风扇叶片定模的数控加工技术

风扇叶片定模的数控加工技术
陈吉祥;蔡耀安;陈国兴
【摘要】以风扇叶片定模为例,在对扇叶工艺分析的基础上,通过MasterCAM软件进行数控编程、数控加工工艺及加工刀具选择,完成了叶片定模的加工.从而提高生
产效率,缩短模具的制造周期.
【期刊名称】《模具制造》
【年(卷),期】2016(016)007
【总页数】4页(P66-69)
【关键词】叶片定模;MasterCAM;数控编程加工
【作者】陈吉祥;蔡耀安;陈国兴
【作者单位】深圳信息职业技术学院机电工程学院广东深圳518172;深圳信息职
业技术学院机电工程学院广东深圳518172;深圳信息职业技术学院机电工程学院
广东深圳518172
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
电风扇叶片是家电产品塑料模具中较难加工的一种类型，叶片的曲面现状较为复杂，同时要求叶片质量轻，分布均匀，整个结构的对中性好，因此，对叶片的要求较为严格［1］。

本文以5片扇叶塑件为例，利用MasterCAM软件进行数控编程、分析加工工艺及加工刀具选择等方面完成扇叶定模的加工。

该款风扇的扇叶为5片结构，扇叶规格为14吋，叶片平均厚度1.5mm，叶片材
料采用AS透明塑料，如图1所示。

3.1 工艺分析
与常见的3片扇叶相比，该产品扇叶均匀分布在圆形托盘上，相邻两扇叶的中心
线所夹的圆心角为72°。

由于叶片数量的增加，单叶片的面积及叶片与圆形托盘连接面积也相应的减少。

而影响扇叶正常工作的技术参数主要在重量、扭转角度、硬度、材料厚度等方面。

如果不一致，可能会导致风扇在运行时噪音增大，送风不匀和增加电机的负荷等现象。

为了保证产品的刚度和动平衡要求，叶片材料采用AS 透明塑料。

AS为丙烯腈与苯乙烯共聚而成的高分子化合物，不易产生内应力开裂，透明度很高，其软化温度和抗冲击强度较高，且弹性模量是现有热塑性塑料中较高的一种［2］。

3.2 模具加工难点分析
为了防止塑件翘曲变形，保证塑料熔体能均衡地分配到扇叶的各个型腔，扇叶采用多点胶口的三板模具。

扇叶模具的动模（见图2）、定模（见图3）。

因此定模是扇叶模具中最关键的成型零件。

本文以扇叶模具的定模为对象，重点阐述扇叶定模的加工工艺方法及工艺解决方案。

从扇叶定模（见图3）的结构分析，可以得出扇叶模具定模的加工难点主要表现在以下几个方面：
（1）扇叶为5叶片结构，模具型腔数量较多，加工难度要比普通的3叶片结构增加许多。

（2）扇叶规格为14吋，定模外形尺寸为550× 550mm，定模镶件的直径为
φ367mm。

加工量大，且时间长。

（3）定模镶件上的分型面为不规则曲面，且高低起伏坡度大，存在许多加工死角，而在分型面的最低处两曲面结合部分的倒角曲面R值是一个变量，大值也仅为
R6mm，小值更是小至R1mm这为精加工时清角增加了加工难度。

（4）定、动模分型面之间的斜度为3°，而斜面深度超过38mm。

在加工分型面
时，应充分考虑刀具的选择及刀具切削参数等方面因素。

（5）分型面和模具型腔不能分别加工，也不能叶片逐个加工，否则就会因刀具磨损而造成5片叶质量不均匀。

（6）扇叶轴心的垂直度也是扇叶动平衡保证的一个重要参数，所以对风叶定模中心的圆孔位加工，除了对加工机床有较高精密的要求之外，还对数控加工的工艺方案提出了较高的要求。

3.3 传统加工方法比较分析
传统扇叶模具制造工艺是手工制作靠模，机械或液压仿形加工和钳工修整调试。

当扇叶的动平衡需要调整时，习惯用铜电极放电来修正叶片的胶位。

这也是一种较为普遍的工艺方法。

但这种方法由于要制造电极，同时要在电火花机上进行很多次的放电加工，这一方面增加了模具加工成本，另一方面对模具本身的形状精度也造成相当程度的误差，最终的动平衡的调整效果并不是十分理想。

3.4 确定加工工艺解决方案
本款扇叶模具的加工解决方案遵循的原则就是充分利用数控加工软件、机床、刀具及编程技术技巧。

在模具制造加工过程中，能够用刀具切削加工出来的形状尺寸，尽量不用电极，或者是少用电极，减少试模过程中的扇叶胶位不均匀而带来的修整作业，从而能够大大缩短调整扇叶动平衡时的工作量和时间周期，达到提高加工效率和加工质量的效果。

3.5 模具数控加工工艺过程
3.5.1 设备选择及编程软件
零件加工选用设备为台湾协鸿HP-S50加工中心，机床操作系统是FUNAC操作系统，扇叶的数控加工程序采用MasterCAM 9.1数控加工软件生成。

3.5.2 刀具及切削参数选择
为了保证刀具在加工时能连续高效，排削性好、耐磨性高等方面因素，综合运用飞
刀、高速钢和硬质合金刀具的组合方式。

为了提高加工效率，粗加工时选择大直径刀具进行大面积的切削，此时开粗余量留得不能太少，因装刀片刀具一般径向尺寸不准，再者开粗刀具受力大，刀具加工会有微弱抖动，余量太少可能引起过切［3］。

精加工时采用较小的高速钢刀具以减小切削阻力，以防刀具偏让而影响加工形状尺寸和精度。

精加工内轮廓时，刀具尺寸要小于零件型腔最小转角半径，这样有利于在转角处形成圆滑的过渡曲线，避免切削力在转角处突然增大，使刀具折断。

3.5.3 加工工艺工序过程及程序的编制
根据表1扇叶定模的具体加工关键工序如下：
（1）工序1是开粗定模的程序，选择φ30R5mm球刀来进行加工。

编程时要充
分利用大刀开粗，小刀清角的原则，粗加工要选择直径足够大，并有足够的切削能力的刀具迅速切除多余材料。

图4为MasterCAM挖槽路径的参数设置表［4］。

（2）工序2选择φ16R0.8mm飞刀对工序1开粗时的R5圆角进行清角处理，为工序5及工序6的半精加工切削去多余的材料。

（3）工序5选择φ10R5mm球刀半精加工铣削分型面、型腔面，为最后工序7
精加工铣削分型面、型腔面打下基础。

图5为MasterCAM平行铣削刀具路径的
参数设置表。

（4）工序6和工序7为半精加工和精加工分型面和型腔面，此为扇叶模具加工最重要的工序。

特别是最后的精加工工序7，采用硬质合金φ10R5mm球刀，有效
地保证了定模分型面和型腔面的切削精度。

平行铣削工序6和工序7的路径参数
设置表与图4和图5相同，只改变切削间距和加工余量。

（5）工序9为叶片型腔最后成型前非常关键的一道工序。

充分利用MasterCAM 平行铣削刀具路径来进行编程，并采用φ6mm硬质合金平底刀清除叶片边缘R角，一次性把模具型腔尺寸加工到位［5］。

（6）工序10采用高品质φ16mm平底刀来加工镶件中心圆孔，主轴转速600转/min，进给率200mm/min，充分保证扇叶轴心垂直度与整个叶片的动平衡要求。

（1）首先要对扇叶模具进行加工工艺分析，确定合理的加工顺序，在保证工件的加工精度和加工质量的同时，要尽量减少其它特种加工设备如电火花机的加工成本，以及在数控加工过程中的换刀次数，提高加工效率，并充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度，以及零件刚度和变形等因素，做到先粗加工后精加工。

（2）精加工要使用直径较小的刀具，使切削加工能够达到工件的每一个角落。

把工件结构完全加工出来，不论是分型面、型腔，需要选用不同大小，不同形状的刀具进行加工，才能提高加工效率，保证加工质量。

（3）要注意保护刀具在切削过程中所受切削负荷的基本稳定，对于大刀开粗后的工艺死角位，要先用直径φ6mm平底刀清角，以免R5mm球刀精加工到圆角时，刀刃与工件接触宽度急剧增加，负荷突然变大而振动，从而使刀具崩刃甚至折断。

（4）采用球刀加工曲面，为了保证上工序与下工序接刀痕顺利过渡，加工余量要预留0.02mm。

（5）对于侧壁与底面的组合加工，要先精加工底面到位，然后再精加工侧壁，以避免侧壁加工到工件底部时，刀具的侧刃与底刃同时受力，产生振动而影响底面的表面加工质量。

（6）为了避免刀具装夹过长，影响刀具的刚性，延长杆装夹φ6R3mm球刀。

避免了与工件发生干涉，有效缩短了刀具的悬长。

（7）在数控加工过程中，为了避免刀具过切，或者是由于刀具路径过滤方面的原因影响到加工，可以用MasterCAM软件做一些辅助曲面；也可以在机床的操作
过程中，变化机床Z轴坐标设置来改进加工方式。

根据扇叶特点及加工难点，按上述工艺方法和手段加工扇叶模具，除了在靠近叶片根部的分型面位置，需制造小尺寸铜工来清角之外，其它加工区域都是一次尺寸加
工成型，抛光余量也控制得很小，这样既缩短了抛光时间，也为试模时调整扇叶动平衡打下了良好的基础。

【相关文献】
［1］杨汉嵩，吴群雄，范彩霞，陈永方.基于CAXA环境下电风扇叶片CAD/CAPP/CAM技术研究［J］.价值工程，2012，（01）：47～48
［2］刘晓琴.风扇叶片注塑模具CAD/CAM设计［J］.兰州交通大学学报，2012，31（6）：123～125
［3］钱春华，钱杨林.风扇叶片的后模数控加工研究及其应用［J］.中国科技信息，2010，14（7）：120～121
［4］孙中柏.Mastercam9.1模具设计与加工范例［M］.清华大学出版社，2006.
［5］魏明，刘伟民.Mastercam 9.0模具设计与加工［M］.人民邮电出版社，2004.。