用负余量闭合加工模具简介.doc

用负余量闭合加工模具负余量闭合有助于你以更少的时间制作更好的模具这里有该工艺明确的定义和描述虽然概念相称简朴，但实行起来是有挑战性的 想象你正在看一种完毕的塑料注塑模的型芯，而与其配合的型腔坯料（尺寸40" x 12" x 6"）仍放在它旁边的地面上，尚未加工想象一下，你正被告知整套模具要将在明天下午试模不也许的！”，那将是一种自然的反映，然而想象一下就在第二天下午你目睹了试模并接受了整套模具这个模具用于生产丰田汽车格栅的一种零件，它约三英尺长、四英寸宽型腔自动地被加工并且整夜无人看守，而整套模具事实上在第二天下午的初次试模时验收通过 这个应用使我们结识到，通过编程、机床和刀具周密地集成，老式繁重的模具制造可改造为科学的模具制造（见图1） 图1：用于该汽车内饰件的注塑模是使用负余量闭合进行精密制造的 照片由Classic Die公司提供负余量闭合的定义 从历史看，闭合区域是谨慎和乏味地刮研并定制装配，因此型腔和型芯的侧面事实上将互相碰撞并封堵模具内的塑料 - 限制塑料流动到型腔和流道区模具的刮研是一种艺术形式，需要技巧和耐心成果是一种定制的分模，由于它的装配，每个模具都是独一无二的 名称“负余量闭合”引用保存负余量的概念；事实上是模具分型线和闭合线的间隙！制造技术能提供更短的加工周期和更高的利润。

模具的好处是寿命更长和性能更好 间隙很小，局限性以引起塑料的任何流动，因此模具仍然是闭合的对于大多数塑料，大概0.0008"一般是一种可接受的余量，虽然那个间隙根据制模材料的不同而变化为了获得最佳的成果，负余量必须根据表面（一般是型腔）来制定，因此沿分型面周边的较大区域与零件隐藏的内表面有轻微的重叠 好处众多 消除刮研的解决对于所有方面都是一种很大的胜利从历史看，在模具制造过程中，装配和刮研是最大和最昂贵的劳动力要素之一它也是不可估计的，一般延误模具的竣工、试模和/或验收消除刮研能缩短加工周期并减少成本也许更重要的是模具制造从技巧到科技转变所带来的好处保持模具的几何形状完美无缺意味着模具可被更容易地维修，并且镶嵌件能互换 当模具闭合时没有干涉和碰撞，延长了模具的寿命模具的间隙通过模具边角内置的四个接触垫片来维持，注口和流道区域也是如此既然模具的精密表面不发生型腔和型芯的碰撞，那些表面不易在使用中磨损和变坏通过消除碰撞，更软的模具钢也许产生相似或甚至极好的成果，同步还为你和模具制造商提供一种更快的模具制造工艺 间隙还使模具工作得更好通风的需要通过负余量闭合自动地解决了，由于空气决不会被挡住。

压机需要更少的力来支持模具的闭合和塑料的注入加工节拍更快并且具有更低的力，提高模具的效果 令人印象深刻的利益组合使得负余量闭合令人向往；更快和更便宜的模具、更长的模具寿命、更快的加工节拍以及更小的压机当今我们能如何实行负余量闭合？ 开始演变 总的来说，负余量闭合被当作是最成功的一种改良的工艺从今日开始迫使公差能满足你的工作使整个模具制造工艺保持更紧的公差随着我们达到一种可靠性能的状态，信心和效果将接踵而来转变发生于从模具制作的技巧转到模具制造的科技 当今技术的广泛实行使得负余量闭合更实用高性能CAM系统以更少的时间获得更紧、更精确的刀具途径刀具途径区域的可靠性对于自信的无人看守的整夜和整个周末的加工是核心的高性能CNC 机床使得加工自动化，同步切得更快和更精确极好的夹具、刀柄和刀具结合在一起，按期交付外观更好的绝对精确的模具 为了阐明负余量闭合的原理，让我们检查一种两度拔模斜度和周边间隙0.0008"的轮廓陡峭的公母套件（见图2）四个边角的垫片限制零件的啮合量为0.0008"，仍然没有可察觉的侧向移动或旋转 图2：AMBA 研讨会特别报道了一套接近一英寸深的配套的型腔和型芯 具有两度的拔模斜度，仅仅是壁面上0.000040（班万分之四十英寸） 的不同导致深度上0.0010的不同! 精度对于盼望得成果是至关重要的。

为了更好地理解负余量闭合所需的核心公差，考虑相对于陡峭的型腔和闭合面的公差在两度的拔模角度上，Z向深度0.0005"的不同不不小于X/Y平面的0.000020"工作于如此紧的公差规定密切注意所有的细节，采用既有最佳的刀具 所有这些方面（编程、刀具和机床）协同工作以获得负余量闭合的成功最后产品的精度依托该措施的每一步有效的程序执行规定更好的机床和刀具性能刀具寿命规定更好的编程和机床性能有效的机床加工规定紧密、精确的程序来指引运动和耐用且精确的刀具三个要素不可避免地缠绕在一起，为了其自身的成功而互相倚赖 表面模型 你懂得大多数流行的CAM系统并不真正用数学NURBS（非均匀有理B样条）表面来定义你的零件吗？事实上，多数系统执行的第一步之一是生成一种协助她们工作得更快的平铺或“方格状”的表面不幸的是，这种生成在精度方面作出让步当在CAM系统内生成本地文献时，这个缺陷能通过收紧表面公差而被最小化，但是这又减少了系统的速度最佳的措施仍然看起来是采用真实的零件表面模型，消除中间的零件模型环节 更紧的参数 “输入垃圾，输出也是垃圾”是有关计算机程序的一种熟悉的表述负余量闭合依托紧密且精确的刀具途径来制造精确的零件。

核心之一是选择刀具途径的公差将保持零件较好地在公差范畴内，并且为CNC机床提供最优运转所需的信息 最新的高速CNC机床有更多的参数才干运转得更好这意味着你能为CAM的输出指定0.0001"到0.000050"的公差这不仅合用于你的CNC，并且总的来说它将运转得更好每步运动较小的方向变化事实上更易于使CNC能比以更少的运动而采用更锋利的偏差执行得更精确 这规定更多的刀具途径，采用更小的步距当今你的带有CAM系统的CAM迅速的计算机解决能力和直接的网络功能使得具有更大刀具途径的有效加工可以进行 机床设计 当今的高性能CNC 机床能比过去运动得更快且更精确这是机床设计和控制共同作用的成果更快的电子器件、响应更快的驱动系统和动态性能更好的机械设计共同提高速度和精度（见图3） 图 3：与圆拱形的滚珠导轨相反，滚动导轨有一种平且引人注目的更大的接触区 这引起明显更高地载荷承载能力和更低的磨损，结合了最小的滚动摩擦 图片由Schneeberger直线技术公司提供老式的箱形导轨正日益被替代，由于表面积大且引起摩擦直线导轨的球轴承具有最小的摩擦和很高的响应速度，但是它们遇到缺少阻尼的问题，由于滚珠的接触面积极小。

振颤和振动是常用的问题导轨设计选择直线滚动导轨日渐增多在其导轨表面上，滚子的直线接触表面有助于把力通过机床部件传递到地基上，克制了振动最后成果是机床的响应更快而不牺牲表面质量 机床动态性能的提高不仅使零件加工得更快，并且使刀具的寿命更长刀具被设计用于剪切材料，而不是把它擦掉如果我们能为任何特别的刀具维持设计的切屑负载，刀具的寿命将得到延长无论切屑载荷多么小，有效的摩擦作用磨损切削刃因此，机床的加、减速性能越好，刀具的寿命将越长附带的好处将是表面粗糙度更一致，零件的外观更好 预读 加速所需的时间也许更不相似，但在所有情形下，时间的规定是控制、预读的一种核心要素这是一种大的话题，值得一篇文章所有讲述其长处简而言之，没有预读的话，复杂轮廓的刀具途径一般将受到阻碍 CNC程序执行最常用和明显的缺陷是边角处的绕过，机床基本上是走了捷径而不是在图4的H点处执行一种尖角 图4：从A点到J点进行高进给率铣削，没有预读的话，过切将发生在F点 同样地，H点的边角也许被绕过图片由Creative Evolution公司提供更隐蔽的缺陷是当点群集在一起时的过切从历史看，NC 和CNC机床每次执行单步运动由于更低的进给量和更差的生成刀具途径的能力，每个持续的块移动一般容许足够的时间用于其自身从停止开始加速和减速降到停止。

由于CAM和CNC已经进步了，数据密度和进给量已经提高了流经这些点的运动，它是如今模具制造的一种核心能力 问题是如果我们盲目地假定穿越这些点时我们能停在一种很小的硬币上，我们一定要被过切刺痛如果我们以每分钟五英寸的进给沿着轮廓运动，我们很也许将不会遇到问题另一方面，如果我们以300 ipm的速度穿越这些点，多数机床需要在C点处开始降速以便精确地达到角点F否则，机床将在F点处过切，侵害零件并使机床颠簸 机床的预读性能有限或完全缺少这个性能，不仅会引起零件的侵害，并且能导致刀具上过大的应力或甚至是刀具的破坏进一步，引起的机床颠簸导致机床驱动部件和导轨的过量磨损 主轴 机床要运动得快，也必须有一种迅速的主轴老式的皮带或齿轮传动的主轴几乎不能那样做，因此应当使用筒形的主轴、部件自身集成马达和线圈的主轴这消除了驱动系统额外的热和振动为了保持主轴的温度受到控制，增长冷却-循环的液体通过马达线圈和轴承周边的腔室冷却器保持液体恒温，使主轴和床头箱避免膨胀 HSK刀柄 更高的主轴转速规定更精确、动平衡更好的刀柄刀柄的安全夹持在高速下特别重要7/24锥柄的开发是在半个多世纪之前，并且当今售卖的CAT、BT 和 ISO 刀柄不针对主轴高转速。

目前的主流技术是HSK，大概在前由DIN（德国原则协会）委员会把它定义成了行业原则HSK刀柄有几种型式，但由于其设计（见图5），都具有很高的刚度和非常低的跳动锥面和端面都进行定位高转速时动平衡是至关重要的，因此诸多HSK的设计都是完全对称的，以避免象驱动键常用的不平衡区域HSK刀柄的保持力针对整个设计速度范畴的安全性，并且事实上随着转速的提高，夹持变得更紧 红套刀柄 协助HSK刀柄激增的刀柄研发成果之一是红套技术这个简朴的物理应用使用热胀和冷缩的原理来把立铣刀夹到刀柄上通过消除侧固刀柄常用的止动螺钉和其他刀柄中广泛使用的弹簧夹头，跳动和不平衡充足消除红套刀柄一般的跳动量不不小于0.0001" 红套刀柄为顾客提供的好处有几种方面（见图6）一方面，刀具运转得更精确，因此你的零件将更精确，本文建议的一种核心规定在于我们工作的成败与型腔到型芯刚好0.0008"的配合所决定铣削表面看起来也更好精度方面的一种额外好处是立铣刀的所有切削刃都参与切削这意味着更顺畅的性能、更好的表面粗糙度和更好的刀具寿命 红套刀柄提供更多的好处刀柄不需要弹簧夹头或止动螺钉来夹持刀具，因此它们能被做成非常细长的形状以 提供达到不平常的狭小地方，使得较短的、成本较低的硬质合金刀具完毕挑战性更强的应用。

虽然你有自己的五轴或3+2轴机床，细长的红套刀柄能协助你减少五轴的装夹，消除必要的干涉检查并提高程序的复杂性 刀具精度 刀具自身的实际精度是成功应用负余量闭合的又一核心因素工作于如此紧的公差，我们不能接受刀具的实际形状的偏差（见图7） 刀具行业的某些创新者提供球头立铣刀精度三微米之内的个体证书，所有四个刃具有过中心切削性能的真正的四刃球头铣刀 由于有了红套刀柄，精确的刀具形状再次提供双赢的机会；其精度制造出更精确的零件，并且通过提供每齿更一致的切屑载荷，还保证更高的生产率和更长的刀具寿命 刀具几何角度 多种各样的刀具形状能使你的加工效率产生很大的不同为此，考虑公制刀具你的CAM 系统不在乎你的刀具是英制还是公制一般而言，美国以外的世界各地都用公制，因此其市场更大，因此选择也更多这意味着你能根据手头的任务定制合适的刀具 在这里，简朴的选择是长径比当我们也许要。