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1、用负余量量闭合加加工模具具负余量闭闭合有助助于你以以更少的的时间制制作更好好的模具具。这里里有该工工艺明确确的定义义和描述述。虽然然概念相相当简单单，但实实施起来来是有挑挑战性的的。想象你你正在看看一个完完成的塑塑料注塑塑模的型型芯，而而与其配配合的型型腔坯料料（尺寸寸40 x 12 x 6）仍放放在它旁旁边的地地面上，还还未加工工。想象象一下，你你正被告告知整套套模具要要将在明明天下午午试模。“不可能能的！”，那将将是一个个自然的的反应，然然而想象象一下就就在第二二天下午午你目睹睹了试模模并接受受了整套套模具。这这个模具具用于生生产丰田田汽车格格栅的一一个零件件，它约约三英尺尺长、四四英寸宽
2、宽。型腔腔自动地地被加工工而且整整夜无人人看守，而而整套模模具实际际上在第第二天下下午的首首次试模模时验收收通过。这个应应用使我我们认识识到，通通过编程程、机床床和刀具具周密地地集成，老老式繁重重的模具具制造可可改造为为科学的的模具制制造（见见图1）。图1：用用于该汽汽车内饰饰件的注注塑模是是使用负负余量闭闭合进行行精密制制造的。照片由Claassiic DDie公司提提供。负余量闭闭合的定定义从历史史看，闭闭合区域域是谨慎慎和乏味味地刮研研并定制制装配，所所以型腔腔和型芯芯的侧面面实际上上将相互互碰撞并并封堵模模具内的的塑料 -限制制塑料流流动到型型腔和流流道区。模模具的刮刮研是一一种艺术术
3、形式，需需要技巧巧和耐心心。结果果是一种种定制的的分模，由由于它的的装配，每每个模具具都是独独一无二二的。名称“负余量量闭合”引用保保留负余余量的概概念；实实际上是是模具分分型线和和闭合线线的间隙隙！制造造技术能能提供更更短的加加工周期期和更高高的利润润。模具具的好处处是寿命命更长和和性能更更好。间隙很很小，不不足以引引起塑料料的任何何流动，所所以模具具仍然是是闭合的的。对于于大多数数塑料，大大约0.000088通常是是一个可可接受的的余量，虽虽然那个个间隙根根据制模模材料的的不同而而变化。为为了获得得最佳的的结果，负负余量必必须根据据表面（通通常是型型腔）来来制定，所所以沿分分型面周周围的较
4、较大区域域与零件件隐藏的的内表面面有轻微微的重叠叠。好处众众多消除刮刮研的处处理对于于所有方方面都是是一个很很大的胜胜利。从从历史看看，在模模具制造造过程中中，装配配和刮研研是最大大和最昂昂贵的劳劳动力要要素之一一。它也也是不可可预计的的，通常常延误模模具的完完工、试试模和/或验收收。消除除刮研能能缩短加加工周期期并降低低成本。也也许更重重要的是是模具制制造从技技巧到科科技转变变所带来来的好处处。保持持模具的的几何形形状完美美无缺意意味着模模具可被被更容易易地维修修，而且且镶嵌件件能互换换。当模具具闭合时时没有干干涉和碰碰撞，延延长了模模具的寿寿命。模模具的间间隙通过过模具边边角内置置的四个个
5、接触垫垫片来维维持，注注口和流流道区域域也是如如此。既既然模具具的精密密表面不不发生型型腔和型型芯的碰碰撞，那那些表面面不易在在使用中中磨损和和变坏。通通过消除除碰撞，更更软的模模具钢可可能产生生相同或或甚至极极好的结结果，同同时还为为你和模模具制造造商提供供一个更更快的模模具制造造工艺。间隙还还使模具具工作得得更好。通通风的需需要通过过负余量量闭合自自动地解解决了，因因为空气气决不会会被挡住住。压机机需要更更少的力力来支持持模具的的闭合和和塑料的的注入。加加工节拍拍更快而而且具有有更低的的力，提提高模具具的效果果。令人印印象深刻刻的利益益组合使使得负余余量闭合合令人向向往；更更快和更更便宜的
6、的模具、更更长的模模具寿命命、更快快的加工工节拍以以及更小小的压机机。当今今我们能能如何实实施负余余量闭合合？开始演演变总的来来说，负负余量闭闭合被看看成是最最成功的的一种改改良的工工艺。从从今日开开始迫使使公差能能满足你你的工作作。使整整个模具具制造工工艺保持持更紧的的公差。随随着我们们达到一一种可靠靠性能的的状态，信信心和效效果将接接踵而来来。转变变发生于于从模具具制作的的技巧转转到模具具制造的的科技。当今技技术的广广泛实施施使得负负余量闭闭合更实实用。高高性能CAM系统以以更少的的时间获获得更紧紧、更精精确的刀刀具路径径。刀具具路径区区域的可可靠性对对于自信信的无人人看管的的整夜和和整个
7、周周末的加加工是关关键的。高高性能CNCC机床使使得加工工自动化化，同时时切得更更快和更更精确。极极好的夹夹具、刀刀柄和刀刀具结合合在一起起，按期期交付外外观更好好的绝对对精确的的模具。为了说说明负余余量闭合合的原理理，让我我们检查查一个两两度拔模模斜度和和周围间间隙0.000088的轮廓廓陡峭的的公母套套件（见见图2）。四四个边角角的垫片片限制零零件的啮啮合量为为0.000088，仍然然没有可可察觉的的侧向移移动或旋旋转。图2：AAMBAA研讨会会特别报报道了一一套接近近一英寸寸深的配配套的型型腔和型型芯。具有两两度的拔拔模斜度度，仅仅仅是壁面面上0.00000040（班万万分之四四十英寸寸
8、）的不同同导致深深度上0.000100的不同!精度对对于期望望得结果果是至关关重要的的。为了更好好地理解解负余量量闭合所所需的关关键公差差，考虑虑相对于于陡峭的的型腔和和闭合面面的公差差。在两两度的拔拔模角度度上，Z向深度0.000055的不同同小于XX/Y平面的0.00000020。工作作于如此此紧的公公差要求求密切注注意所有有的细节节，采用用现有最最好的刀刀具。所有这这些方面面（编程程、刀具具和机床床）协同同工作以以获得负负余量闭闭合的成成功。最最终产品品的精度度依靠该该方法的的每一步步。有效效的程序序执行要要求更好好的机床床和刀具具性能。刀刀具寿命命要求更更好的编编程和机机床性能能。有效
9、效的机床床加工要要求紧密密、精确确的程序序来指导导运动和和耐用且且精确的的刀具。三三个要素素不可避避免地缠缠绕在一一起，为为了其自自身的成成功而相相互倚赖赖。表面模模型你知道道大多数数流行的的CAM系统并并不真正正用数学学NURRBS（非均均匀有理理B样条）表面面来定义义你的零零件吗？实际上上，多数数系统执执行的第第一步之之一是生生成一个个帮助他他们工作作得更快快的平铺铺或“方格状”的表面面。不幸幸的是，这这种生成成在精度度方面作作出让步步。当在CAM系统内内生成本本地文件件时，这这个缺点点能通过过收紧表表面公差差而被最最小化，但但是这又又降低了了系统的的速度。最最好的方方法仍然然看起来来是采
10、用用真实的的零件表表面模型型，消除除中间的的零件模模型步骤骤。更紧的的参数“输入垃垃圾，输输出也是是垃圾”是关于于计算机机程序的的一个熟熟悉的表表述。负负余量闭闭合依靠靠紧密且且精确的的刀具路路径来制制造精确确的零件件。关键键之一是是选择刀刀具路径径的公差差将保持持零件很很好地在在公差范范围内，并并且为CNC机床提提供最优优运转所所需的信信息。最新的的高速CNC机床有有更多的的参数才才能运转转得更好好。这意意味着你你能为CAM的输出出指定0.000011到0.00000050的公差差。这不不仅适用用于你的的CNC，而且且总的来来说它将将运转得得更好。每每步运动动较小的的方向变变化实际际上更易易
11、于使CNC能比以以更少的的运动而而采用更更尖锐的的偏差执执行得更更精确。这要求求更多的的刀具路路径，采采用更小小的步距距。当今今你的带带有CAM系统的CAM快速的的计算机机处理能能力和直直接的网网络功能能使得具具有更大大刀具路路径的有有效加工工能够进进行。机床设设计当今的的高性能能CNCC机床能能比过去去运动得得更快且且更精确确。这是是机床设设计和控控制共同同作用的的结果。更更快的电电子器件件、响应应更快的的驱动系系统和动动态性能能更好的的机械设设计共同同提高速速度和精精度（见见图3）。图3：与与圆拱形形的滚珠珠导轨相相反，滚滚动导轨轨有一个个平且引引人注目目的更大大的接触触区。这引起起明显更
12、更高地载载荷承载载能力和和更低的的磨损，结结合了最最小的滚滚动摩擦擦。图片由Schnneebbergger直线技技术公司司提供。传统的箱箱形导轨轨正日益益被替代代，因为为表面积积大且引引起摩擦擦。直线线导轨的的球轴承承具有最最小的摩摩擦和很很高的响响应速度度，但是是它们遇遇到缺乏乏阻尼的的问题，因因为滚珠珠的接触触面积极极小。振颤和和振动是是常见的的问题。导导轨设计计选择直直线滚动动导轨日日渐增多多。在其其导轨表表面上，滚滚子的直直线接触触表面有有助于把把力通过过机床部部件传递递到地基基上，抑抑制了振振动。最最终结果果是机床床的响应应更快而而不牺牲牲表面质质量。机床动动态性能能的提高高不仅使使
13、零件加加工得更更快，而而且使刀刀具的寿寿命更长长。刀具具被设计计用于剪剪切材料料，而不不是把它它擦掉。如如果我们们能为任任何特别别的刀具具维持设设计的切切屑负载载，刀具具的寿命命将得到到延长。无无论切屑屑载荷多多么小，有有效的摩摩擦作用用磨损切切削刃。因因此，机机床的加加、减速速性能越越好，刀刀具的寿寿命将越越长。附附带的好好处将是是表面粗粗糙度更更一致，零零件的外外观更好好。预读加速所所需的时时间可能能更不相相同，但但在所有有情形下下，时间间的要求求是控制制、预读读的一个个关键要要素。这这是一个个大的话话题，值值得一篇篇文章全全部讲述述其优点点。简而而言之，没没有预读读的话，复复杂轮廓廓的刀
14、具具路径通通常将受受到妨碍碍。CNC程序执执行最常常见和明明显的缺缺点是边边角处的的绕过，机机床基本本上是走走了捷径径而不是是在图4的H点处执执行一个个尖角。图4：从从A点到J点进行行高进给给率铣削削，没有有预读的的话，过过切将发发生在F点。同样地地，H点的边边角可能能被绕过过。图片片由Creeatiive Evooluttionn公司提提供。更隐蔽的的缺陷是是当点群群集在一一起时的的过切。从从历史看看，NC和CNC机床每每次执行行单步运运动。由由于更低低的进给给量和更更差的生生成刀具具路径的的能力，每每个连续续的块移移动通常常允许足足够的时时间用于于其自身身从停止止开始加加速和减减速降到到停
15、止。由由于CAM和CNC已经进步步了，数数据密度度和进给给量已经经提高了了流经这这些点的的运动，它它是如今今模具制制造的一一个关键键能力。问题是是如果我我们盲目目地假定定穿越这这些点时时我们能能停在一一个很小小的硬币币上，我我们一定定要被过过切刺痛痛。如果果我们以以每分钟钟五英寸寸的进给给沿着轮轮廓运动动，我们们很可能能将不会会碰到问问题。另另一方面面，如果果我们以以3000 ippm的速度度穿越这这些点，多多数机床床需要在在C点处开开始降速速以便精精确地到到达角点点F。否则则，机床床将在F点处过过切，侵侵害零件件并使机机床颠簸簸。机床的的预读性性能有限限或完全全缺少这这个性能能，不仅仅会引起
16、起零件的的侵害，而而且能导导致刀具具上过大大的应力力或甚至至是刀具具的破坏坏。进一一步，引引起的机机床颠簸簸导致机机床驱动动部件和和导轨的的过量磨磨损。主轴机床要要运动得得快，也也必须有有一个快快速的主主轴。老老式的皮皮带或齿齿轮传动动的主轴轴几乎不不能那样样做，所所以应该该使用筒筒形的主主轴、部部件本身身集成马马达和线线圈的主主轴。这这消除了了驱动系系统额外外的热和和振动。为为了保持持主轴的的温度受受到控制制，增加加冷却-循环的的液体通通过马达达线圈和和轴承周周围的腔腔室。冷冷却器保保持液体体恒温，使使主轴和和床头箱箱避免膨膨胀。HSK刀柄更高的的主轴转转速要求求更精确确、动平平衡更好好的刀
17、柄柄。刀柄柄的安全全夹持在在高速下下尤其重重要。7/224锥柄的的开发是是在半个个多世纪纪之前，而而且当今今售卖的的CAT、BT和 ISSO刀柄柄不针对对主轴高高转速。目目前的主主流技术术是HSK，大约约在10年前由DIN（德国国标准协协会）委委员会把把它定义义成了行行业标准准。HSK刀柄有有几种型型式，但但由于其其设计（见见图5），都都具有很很高的刚刚度和非非常低的的跳动。锥锥面和端端面都进进行定位位。高转转速时动动平衡是是至关重重要的，所所以很多多HSK的设计计都是完完全对称称的，以以避免象象驱动键键常见的的不平衡衡区域。HSK刀柄的的保持力力针对整整个设计计速度范范围的安安全性，而而且实
18、际际上随着着转速的的提高，夹夹持变得得更紧。红套刀柄柄帮助HSK刀柄激激增的刀刀柄研发发成果之之一是红红套技术术。这个个简单的的物理应应用使用用热胀和和冷缩的的原理来来把立铣铣刀夹到到刀柄上上。通过过消除侧侧固刀柄柄常见的的止动螺螺钉和其其它刀柄柄中广泛泛使用的的弹簧夹夹头，跳跳动和不不平衡充充分消除除。红套套刀柄通通常的跳跳动量小小于0.000011。红套刀刀柄为用用户提供供的好处处有几个个方面（见见图6）。首首先，刀刀具运转转得更精精确，所所以你的的零件将将更精确确，本文文建议的的一个关关键要求求在于我我们工作作的成败败与型腔腔到型芯芯刚好0.000088的配合合所决定定。铣削削表面看看起
19、来也也更好。精精度方面面的一个个额外好好处是立立铣刀的的所有切切削刃都都参与切切削。这这意味着着更顺畅畅的性能能、更好好的表面面粗糙度度和更好好的刀具具寿命。红套刀柄柄提供更更多的好好处。刀刀柄不需需要弹簧簧夹头或或止动螺螺钉来夹夹持刀具具，所以以它们能能被做成成非常细细长的形形状以提供到到达不平平常的狭狭小地方方，使得得较短的的、成本本较低的的硬质合合金刀具具完成挑挑战性更更强的应应用。即即使你有有自己的的五轴或或3+2轴机床床，细长长的红套套刀柄能能帮助你你减少五五轴的装装夹，消消除必要要的干涉涉检查并并提高程程序的复复杂性。刀具精精度刀具本本身的实实际精度度是成功功应用负负余量闭闭合的又
20、又一关键键因素。工工作于如如此紧的的公差，我我们不能能接受刀刀具的实实际形状状的偏差差（见图图7）。刀具行业业的一些些创新者者提供球球头立铣铣刀精度度三微米米之内的的个体证证书，所所有四个个刃具有有过中心心切削性性能的真真正的四四刃球头头铣刀。因为有有了红套套刀柄，精精确的刀刀具形状状再次提提供双赢赢的机会会；其精精度制造造出更精精确的零零件，而而且通过过提供每每齿更一一致的切切屑载荷荷，还保保证更高高的生产产率和更更长的刀刀具寿命命。刀具几几何角度度各种各各样的刀刀具形状状能使你你的加工工效率产产生很大大的不同同。为此此，考虑虑公制刀刀具。你你的CAM系统统不在乎乎你的刀刀具是英英制还是是公
21、制。一一般而言言，美国国以外的的世界各各地都用用公制，所所以其市市场更大大，因此此选择也也更多。这这意味着着你能根根据手头头的任务务定制合合适的刀刀具。在这里里，简单单的选择择是长径径比。当当我们可可能要寻寻找两种种或三种种标准、长长系列和和超常系系列的刀刀具时，公公制刀具具通常能能提供非非常多的的选择。这这其中一一个很好好的例子子就是铣铣削加强强筋的刀刀具廓形形。可提提供很多多种球头头直径和和拔模角角度，多多数规格格有2-mmm的长度度增量，从从粗短的的到最长长的有效效长度都都有供应应。当需求求更复杂杂时，结结合很长长的可达达深度和和刚度的的各种其其它形状状的刀具具能满足足需求。关关键是用用
22、标准刀刀具的有有效性消消除刀具具修改的的需要。公差的的累积正如我我们看到到的那样样，为了了成功应应用负余余量闭合合，我们们需要从从刚开始始时为完完美而努努力，采采用零件件表面精精确的3-D模型，完完整的刀刀具路径径生成和和执行，始始终结合合使用最最好的技技术和刀刀具。有趣的的是，故故事恨圆圆满，因因为任何何模具都都能完成成。工艺艺文件的的编制对对于你的的实施是是很关键键的。推推荐采用用大量的的笔记本本，让每每个人专专致于工工作，跟跟踪记录录刀具的的速度、进进给，甚甚至是使使用的进进给倍率率。通过过跟踪刀刀具的性性能、寿寿命和刀刀具弯曲曲变形，工工艺能不不断地被被优化。工厂和和编程员员之间明明确
23、的沟沟通渠道道是必须须的。实实际上所所有CAMM系统都都有一个个刀具数数据库，但但通常未未被使用用。如果果实际的的加工参参数经常常更新该该刀具数数据库，所所有的编编程员能能生成一一个有效效且一致致运转的的最优刀刀具路径径。把负余余量作为为竞争力力原先不不可能的的关于高高质量和和快速交交货的要要求现在在通过使使用负余余量闭合合而满意意地解决决了。结结合编程程、刀具具和机床床的最新新技术产产生了巨巨大的好好处。你你能真正正地超越越模具的的零公差差，有意意地在闭闭合出留留一个小小的间隙隙。你能能以更短短的时间间交货并并且你的的模具因因为有了了集成的的通风而而工作得得更好。消除面面与面的的接触降降低了
24、制制模压机机的吨位位并提高高模具的的寿命。你你加工和和工艺的的文档越越多，回回报更好好 -进一一步提高高效果并并建立公公司自身身的竞争争优势。双双赢实际际上看起起来象一一种保守守的说法法。用负负余量闭闭合制造造模具对对你和你你的客户户来说都都是真正正肯定的的。siddebaar：一小小部分技技巧很多因因素为了了成功应应用负余余量闭合合而协同同工作。对对于CAM系统，关关键要素素包括：从表面面开始工工作；加加工过程程中的余余量控制制；自动动的粗加加工路径径；控制制粗加工工的切屑屑载荷；消除尖尖锐的运运动；总是顺顺铣；自自动的“额外行程”。在粗粗加工中中，这控控制切屑屑载荷。当当精加工工时，额额外
25、的行行程控制制低标高高（切向向）表面面的粗糙糙度的高高度；使使用刀具具数据库库的特性性！对于刀刀具，关关键要素素包括：精确的的球头几几何角度度；刀具具后角的的选择以以减少振振颤和源源自拖拉拉的过切切；选择择悬伸的的长径比比以提供供最优的的刚性；为了刚刚性和精精度采用用红套刀刀柄；为为更长的的刀具寿寿命采用用微雾润润滑；为为快速装装夹采用用磁性的的工件夹夹持；为为更多的的正常运运行时间间而码垛垛堆积。对于机机床，关关键要素素包括：动态响响应块；预读；高速主主轴；高高精度的的反馈；热稳定定性(主轴冷冷却和线线性比例例)；自动动的激光光检测；升级的的柔性。作作为最昂昂贵的单单一部件件，最好好的机床床
26、不局限限于现在在的能力力，而且且随着新新的研发发成果的的推出能能通过软软件进行行升级。模具制制造商产产生的变变化Claassiic DDie (Grrandd Raapidds, MI)公司使使用负余余量闭合合来制造造注塑模模。该公公司由Dann Paarmeeterr于年19777成立，通通过为医医疗应用用和汽车车内饰件件交付高高精度、高高质量的的模具，他他们已经经确立了了他们的的业务。目目前员工工数量40人，分分布在两两个地方方。“负余量量闭合真真的可行行，” Paarmeeterr说。图9所照的的模具正正是我们们最新的的案例之之一。如如果我们们采用过过去的老老办法，装装配和刮刮研将花花费
27、两天天或更多多。使用用负余量量闭合技技术，刮刮研少于于两小时时，而且且首次试试模就很很完美。在过去去四年里里，我们们一直在在向负余余量闭合合靠拢。我我们在刚刚听说时时没有真真正地确确信。随随着我们们改进了了编程，我我们减少少了手工工加工并并开始向向真正的的设计最最终形状状靠拢。新新的刀具具几何角角度和改改进的涂涂层很有有帮助。红红套刀柄柄的实施施进一步步提高了了我们的的精度和和表面粗粗糙度。我我们最新新的工作作台行程程40 x 40的CNC铣床真真正地把把任务捆捆绑在一一起。它它的精度度就在那那里，而而且加工工好的模模具也放放在那里里。“在过去去几年里里，全球球竞争不不断升温温。我们们总是在在制造高高质量的的模具，而而且它们们正不断断地变得得更好看看和更精精确。通通过最小小化模具具的手工工加工，我我们保持持成本不不断下降降。通过过使用包包括负余余量闭合合在内的的最新技技术，我我们仍然然能在公公司内完完成加工工并赢得得及时交交货的竞竞争，” Paarmeeterr总结道道。