CNC加工模具制造：切削如何塑造模具

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  CNC加工模具制造实际去除的是什么
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  模具加工中的三轴、四轴与五轴
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  CNC加工模具制造不再适用的场合
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  表面质量、收缩率与一副可用模具背后的数字
• 5
  为模具镶件选择工艺

模具是它所成型零件的负形。型芯或型腔上的每个表面都会复制到塑料、铝材或冲压毛坯上。CNC加工模具制造不只是形状决策，它决定了壁厚、封胶、排气深度以及零件将带有的表面。

该工艺通过从实心块料上去除材料来构建这个负形。旋转刀具按编程坐标走刀，分多次走刀剥除材料。机床夹持块料，主轴带动刀具旋转，控制系统使刀具沿X、Y、Z轴移动。三轴机床的刀轴方向不变。五轴机床的刀具可倾斜，因此倒扣和陡壁可在一次装夹中加工到位。

切削参数对结果的影响大于机床品牌。P20钢上用12 mm硬质合金立铣刀，表面速度通常为180–250 m/min，每齿进给0.1–0.2 mm。加工加强筋改用3 mm刀具时，若不缩短悬伸长度并减小径向切深，同样的主轴转速会产生颤振。

热量是隐性变量。粗加工留0.3–0.5 mm余量给精加工，部分原因是要去除上一刀留下的加工硬化层。在淬火镶件上省掉这个余量，精加工就会切过硬软交替的带状组织，壁面会弹刀。

大多数模具板从三轴铣床开始。开型腔、加工安装槽、钻水路。按去除材料的立方厘米计，这又快又便宜。当零件有深加强筋、带拔模斜度的壁面或曲面分型线，立式刀具不加长细刀就够不着时，三轴就不够用了。

四轴机床增加一个转台，通常为Ø400 mm级。块料旋转而刀具保持垂直。这适合圆柱形型芯、螺纹型芯以及需要一次装夹加工四面的零件。主要用途是定位加工，四轴联动较少见。

五轴加工让复杂几何形状变得可行。刀具倾斜以跟随曲面法向，球头刀可用短刃长精加工深型腔。短刀具偏让小，这才是真正的收益，而不是轴数。一台16台机床的五轴单元在型腔壁上可保持±0.005 mm，而用加长刀柄的三轴装夹会漂移。

代价是编程时间和装夹规范。五轴精加工路径生成更久，验证也更久。对带简单型腔的平板来说，这是浪费钱。对壁高40 mm、拔模2°的模具型芯来说，这通常是达到图纸要求的唯一方法。

CNC切削最适合已知材料的单块料。当几何形状需要刀具无法到达的中空内部通道时，它就吃力了。随形冷却通道属于这一类。宽度小于1.5 mm、深度超过8倍的细深加强筋也属于这一类。

硬度是另一条边界。30–34 HRC的预硬钢用硬质合金切削没问题。超过45 HRC，刀具寿命下降，精加工策略改为更小的步距和更慢的进给。许多车间先软态切削型腔，再把块料送去淬火并做最终磨削或电火花加工。

尺寸也设定了上限。钜亮五金最大行程可加工至4,000 mm。超过这个尺寸，块料必须拆分，拆分意味着零件上会出现接缝线。可见的接缝线往往比更慢的工艺更糟。

当模具需要在曲面光学表面达到镜面时，CNC只能做到接近，然后由抛光接手。状态好时我们能加工到Ra 0.2–0.8 μm，但这不等于抛光后的A级表面。要在报价中计入手工工作量。

收缩率是模具设计的输入，不是加工的输入，但它决定加工者留多少余量。ABS收缩约0.4–0.7%，PP约1.0–2.5%，玻纤增强牌号小于未填充版本。如果型腔按零件公称尺寸切削，零件出来会偏小，模具就报废了。

拔模斜度是第二个数字。纹理壁面需要1.5–3°拔模，抛光壁面需要0.5–1°。CNC加工模具制造能精确保持这些角度，但前提是CAD模型已经带有它们。加工后再加拔模意味着补焊或重新切削。

排气深度是精加工体现价值的地方。分型面上0.02–0.03 mm的排气槽足以排气，又不足以让大多数塑料产生飞边。用磨损刀具切这个槽，毛刺会堵住排气。然后零件在最后填充的角落烧焦。

镶件与镶件槽的配合是第三点。典型镶件槽比镶件尺寸大0.01–0.02 mm，实现轻压配合。太紧，镶件安装时开裂。太松，它在注塑压力下移位，分型线出现台阶。正因如此，我们出货前100%检验镶件。