基于CAD/CAM軟件的模具設(shè)計(jì)與制造

王波

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

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基于CAD/CAM軟件的模具設(shè)計(jì)與制造

王波

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

摘要：以塑料窗限位塊為例，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特征，利用CAD軟件Pro/E進(jìn)行模具型芯、型腔、標(biāo)準(zhǔn)模架及標(biāo)準(zhǔn)零部件的設(shè)計(jì)；利用CAM軟件MasterCAM進(jìn)行模具型腔的加工。該種方法的應(yīng)用可以大大提高模具設(shè)計(jì)效率，縮短模具設(shè)計(jì)、加工周期。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM；設(shè)計(jì)；注塑模；模具

0前言

在傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)過程中，主要是根據(jù)公式及經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過不斷的試模來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)踐證明這種方法并不能提高一次成型的機(jī)率，而且模具的生產(chǎn)周期很長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)成本很高。本文采用CAD/CAM技術(shù)對(duì)塑料窗限位塊注塑模具進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

1塑件成型工藝的可行性分析

1.1　 產(chǎn)品有關(guān)信息

在對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)充分了解制品的用途、特性、設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，然后確定制品的工藝條件，表1所示為塑鋼窗限位塊工藝表，圖1為塑件工程圖。

表1　塑鋼窗限位塊工藝表

圖1　塑件圖

1.2　 塑件分析

該產(chǎn)品材料為聚氯乙烯，聚氯乙烯熱穩(wěn)定性差，在成型溫度下容易分解放出氯化氫，所以，在成型時(shí)，必須加入穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑，并嚴(yán)格控制溫度及熔料的滯留時(shí)間，不能用一般的柱塞式注射成型機(jī)成型聚氯乙烯，應(yīng)采用帶預(yù)塑化裝置的螺桿式注射機(jī)。聚氯乙烯流動(dòng)性差，所以模具澆注系統(tǒng)應(yīng)粗短，進(jìn)料口截面宜大。本產(chǎn)品是塑鋼窗的零部件，由此可以選硬聚氯乙烯，硬質(zhì)聚氯乙烯的密度為1.38～1.43g/cm3[1]。

該產(chǎn)品在常溫下使用，精度要求不高，一般只要滿足要求，盡可能取較低的精度，故選擇MT7。同時(shí)，該產(chǎn)品是大批量生產(chǎn)，故模具設(shè)計(jì)應(yīng)多腔，根據(jù)本產(chǎn)品的材料特性和結(jié)構(gòu)形狀，設(shè)計(jì)一模四腔結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性比較好。利用PRO/E軟件設(shè)計(jì)好的塑件模型，可以直接計(jì)算出單件的體積為6.148cm3，質(zhì)量為8.6g。

2選擇注射機(jī)

利用PRO/E軟件計(jì)算出單件的質(zhì)量為8.6g，由于采用一模四腔，所以塑件每次需要注射量(含澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量，估算為10g)為44.4g。根據(jù)注射量，查模具設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)定注射機(jī)，選用XS-ZY-125型號(hào)，滿足注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量80%的要求。該注射機(jī)主要參數(shù)如表2。

表2　XS-ZY-125技術(shù)參數(shù)

3基于Pro/E軟件的注射模設(shè)計(jì)

3.1　基于Pro/E的注射模設(shè)計(jì)的一般流程

利用Pro/E軟件進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)的流程如圖2所示[6]。首先進(jìn)行塑件的三維建模，根據(jù)三維模型創(chuàng)建模具模型；根據(jù)所選塑料的品種設(shè)定產(chǎn)品收縮率；然后建立分型面，將凸凹模進(jìn)行分割；進(jìn)而設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)；生成模具組件；進(jìn)行試模，創(chuàng)建鑄件，并進(jìn)行模具開模和檢測(cè)，最后進(jìn)行模具的裝配和輔助零件的設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)好后，轉(zhuǎn)入數(shù)控加工制造，從而實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工的集成[7-8]。

圖2　Pro/E注塑模具設(shè)計(jì)流程圖

3.2　應(yīng)用Pro/E對(duì)塑件進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)

根據(jù)塑件的工程圖，應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3　塑件三維圖

3.3　應(yīng)用Pro/E進(jìn)行塑料窗限位塊的注塑模具設(shè)計(jì)

塑鋼窗限位塊三維造型完成后，利用Pro/E軟件進(jìn)行模具組件設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行參考模型的布局、收縮率的設(shè)置、毛坯工件的設(shè)計(jì)、分型面的設(shè)計(jì)、分割體積塊、抽取模具元件、鑄模及開模等設(shè)計(jì)過程，其設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

由于本產(chǎn)品一模四腔，考慮到型芯便于機(jī)械加工，所以采用鑲拼式組合結(jié)構(gòu)，最終的模具型芯組件如圖4(b)所示。凹模內(nèi)表面結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，將其設(shè)計(jì)為整體式，如圖4(c)所示。

圖4　凸凹模設(shè)計(jì)

3.4　應(yīng)用Pro/E外掛EMX進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì)

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)完成型芯、型腔的設(shè)計(jì)，同時(shí)確定出開模的方式以及塑件的頂出方式，通過注塑模具設(shè)計(jì)專家EMX系統(tǒng)調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)模架以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件，完成該塑件一模四腔的設(shè)計(jì)，其模具總裝圖如圖5所示。為進(jìn)一步觀察模具及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，模具總裝爆炸圖如圖6所示。

圖5　模具總裝圖

圖6　模具總裝爆炸圖

4基于MasterCAM仿真加工

4.1　仿真加工工藝參數(shù)的確定

仿真加工是利用計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)加工的，也同樣需要制定合理的加工工藝。這樣不僅能與現(xiàn)實(shí)加工相結(jié)合，同時(shí)對(duì)實(shí)際加工中加工工藝優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，而且還能提高仿真的效果與品質(zhì)。因此，根據(jù)塑料窗限位塊模具型腔的特點(diǎn)，對(duì)模具凹模(3Cr2Mo鋼)的型腔、橫澆道、內(nèi)澆口進(jìn)行區(qū)域劃分分別進(jìn)行粗加工、精加工等工序。

1) 工序1對(duì)毛坯的四個(gè)方腔進(jìn)行粗加工

根據(jù)塑料窗限位塊模具的凹模尺寸，選擇數(shù)控機(jī)床進(jìn)行粗加工，加工采用小負(fù)荷快走刀的方式加工會(huì)有更好的效果；采用螺旋式下刀或斜向下刀方式，可以防止進(jìn)刀的時(shí)候產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，甚至出現(xiàn)刀具崩裂，本次采用螺旋式下刀，并把下刀的直徑和高度設(shè)置不是太大，以免走空刀時(shí)間太長(zhǎng)。根據(jù)以上工藝特點(diǎn)，采用高速刀具路徑里的區(qū)域間隙加工方式，選用D10R2的硬質(zhì)合金圓鼻刀，平面進(jìn)給率為1500mm/min，深度進(jìn)給率為200mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min，提刀速率為5000mm/min，加工余量1rnrn。

2) 工序2橫澆道的粗加工

根據(jù)橫澆道的型腔特點(diǎn)，采用外形銑削加工方式。選用D6R3的硬質(zhì)合金球刀。平面進(jìn)給率為1000mm/min，深度進(jìn)給率為100mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為2000r/min，提刀速率為5000mm/min，切削寬度0.5mm，加工余量1mm。

3) 工序3鉆孔

被加工的孔主要用于澆口套的裝配，所以采用鉆、鏜加工方式。采用D5中心鉆鉆中心孔，再用D9.8鉆頭鉆初孔，再選用D10H7鏜刀鏜孔。

4) 工序4四個(gè)方腔精加工

對(duì)型腔表面進(jìn)行最終加工。采用等高外形精加工，選用D10R1硬質(zhì)合金圓鼻刀，平面進(jìn)給率為2000mm/min，深度進(jìn)給率為250mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為3500r/min，回刀速率為5000mm/min，切削間距0.3mm。

5) 工序5內(nèi)澆口加工

內(nèi)澆口是連接橫澆道和型腔的重要通道，采用外形銑削加工方式。選用D2的平底硬質(zhì)合刀，平面進(jìn)給率為300mm/min，深度進(jìn)給率為100mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為1800r/min。

4.2　仿真結(jié)果

根據(jù)上述的加工工藝和參數(shù)，在MasterCAM中形成刀具軌跡如圖7所示，然后采用MasterCAM的仿真模塊對(duì)凹模加工進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7　刀具軌跡

圖8　仿真加工結(jié)果

4.3　NC代碼的生成

通過仿真加工，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)加工，通過仿真直接生成加工軌跡，進(jìn)而變成數(shù)控加工程序。MasterCAM系統(tǒng)具有強(qiáng)大的后處理功能，可以自動(dòng)生成加工機(jī)床所需的加工程序。圖9是MasterCAMX6系統(tǒng)的NC程序文件編輯器，用戶可以通過該編輯器對(duì)NC代碼進(jìn)行編輯。國(guó)產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)一般在MasterCAM中沒有對(duì)應(yīng)的PST文件，只要把生成的程序改頭改尾即可[9]。

圖9　NC程序編輯器

5結(jié)語(yǔ)

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特征，利用CAD/CAM技術(shù)對(duì)塑料窗限位塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)與制造，得到了合理精確的注塑模具。選用該方法的主要目的是為了大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。通過實(shí)踐證明，CAD /CAM技術(shù)的應(yīng)用，不但適合當(dāng)前我國(guó)的模具發(fā)展現(xiàn)狀，還可以加快發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，特別是塑料模具工業(yè)。

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Die Design and Making Based on CAD/CAM Software

WANG Bo

(Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute , Xi’an 710089,China)

Abstract:This paper takes the plastic window limit block as an example, according to the structure characteristics of the plastic parts, uses CAD software Pro/E to design the core, cavity and carrier of the die arrangement and standard parts and uses CAM software MasterCAM to process the die cavity. Application of this method can greatly improve the efficiency of the die design and shorten its processing cycle.

Keywords:CAD/CAM; design; injection mold; die arrangement

中圖分類號(hào)：TH136;TP391.72

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)02-0036-03

作者簡(jiǎn)介：王波(1979-)，男，陜西旬陽(yáng)人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD/CAM技術(shù)與應(yīng)用。

收稿日期：2014-11-18 2014-12-08