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摘 要：大众化塑料制品，用45钢制作成形外形的型腔就足够了；而对于精度和表面粗糙度要求高的塑料模具型腔则多采用3Cr2Mo合金钢制造。本文以一种普通型腔案例，探讨了3Cr2Mo材料型腔的六种不同加工工艺方法特点。
关键词：3Cr2Mo 合金钢 模具型腔 加工精度
本文以图1所示的普通塑料模具曲面型腔为案例，探究用3Cr2Mo模具钢制作这种型腔的六种加工工艺方法和特点。
图1：3CrMo塑料模具型腔
一、 3Cr2Mo制作塑料模具型腔的仿形铣削加工
仿形铣削加工原理类似于“电子配钥匙”，必须预先按照型腔形状制作出与之对应的仿形靠模和仿形销。加工时，仿形销始终以一定压力施压在靠模表面，并沿靠模表面轨迹移动，通过仿形仪的信号放大装置，将仿形销的运动信息传给控制进给的驱动装置，使铣刀产生相应随动进给，对模坯进行仿形加工， 3Cr2Mo型腔仿形铣削加工过程如图2所示。为保证3Cr2Mo型腔加工精度，选用性能优良、易于加工成形的铝合金制作靠模更为合适；仿形销则采用重量较轻、刚性好的优质工程塑料PA（聚酰胺）制作，以避免因仿形销重量过大沿靠模轨迹运动时引起偏移，使传递信号误差增大，而影响到铣刀加工型腔的质量。为了减小摩擦、确保传递加工运动的灵活准确性，靠模和仿形销表面除了要制作光滑，工作表面的粗糙度 Ra<0.8μm外，加工中二者表面要涂润滑剂。
图2：3CrMo型腔仿形铣削加工示意图
二、 3Cr2Mo制作塑料模具型腔的数控加工
1.数控铣床加工。数控铣床三维形状加工控制方式有二又二分之一轴控制、三轴控制和五轴控制。由于图1所示为底部不等高3Cr2Mo曲面型腔，没有内凹结构形状，而第一种加工方式是等高线加工，所以被否定，只能选用后两种加工方式.五轴控制铣刀除具有沿X、Y、Z三方向运动的三轴控制加工能力外，铣刀还可实现两方向摆动，这一特点使五轴控制加工功能更强大，在加工过程中可使铣刀轴线与加工表面切线方向成直角状态，除了可大幅度提高加工精度外，其独到之处是还能对型腔凹入部分进行加工，这是三轴控制所不具备的。而且数控铣床的加工精度和效率比仿形铣床高得多，不需要制作仿形靠模的辅助工作。图3是3Cr2Mo型腔三轴控制和五轴控制两种加工方式的比较。
图3：3CrMo型腔三轴控制与五轴控制加工比较
2.加工中心加工。加工中心是具有快速换刀功能，在型腔的一次装夹中按加工指令自动完成铣、钻、镗和攻螺纹等多种加工的最先进数控机床。通过自动编程装置和CAD/CAM提供的三维形状信息数据库，拥有多种加工功能和强大的加工能力。利用加工中心制造型腔的关键也是编制加工程序，对于图1所示3Cr2Mo普通塑料模具型腔，由于是曲面结构，而不是平面型腔，所以它的加工程序要复杂。一般要借助UG软件建模，按照相关尺寸绘出型腔造型图，把这些信息输入计算机，经过识别而自动生成型腔的加工程序，再将3Cr2Mo模坯安装在加工中心工作台上，按照加工程序指令自动高效完成型腔加工。
三、3Cr2Mo制作塑料模具型腔的特种加工
1.电火花加工。电火花加工（Electrical Discharge Machining）是利用工作液中接在脉冲电源两极的模坯和工具电极之间瞬间脉冲放电的电腐蚀作用来加工模腔。这种加工方法主要是针对高熔点、高硬度、高强度和高韧性难以或无法机械加工的淬火钢、硬质合金等模具材料进行加工，虽然塑料模具钢3Cr2Mo的预硬硬度只有HRC30～36不是太高，也可用电火花加工，其加工原理如图4所示。
图4：3CrMo型腔电火花加工示意图
2.电解加工。这是一种利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解原理加工型腔的工艺方法。电解加工时，3Cr2Mo模坯金属接直流稳压电源阳极，工具电极接阴极，二者间保持0.1～1mm 间隙，阳极模坯加工表面金属原子Cr、Mo等失去电子成为正离子进入电解液，模坯加工面的材料不断被“溶解”，电解产物被循环流动的电解液带走，这样由控制装置带动工具电极连续进给，其端部形状便被复制到模坯上，而获得图1模具型腔3Cr2Mo型腔加工过程如图5所示。
图5：3CrMo型腔电解加工简图
四、3Cr2Mo制作塑料模具型腔的挤压成型加工
由于图1所示3Cr2Mo塑料模具型腔较深、加工精度要求较高，所以采用闭式挤压成形的加工方式较为合理，图6是型腔挤压成形示意图。
图6：3Cr2Mo型腔闭式挤压成形工作图
在挤压时，工艺凸模的最低点先与模坯顶面接触产生挤压作用，减荷穴要布局在中心线偏右侧与工艺凸模凸起部位相对应，也可进行相关力学计算，如图8所示。
参考文献
[1]李奇 朱江峰 模具设计与制造[M].第2版，北京，人民邮电出版社，2008。
[2]蒋建强 模具数控制造技术[M].北京，科学出版社，2008，
[3]李玉青 电加工实用技术[M].长春，吉林科学技术出版社，2008，
[4]洪深泽 挤压工艺及模具设计[M].北京，机械工业出版社，1995。
论文作者:吕兆荣
论文发表刊物:《教育学文摘》2017年8月总第237期
论文发表时间:2017/7/24
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