一款背包塑料扣模具的設(shè)計與加工

陳瑞兵

（東莞理工學(xué)校，廣東 東莞 523000）

隨著模具行業(yè)的發(fā)展，市場競爭日趨激烈。縮短模具的生產(chǎn)周期并降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為每個加工企業(yè)的追求目標(biāo)。背包塑料扣由六個小塑料件組成，如果把每件分開制作，就需要六套模具才能完成，既加大了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期，也達不到客戶的要求，故采用六件一套模的方式加工，以期為加工企業(yè)縮短模具的生產(chǎn)周期并降低生產(chǎn)成本。

1 模具設(shè)計方案及分析

1.1 塑件工藝分析

塑件結(jié)構(gòu)及裝配情況如圖1 所示，材料是ABS，收縮率為5‰ 。因六個塑件有裝配關(guān)系，故外表面要求光滑平整，不得有扭曲、飛邊、毛刺、氣泡、缺膠等注射成型缺陷；這樣就增加了以下設(shè)計及加工難度。

1）塑件形狀各異、大小不一，且有許多通孔，這樣就要考慮塑件在模具中如何合理分布。固定插件和連接件組合后插入基座內(nèi)，如圖2（a）所示。

圖1 產(chǎn)品三維裝配圖

圖2 組合裝配示意圖

2）因為固板和插銷都要從兩個不同方向插入基座配合，基座兩邊的孔設(shè)計方式如圖2（b）所示，采用前模碰穿后模加鑲件的機構(gòu)。由于基座側(cè)面是固定塑件的兩個插穿孔，必須設(shè)計滑塊機構(gòu)；設(shè)計制作滑塊時，要考慮滑塊脫離塑件后塑件對滑塊的包緊力是否過大，會否造成塑件變形、損傷等情況。因插穿孔是扁平型，并且是出兩件產(chǎn)品，出于節(jié)省材料并降低加工及裝配難度考慮，把滑塊拆分為兩個部分，前面插入模芯部分以螺絲固定。這樣在加工及裝配過程中，只要保證兩部分各自相配合便能達到要求。

1.2 塑件排布與分型

1）型腔排布。

根據(jù)產(chǎn)品要求對模具的結(jié)構(gòu)綜合考慮后，選擇模仁鋼材為718 磨具鋼，該鋼材硬度為HRC57-60，經(jīng)過熱處理后氮化層具有組織致密、光滑等特點，模具的脫模性及抗腐蝕性能高，使用壽命可達到100 萬次以上。

設(shè)計尺寸為260*170 mm，采用6 模2 腔來排布，如圖3 所示。

圖3 型腔排布圖

模具的型腔數(shù)目確定后，接著便設(shè)計型腔的布局。主流道設(shè)于前模的中心軸上，至于分流道出于多方面考慮應(yīng)該滿足如下要求：盡量保證各型腔的充模壓力相近，充模時間大致相同，并且能均勻補料，這樣才能保證塑件的尺寸及形狀精度，同時也能保證其力學(xué)性能。故采用以上排布方式，既解決了充模問題，又可優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)［1］。

2）塑件分型。

根據(jù)塑件幾何形狀等特點，開模時盡量使塑件留在后模，有利于側(cè)面分型和抽芯。該模具采用UG模具設(shè)計軟件進行分型，首先做好分型面然后用抽取幾何體這個功能，選擇區(qū)域的方式把整個前模和后模的面提取出來；接著再跟分型面結(jié)合成一個整塊的片體，用該片體去切割鑲塊實體便得到前、后模仁；具體如圖4 所示。

圖4 模具分型圖

根據(jù)型腔排布確定模具的前、后模非常重要，因為其決定了型腔的朝向、進料方式、進料位置、擺放位置等塑料模具的設(shè)計要點。選擇前后?？刹扇∪缦略瓌t，產(chǎn)品外觀要求很高的一般作為前模，反之則作為后模。經(jīng)分析對六件塑件采用以上最合理的分型方式最便于后期加工。

2 模具加工及試驗

2.1 型腔與型芯制作要求

分型完成后型腔與型芯是一個整體，由于固定插件的分型面有斜面和角度，如果采用CNC 直接加工則要設(shè)計多個銅公進行清角，這樣在材料的選用上就加大了成本，同時也加長了工期，故采用拆分型芯方式。分拆后用線切割進行加工，為了節(jié)省材料、縮短加工時間及維護方便，把前后模各分拆成三塊，這樣就要解決以下難點［2］。

1）前后模的分型面采用分拆方式加工，加工時要采取合適的加工工藝。

2）多處的分型面設(shè)計采用了前后模碰穿結(jié)構(gòu)，在前后模型芯上形成了多個凸凹臺，加工較為困難。

3）加工時前后模型芯前部缺口處很難進行清角，可采用小直徑刀具，盡可能清除加工余量。加工完畢后，可進行人工打磨或設(shè)計小銅公進行清角。

4）模具型腔中間的臺階孔碰穿位在前后模型腔中形成了多個孤島，孤島和前模型腔直角相交，很難清角加工，這里采用了線切割鑲件加工。

5）前模要設(shè)計多個銅公進行清角，為節(jié)約成本，各款銅公只設(shè)計加工了一個銅公（精公），這樣前模型腔的精加工余量盡可能小，以減少銅公的損耗，如圖5 所示。

圖5 前模型腔圖

2.2 前模型腔加工

使用普通銑床和磨床加工兩塊130*85*40mm 鋼料，分別用于圖5（a）和圖5（b），再加工一塊260*85 mm 為圖5（c）使用。圖5（a）為專用塑膠扣的中心面蓋，上面有兩個倒扣，一般需要做斜頂才能完成。這里采用更合理的插入式脫模斜度方式加工。如圖5（a）所示4 個方形柱子，用來插入后模，三面都要封膠，所以這里的加工精度要求較高，加工時要留0.1 mm 的余量做配模時用。倒扣留在后模型芯用電極來加工完成。使用MasterCAM 來編程，用數(shù)控銑或加工中心進行加工，用Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀，進給率1 200 mm/min，下刀速率500 mm/min，抬刀速率3 000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速S=2 000 轉(zhuǎn)/分。用3D 曲面挖槽刀路對前模型腔曲面進行粗加工。采用相對尺寸，最小加工深度和最大加工深度都設(shè)置成0.2 mm，加工余量為0.3 mm；采用螺旋下刀，下刀處為前模型腔的中心，切削方式選擇環(huán)繞方式；加工完成后需要做電極加工［3］。

圖5（b）固定插件前模同樣采用如上方法，用Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓鼻刀（球飛刀）進行精加工完成。（也可使用線切割加工分型面）后用Φ4 銑刀對型腔開粗，單邊留0.3 mm 余量。具體加工參數(shù)如表1 所示。

表1 前模加工參數(shù)

圖5（c）基座前模，先鉆線切割孔，再用Φ6銑刀對型腔進行粗加工，單邊留0.3 mm 余量。型腔要做多個電極和線切割鑲件切割加工，如圖6 所示。

圖6（a）為線切割加工的關(guān)鍵尺寸標(biāo)注，所有需要線切割加工的位置先用鉆床或銑床鉆孔，以作線切割穿絲孔用。切割孔位數(shù)量與鑲件數(shù)相同，采用線切割四邊分中加工，按所示尺寸加工型腔與型芯，要求加工完成后的鑲件與型腔、型芯孔的配合為過盈配合，公差范圍為0.01～0.02 mm。

圖6（b）為線切割所需鑲塊數(shù)量，①號處是后模插穿位置鑲件，共4 件；②號是后模插穿位置鑲件，共2 件；③號處是后?；宕┪恢描偧?，共2件；④號處是前模插穿位置鑲件，共4 件；⑤號處是前模基座插穿位置鑲件，共4 件；⑥號處是前?；宕┪恢描偧? 件。具體線切割加工參數(shù)如表2 所示。

功力管、脈沖寬度和間隔之間要根據(jù)機床當(dāng)時的情況而定，適時調(diào)整［4］。圖6（a）型芯上總共分布四件產(chǎn)品，較為復(fù)雜的是塑料扣基座，包含有滑塊和插穿，其他三件則比較簡單。

2.3 后模型芯加工

圖6 型芯分布圖

表2 線切割加工參數(shù)

先用普通銑床和磨床加工兩塊130*85*35 mm 鋼料，分別用于圖7（a）和圖7（b），再加工一塊260*85 mm 用于圖7（c）使用。當(dāng)然前、后模仁鋼料一般是一起加工好的，只是鋼料的厚度不一。

圖7（a）后模仁先采用數(shù)控銑加工，采用Φ12 R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓鼻刀進行精加工。由于倒扣出在后模，插穿孔要和前模方柱碰穿，精度要求較高，加工有一定的難度。其工序為先用Φ4 合金刀開粗，單邊留0.3 mm 余量，再做電極用火花機加工后進行人工打磨即可達到加工要求。由于倒扣膠位出在碰穿位下方，直徑小的刀具無法加工，故要做兩個電極加工：一個粗銅公單邊留0.2 mm 余量，一個精銅公留0.08 mm 余量，分別進行電火花加工。

具體后模加工參數(shù)如表3 所示。

圖7 后模加工參數(shù)

圖7（b）后模型芯中間有兩處要插入前模中，同前模型腔加工基本相同。先用Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀，進給率1 200 mm/min，下刀速率500 mm/min，抬刀速率3 000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速S=2 000 轉(zhuǎn)/分。用3D 曲面挖槽刀路對前模型腔曲面粗加工。采用相對尺寸，最小加工深度和最大加工深度都設(shè)置成0.2 mm。加工余量0.3 mm。采用螺旋下刀，在前模型腔的中間下刀，切削方式選擇環(huán)繞方式。粗加工后再用Φ12R6鑲球頭合金刀粒圓鼻刀進行平行銑削精加工；最后用Φ6 平底刀進行塑件膠位的粗加工，加工余量0.3 mm，完成后需要做電極加工。

表3 后模加工參數(shù)

圖7（c）后模型芯上有四個塑件產(chǎn)品，最難加工的部件是塑件基座，首先采用線切割加工凸出區(qū)域，如果整體式加工，CNC 加工的工作量就很大，模仁材料也要加厚購買，清角比較麻煩，且尖角過多也不便于加工，如果用多個電極清角則增加了加工成本和時間，所以考慮采用線切割方式加工該藍色區(qū)域。用Φ10 合金刀3D 曲面挖槽刀路對前模型腔曲面粗加工，接著用Φ4 平底刀等高外形清角粗加工，后續(xù)用Φ6R3 合金球刀進行平行銑削精加工，留余量 0.3 mm 做電極加工。因鑲件上有臺階要加工，故電火花加工完成后，裝上鑲件再進行臺階加工，且臺階處也要做電極清角［5］。

后模型芯加工完成后，經(jīng)過后期制作便完成了整套模具的加工。加工完成后的模具成品圖如圖8及圖9 所示。

3 結(jié)語

這套模具經(jīng)生產(chǎn)驗證，塑件質(zhì)量達到設(shè)計要求?？v觀該模具的設(shè)計及制作過程，可見一套模具的開發(fā)首先要對塑件結(jié)構(gòu)進行分析，然后提出幾種可行的成形方案，在確保質(zhì)量、減少投資的前提下，根據(jù)生產(chǎn)要求選擇最優(yōu)方案；同時也要對模具零件的加工工藝進行推敲，并對模具后期維修的便利性提前考慮。

圖8 前模

圖9 后模