五轴联动加工技术在大型扁宽铝型材挤压模具上的应用

0 前言

    随着铝挤压行业的高速发展，市场对民用铝材的需求量越来越少，竞争也越来越激烈。而对于工业铝型材的需求量逐年增加，如航空、航天、船舶、高铁等。工业型材高端技术的开发和应用，使铝型材向大型化、复杂化、高精度、多品种、多用途的方向发展。然而，大型扁宽铝型材模具其分流洞有些部位用传统的三轴加工中心无法加工到位，特别是宽展模具的上模，分流洞是形状复杂、不规则三维曲面斜锥孔。一般，这种加工不到位的地方通常用手工摇臂铣床加工，但是加工误差大，有的部位无法加工到位，只能利用电火花割电极加工，电腐蚀加工对于模具的力学性能有影响，且也不能完全加工到图纸所设计的思路。利用五轴联动技术可以完全加工到位。加工中心五轴联动技术加工大型扁宽薄壁铝型材模具技术在国内还属于先例，本文就此技术在模具上的应用做简单的探讨及分析。

1 二维图纸分析

图1 型材截面图

图2 挤压模具主视图

图3 挤压模具侧视图

    通过图纸分析，此模具为大型扁宽薄壁铝型材，图形断面结构大，如是采用大挤压机进行挤压加工，挤压比、分流比等力学性能参数不合理，本设计图纸采用小机出大料的方式在小挤压机上进行挤压，这样可以有效节约成本。图纸采用出口降桥方式，目的为了更好的焊合。图纸结构设计看似简单，但是也有一定的加工难度，分流洞如利用传统的三轴加工方式完全加工不到位。图1为型材的断面图，壁厚薄，铝材整体长度大且弯曲。图2是分流洞的设计主视图，需要考虑到挤压比、分流比、强度等问题。图3为模具的侧视图。

2 三维图形设计

    采用三维快速建模方法，把三维图形做出来，此三维模型的重点在于分流洞，分流洞的光滑程度将影响模具的加工质量。图4（a）为挤压入口方向，图4（b）为挤压出口方向。

图4 挤压模具三维设计图

3 程序思路设计

    3.1 三轴程序的设置

    3.1.1 编三轴程序

    编出程序进行模拟仿真，看看三轴加工完成后剩余多少余料，然后再采取相应的五轴方案进行五轴加工。三轴程序采用模型区域清除策略。对三维模型模具进行初次粗加工的主要方法称之为三维区域清除。此策略提供了多个二维材料清除方法，从模具的最上层轮廓，按指定的Z高度一个切面一个切面的，依次逐层向下加工等高切面，直到模具轮廓。区域清除加工时，刀具向下切入到一个指定Z高度，全部清除此区域后，再下切到下一Z高度并重复上述过程。对某些高精度模具来说，可使用残留加工方法，用一较小的粗加工刀具对部件进行二次区域清除加工。残留加工将局部切除原粗加工刀具路径无法加工到的区域或是残留模型区域，如分流洞区域的剩余材料或是残留模型中的残留材料。使用残留加工方法可降低刀具载荷，使随后的精加工操作能得到更稳定的材料切除率。对与普通的模具钢则不需要半精加工，只进行区域清除加工即可，因为火后还要对模具进行打磨抛光。