基于UG的頭帽塑料模具設(shè)計及CAM加工*

陳森林，徐 濱

（合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥 238000）

0 引言

近幾年，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，帶動了工業(yè)化進(jìn)程飛速發(fā)展。隨著社會的不斷發(fā)展，人們對塑件的品質(zhì)要求急速提高，然而傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品的尺寸進(jìn)度和形位公差精度要求。NX10.0軟件設(shè)計電腦輔助設(shè)計[1]、編程和模擬仿真加工的一種工具，能夠繪制出形狀復(fù)雜的各種實體模型，該軟件在模具設(shè)計產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)得到廣泛運用，而且NX10.0軟件擁有注塑模具設(shè)計模塊、CAM編程模塊和加工程序仿真模塊等一系列功能，降低了設(shè)計人員的工作強(qiáng)度，降低成本，提升了模具設(shè)計能力[2]。

本文主要通過NX10.0軟件，詳細(xì)闡述一模多腔多品種塑料模具的模型設(shè)計與CAM數(shù)控加工過程。

1 塑料模具工藝設(shè)計

1.1 分型面的選擇

塑件的名稱為頭帽，外表面質(zhì)量要求較高。在確定分型面的問題上，必須遵循塑模設(shè)計原則，按照下列要求選擇分型面：（1）不影響塑件的外觀質(zhì)量；（2）便于清理毛刺和飛邊；（3）對塑模有很好的排氣效果；（4）塑料產(chǎn)品要隨著動模一起被拉出，有利于拿出產(chǎn)品，選擇產(chǎn)品最大的輪廓部位作為分型面。具體情況如圖1所示。

圖1 頭帽塑件分型面

1.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

1.2.1 主流道設(shè)計

通過前面所查的資料能夠得到，SZ-100/80注塑機(jī)噴嘴的大小是φ3 mm，其球面大小是SR10 mm。查閱設(shè)計手冊上的相關(guān)資料得到，主流道入料口球面尺寸SR=SR0+（1～2）=11～12 mm，最終取尺寸數(shù)值為12 mm。主流道入料口的尺寸等于噴嘴的直徑加上1 mm，得到入料口直徑為4 mm。

圖2 頭帽模具澆口套平面圖

把主流道的形狀加工成圓臺形，是方便讓澆注系統(tǒng)中的廢料從澆口套中退出，一般其斜度值為2°左右。根據(jù)驗算結(jié)果，知道主流道的最大尺寸為φ8 mm。把主流道和分流道的相交位置加工成圓角過渡，其圓角大小為5 mm。因為主流道在注射成形的過程中會發(fā)生磨損，為了方便替換損壞的澆口套，一般情況下，會將其加工成容易拆裝的模式，且澆口套的大小要按照標(biāo)準(zhǔn)定制，如圖2所示。

1.2.2 分流道設(shè)計

由于頭帽產(chǎn)品是小型零件，其結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，所使用的原材料充模效果良好[3]，故能夠使用潛伏式澆口的進(jìn)料方式。因為U 形截面的分流道加工和流動性能比較好，所有分流道選用U 形結(jié)構(gòu)。通過查詢塑料模具手冊可得，分流道斷面的尺寸為R6 mm，深度為8 mm。分流道的斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 分流道的斷面結(jié)構(gòu)

1.2.3 澆口的設(shè)計

因為頭帽產(chǎn)品的外表面要求光滑且無毛刺，所以要選擇一個比較隱蔽的地方作為澆口位置[4]。同時，也應(yīng)盡量使模具結(jié)構(gòu)簡單。

為了提高塑件自動化程度和生產(chǎn)率，減少分型面的數(shù)量以及保證塑件表面質(zhì)量，決定采用潛伏式澆口來生產(chǎn)該塑件；潛伏式澆口是一個結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的澆口，是點澆口通過變形而得到的[5]。潛伏式澆口設(shè)置在不影響塑件精度的位置上，在開模時，澆口凝料隨著塑件一起從分型面被拉出。在注射時，熔融的塑料經(jīng)過推桿或拉料桿注射到塑模的腔體中，這種注射形式會減少一個分型面，簡化模具結(jié)構(gòu)。

上頭帽澆口潛入定模，下頭帽澆口潛入動模，圖4、5所示分別為上頭帽和下頭帽的腔體形狀，并標(biāo)出了分流道和潛伏式澆口的具體位置。具體潛伏式澆口形狀的尺寸參數(shù)如圖6所示。

圖4 上頭帽澆口潛入定模圖

圖5 下頭帽澆口潛入定模圖

圖6 潛伏式澆口的尺寸參數(shù)

圖7 模具型腔布置圖

1.3型腔的布局

因為頭帽產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)像一個圓盤，各個位置上的尺寸基本相同，且頭帽產(chǎn)品的形狀較簡單，不需要側(cè)抽芯與分型機(jī)構(gòu)[5]，所以型腔的排列方式采用了一副模具、四腔和雙品種布置方式。在模具腔體中分別有2 個上頭帽和2 個下頭帽塑件，而每個裝配體只需要一個上頭帽和一個下頭帽，因此，該塑料模具在一次成型周期中，可以為裝配體提供兩套上（下）頭帽塑件，使不同的塑件同時生產(chǎn)在一副模具中，提高了模具的生產(chǎn)效率，具體塑料模具型腔分布形式如圖7所示。

1.4 模具型腔壁厚的確定

塑模腔體尺寸計算方法有強(qiáng)度、剛度和經(jīng)驗法，這里選取了經(jīng)驗法，通過查詢相關(guān)塑模標(biāo)準(zhǔn)，得到塑模腔體的壁厚，并選擇較合適的模架，利用公式計算出型腔尺寸參數(shù)。

式中：L為型腔內(nèi)形尺寸，mm。

代入數(shù)據(jù)得t≥0.2×24 mm+17 mm≈22 mm。根據(jù)經(jīng)驗可選t=22 mm；兩個型腔之間壁厚為20 mm。

1.5 注塑模具型腔尺寸選定

該模具型腔直徑為φ24 mm，型腔壁厚尺寸為22 mm，綜合以上數(shù)據(jù)，查閱相關(guān)塑料模具設(shè)計手冊，確定動模部分模板的總體尺寸為W×L×H，其中W=110 mm，L=110 mm，H=35 mm，如圖8所示。

2 塑料模具CAM編程加工

（1）根據(jù)頭帽塑件的結(jié)構(gòu)形狀，繪制塑模型芯和型腔的空間立體圖形

對于模具型芯和型腔的長寬高尺寸參數(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了理論計算，塑料模具型腔板（下模仁）尺寸為：110 mm×110 mm×35 mm；塑料模具型芯板（上模仁）尺寸為：110 mm×110 mm×30 mm。該模具型芯和型腔三維模型是運用UG NX10.0三維建模軟件建立的，其詳細(xì)的建模過程和頭帽塑件的建模過程類似，此處不再贅述。具體頭帽塑料模具型芯和型腔的三維模型如圖9、10所示。

（2）利用UG NX10.0 軟件編寫塑料模具型芯和型腔刀路，并生成其數(shù)控加工文檔

頭帽塑件模具的型芯和型腔三維模型繪制好以后，運用UG NX10.0編制模具加工程序[6]。這里列舉頭帽塑件模具型腔的數(shù)控編程方法，此數(shù)控編程包括平面銑削和型腔銑削方法。具體編程刀路如圖11、12所示（只列舉了2個刀路圖）。

圖9 頭帽塑件模具型芯三維模型

圖10 頭帽塑件模具型腔三維模型

圖11 頭帽塑件型腔粗加工刀路圖

圖12 頭帽塑件型腔半精加工刀路圖

由于全套數(shù)控銑削程序非常多，此處不作詳細(xì)闡述。下面，僅列舉頭帽注塑模具型腔（下模仁）粗加工數(shù)控程序的一部分，G代碼程序文件[7]如下。

此處主要運用了UG NX10.0 中的編程（CAM）方法，通過一系列較復(fù)雜的操作，生成模具腔體（下模仁）粗加工刀路。對所編程的刀具路徑進(jìn)行仿真模擬，在仿真的過程中如果發(fā)現(xiàn)不合理的刀路編程方法，那么將會得到及時地修改，力爭把實際操作中遇到的質(zhì)量問題解決在模具設(shè)計初始階段。這樣不僅會降低模具返修的機(jī)率，還會較大程度地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[8]。

3 結(jié)束語

本文運用NX10.0 軟件設(shè)計一模多腔多品種的塑料模具，并利用該軟件的CAM編程功能，編輯了頭帽塑料模具的數(shù)控加工程序，縮短了塑料模具的設(shè)計周期，提高了模具的生產(chǎn)效率，但是對于塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，還存在著很大的優(yōu)化空間。