塑料小盆模具設計與前模型腔的數(shù)控加工

吳光明

（東莞市高技能公共實訓中心，廣東東莞，523106）

塑料小盆模具設計與前模型腔的數(shù)控加工

吳光明

（東莞市高技能公共實訓中心，廣東東莞，523106）

本文以一塑料小盆注射模的設計與前模型腔的數(shù)控加工為例，較為詳盡地講述了運用CADCAM軟件進行塑料模具設計和數(shù)控加工的工藝步驟及注意事項。

塑料小盆、注射模具、數(shù)控加工、前模型腔

一、產(chǎn)品分析及模具結(jié)構(gòu)

如圖1所示為用塑料洗面盆中的小盆的3D圖，材料為ABS，收縮率為5‰。

小盆由盆體和肥皂臺兩部分組成。零件的形狀設計得簡單實用，盆體設計有較大的拔模斜度，圓弧倒角的最小圓弧半徑約為R2.0 mm。盆體及肥皂臺的裙邊有寬度為6.6 mm的加強筋，其深度為2.23 mm，盆體的底部有R1.0的半圓支撐凸臺，盆體的最小過度半徑也很小，這些地方是小盆模具設計和加工的難點。

此塑件形狀不算復雜，精度要求不高，但尺寸較大。從注塑、加工及經(jīng)濟角度綜合考慮，一套模具設計出一件，點澆口進料，澆口位置設計在塑件的頂部。零件尺寸較大，為節(jié)約成本，沒有訂制標準模坯，而是訂購了模具鋼材，直接在前、后模板上加工成型。因塑件的表面光潔度要求較高，模板的材料選用硬度較高的模具鋼。

圖1 塑料小盆3D圖

二、前模結(jié)構(gòu)分析

圖2為小盆的分模圖，模具型芯采用整體式設計，分型面是平面，前模為塑件的內(nèi)表面，光潔度要求較高。模具結(jié)構(gòu)較為簡單，沒有前后模的碰穿面和抽芯機構(gòu)。

前模中，盆體及肥皂臺的裙邊深度大，寬度窄，要設計銅公進行電火花加工。

前模型的深度較大，前模型腔兩端的過渡圓角是逐漸減小的，最小圓弧半徑很小，無法直接加工出來，要設計銅公進行電火花加工。

前模型腔底部的半圓支撐凸臺雖然圓弧半徑較小，但考慮到小凸臺周圍有下刀空間，且小凸臺的深度較小，為節(jié)約成本，避免加工銅公，可以采用Φ2R1的球頭刀直接將小凸臺加工出來。

圖2 小盆分模圖

三、前模圖形處理

根據(jù)此零件的特點，設計小盆的前模。因為客戶已經(jīng)提供了零件的3D圖。依次點擊File/Converters/ IIGS/Read file讀入小盆的3D圖形文件。

1．打開所有圖層，點選All enties，依次點擊選Xform / Xform scale下拉菜單，出現(xiàn)Scale界面，輸入1.005后，點選，將圖形乘以塑膠材料的縮水率。

2．由于此模具分模不算復雜，沒有碰穿面等機構(gòu)，可以先將分屬前、后模的曲面配置不同的顏色。選擇好所要求的曲面后，依次點選Xform / Xform Tran slate下拉菜單，在Tran slate界面中輸入Z100后，將前模曲面復制并沿Z方向移動100。將此部分曲面放置在新層QMsurface，并沿Z方向移回原位置。

3．依次點選Create / Curve / Create curve on one Edge，選擇前模四周的曲面，繪制的曲面邊界。因為此邊界要作為后續(xù)的加工曲線，所以必須將此曲線修剪圓順，不能有斷點和重復的曲線。

4．在Z 0處繪制380×290的矩形，并按圖紙要求繪制相應的導套孔等曲線。依次點選Create / Surface / Create Ruled / Lofted Surface，選擇矩形的兩條邊，并繪制出所須的平面。

5．選擇所繪制的平面和曲面邊界，依次點選Xform / Xform Project，用投影剪切對平面進行剪切。得到模具的分型面。

6．根據(jù)后面擬定的數(shù)控加工工藝，依次點選Create / Curve / Create curve on one Edge，用同樣的方法繪制肥皂臺處的曲面邊界。

7．加工中要對底部的半圓小凸臺進行加工，按加工的要求，也要繪制了出2D加工曲線。

圖形圖素較多，為便于管理，應將圖形進行分層管理，繪圖進行了分層管理，分為六個層，第1層blank繪制圖形隱藏的圖素，第2層HMsurface繪制了后模曲面，第3層QMsurface繪制了前模曲面，第4層curveforcut繪制了編制刀路時要使用的曲線及加工邊界，第5層partsurface繪制了模具的分型面，第6層Dim標注了前模的尺寸。層管理圖如圖4所示。切削曲線及邊界如圖5。圖形坐標原點放在前模XY方向的中心處，前模頂面（即分型面）是模具的分型面，Z方向尺寸為0.0mm。

圖3 小盆前模3 D圖

圖4 前模層管理圖

四、前模加工工藝分析

加工模具前模時，一般先選取鑲合金刀粒的大直徑刀具，采用曲面挖槽刀路進行粗加工（留0.35mm的余量）。然后選取合金刀，采用等高外形刀路進行半精加工（留0.2mm的余量），精加工一般選取鑲合金刀粒的球頭刀，采用平行銑削來進行（留0.1mm的余量）。

前模碰穿位、擦穿位可留余量0.1mm，用于前后模配模。至于加工的刀具，考慮到鑲合金刀粒的圓鼻刀直徑大、剛性好、經(jīng)濟耐用，粗加工時多采用大直徑的圓鼻刀。精加工時也要盡量采用。

此模具前模成型外殼的外表面，光潔度要求較高，結(jié)構(gòu)復雜，加工時有以下的難點：

1、零件體積大，重量大，加工余量大，加工時間長，工件和刀具發(fā)熱大，刀具損耗多。

2、因零件體積大，若設計銅電極進行清角，成本很可觀。此塑件精度不高，模具價格低，應盡量避免設計銅電極。

3、前模型腔曲面為凹面，曲面較為復雜，曲面間圓角過渡圓滑，兩簡短處倒角半徑較小，難于清角加工，要選用合適的刀具進行半精加工。

4、此前模精度要求不算高，但為避免注塑加工時在塑膠裙邊處產(chǎn)生漏膠，影響塑膠外觀質(zhì)量，精加工分型面要細致。

5、考慮到加工時要加工四個導套孔，模板的下部要墊高20mm?？椎木庸げ捎苗M孔工藝。

6、前模型腔的底面是平面，可在普通搖臂立式銑床上人工加工出和后模相對應的半個流道。

7、數(shù)控加工時要盡量采用小刀清角，確實加工不到的部分可適當采用手工打磨。零件的尺寸很大，加工余量大，編程時要按高度分層進行加工。

數(shù)控加工前，利用銑、平面磨等通用設備先加工出360×292×100mm的毛坯，考慮到毛坯尺寸較大，超出普通磨床的加工范圍，只能磨削上下平面，在數(shù)控加工前模型腔時再加工毛坯的外形，來保證上下面的平行度及四周面之間的相互垂直度。用壓板固定在數(shù)控機床的工作臺上進行加工。加工完畢后，選擇垂直的三個面作為加工和定位的基準面，為便于辨認基準，要打上字碼。

五、前模型腔加工刀路

1、由于前模的外形毛坯已經(jīng)在通用機床上加工好，這里只需要加工前模的型腔及四個導柱孔。首先選取Φ25R5鑲合金圓刀粒的圓鼻刀，進給率1000mm/ min，下刀速率500mm/min，抬刀速率2000mm/min，主軸轉(zhuǎn)速S=2000轉(zhuǎn)/分。用3D曲面挖槽刀路對小盆的前模型腔曲面及分型面進行粗加工。加工余量0.4mm。由于使用的VMC750的機床，所以采用了Φ25的刀具，若機床的規(guī)格大，采用大直徑的刀具更為合適。此處為保證刀具的強度，這個刀路刀具的裝夾長度為70.0mm。Z方向每刀下刀步距0.5mm。

2、繼續(xù)選取Φ25R5鑲合金圓刀粒的圓鼻刀，用3D曲面挖槽刀路對小盆分型面進行精加工。加工余量0.0mm。采用絕對尺寸，將最大深度和最小深度都設置為0.0mm。(實際上只加工了一刀，精加工模具分型面時常用這種加工方法)

還有學者對語言遷移中文化負遷移現(xiàn)象的分析中，論證了文化負遷移現(xiàn)象對外語交際的影響，以及通過對文化負遷移的認識避免文化差異對語言交際的干擾。影響母語遷移不僅有文化因素，還有社會因素。

3、繼續(xù)選取Φ25R5鑲合金圓刀粒的圓鼻刀，用3D曲面挖槽刀路對小盆前模型腔的底部進行精加工。加工余量0.0mm。采用絕對尺寸，將最大深度和最小深度都設置為-58.115mm。

4、選取Φ16R0.8鑲合金方刀粒的圓鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路對前模型腔曲面Z0以上的外部曲面精加工。加工余量0.0mm。采用絕對尺寸，最小深度設置為5.5mm，最大深度設置為0.0mm。

5、選取Φ16R0.8鑲合金方刀粒的圓鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路對前模內(nèi)部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用絕對尺寸，最小深度設置為5.588mm，最大深度設置為-56.0mm。

6、因型腔曲面的坡度不同，精加工時，將圖形按高度分為兩段來加工。繼續(xù)選取Φ16R0.8鑲合金方刀粒的圓鼻刀，用曲面精加工等高外形刀路對前模內(nèi)部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用絕對尺寸，最小深度設置為-55.7mm，最大深度設置設定為-58.115mm。

7、因為肥皂臺的前模部分是平面。選取Φ16R0.8鑲合金方刀粒的圓鼻刀，用2D挖槽刀路對小盆前模肥皂臺處的曲面進行精加工。加工余量0.0mm。

8、選取Φ25R5鑲合金圓刀粒的圓鼻刀，用2D外形刀路對前模板的外形半精加工，XY方向留有0.2mm的加工余量，Z方向的加工余量為0.0。

9、換取新的Φ20平底白鋼刀，用2D外形刀路對前模板的外形精加工，XYZ方向的加工余量都為0.0。

1 0、選取Φ2R1合金球頭刀，用2D外形刀路對前模型腔底部的支撐筋精加工，XYZ方向的加工余量都為0.0。

1 1、選取Φ16中心鉆，用鉆孔刀路鉆削前模板四個導套孔的中心孔。Z方向的鉆孔深度8.0mm。

1 2、選取Φ25麻花鉆頭，用鉆孔刀路鉆削前模板四個導套孔的底孔。Z方向的鉆孔深度123.0mm。

1 3、選取Φ34麻花鉆頭，用鉆孔刀路對前模板四個導套孔的底孔進行擴孔。Z方向的鉆孔深度123.0mm。

1 4、選取可調(diào)范圍在Φ1 9～Φ35的微調(diào)鏜孔刀，用鏜孔刀路對前模板四個導套孔精加工。鏜孔深度120.0mm。

前模加工模擬效果圖如圖5所示。

圖5 前模加工模擬效果圖

六、前模加工注意事項

前模成型的是塑件的外表面，表面粗糙度要求高，型芯的材料比較硬，加工時要謹慎，減少差錯，不能輕易燒焊。數(shù)控加工時須注意以下事項：

1、編寫刀路之前，須將圖形中心移動到系統(tǒng)默認坐標原點，最高點移動到Z原點，并將長邊放在X軸方向，短邊放在Y軸方向，基準位置的長邊向著自己。

2、加工前必須檢查工件的裝夾方向與計算機中的圖形方向是否一致，在模具中的排位是否正確，裝夾具是否妨礙加工，前后模的方向是否相配。

3、檢查加工所用的刀具是否齊全，裝夾長度是否符合要求，校表分中的基準是否正確。

4、前模加工的刀路大致順序：大直徑刀粗加工→小直徑刀粗加工和清角→大直徑刀精加工→小直徑刀清角和精加工。

5、前模材料硬，應盡量用鑲合金刀粒的大直徑刀具進行加工，不要用太小的刀，小刀容易彈刀。刀具直徑大、剛性好、經(jīng)濟耐用。粗加工通常先用刀具（圓鼻刀），精加工時盡量用圓鼻刀或球頭刀，因圓鼻刀足夠大，有力，而球刀主要用于曲面加工。

6、前模粗、精加工時，通常要限定刀路范圍，一般系統(tǒng)默認參數(shù)以刀具中心產(chǎn)生刀具路徑，而不是刀具邊界范圍。所以實際加工區(qū)域比所選刀路范圍單邊大一個刀具半徑。合理設置刀路范圍，可以優(yōu)化刀路，避免加工范圍超出實際加工需要。

7、由于前模多為型腔面，結(jié)構(gòu)復雜，較難加工，在制造時一般都有與之配套的銅公，以粗加工和半精加工為主，輔以局部曲面精加工。

8、前模的粗加工一般優(yōu)先選取鑲合金刀粒的大直徑圓鼻刀，采用3D曲面挖槽刀路進行加工（留0.35mm的余量）。

9、半精加工一般選取鑲合金刀粒的刀具（或合金刀），采用等高外形刀路進行加工（留0.2mm的余量）。

1 0、精加工一般選取鑲合金刀粒的球頭刀（尺寸小時選小直徑整體球頭刀），采用平行銑削來進行加工（留0.1mm的余量）。

1 1、當模具帶有分型面和枕位面，要一起加工時，分型面、枕位面加工到位，不留余量。型腔部位留余量0.2~0.5mm，以便電火花加工。設計前模時，可以將模具型腔表面朝正向補正0.2～0.5mm，編寫刀路時，將一般將分型面的加工余量設為0.0mm。

1 2、前模碰穿位、擦穿位可留余量0.1mm，用于前后模裝模時，采用鉗工加工。

七、結(jié)束語

使用Pr o-E、UG、MasterCAM等先進的CADCAM軟件，對產(chǎn)品先進行的3D實體圖的設計，然后根據(jù)塑件，合理設計模具結(jié)構(gòu)，進行前、后模分模設計，繪制模具零部件和型芯的3D實體圖，擬定數(shù)控加工工藝，編寫加工程序，生成刀具路徑，輸送到數(shù)控機床的控制系統(tǒng)進行自動化加工，最后進行模具裝配、試模等，這些加工步驟是現(xiàn)代化模具生產(chǎn)的過程和發(fā)展趨勢，它改變了傳統(tǒng)的模具制造手段，有效地縮短了模具制造周期，大大提高了模具的質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率。

Design of a small plastic basin injection mould and CNC Processing of its cavity

Wu Guangming
（Dongguan Public Training Center for Hi-skilled Workers, Dongguan, Guang Dong 523016）

In this paper, with the example of Designing a small plastic basin injection mould and CNC processing of its cavity, we introduce the technology step and important notices of Designing and CNC processing injection mould with CADCAM software in details.

small plastic basin, injection mould, CNC processing, cavity

吳光明（1969-），男，安徽滁州人，高級工程師、高級講師，主要從事塑料模具設計與加工、CADCAM數(shù)控技術(shù)的研究。