小塑料卡件的模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工

吳光明

（東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心，廣東東莞，523106）

1 產(chǎn)品分析

如圖1所示為一塑料卡件的3D圖，設(shè)計(jì)得小巧玲瓏，表面質(zhì)量要求好，材料為ABS，收縮率為5‰。產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲面過(guò)渡圓滑，曲面之間的圓角半徑小，最小圓弧半徑是R1.005mm。卡件是非規(guī)則零件，分型較為困難，設(shè)計(jì)有兩個(gè)可彈性變形的卡位裝置，卡位上有兩個(gè)小孔，裝配時(shí)作螺絲孔用。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

塑件的曲面很復(fù)雜，分型面非平面，卡件的內(nèi)外表面要求同樣高，為便于模具出模，將光滑的外表面設(shè)計(jì)成前模，有卡位的部分設(shè)計(jì)成后模。為保證塑件的美觀，模具的頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在后模的兩彈性卡位上，裝配后可隱藏。

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模具的分型面，如圖1所示。分型面3D圖如圖2所示。

塑料卡件的零件尺寸不大，從注塑、加工及經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，一模設(shè)計(jì)出兩個(gè)不同產(chǎn)品，澆口位置設(shè)計(jì)在兩塑件的中間。采用標(biāo)準(zhǔn)模架，零件要求較高，模具型芯材料選用高性能的模具鋼。

圖1 塑料卡件3D圖

圖2 卡件模具的分型面3D圖

3 前模結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖3為設(shè)計(jì)好的前模加工3D圖。將前模圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在XY方向的中心處，分型面后部的小平面的Z方向尺寸為0.0mm。

3.1 前模型腔的加工工藝分析

前模的分型面非平面，且曲面的曲率較大，前模分型面的前部還有一直角凸臺(tái)。凸臺(tái)和分型面成銳角相交，無(wú)法直接加工出來(lái)。采用線切割加工出毛坯。（有條件的話(huà)，可采用慢走絲線切割，加工的表面粗糙度更佳），可有效提高加工效率，降低材料成本。

前模成型卡件的外表面，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光潔度要求高。型腔曲面為凹面，曲面復(fù)雜，曲面間圓角過(guò)渡圓滑，雖然型腔很淺，但圓弧半徑較小，最小圓弧半徑是R1.005mm，難于清角加工，要采取合適的數(shù)控工藝。

分模后，產(chǎn)品的卡位部分大半在后模成型，但也有高度為0.494mm的部分在前模成型，高度雖然很小，但直角相交出無(wú)法直接清角，也必須設(shè)計(jì)銅公。

前模型腔前部的三條半圓柱和前模型腔直角相交，無(wú)法清角加工，要采用電火花加工清角。

前模曲面復(fù)雜，要設(shè)計(jì)粗、精兩個(gè)銅公進(jìn)行電火花清角，為減少電加工余量，加工時(shí)要將盡量前模型腔的加工余量加工到最小，提高加工效率。

設(shè)計(jì)加工前模型腔時(shí)，首先利用銑、平面磨等通用設(shè)備先加工出標(biāo)準(zhǔn)毛坯，要求保證上下面的平行度及四周面之間的相互垂直度,之后，以產(chǎn)生分型面曲線為依據(jù)，用線切割加工出前后模的毛坯。選擇相互垂直的三個(gè)面作為加工和定位的基準(zhǔn)面。在零件的底面鉆四個(gè)孔并攻牙M8，用螺釘固定在布滿(mǎn)孔陣的裝夾固定板上，再將裝夾固定板用壓板固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上進(jìn)行加工。

圖3 前模3D圖

3.2 前模銅公的設(shè)計(jì)與工藝分析

前模曲面是凹進(jìn)去型腔曲面，曲面之間過(guò)渡圓滑，最小圓弧半徑是R1.005mm，必須設(shè)計(jì)銅公進(jìn)行清角加工。前模型腔頂部的三條半圓柱和前模型腔直角相交，也無(wú)法清角加工，要采用電火花加工清角。

因?yàn)槟＞呤窃O(shè)計(jì)成一套模具出兩件產(chǎn)品的，前模加工時(shí)，由于分型面是復(fù)雜曲面，圓弧半徑多處很小，所以留下的加工余量又很大。要設(shè)計(jì)加工兩個(gè)銅公，粗公（放電間隙-0.2mm），精公（放電間隙-0.1mm）。圖4所示為設(shè)計(jì)好的前模銅公的3D圖。

數(shù)控加工時(shí)，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進(jìn)行加工的，無(wú)須繪制銅公曲面以下的部位。因?yàn)榍澳ｃ~公和零件的前模曲面相同，前模銅公的圖形是從前模3D圖直接復(fù)制而來(lái)，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和前模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。

設(shè)計(jì)銅公時(shí)，須考慮到電火花加工的裝夾與定位，須設(shè)計(jì)加工校表面和分中面。

為避免電加工時(shí)銅公曲面?zhèn)胺中兔?，設(shè)計(jì)加工銅公時(shí)，將銅公的最大外形向下延伸到5.0～10mm。加工出來(lái)的平面可作為校表面。電火花加工時(shí)只需調(diào)整Z方向的尺寸。

前模銅公頂部的三條半圓柱是加工的難點(diǎn)，要采用小直徑刀具，獨(dú)立設(shè)計(jì)刀路對(duì)此部分進(jìn)行清角加工。前模銅公的加工模擬效果如圖5所示。

圖4 前模銅公的3D圖

圖5 前模銅公實(shí)體加工模擬效果圖

4 后模結(jié)構(gòu)及工藝分析

前面已經(jīng)完成了塑料卡件的分模處理，圖6為后模加工3D圖。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在前模XY方向的中心處，分型面和前模分型面相對(duì)應(yīng)部位的Z方向尺寸為0.0mm。

4.1 后模型腔的加工工藝分析

前面在線切割加工前模毛坯時(shí)，也同時(shí)加工出來(lái)了后模毛坯，如圖7所示。這里只需要對(duì)后模型腔粗加工。加工完分型面后，長(zhǎng)方形凹槽的深度不夠，須將其深度加工向下加工一定距離。

后模也是成型卡件的外表面，光潔度要求也很高。后模型腔曲面也為凹面，曲面復(fù)雜，曲面間圓角過(guò)渡圓滑，雖然型腔很淺，但圓弧半徑較小，最小圓弧半徑是R1.005mm，難于清角加工。很多地方都無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)多個(gè)后模銅公進(jìn)行清角加工。

分模后，產(chǎn)品的卡位部分大半在后模成型，這些地方尺寸太小，無(wú)法直接加工出來(lái)（粗加工都無(wú)法進(jìn)行），必須設(shè)計(jì)銅公（粗、精公）進(jìn)行清角。

卡位成型部位設(shè)計(jì)了成型小螺絲孔的兩小圓柱，因?yàn)榭ㄎ徊糠侄际遣捎秒娀鸹ǔ尚偷模瑑尚A柱不必采用鑲件。電火花加工整體成型。電火花的加工余量很大，要設(shè)計(jì)粗、精兩個(gè)銅公。

圖6 后模3D圖

圖7 后模毛坯圖

4.2 后模型腔銅公的設(shè)計(jì)與加工

后模曲面也是內(nèi)凹的型腔曲面，可分為兩個(gè)部分：卡件型腔曲面和彈性卡位曲面。彈性卡位部分機(jī)構(gòu)復(fù)雜，尺寸很小，在后模粗加工時(shí)一點(diǎn)兒都沒(méi)有加工到。須另外設(shè)計(jì)銅公?？笄鎴A角過(guò)渡圓滑，最小圓弧半徑是R1.005mm，必須設(shè)計(jì)整體銅公進(jìn)行清角加工。

后模型腔銅公和后模型腔曲面相同，銅公的圖形可從后模3D圖直接復(fù)制而來(lái)（將彈性卡位曲面部分修補(bǔ)好）。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。繪制圖中作為XY方向的分中面的加工邊界曲線。由于后模的圓弧半徑多處很小，所以留下的加工余量又很大。要設(shè)計(jì)加工兩個(gè)粗、精兩個(gè)銅公。圖8所示為設(shè)計(jì)好的后模型腔銅公的3D圖。

為避免電加工時(shí)，銅公曲面?zhèn)胺中兔?，加工時(shí)，將銅公的最大外形向下延伸到5.0～10.0mm。加工出來(lái)的平面可作為校表面。

后模型腔銅公的加工模擬效果如圖9所示。

圖8 后模大銅公的3D圖

圖9 后模型腔銅公實(shí)體加工模擬效果圖

4.3 后?？ㄎ汇~公的設(shè)計(jì)與加工

塑件彈性卡位型腔部分的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸很小，很多地方的面與面成直角相交。在后模粗加工時(shí)一點(diǎn)兒都沒(méi)有加工到，必須設(shè)計(jì)銅公進(jìn)行清角加工。

后模卡位型腔銅公和后模的卡位型腔曲面是一樣的，銅公的圖形可從后模3D圖直接復(fù)制而來(lái)（或直接從塑件3D圖復(fù)制）。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。繪制圖中作為XY方向的分中面的加工邊界曲線。由于粗加工后模時(shí)，一點(diǎn)兒都沒(méi)有加工到卡位型腔部位。留下的加工余量又很大。要設(shè)計(jì)加工兩個(gè)粗、精兩個(gè)銅公。后模彈性卡位銅公分解圖如圖10所示，圖11為設(shè)計(jì)好的后模彈性卡位型腔銅公的3D圖。后模彈性卡位型腔銅公的加工模擬效果如圖12所示。

圖10 后模彈性卡位銅公分解圖

圖11 后?？ㄎ汇~公的3D圖

圖12 后?？ㄎ汇~公實(shí)體加工模擬效果圖