注塑模具加工方法与流程

本发明涉及一种模具加工领域，特别涉及一种注塑模具加工方法。

背景技术：

注塑模具是用于生产塑胶产品的工具。根据各种类型的塑胶产品，注塑模具的形状以及结构亦各有不同，但基本结构是一致的，其必然包括浇筑系统、成型系统。成型系统一般性作为供模塑料由熔融状态固化成型的腔室，其尺寸精度直接影响注塑产品品质。

在申请日为2009/5/13，公开号为CN101564775A的中国发明专利中公开了一种利用高速铣削对具有精密细小特征的模具加工方法，包括以下步骤：加工毛坯、夹具校准、毛坯装夹、粗加工、真空热处理、外形修整、精加工、检测、后序加工。其意在利用高速铣实现对具有精密细小特征模具的快速加工。

在汽车、电子等行业对于注塑件的精度要求日益增高，传统的注塑模具加工方法往往存在缺陷。即在对模具的铣削加工过程中，高速转动的刀具与模具毛坯摩擦产生较高的切削温度，而过高的切削温度则会导致成型型腔存在加工上的尺寸偏差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种尺寸加工进度高的注塑模具加工方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种注塑模具加工方法，包括以下步骤：1、加工毛坯：取未做淬火处理的钢材加工成方形毛坯，毛坯各单边留0.2～0.25mm的余量，毛坯六面的相互垂直度控制在0.01mm以内；2、校表：固定毛坯并在毛坯侧面加工出基准角、基准底面；3、开粗：取基准角为刀具初始加工点，在数控铣床上对毛坯进行粗加工，粗加工中留5mm加工余量；4、热处理：将经过粗加工的毛坯送入热处理炉进行去应力处理；5、外形修整：对热处理后的毛坯进行外形修整，将毛坯六面的相互垂直度、平行度控制到0.002mm以内；6、深孔钻：将毛坯固定至钻床，以基准角为初始点设置好钻头，加工出毛坯侧面水路；7、预处理：将工件固定至CNC工作台，在侧面水路上接入热循环管路，并通入热交换液，并通入热交换液对毛坯进行预热；8、精加工：将工件固定至CNC工作台，以基准角为初始点设置好刀具，启动CNC开始执行加工程序对毛坯进行精加工。

通过采用上述技术方案，在模具的加工过程中，通过粗加工完成模具基准面以及其大致外形轮廓的加工，并通过热处理有效降低毛坯的内应力。而在精加工之前，首先采用深钻孔加工出模具内的水路，即使在深钻孔的过程中毛坯出现热变形，其依然能够在后续的精加工中校正模具尺寸。

在CNC数控加工中心对模具进行全面铣削的过程中，刀具在毛坯表面的大范围切削将产生高达300℃以上的切削温度，不仅导致模具表面产生热变形影响加工温度，同时亦导致刀具的快速磨损。而通过在CNC加工过程中对毛坯侧面的水路通入冷却水，有效提高毛坯内部的热传递效率，保证模具表面的温度快速传导消散出去，降低了切削位的温度，显著避免模具因高速、连续、大范围的切削导致其表面温度过高而影响毛坯切削加工的精度。

本发明进一步设置为：所述毛坯材料为718H。

通过采用上述技术方案，该牌号模具用钢材综合性能优异，加工效果好。

本发明进一步设置为：所述去应力处理的温度为630℃～680℃，保温3～4h,出炉后空冷。

通过采用上述技术方案，在对模具毛坯进行切削加工前先进行退火去应力处理，有效去除模具毛坯内部的残余应力，减少模具在最终热处理阶段的变形量。

本发明进一步设置为：所述去应力处理在真空环境中进行。

通过采用上述技术方案，在真空状态下进行热处理，有效避免钢材表面因高温氧化，同时对固态金属中溶解的气体也有很好的排除作用，采用真空加热时，可使金属中的氢迅速降至最低程度，消除氢从而提高材料的塑形、韧性和疲劳强度，提高了工件的整体机械性能。

本发明进一步设置为：在步骤5中，继对毛坯进行外形修整后，用精修刀具在毛坯表面点出所有待钻孔位置的中心点以及待加工沟槽的中心线。

通过采用上述技术方案，在精修毛坯外形的同时，标出出后序加工的位置点，方便后序阶段对毛坯的加工。

本发明进一步设置为：在步骤7中通入起始温度为80℃～90℃的热交换液使毛坯预热，保持毛坯外表面处于70℃～80℃转入下一加工步骤。

通过采用上述技术方案，常规的模具毛坯在切削过程中，毛坯自身温度较低而切削点温度骤升，两者的较高温差导致毛坯内部产生较大的组织应力，使得毛坯在完成加工后以及最终热处理后的热变形量都显著增加。而通过预先在水路中通入预热介质使得模具由内至外预热，从而降低了模具在被切削时的内外温差。一方面消除材料内部组织应力；另一方面使得模具在加工过程中整体的温度变化更加趋于平稳，有效避免因温度突变带来的内外变形不均。

本发明进一步设置为：在步骤8中，随着CNC刀具对毛坯表面开始铣削后，转而降低通入毛坯的热交换液温度，对毛坯降温。

通过采用上述技术方案，利用流动的热交换液加速模具内部的热传递，在降低模具表面切削温度的同时又保证切削温度维持在合理的温度区间，该切削温度区间有利于提高刀具的切削寿命。

本发明进一步设置为：在步骤7中，热循环管路包括热水池、冷水池、进水管、出水管，所述热水池与冷水池并联设置，所述毛坯侧面水路的两端分别通过进水管、出水管分别与热水池、冷水池连接，进水管、出水管上设置有用于切换管路启闭状态的换向阀。

通过采用上述技术方案，利用冷水池、热水池分别储存不同温度状态的热交换液，使得其热量切换更加迅速、工作效率更高。

本发明进一步设置为：所述热水池内设置有对热交换液加热的电偶，所述冷水池内设置有对热交换液散热的冷却风扇。

通过采用上述技术方案，保证在热水池内的热交换液拥有足够高的热量，在冷水池内的热交换液具有符合要求的低温，保证对毛坯的热交换顺利进行。

本发明还了提供另一种尺寸加工进度高的注塑模具加工方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种注塑模具加工方法，包括以下步骤：1、加工毛坯：取未做淬火处理的钢材加工成方形毛坯，毛坯各单边留0.2～0.25mm的余量，毛坯六面的相互垂直度控制在0.01mm以内；2、校表：固定毛坯并在毛坯侧面加工出基准角、基准底面；3、开粗：取基准角为刀具初始加工点，在数控铣床上对毛坯进行粗加工，粗加工中留5mm加工余量；4、深孔钻：将毛坯固定至钻床，以基准角为初始点设置好钻头，加工出毛坯侧面水路；5、热处理：将经过粗加工的毛坯送入热处理炉进行去应力处理；6、外形修整：对热处理后的毛坯进行外形修整，将毛坯六面的相互垂直度、平行度控制到0.002mm以内；7、预处理：将工件固定至CNC工作台，在侧面水路上接入热循环管路，并通入热交换液；8、精加工：将工件固定至CNC工作台，以基准角为初始点设置好刀具，启动CNC开始执行加工程序对毛坯进行精加工。

通过采用上述技术方案，在热处理之前首先加工出深入模具内部的水路。使得在热处理过程中，毛坯的受热面更广泛且内外近乎同时受热升温，使得材料的整体温度上升的更加均匀，其内部的金属相变更加平衡，内部应力去除效果更好。

附图说明

图1是实施例一步骤1中毛坯的立体示意图；

图2是实施例一中毛坯侧面水路结构示意图；

图3是实施例一步骤6中毛坯的立体示意图；

图4是实施例一中模具成品的立体示意图；

图5是实施例一热循环管路安装的结构示意图。

图中，1、毛坯；2、原点；3、水路；4、进水管；5、出水管；6、热水池；7、冷水池；8、水泵；9、换向阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明中所称的CNC即计算机数字控制机床，是一种装有程序控制系统的自动化机床，本实施例以一款车辆前网注塑模具中的凹模为例做介绍。

实施例一：一种车辆前网注塑模具加工方法，包括以下步骤：

步骤1、加工毛坯1：取未做淬火处理的718H磨具钢，我国GB标准钢号2NiMo，通过线切割加工成方形的毛坯1，毛坯1尺寸为1070mmX420mmX230mm；

毛坯1各单边留0.2～0.25mm的余量，毛坯1六面的相互垂直度控制在0.01mm以内。

步骤2、校表：通过夹具将毛坯1正向固定在CNC工作台上，使用数显高度仪检测毛坯1各个侧面与底面的垂直度，确保其垂直度符合步骤1中要求。取毛坯1侧面一角为基准角，并定义其长边为X轴，短边为Y轴，高度方向为Z轴，并取底部交点为加工原点2(0，0，0)。

步骤3、开粗：取原点2(0,0,0)为刀具初始加工点并固定好刀具，运行加工中心执行粗加工程序对毛坯1进行粗加工，粗加工中留5mm加工余量。

步骤4、热处理：将经过粗加工的毛坯1送入真空热处理炉进行去应力处理，热处理详细参数为：真空加热至630℃～680℃并保温3～4h，之后取出空冷至室温18～35℃，由此去除毛坯1内部残余应力。

步骤5、外形修整：对热处理后的毛坯1在进行外形修整，首先固定毛坯1通过数显高度仪测量毛坯1六面的相互垂直度，若形变超过控制范围可通过线切割以原点2(0,0,0)为基准点修整毛坯1各侧边，将毛坯1六面的相互垂直度、平行度控制到0.002mm以内；继对毛坯1进行外形修整后，用精修刀具在毛坯1表面点出所有待钻孔位置的中心点以及待加工沟槽的中心线。

步骤6、深孔钻：将毛坯1固定至钻床，此时毛坯1侧放。以基准角为初始点设置好钻头，钻出毛坯1侧面水路3，水路3均匀分布并贯穿毛坯1侧面。

步骤7、预处理：将工件正向固定至CNC工作台，在水路3中接入螺旋隔水片，使得热交换液呈螺旋形进入水路3。在侧面水路3一端端部上接入进水管4，并通入热交换液；在侧面水路3另一端端面接入出水管5，热交换液由该端从毛坯1中排出，在进水管4上设置有水泵8；

参见说明书附图5，预处理热循环管路采用独立组件，与CNC相互独立，其包括相互并联的冷水池7与热水池6。顾名思义，冷水池7用于储存低温热交换液，其温度维持在10～20℃，在冷水池7中设置有冷却风扇，用于对冷水池7散热。热水池6用于储存热水，其温度维持在80～90℃，在热水池6中设置有加热电偶，用于对热水池6加热，且热水池6为由保温材料制成的封闭式腔室，对热交换液有良好的保温效果。冷水池7与热水池6均与进水管4、出水管5连接，并通过换向阀9切换启闭状态；

在CNC的工作台表面上嵌设温度探头，其位于毛坯1正下方用以测量模具表面温度。在CNC启动进行切削前，由换向阀9将进水管4切换至与热水池6导通，从热水池6中向毛坯1送入80～90℃的热交换液，由热交换液对毛坯1预热，之后热交换液由出水管5流至冷水池7散热、储存。在预热过程中，以热交换液进模温度90℃为例，当毛坯1温度在56℃以下时，实测其热交换效率高，热交换液进模前后温度相差在65℃～34℃左右，因此当毛坯1表面温度在53℃以前出水管5与冷水池7导通。在毛坯1表面温度大于56℃之后，热交换效率显著降低，热交换液进模前后温度相差在34℃～16℃左右，因此当毛坯1表面温度在46℃以上出水管5与热水池7导通，此时出模温度约在56℃～74℃，其通入热水池7后，热水池温度仍在75℃之上，即使不对热水池7中的热交换液进行加热其仍能继续送入毛坯1中进行预热。由此降低预处理中的能耗。当毛坯表面温度达到70℃～80℃后转入下一工序。

步骤8、精加工：保持工件固定至CNC工作台，以基准角为初始点设置好刀具，启动CNC开始执行加工程序对毛坯1进行精加工。在刀具开始切削模具的同时，换向阀9切换管路，转由冷水池7通过进水管4向毛坯1送入热交换液，并且出水管5将从毛坯1排出的热交换液送至热水池6。吸收了毛坯1中热量的热交换液进入热水池6保温，以备下次预处理。此时冷水池7中的热交换保持水温10～20℃进入毛坯1，对毛坯1进行热交换从而实现对模具降温，起降低切削温度的效果，通过红外线温度检测器实测，发现在上述方法下可保持切削温度不高于200℃。且本方案中利用冷、热水池供热交换液暂存，有效降低了加工中热循环系统的能量损耗；

在模具的加工过程中，通过粗加工完成模具基准面以及其大致外形轮廓的加工，并通过热处理有效降低毛坯1的内应力。而在精加工之前，首先采用深钻孔加工出模具内的水路3，即使在深钻孔的过程中毛坯1出现热变形，其依然能够在后续的精加工中校正模具尺寸；

在CNC数控加工中心对模具进行全面铣削的过程中，刀具在毛坯1表面的大范围切削将产生高达300℃以上的切削温度，不仅导致模具表面产生热变形影响加工温度，同时亦导致刀具的快速磨损。而通过在CNC加工过程中对毛坯1侧面的水路3通入冷却水，有效提高毛坯1内部的热传递效率，保证模具表面的温度快速传导出去，降低了切削位的温度，显著避免模具因高速、连续、大范围的切削导致其表面温度过高而影响毛坯1切削加工的精度。

本实施例的原理在于：常规的模具毛坯1在切削过程中，毛坯1自身温度较低而切削点温度骤升，两者的较高温差导致毛坯1内部产生较大的组织应力，使得毛坯1在完成加工后以及最终热处理后的热变形量都会有所增加。同时因较高的切削温度使得毛坯1受热产生热膨胀，在切削完成后，随毛坯1表面温度下降，材料收缩，其也在一定程度上影响了切削精度。而通过预先在水路3中通入预热介质使得模具由内至外预热，从而降低了模具在被切削时的内外温差。一方面消除材料内部组织应力；另一方面使得模具在加工过程中整体的温度变化更加趋于平稳，有效避免因温度突变带来的内外变形不均。而利用流动的热交换液加速模具内部的热传递，在降低模具表面切削温度的同时又保证切削温度维持在合理的温度区间，该切削温度区间有利于提高刀具的切削寿命。

下表是在采用预处理与未使用预处理条件下对模具表面目标台宽为10mm的特征进行加工后数据对比：

由上表对比可知，在对十件样件进行对比测量发现，在预处理条件下，模具表面特性的加工形变显著降低。

实施例二：一种车辆前网注塑模具加工方法，与实施例的区别在于将步骤6深钻孔置于步骤4热处理之前，同时步骤4为普通热处理炉处理。即先在毛坯1侧面加工出水路3，再将毛坯1放入热处理炉进行去应力退火处理。在本方案中，利用对模具毛坯1侧面的若干水路3作为传递热量的通道，直接对毛坯1内外同时加热，使得毛坯1中心部位的受热不再仅仅依靠从毛坯1表面热传递，毛坯1内外的受热更加均匀。从而有效改善毛坯1内部金属相变平衡，显著提高退火效果，减少毛坯1内部的组织应力及残余应力。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。