1 引言
图1所示是某输液瓶橡胶塞，材质为丁基医用橡胶。考虑到该产品市场需求量很大，且有密封性要求．采用模具压制成型，且一模多腔，例如某厂的该产品模具结构为1模196腔。这类模具型腔不仅尺寸精度要求高，且同一模中各型腔成型的瓶塞必须有较好的一致性。该模具对使用寿命有较高的要求，采用模具钢(如T8A、T100A或C等)制造，淬火处理。从图1可以看出。该瓶塞的上端面上有花纹图案。
图1橡胶塞
2 橡胶塞成型工艺
为提高瓶塞的质量，一般采取抽真空压制成型，一模多腔，各瓶塞之间有一层薄薄的橡胶将所有的胶塞连成整块，使得脱模方便。其生产流程为：生胶混炼→称重配料→模压成型→冲裁落料(成品)。
瓶塞的压制成型模具采用一模多腔结构，型腔复杂，尺寸精度要求较高，有一定互换性要求，故型腔一般采用镶拼结构。图2所示是一对型腔块合模状态下的工作断面图，合模时，上、下型腔块并没有完全接触，这样各型腔成型的瓶塞就连接成为一个整块脱模。这种设计对多型腔、小尺寸的橡胶件成型是非常适合的。
3 型腔镶件加工工艺分析
1副模具型腔由2个镶件组成(镶件材质为T8A)。根据实际的生产经验，橡胶塞收缩率在1％～1.5％，镶件型腔尺寸公差要求控制在±(0.01～0.02)mm考虑到尺寸精度以及各型腔尺寸一致性的要求及成型面为回转体表面的特点。决定采用数控车削为主的加工方法。
上型腔结构并不复杂。只是多了一个花纹图案。图案采用数控雕刻机床高速铣削雕刻加工而成，刀具可直接购买专用的单刃雕刻刀，数控雕铣机床的转速都在万转以上，可保证雕刻刀具前端小直径处刀刃仍然具有较高的切削速度。基于以上考虑，上型腔块的加工工艺为：粗车外圆和端面→车型腔(含端面)→精车外圆→型腔抛光→切断→掉头车端面、倒角→钻孔、攻丝→花纹雕刻加工→热处理→磨外圆(无心磨)→型腔喷砂(可待装配到模座上再整体喷砂)。
该模具下型腔块的加工较困难，图3所示是下型腔块局部结构，从图3可以看出，下型腔块底部为一个R0.808mm的圆环面，即切槽刀具的宽度必须小于1.6mm。若刀具用R0.8mm刀尖和1.6m宽的切刀加工，在切至底部时相当于宽刀切削，刀具振动大，甚至打断刀具。实际采用1.1 mn宽的切刀，两刀尖磨出R0.5m的圆弧，即接近R0.55m的圆弧切刀，这样保证了在理论上刀尖与轮廓线是点接触，切削宽度尽可能小。由于刀具太窄，刀具的强度较差，合理选择切削用量和刀具切削路径就显得很重要。数控加工可以方便、准确控制切削用量和刀具路径，是型腔加工较佳的加工方式。下型腔块端面不等高，且两端面是型腔的组成部分，侧壁上的一个小三角槽单独用一把成型刀具进行切削。基于以上考虑，下型腔块的加工工艺为：粗车外圆和端面→车型腔(含端面)→精车外圆→型腔抛光→切断→掉头车端面、倒角→钻孔、攻丝→热处理→磨外圆(无心磨)→型腔喷砂(可待装配到模座上再整体喷砂)。
图3下型腔块局部结构
图4所示是橡胶塞成品、下型腔块挖槽刀具和型腔块零件的实物图片，其中的下型腔块还用线切割从中部剖切，便于尺寸的检测。
图4橡胶塞成品、下型腔挖槽刀具和型腔块零件
4 型腔数控加工中的几个问题
4.1 加工设备的选用
加工设备采用CKA6150卧式数控车床(FANUC Series 0iMate-TC数控系统)和SKDK5060型数控雕铣机，刀具为8mm×8mm断面的W18Cr4V手工刃磨的刀头和专用的雕铣刀具，采用l、如MasterCAMX2编程软件、V24程序传输软件和Am锄编程软件。
4.2 程序处理和程序传输
由于型腔块加工程序较复杂，且吃刀量不能太大。走刀次数较多，手工编程不方便。采用MasterCAM编程软件自动编程，工件坐标系(原点)建立在毛坯右端面上。
一个完整的数控程序由三部分组成，即准备程序段、加工程序段和结束程序段。用^自st臼Q吣哩软件自动生成的数控程序往往还要根据实际情况进行适当的处理，主要是修改程序前面的准备程序段和后面的结束程序段部分。
MasterCAM软件自动生成的上型腔块加工程序为：
自动生成程序的分析与修改：
(1)程序名称C10000可根据数控系统里已存在的程序进行修改．不能重复，如CIol00。
(2)前面括号中的文字说明可以删除。
(3)N107之前的程序为准备程序段。其中的G21、G18、G仞、G弱、G99可认为是程序的初始化，国内数控机床的数控系统一般都是上述的默认设置，为了阅读程序的方便，可以删除。
(4)N104段中的C融是工件坐标系设定指令。工件坐标系的建立即通常所说的对刀。数控车床的对刀方式有3种：即鲫、G54～G59和刀具偏置量直接输入。由于模具制造属小批量生产。考虑到操作者的习惯。采用刀具偏置量直接输入方式建立坐标系，工件坐标系建在零件的端面上。故程序中的G54指令可以删除，刀具偏移量要输入到刀具指令中后两位数值指定的刀具补偿寄存器中。具在机床刀架上的安装刀位、所用刀具补偿寄存器号和数控系统的T指令格式改写。其前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号，如1D101。
(5)N101段的刀具选用指令n818要按实际刀
(6)N105段的G50 S3600可以删除，因为采用的是机床数控系统默认的G9r7恒表面速度控制取消．即主轴转速是恒转速旋转，不容易出现转速过高。S指令中的数值单位是r/min。
(7)将N103段中的MD3指令和N106段中的S指令合并为—个程序段，如s600 MD3。
(8)N104段中的MD8是冷却液开指令，若加工时是由人工控制冷却液开、关，则这条指令可以取消。注意MD8还有一条成对的M09冷却液关指令(在N343段)要一并删除。
(9)N344段的G28指令是刀具返回参考点指令，可根据个人的习惯保留、删除或改为一段G加快速退出程序。MD5是主轴停转指令，实际上M30包含该动作，故可删除。
(10)N345段中的n800是与前面的n818对应的，用于取消刀具补偿。如果前面改为1D101，则对应的指令应该为仰100。
修改优化后的程序为：
说明：
(1)由于采用刀具偏置量直接输入建立工件坐标系，故程序执行到N101 G0 1U101时即建立起了工件坐标系。
(2)Nlar7段中的F.1可根据实际情况设置，并配合进给倍率修调旋钮控制实际的进给速度。
(3)N103段中的S600也应该根据实际试切情况确定，当然主轴倍率也能够适当调节主轴转速。数控加工程序输入方式有手工直接输入、存储卡输入和I／O口数据通信传输，I／O口数据传输一般利用数控系统上的的RS232接口，可直接传输或在线加工。由于数控车削加工的程序都不大．下型腔加工程序也才10K(600多段)多一点，采取I毯援!接口利用V24软件通过计算机与CNC的数据通信完成数控加工程序的输入，这种程序输入方式效率高，不容易出错，劳动强度低。
4.3 数控加工刀具路径和切削用量的确定
4.3.1 上型腔块加工
上型腔块的型腔加工主要包括型腔面加工和花纹雕刻加工。
图5所示为上型腔面加工的刀具路径图，图中刀具左上角是刀位点。加工采取挖槽粗加工与轮廓精加工相结合的方式，用一把刀具一次装夹完成。刀具以切槽刀为主。刀具宽度4 mm考虑到轮廓精加工的需要，主切削刃磨了1个10°左右的主偏角。
图5上型腔面加工刀具路径
挖切槽从1点开始逐步向两侧扩展，直至11点处。粗切量为刀具宽度的60％。深度方向采取分层切削，每次切削深度0．5nm共切削了6层。在轮廓处沿轮廓线留出0．2nm精加工余量，精加工从外侧按①-②-③-④-⑤的顺序沿轮廓线精车加工。编程时注意，外侧轮廓线要延伸超出外圆，内轮廓线要缩短，保证刀尖不能超出零件中心线，‘否则，很容易在刀尖处崩刃。图5中的进、退刀轨迹在程序修改后会有所变化，进刀轨迹取决于刀具加工前的实际位置。退刀轨迹通过结束程序段的修改确定。主轴转速初步定为600浙血，进给量初定为0.1mn／r，这2个参数在加工时。特别是开始试切程序时要适当减小，然后再逐步加大，找出最佳的参数。
上型腔的型腔面上的花纹采用数控雕铣加工，刀具为单刃球头铣刀，球头半径R0.2mm，用Artcam7.0软件，沿花纹中心线矢量加工。其加工轨迹如图6所示。
图6上型腔面加工轨迹
4.3.2 下型腔块加工
下型腔块加工是模具加工难度最大的部分，有关加工工艺分析前面已谈到，这里介绍其数控加工部分。
图7所示是下型腔面数控加工刀具路径．双点划线是零件轮廓，刀具左上角是刀位点。同上型腔面一样采取挖槽粗加工与轮廓精加工相结合的方式，用一把刀具一次装夹完成，刀具宽度1.1mm，刀尖圆弧半径为R0.5眦lo外侧轮廓线要延伸超出外圆，内轮廓线要缩短，保证刀尖不能超出零件中心线。图7所示的刀具轨迹是：挖槽从1点开始逐步向两侧扩展，并沿轮廓线平滑切削。留出精加工余量0.2mm，粗切量为刀具宽度的60％。深度方向采取分层切削，每次切削深度0.3mm。粗加工完成后再从2点开始沿轮廓精加工型腔面。
图7下型腔面加工刀具路径
5 结束语
输液瓶橡胶塞应用广泛，市场需求量大，其成型模具的型腔镶件具有尺寸小，形状复杂，尺寸精度要求高等特点，上述数控加工型腔镶件的方法，对同类其他医用胶塞的加工具有一定的参考。加工采用W18巳Ⅳ材料的刀具，刀具耐用度显得不足，同时切削速度等切削参量的提高受到了限制，如何提高加工效率是今后要努力的方向。
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本文标题：数控技术在橡胶塞成型模型腔镶件加工应用
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