0 引言
現(xiàn)代注射模具加工制造過程中，型腔的設計與加工是一個非常重要的環(huán)節(jié)，關系到整套模具結構設計的合理性，以及模具制造和裝配的難易程度，并最終影響塑料制品的成型質量。
當前，模具設計主要采用兩種方式，一種方式是先由三維設計軟件進行模具三維零件設計，再由三維零件模型投影生成二維工程圖樣，這種方式的主要特點是工程圖樣與模具零件三維模型相互關聯(lián)，同步更新，與加工的零件保持一致，但工程圖樣的繪制須在零件三維模型設計完成后才能進行，出圖速度慢；另一種方式是先由二維設計軟件構造模具裝配圖和零件圖，再依據(jù)工程圖樣利用三維設計軟件實現(xiàn)模具零件的設計，這種方式的工程圖樣獨立于三維零件模型之外進行設計，出圖速度快，但由于圖樣與模型關聯(lián)性差，經常會出現(xiàn)加工零件、設計模型與工程圖樣不一致的現(xiàn)象，不利于模具生產后期的修改。無論采用何種方式，模具分型設計、型腔設計、電極設計和加工程序編制都是模具設計生產中的重要環(huán)節(jié)，均采用三維軟件完成。
本文以遙控器后殼為例，詳細探討和分析NX平臺下實現(xiàn)模具型腔快速設計、零件數(shù)控編程、線切割加工和電極設計一體化的思路、方法及過程，實現(xiàn)工程設計與加工數(shù)據(jù)的有效結合。
1 產品結構工藝分析
圖1所示為某款遙控器后殼的產品示意圖，該產品的成型材料為ABS，收縮率為6‰，表面要求蝕紋，最大外形輪廓尺寸為212mm×48mm×18mm，主體壁厚為1.8mm。遙控器后殼周邊有10個扣位，用于與前殼裝配連接，遙控器后殼內部有多處深的筋條，用于支撐電路板并增加強度。產品尺寸精度要求較高，精度等級需達到塑料制品公差標準SJ1372-78的3級精度。產品外表面即為外觀面，外觀要求色澤均勻、清潔、無拉傷、無刮痕，以及無毛刺、其他機械損傷和斷裂等表面質量問題，且不能有明顯色差、縮水、毛邊、結合縫和污點等缺陷或瑕疵。
圖1 某款遙控器后殼的產品示意圖
2 模具總體結構設計方案
遙控器后殼產品生產批量大、尺寸適中，依據(jù)注塑生產設備的實際要求，采用一模兩腔的布局方式。產品外觀品質要求高，不允許直接在外表面設置澆口，設計時采用兩板模大水口結構形式，選擇潛伏式澆口的進膠方式，從內部頂桿位置進膠，將澆口引向產品的底面，產品頂出后對該處進行局部修剪處理，流道選用直徑為φ8mm的圓形流道。為了保證外觀質量，型腔采用整體式結構，方便進行整體電火花鏡面加工。產品周邊有10個扣位，采用斜頂成型相應的位置，實現(xiàn)扣位的抽芯動作。冷卻系統(tǒng)采用回路式冷卻方式，在動、定模分別設置多條φ8mm的冷卻水道。模具采用導柱、導套定位，為了提高定位精度，在動模板和定模板的四周分別設置四個方形定位器，同時在型芯和型腔處采用凸臺和凹槽進行錐面定位，遙控器后殼模具總體結構示意圖如圖2所示。
圖2 遙控器后殼模具總體結構示意圖
1.動模板2.冷卻水道3.型芯4.定模板5.型腔6.定模座板7.澆口套
8.定位圈9.導套10.導柱11.斜頂12.潛伏式澆口13.頂桿14.墊塊
15.推桿固定板16.推板17.動模座板18.方形定位器
3 NX平臺下模具型腔快速設計
常規(guī)的模具型腔設計方式是設計師先在三維軟件環(huán)境中依據(jù)產品三維模型創(chuàng)建各類面、區(qū)域以及各種復雜的面操作，從而手動創(chuàng)建型腔面以及分型面，再進行型腔的分型設計，最后利用三維設計軟件的各種特征操作、實體操作及布爾運算來完成型腔的詳細設計，這種方式很大程度上取決于設計師的經驗和水平，設計效率較低。
NX軟件的Moldwizard模塊集參數(shù)化模架及標準件庫、多特征快速設計、經驗知識庫和推理機及智能系統(tǒng)于一體，整個設計過程具有一定的自動化和智能化水平，可以實現(xiàn)三維模具快速設計。設計時通過快速調入制品、選擇成型材料，確定脫模方向和坐標系，設置工件毛坯大小、完成型腔布局，提取型腔區(qū)域，補孔、創(chuàng)建修補面和分型面，完成型腔的自動分型任務，再通過鑲件、抽芯機構、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和標準件等設計完成三維模具型腔的細節(jié)設計，基于NX軟件的Moldwizard模塊的模具型腔快速設計方法流程如圖3所示。
圖3 基于NX軟件的Moldwizard模塊的模具型腔快速設計方法流程
根據(jù)遙控器后殼產品模型的特點，將分型面選在產品外形圓弧的最大投影位置，采用平面分型，提取相應的型腔區(qū)域并創(chuàng)建孔洞的修補面，型腔分型面域示意圖如圖4所示。利用該面域對工件進行分型設計，完成型腔的分型。
圖4 型腔分型面域示意圖
由于型腔內部安裝電池結構的位置存在多處插穿、碰穿，而且筋條較深，難于加工，設計時考慮便于后續(xù)模具的制造和加工，在型腔內部該位置設計鑲件；由于遙控器的裝配和外觀的精度要求較高，而且產品分型面處設計圓弧過渡，細微的錯位就會引起遙控器后殼分型面周邊的斷差，因此，在型腔和型芯配合處增加精確定位方式，即在型腔的四個角落部位設計錐面定位，用于精確定位模具；澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)設計按照模具總體結構設計方案，冷卻水道沿型腔面分布示意圖如圖5所示，型腔與模板的連接固定方式采用螺紋連接方式，最終完成整個型腔的細節(jié)設計，得到相應的型腔結構示意圖，如圖6所示。
圖5 冷卻水道沿型腔面分布示意圖
圖6 型腔結構示意圖
4 NX平臺下模具型腔加工
注射模具型腔的加工過程中，大多數(shù)形狀及特征均可采用數(shù)控銑進行加工。只要綜合運用NX軟件CAM模塊中的點位加工、平面銑、型腔銑、等高輪廓銑和固定軸曲面輪廓銑功能，根據(jù)加工表面進行合適的裝夾，一般可以完成型腔零件的數(shù)控銑削要求。對于模具的螺釘、水道和頂針等較深的圓孔，采用鉆孔或深孔鉆進行鉆削加工；對于沒有斜度或者具有一定小斜度的通孔及通槽，根據(jù)精度的要求，可以采用慢走絲或快走絲線切割加工；對于用數(shù)控銑完成后仍然有未切削材料的零件，采用電火花成型方法進行加工，完成對剩余材料的清除。根據(jù)遙控器模具型腔零件的形狀特點和加工要求，制定了遙控器后殼型腔加工工藝過程表如表1所示，其中主要加工方式如數(shù)控加工、線切割加工和電火花加工過程見后續(xù)分析。
表1 遙控器后殼型腔加工工藝過程表
4.1 數(shù)控加工
在NX平臺下進行數(shù)控加工編程時，為使程序的走刀線路簡潔規(guī)整，提高加工效率，需要對設計模型進行簡化處理，生成優(yōu)化的型腔加工模型。依據(jù)圖7所示NX數(shù)控編程方法，將型腔的數(shù)控加工分為粗加工和精加工，實現(xiàn)型腔零件尺寸的精確加工。粗加工在淬火前進行，留余量0.5mm，粗加工結束后，型腔進行淬火處理，硬度達50～52HRC，然后采用平面磨床磨削工件外形六面到指定的尺寸和精度。通過對型腔零件數(shù)控加工工藝的分析，合理地選擇刀具、定位方式、裝夾方式、確定走刀路線和切削用量。加工時選用整體硬質合金涂層刀具，利用平口虎鉗裝夾工件，將加工區(qū)域劃分為平面區(qū)域、陡峭曲面區(qū)域和平緩曲面區(qū)域，不同區(qū)域采用相應的加工方式，使用不同類型和直徑的刀具，多工步完成加工，從而加工出對應的型腔形狀、流道形狀、澆口套圓孔、定位槽及鑲件的掛臺等部位，并生成相應的加工刀路，型腔數(shù)控加工刀路示意圖如圖8所示，遙控器后殼型腔數(shù)控加工工藝方案如表2所示。
圖7 NX數(shù)控編程方法
圖8 型腔數(shù)控加工刀路示意圖
表2 遙控器后殼型腔數(shù)控加工工藝方案
4.2 線切割加工
遙控器后殼型腔的鑲件槽拐角處采用直角過渡，數(shù)控銑無法加工到位，為了實現(xiàn)鑲件槽的加工，此處采用線切割加工�？紤]到型腔淬火處理后硬度達50～52HRC，難以加工穿絲孔，因此，在熱處理前先鉆大小為φ10mm的穿絲孔。線切割加工過程中，為保證加工精度，采用直徑為φ0.15mm的黃銅絲作為電極絲。由于型腔零件外形用磨床進行加工時精度高，因此，以型腔中心位置作為基準，利用外形分中對刀，保證線切割加工的位置精度。加工過程中采用先線切割1次再精修1次的方式，以減少應力和變形等原因造成的加工誤差，保證線切割加工的尺寸精度和表面質量。
4.3 電火花加工
經過普通加工、數(shù)控加工和線切割加工后，遙控器后殼型腔的筋條、膠位的角落和外觀膠位等位置還有未加工完成的區(qū)域，這些區(qū)域需要設計電極進行電火花放電加工。利用NX Moldwizard的電極快速設計系統(tǒng)，NX電極設計流程圖如圖9所示，對型腔電極加工區(qū)域進行分析，得到型腔電極加工區(qū)域分析圖，如圖10所示，4處為型腔小凹陷部分，B處、C處為型腔需要清角的部分，D處為直角鑲件槽部分，E處為型腔需要電極加工的部分。然后據(jù)此完成各塊電極的設計。型腔電極示意圖如圖11所示，其中，圖11a所示為型腔膠位形狀電極，用于成型圖10中A處；圖11b、圖11c和圖11d所示分別為不同類型的型腔清角電極，分別成型圖10中對應的B、C、D處；圖11e所示為型腔局部外形電極，用于成型圖10中的E處；圖11f所示為型腔整體外形電極，用于成型型腔的整體外形。利用這些電極，選用黃銅為電極材料，取粗加工電極的火花間隙為0.2mm，精加工電極的火花間隙為0.1mm，制造相應的粗、精加工電極，并設定合理的電火花加工參數(shù)，在電火花機床上完成型腔的放電加工。
圖9 NX電極設計流程圖
圖10 型腔電極加工區(qū)域分析圖
圖11 型腔電極示意圖
5 結語
1)NX平臺及軟件技術的快速發(fā)展為產品工程數(shù)據(jù)的無縫對接以及CAD/CAM/CAE的一體化提供保證，在NX平臺下對遙控器后殼模具進行型腔設計、數(shù)控加工及仿真、線切割加工和電極設計，實現(xiàn)了型腔設計、加工和仿真的一體化。
2)基于NX平臺Moldwizard模塊的注射模具型腔及電極的設計方法，極大地提高了設計效率，實現(xiàn)了型腔和電極的快速設計。
3)零件的加工工藝過程分析和數(shù)控銑削加工工藝方案分析是實現(xiàn)模具型腔零件加工的重要環(huán)節(jié)，由于模具型腔零件的加工工藝相似，因此，對于不同的模具型腔零件可以借鑒遙控器后殼型腔的加工分析方法，制定合理的工藝方案。
核心關注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務領域、行業(yè)應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務領域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關注ERP管理系統(tǒng)的核心領域，是眾多中小企業(yè)信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.ezxoed.cn/
本文標題：NX平臺下模具型腔的快速設計與加工
相關文章
