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汽车模具铸造件泡沫模型的CNC加工

基于实体铸造所需的泡沫模型CNC加工,具有余量均匀、精确,模具整体外观效果好的明显上风,为汽车模具的全程序化加工奠定了基础,所以泡沫的全程序化加工是未来发展的方向。

由于传统手工制作汽车模具铸造件所用的泡沫余量很不均匀、给模具加工的效率造成很大影响,且零部件遗漏现象时有发生,从而影响模具的整体质量与制作周期,因此采用CNC加工对以上现状在很大程度上有所改善,为汽车模具的全程序化加工奠定了一定基础。

3D泡沫加工的流程

●数据预备

在加工前要对所获得的数模进行认真分析,对不同App进行数据转换所造成的数据丢失应进行确认和修复。在一般情况下,泡沫模型数据的属性应该是实体,所以,在进行其他制作前须把所得数据通过曲面缝合等方式转换成实体属性,数据处理的过程见图1。


●着色

认真分析、研究模具图纸,从图纸上提取模具加工面与非加工面信息,并对所获得的信息进行回纳、分类,作好相应记录。对加工的面比如型面、导板面、镶块安装面等进行着色,以便留量的确认,着色的过程见图2。

●放缩水量

由于泡沫与铁水冷却的收缩率不同, 所以要对泡沫模型放一定的收缩量△X,而对泡沫模型放的收缩率△X根据所浇铸填充的材质不同而有所不同,比如浇铸的材质是MoCr铸铁,则需要对泡沫的模型整体进行(1+△X)即(1+11/1000=1.011)缩放。


●做留量

根据上述对加工面所做的颜色,比如导板、镶块安装面等外形比较规则的面做加工留量处理,对有需要加工的台阶直孔和加工处出现的尖角面应做填补一面化处理,处理过程见图3。

做余量的具体处理有以下几个方面:

1、对导板、镶块安装面、背靠面等需要做余量面的处理:把这些面做一个等间隔(比如10-15mm)的余量偏置,然后再把它们封闭,做实体化处理。

2、对模具型面、轮廓的余量就不必用面对余量进行控制,由于对曲面和曲线的偏置十分烦琐,而可以采用在CNC程序编制中加以控制,模具轮廓在程序中一般放10-12mm余量。

对于模具型面:一般假如型面小而简单、平整、起伏较小时放10mm,对型面大、外形起伏大就要考虑多放余量,一般可以放12mm。



3、对于铸钢件切刃:一般就是根据上面型面应该放的余量再加上切边时的切进量(比如切进量为5mm,则切刃型面的留量为:10+5=15mm),见图4。


●分层

泡沫加工首先对3D模型要进行分层处理,分层处理在整个CNC程序编制与加工过程中至关重要,它的分割位置、方法是否公道不仅关系到整个模具程序编制的效率,而且也对模具加工出来的质量有着很大程度上的影响,所以,对3D模型该如何分层,通过较长时间的工作总结,大家应该从以下几个方面加以考虑:

1、根据生产条件:如数控设备的X/Y/Z行程、切削刀具的不干涉长度、加工所需要的泡沫几何毛坯尺寸;

2、每次分割,要考虑方便加工,尽可能多的把需要加工的几何体分开,产生尽可能少的分割层,以保证各个单元层粘合后模型的精度;

3、分割时,要尽可能少的产生窄槽、负角等难加工或者不能够加工的几何体;

4、对无法避开、不能一次完成加工的几何体也可以剔除,等加工完毕后,再对剔除的几何体单独数控加工,然后进行粘和、组装。图5为3D泡沫实体分层的一个实例。

●CNC一面化处理

由于切割分层的原因,可能会产生很多散面,给加工带来一定程度的不便,根据泡沫CNC的加工特性,一般是每个面分别作成程序,但综合考虑到切削的效率,能够作CNC一面化的尽可能作一面化处理,也就是把相同高度的面或者高差不大的加工面作一次性加工(台阶孔、凸台面、减轻孔)。


●删除负角

经过对模型的分割、一面化处理后,需对分割所得单元体进行物理属性分析,对如最小窄槽宽度、深度,最小圆弧半径,有无负角存在,当负角存在于指定区域,则从指定区域把负角分开;假如负角超出了指定区域,则考虑剔除,让手工进行修补。

●CNC程序的设计

作NC数据前,对分割好的模型分别设定主负坐标,记录加工方向和加工基准,采集模型的几何外型尺寸,确定所需泡沫毛坯规格,如图6。

●作刀轨

泡沫材质不同于钢铁等金属材料,材质十分疏松,况且泡沫模座多为25-40mm筋板构成,相比相同壁厚的钢铁材质的模具,强度低,在加工过程中,由于难以承受刀具切削所产生的挤压力,轻易造成部分薄壁泡沫损坏,所以这就要求除了切削刀具刃口要锋利、转速高、进给不能够太快之外,做刀轨的方法和技巧也是关系到加工出来泡沫模型质量的好坏。一般来说,对做刀轨主要可以从以下几个方面考虑:

1、 型面的程序编制,假如型面比较平整、起伏小,可以考虑作成Zig-Zig平行刀轨或者三维偏置刀轨,假如型面比较复杂、起伏比较大,为保证陡峭区域和平坦区域的留量都一样均匀,可以考虑把刀轨作成三维偏置刀轨,两种加工方式见图7。

2、对于腔类型面的程序的编制,既要考虑到腔底型面的加工,也要考虑到腔壁部的加工质量,一般考虑加工效率和壁部质量,可以把刀轨作成三维偏置刀路轨迹(见图8)。




3、编制轮廓、棱线类程序就不必作成三维偏置刀轨,由于这类只对壁部有要求,其他余量是该往除的,所以这样的刀路轨迹可以用边驱动,作成图9所示刀轨:

4、在编制程序的过程中,为了按数模加工到位,不使拐角等地方留下毛坯残留量,有些地方处理方法见图10所示。

5、假如孔存在于型面上,都需要做程序加工,这时优先考虑把孔封闭而作型面加工程序,然后再考虑作孔加工。

6、局部处理:在编制程序的过程中,为了方便,有些地方就需要做灵活处理,这就要求有些地方需做成局部刀轨,如台阶面、倾斜面、减轻孔、轮廓等,见图11。


●编辑刀轨

编辑刀轨主要是对由于某些几何条件约束,而使所产生的刀轨凌乱、不规则,这样也许会对加工的质量造成一定的影响,这就需要把这样的刀轨予以修改、剔除,以保证刀路公道、流畅。

●加工程序的确认及CNC程序的产生

在加工程序编制完成后,须对下列各项进行确认,由于它是控制产品质量的最后一个环节:

1、加工范围,判定留量区域。

2、加工余量的确认,比如型面10mm的余量留够。

3、刀具的不干涉长度和刀具大小的确认。根据不同的设备控制系统,在指定的文件路径下进行后处理,把刀路文件转换成G代码,预备加工。

根据前面的加工信息,为了便于引导加工,需把这些必要的信息提供给现场数控加工职员,在CNC引导书中,一般包括程序名、刀具类型、刀具几何参数、加工留量、切削参数范围、加工完毕的模型检测文件等。

结束语

随着现代机械化、自动化、智能化的水平越来越高,高新技术在大家的生产中运用得越来越广泛,数控革命时代已经到来,基于实体铸造所需泡沫模型CNC加工具有余量均匀、精确,模具整体外观效果好的明显上风,为汽车模具的全程序化加工奠定了基础,所以泡沫的全程序化加工将是未来发展的方向,当然在这一领域还有很多技术题目需要大家进一步探索、研究。


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