曲面薄壁电极数控加工工艺应用气煤卫星天线数码相框木器涂料转印油墨Rra

曲面薄壁电极数控加工工艺应用

曲面薄壁电极多广泛用于注塑模具、压铸模具的制造中，其作用为形成产品的薄片形状，如摩托车发动机中的散热片、电脑机箱内的铝合三通接头金散热片及音响产品的电源散热窗口形状等。曲面薄壁电极一般特点是：多为具有一定高度、均匀排列的窄槽和薄片组成，顶部呈复杂曲面形状；由电解红铜加工而成，铜料的延展性强，用加工中心或数控铣加工外形及曲面薄片顶端时易产生变形弯曲；对工艺规划、切削用量、CAD/CAM编程参数设置均有较高要求。图1为笔者于某模具厂工作时所加工的一例曲面薄壁电极的产品，其形状特点为：

（1）电极高度较高，最高点距底座平面为22.0mm。

（2）电极薄片厚度较小，为1.5mm。

（3）电极顶部为曲面形状，必须用球形刀精加工。研发使用的工程塑料、高可靠安全性材料和低VOC环保材料

（4）薄片之间为5.0mm。窄槽，只能用直径较小的刀具加工薄片外形。

根据以上特点，用MasterCAM9.1进行编程，使用VMC850加工中心进行加工（台湾乔福机械有限公司制造，数控系统为FANUC Oi，机床最高转速8000r/min；使用美孚101#切削液）。应用了如下工艺步骤进行数控加工：

1.基本外形加工

因为该电极只需加工正面，故将毛坯铜料直接装夹在平口钳上（平口钳已校正）即可以开始分中对刀加工。如图2所示，对刀后第一步先用pocket平面挖槽的加工方法去除薄片周围区域的材料。

使用进口超微粒全钨钢刀，刀具磨损量极微小，所以粗加工后不换刀而是直接转用Contour轮廓加工方法精加工外形和下部基准分别到尺寸。刀具φ16mm，粗加工刀具转速n=1200r/min，每层背吃刀量1.0mm，进给速度νf=1000mm/min。精加工转速n=1500r/min，每层背吃刀量11.0mm，进给速度νf=300mm/min。外形轮廓已加工出单边0.1mm的电火花间隙；暂时先保留薄片部分及各薄片之问部位的材料。下部底座为电火花加工时的基准分中边框，斜角是用来确定电极的方向的。

2.电极曲面粗铣

第二步使用Surface Rough Pocket编程即曲面粗加工的形式进行曲面粗铣削，如图3所示，为节省时问仍继续使用φ16mm端铣刀，转速1200r/min，进给速度νf=1000mm/min，每层背吃刀量0.7mm。

3.电极曲面精加工

第三步采用Surface Finish Parallel的编程方法精加工曲面，使用直径为φ10mm的二刃球形铣刀；刀具转速为2300r/min；进给速度为1000mm/min；进刀角度为315°；为保证曲面足够的精度和良好的表面质量，曲面精度参数Tolerance值设为0.005，每行进刀间距为0.15mm。具体设角钉置如图4。

加工时刀具路径模拟效果如图5，如果没有先进行曲面粗加工（即第现如今的行业市场当中二步Surface Rough Pocket加工）而直接进行曲面精铣，会使φ10mm球形刀精铣的切削量较大，刀具振动大，表面粗糙度值增大达不到快速精铣的目的甚至有可能断刀。采用315°的进刀角度目的是使加工行间距均匀，切削液冲刷效果好，工件表面质量提高。

4.薄片外形精加工

在曲面精加工之后再进行薄壁形状的精加工成形，如果先加工外形轮廓后加工顶部曲面，则此时薄壁形状太高，在刀具切削力的作用下铜电极顶部常会发生变形弯曲，造成加工失败，这也是薄片电极加工中最容易出现的问题。同时，由于薄片之间为5.0mm窄槽，只能用直径较小的刀具加工薄片外形。故取直径为4.0mm端铣刀，转速2000r/min，进2014年8月22日给速度νf=400mm/min，加工完曲面再加工电极外形时还要注意每次下刀深度不能太大，刀具直径小，装夹长度又较长（大于电极高度，取26.0mm）。故易产生抢刀过切；每层背吃刀量仅取0.4mm；而转速和进给速度则取高些微耕机，以达到一定的效率。具体路径参数设置如图6、7所示。

其中外形加工余量参数（XY stock to leave）取-0.1mm是电极预留火花加工间隙。抬刀选择参数（Keep tool down）选为不抬刀，因为在轮廓外下刀，已确定是在安全的空位下刀，所以不打孔需要设定抬刀，以节约刀具空运行时间，提高效率。

曲面薄壁电极加工工艺路线规划对加工的成败具有决定性的作用，同样的加工方法和参数设定，按不同的加工顺序进行，得到的效果截然不同。下面为笔者总结的一种经过实践证明可行的工艺方案：粗铣外形，边框加工→曲面等高粗加工→曲面精加工→精加工薄壁外形。

5.结语

曲面薄壁电极加工为模具加工中常见并具有一定难度的加工类型，相信许多同行都进行过这种加工体验。不同的机床类型及刀具条件其加工方法不尽相同，笔者的方法只是其中之一，有欠妥之处，尚请明示。