塑料小盆模具后模的设计与数控加工

吴光明 （东莞市高技能公共实训中心，广东东莞,523106） 摘要：本文以一塑料小盆注射模后模的设计与数控加工为例，较为详尽地讲述了运用CAD\CAM软件进行塑料模具型芯设计和数控加工的工艺步骤及注意事项。 网 http://www.lw2005.com
关键词 ：塑料小盆、数控加工、型芯 一 后模图形处理 根据此零件的特点，设计了小盆的后模。后模和前模相对应的，前篇文章中已经设计好前模， 1、依次点击File/Read file读入前模的3D图形文件。 2、打开所有图层，关闭前模的曲面及相关线条的图素，保留后模曲面，另存为后模的层里。 3、依次点选Create/Curve/Create curve onone Edge，选择后模四周的曲面，绘制的曲面边界。此边界要作为加工曲线，必须将此曲线修剪圆顺，不能有断点和重复的曲线。 4、在Z0处绘制358×290的矩形，并按图纸要求绘制相应的导柱孔等曲线。依次点选Create/Surface/Create Ruled/Lofted Surface，选择矩形的两条边，绘制出所须的平面。 5、选择所绘制的平面和曲面边界，依次点选Xform/Xform Project，用投影剪切对平面进行剪切。得到模具的分型面。 6、用同样的方法绘制肥皂台的曲面边界及型芯下部的加工曲线。 图形图素较多，为便于管理，绘图进行了分层管理，分为七个层，第1层blank绘制图形隐藏的图素，第2层QMsurface绘制了前模曲面，第3层curve绘制了图形的绘图曲线，第4层partsurface绘制了模具的分型面，第5层curveforcut绘制了编制刀路时要使用的曲线及加工边界，第6层HMsurface绘制了后模曲面，第7层Dim标注了后模的尺寸。层管理图如图1所示。加工时打开第2、4和第5层，关闭其它层。 切削曲线及边界如图2。图形坐标原点放在后模XY方向的中心处，后模分型面处的Z方向尺寸为0.0mm。 塑料小盆后模3D图如图3所示。 二 后模的数控加工工艺分析 如图3为设计好的小盆后模加工3D图。加工时要注意以下几点： 1、小盆后模成型塑件的外表面，光洁度和尺寸精度要求比前模高。 2、后模型芯采用整体式设计。后模板厚度为100mm，加工后的后模板厚度为50mm。零件的尺寸较大，粗加工时的加工余量大，耗时长，刀具磨损大，要尽可能采用镶合金圆刀粒大直径圆鼻刀，并设置和里加工工艺和刀具参数。 3、后模型芯顶部、中部及底部曲面的曲率变化是不同的，精加工时，Z方向要分段进行，以获得良好的加工效果。 4、后模型腔四周的最小圆弧半径为R1.016，须用平底刀自行磨制取Φ12R1.016的圆鼻刀进行精加工。 5、后模型芯周围的型腔为凹面，为降低成本，没有设计铜公，直接加工成型。凹槽的宽度不大，而后模型芯的高度却高达50mm，加工时要选用合适的刀具，同时要设置合理的刀具伸出长度，避免夹头碰到后模型芯。 6、后模型腔肥皂台处底部和四周的曲面直角相交，直边两曲面相交处的过度圆弧半径为R0.92mm，无法直接加工出来，必须设计铜公。 7、肥皂台的底面和侧面设计8条半圆柱加强筋，也必须设计铜公进行电火花加工。 8、四个导柱孔的直径为Φ25，公差要求高，是后模加工的另一难点，要采取合理的镗孔刀具和镗孔工艺。 9、考虑到毛坯尺寸较大，超出普通磨床的加工范围，只能磨削上下平面，在数控加工后模型腔时再加工毛坯的外形，来保证上下面的平行度及四周面之间的相互垂直度。 10、考虑到加工时要加工四个导柱孔，为避免加工到工作台，模板的下部要垫高20mm。 11、为提高塑件内表面的粗糙度，同时便于脱模，后模电加工后必须进行抛光。 数控加工前，利用铣、平面磨等通用设备先加工出360×292×100mm的毛坯，用压板固定在数控机床的工作台上进行加工。加工完毕后，选择垂直的三个面作为加工和定位的基准面，为便于辨认基准，要打上字码。 三 后模加工注意事项 1、后模通常成型塑件的内表面，表面粗糙度要求没有前模高，但后模型芯结构比较复杂，抽芯、镶件等结构较多，加工量校前模多，材料同前模一样较硬。加工时要谨慎，避免差错。 2、编写刀路之前，须将图形中心移动到系统默认坐标原点，最高点移动到Z原点，并将长边放在X轴方向，短边放在Y轴方向，基准位置的长边向着自己。 3、加工前必须检查工件的装夹方向与计算机中的图形方向是否一致，在模具中的排位是否正确，装夹具是否妨碍加工，前、后模的方向是否相配。 4、后模加工的刀路大致顺序：大直径刀粗加工→小直径刀粗加工和清角→大直径刀精加工→小直径刀清角和精加工。 5、后模同前模所用材料相同，应尽量用镶合金刀粒的大直径刀具进行加工，不要用太小的刀。分型面为平面时，可用圆鼻刀精加工。 6、后模的加工一般先选取镶合金刀粒的大直径圆鼻刀（因这种刀够大，有力）进行粗加工，采用3D曲面挖槽刀路进行加工（留0.25mm的余量）。 7、半精加工一般选取镶合金刀粒的刀具（或合金刀），采用等高外形刀路进行加工（留0.15mm的余量）。 8、精加工一般选取镶合金刀粒的球头刀（尺寸小时选小直径整体球头刀），采用平行铣削来进行加工（不留余量）。局部辅以清角加工。加工型芯时，常遇到的问题是球头刀不易清除利角，这时可以用端铣刀走曲面斜面加工清角。 9、如果后模型芯采用的是镶件，则后模分为镶件型芯和镶件固定板。需要分开加工。加工镶件固定板的内部外形要多走几遍空刀，不然外形会有斜度，造成上面加工到尺寸，下面加工不到位的现象，安装时难以配模。若镶件固定框深度尺寸大，则更明显。精加工外形框时尽量用大直径的新刀。 10、镶件固定板深度较大时，可翻转过来，首先加工外形部位，装配入框后，再加工型芯的外部形状。 11、塑件产品上下壳配合处突起的边缘称为止口，止口结构在型芯镶件上加工或在镶件固定板上用外形刀路加工。 12、如果有止口台阶，用球头刀精加工时需控制加工深度，防止过切。镶件固定板的尺寸可比型芯镶件单边小0.02mm，以便配模。型芯镶件精加工时的公差为0.01～0.03 mm，Z方向步距值为0.2～0.5mm。 四 后模型芯加工刀路] 1、首先选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀，C N C 刀杆规格： T R S - 5 R × 2 5 × 1 5 0 。刀片规格：PPMW1003M0。进给率1000mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率2000mm/min，主轴转速S=2000转/分。用3D曲面挖槽刀路对小盆的后模型腔曲面进行粗加工。采用绝对尺寸，最小深度设置为46.44mm，最大深度设置为0.6mm。加工余量0.4mm。Z方向步距为0.5mm。 2、继续选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对后模型腔肥皂台处的曲面进行粗加工。采用绝对尺寸，最小深度设置为0.0mm，最大深度设置为-6.6mm。加工余量0.4mm。Z方向步距为0.4mm。 3、选取Φ16R0.8镶合金方刀粒的圆鼻刀，用2D外形刀路对后模型芯的外形粗加工，采用绝对尺寸，工件顶部高度为0.0mm，加工深度为-50.0mm，XY方向的加工余量为0.4mm，Z方向的加工余量为0.2mm。 4、选取Φ16平底白钢刀，用2D外形刀路对后模型芯的外形精加工，工件顶部高度设置采用绝对尺寸，为0.0mm，加工深度设置采用相对，也为0.0mm。XYZ方向的加工余量为都为0.0mm。 5、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对后模顶部的分型平面（Z0处）进行精加工。加工面的加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小深度和最大深度都设置为0.0mm。(实际上只加工了一刀) 6、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模上部曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为56.44mm，最大深度设定为54.5mm。Z方向步距0.06mm。 7、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模中部曲面精加工。加工余量0.0mm。Z方向步距0.06mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为55.0mm，最大深度设定为0.1mm。 8、后模型腔的最小圆弧半径为R1.016，这里选取Φ12R1.016的圆鼻刀（用平底刀自行磨制），用2D外形刀路对后模型芯四周的型腔精加工，XYZ方向的加工余量都为0.0mm。（此模具的产品要求不是很高，采用此工艺加工后模的凹型腔，有效提高了加工的表面粗糙度，省略了加工此部位所需的电火花铜公，降低了模具加工成本）。 9、选取Φ12R1.016的圆鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模肥皂台处的曲面型腔半精加工。减少电火花加工余量。加工余量0.2mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为-0.1mm，最大深度设定为-6.6mm。Z方向步距0.2mm。 10、选取Φ12R1.016的圆鼻刀，用2D挖槽刀路对后模肥皂台处型腔曲面的底部进行精加工。采用相对尺寸，工件加工表面设置为0.2mm，加工深度设置为0.0。XY方向的加工余量为0.5mm，Z方向加工余量为0.0mm。 11、选取Φ6平底合金刀，用2D外形刀路对后模肥皂台型腔曲面相交处的过度圆弧半精加工，采用绝对尺寸，工件加工表面设置为0.0mm，加工深度设置为-6.5。XY方向的加工余量为0.2mm，Z方向的加工余量为0.0mm。 12、选取Φ10平底合金刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为5.5mm，最大深度设定为0.05mm。Z方向步距0.12mm。 13、继续选取Φ10平底合金刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为-0.02mm，最大深度设定为-6.6mm。Z方向步距0.12mm。 14、选取Φ10平底合金刀，用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小深度设置为-6.61mm，最大深度设定为-7.62mm。Z方向步距0.04mm。 15、选取Φ16中心钻，用钻孔刀路钻削后模板四个导柱孔的中心孔。Z方向的钻孔深度8.0mm。 16、后模板的厚度虽然有100mm，但经前面的工序加工后，只剩下50mm厚。选取Φ24麻花钻头，用钻孔刀路钻削后模板四个导柱孔的底孔。Z方向的钻孔深度75.0mm。 17、选取可调范围在Φ19～Φ35的微调镗孔刀，用镗孔刀路对后模板四个导柱孔精加工。镗孔深度55.0mm。