢(shì)設(shè)計(jì)而成，NC加工時(shí)需要特殊工藝安排。

平躺加工是高長(zhǎng)類型鑲件的較合理的加工方式。根據(jù)鑲件具體的形狀，靈活運(yùn)用鑲件上尚未加工的毛坯材料作為夾持部分。加工的最后環(huán)節(jié)，是使用線切割切除工藝夾持部分。

圖26所示的鑲件為例，NC精加工需要三次裝夾（底面鉆孔除外）。第一次加工頂端成型面及25mm長(zhǎng)度的配合段；第二次裝夾加工直邊側(cè)壁的配合段；第三次裝夾加工曲面一側(cè)的配合段及底座固定端。

為了給第三次裝夾加工做好準(zhǔn)備，要在做毛坯尺寸的時(shí)候考慮到預(yù)留的裝夾工藝端部分。在配合段的一側(cè)直邊上，有短小的固定端，將此部位增高、延長(zhǎng)，做成可以足夠支撐強(qiáng)度的工藝端，如圖30所示，可謂“無(wú)中生有”。

圖27中圈示出的多余毛坯就是為第三次裝夾做的工藝準(zhǔn)備。同樣，圖中所示的裙面，是沿著成型段拔模斜度向下延伸做成的曲面，長(zhǎng)度為3mm。CAM編程時(shí)，成型段與裙面做一個(gè)層切削加工，配合段與垂直向上延伸的輔助面（1mm）可再做一個(gè)層切削加工，兩個(gè)程序加工余量設(shè)置為不同值，可保證分型線的清晰準(zhǔn)確。如此，編程過(guò)程雖略顯繁雜，但思路清晰，目的明確，方法簡(jiǎn)潔，NC加工中刀路軌跡流暢，正是加工技巧的有效體現(xiàn)。加工軌跡如圖28所示。

正面成型部分粗加工，背面水孔加工到位后，真空爐熱處理（HRC47±1°），余下部分待精磨后NC加工。

第一次裝夾精加工的效果如圖29所示。較長(zhǎng)的夾持部位有效保證了工件的穩(wěn)定。

第二次裝夾加工是在鑲嵌配合段的避空部分加工，應(yīng)保證此段配合部位“缺肉”，單面余量一般在-0.2～-0.5之間。夾持工藝端的設(shè)計(jì)與加工效果如圖30與圖31所示。

第三次裝夾夾持工藝端，加工曲面一側(cè)的配合段與底座固定部位。采用CimatronE的清根功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以很好地完成編程加工。銑削的過(guò)程與加工效果如圖32與圖33所示。

清角結(jié)束以后，夾持方形的工藝端，線切割切落鑲件，完成鑲件加工。線切割加工后的效果如圖34所示。

高長(zhǎng)異形鑲件符合“有去無(wú)回”的類型，基準(zhǔn)在加工過(guò)程中逐步被銑削去除，因此只能單向成功，不可返修。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)壓鑄模具中盲腔型鑲件與通腔型鑲件的分析，我們可以看出，裝夾工藝端的設(shè)計(jì)在復(fù)雜異形鑲件加工中起到非常重要的作用。靈活設(shè)計(jì)裝夾工藝端，可提高工件裝夾強(qiáng)度與工件穩(wěn)定性。工藝端的設(shè)計(jì)要遵循易于裝夾、易于找尋基準(zhǔn)的原則。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件的CAD/CAM功能，通過(guò)明確的加工策略、簡(jiǎn)練的加工方法、規(guī)范的編程操作，一定會(huì)將CAM技術(shù)人員的工藝思想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。