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塑料小盆模具后模的设计与数控加工

  • 投稿掌蘑
  • 更新时间2015-09-14
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吴光明

(东莞市高技能公共实训中心,广东东莞,523106)

摘要:本文以一塑料小盆注射模后模的设计与数控加工为例,较为详尽地讲述了运用CAD\CAM软件进行塑料模具型芯设计和数控加工的工艺步骤及注意事项。

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关键词 :塑料小盆、数控加工、型芯

一 后模图形处理

根据此零件的特点,设计了小盆的后模。后模和前模相对应的,前篇文章中已经设计好前模,

1、依次点击File/Read file读入前模的3D图形文件。

2、打开所有图层,关闭前模的曲面及相关线条的图素,保留后模曲面,另存为后模的层里。

3、依次点选Create/Curve/Create curve onone Edge,选择后模四周的曲面,绘制的曲面边界。此边界要作为加工曲线,必须将此曲线修剪圆顺,不能有断点和重复的曲线。

4、在Z0处绘制358×290的矩形,并按图纸要求绘制相应的导柱孔等曲线。依次点选Create/Surface/Create Ruled/Lofted Surface,选择矩形的两条边,绘制出所须的平面。

5、选择所绘制的平面和曲面边界,依次点选Xform/Xform Project,用投影剪切对平面进行剪切。得到模具的分型面。

6、用同样的方法绘制肥皂台的曲面边界及型芯下部的加工曲线。

图形图素较多,为便于管理,绘图进行了分层管理,分为七个层,第1层blank绘制图形隐藏的图素,第2层QMsurface绘制了前模曲面,第3层curve绘制了图形的绘图曲线,第4层partsurface绘制了模具的分型面,第5层curveforcut绘制了编制刀路时要使用的曲线及加工边界,第6层HMsurface绘制了后模曲面,第7层Dim标注了后模的尺寸。层管理图如图1所示。加工时打开第2、4和第5层,关闭其它层。

切削曲线及边界如图2。图形坐标原点放在后模XY方向的中心处,后模分型面处的Z方向尺寸为0.0mm。

塑料小盆后模3D图如图3所示。

二 后模的数控加工工艺分析

如图3为设计好的小盆后模加工3D图。加工时要注意以下几点:

1、小盆后模成型塑件的外表面,光洁度和尺寸精度要求比前模高。

2、后模型芯采用整体式设计。后模板厚度为100mm,加工后的后模板厚度为50mm。零件的尺寸较大,粗加工时的加工余量大,耗时长,刀具磨损大,要尽可能采用镶合金圆刀粒大直径圆鼻刀,并设置和里加工工艺和刀具参数。

3、后模型芯顶部、中部及底部曲面的曲率变化是不同的,精加工时,Z方向要分段进行,以获得良好的加工效果。

4、后模型腔四周的最小圆弧半径为R1.016,须用平底刀自行磨制取Φ12R1.016的圆鼻刀进行精加工。

5、后模型芯周围的型腔为凹面,为降低成本,没有设计铜公,直接加工成型。凹槽的宽度不大,而后模型芯的高度却高达50mm,加工时要选用合适的刀具,同时要设置合理的刀具伸出长度,避免夹头碰到后模型芯。

6、后模型腔肥皂台处底部和四周的曲面直角相交,直边两曲面相交处的过度圆弧半径为R0.92mm,无法直接加工出来,必须设计铜公。

7、肥皂台的底面和侧面设计8条半圆柱加强筋,也必须设计铜公进行电火花加工。

8、四个导柱孔的直径为Φ25,公差要求高,是后模加工的另一难点,要采取合理的镗孔刀具和镗孔工艺。

9、考虑到毛坯尺寸较大,超出普通磨床的加工范围,只能磨削上下平面,在数控加工后模型腔时再加工毛坯的外形,来保证上下面的平行度及四周面之间的相互垂直度。

10、考虑到加工时要加工四个导柱孔,为避免加工到工作台,模板的下部要垫高20mm。

11、为提高塑件内表面的粗糙度,同时便于脱模,后模电加工后必须进行抛光。

数控加工前,利用铣、平面磨等通用设备先加工出360×292×100mm的毛坯,用压板固定在数控机床的工作台上进行加工。加工完毕后,选择垂直的三个面作为加工和定位的基准面,为便于辨认基准,要打上字码。

三 后模加工注意事项

1、后模通常成型塑件的内表面,表面粗糙度要求没有前模高,但后模型芯结构比较复杂,抽芯、镶件等结构较多,加工量校前模多,材料同前模一样较硬。加工时要谨慎,避免差错。

2、编写刀路之前,须将图形中心移动到系统默认坐标原点,最高点移动到Z原点,并将长边放在X轴方向,短边放在Y轴方向,基准位置的长边向着自己。

3、加工前必须检查工件的装夹方向与计算机中的图形方向是否一致,在模具中的排位是否正确,装夹具是否妨碍加工,前、后模的方向是否相配。

4、后模加工的刀路大致顺序:大直径刀粗加工→小直径刀粗加工和清角→大直径刀精加工→小直径刀清角和精加工。

5、后模同前模所用材料相同,应尽量用镶合金刀粒的大直径刀具进行加工,不要用太小的刀。分型面为平面时,可用圆鼻刀精加工。

6、后模的加工一般先选取镶合金刀粒的大直径圆鼻刀(因这种刀够大,有力)进行粗加工,采用3D曲面挖槽刀路进行加工(留0.25mm的余量)。

7、半精加工一般选取镶合金刀粒的刀具(或合金刀),采用等高外形刀路进行加工(留0.15mm的余量)。

8、精加工一般选取镶合金刀粒的球头刀(尺寸小时选小直径整体球头刀),采用平行铣削来进行加工(不留余量)。局部辅以清角加工。加工型芯时,常遇到的问题是球头刀不易清除利角,这时可以用端铣刀走曲面斜面加工清角。

9、如果后模型芯采用的是镶件,则后模分为镶件型芯和镶件固定板。需要分开加工。加工镶件固定板的内部外形要多走几遍空刀,不然外形会有斜度,造成上面加工到尺寸,下面加工不到位的现象,安装时难以配模。若镶件固定框深度尺寸大,则更明显。精加工外形框时尽量用大直径的新刀。

10、镶件固定板深度较大时,可翻转过来,首先加工外形部位,装配入框后,再加工型芯的外部形状。

11、塑件产品上下壳配合处突起的边缘称为止口,止口结构在型芯镶件上加工或在镶件固定板上用外形刀路加工。

12、如果有止口台阶,用球头刀精加工时需控制加工深度,防止过切。镶件固定板的尺寸可比型芯镶件单边小0.02mm,以便配模。型芯镶件精加工时的公差为0.01~0.03 mm,Z方向步距值为0.2~0.5mm。

四 后模型芯加工刀路]

1、首先选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀,C N C 刀杆规格: T R S - 5 R × 2 5 × 1 5 0 。刀片规格:PPMW1003M0。进给率1000mm/min,下刀速率500mm/min,抬刀速率2000mm/min,主轴转速S=2000转/分。用3D曲面挖槽刀路对小盆的后模型腔曲面进行粗加工。采用绝对尺寸,最小深度设置为46.44mm,最大深度设置为0.6mm。加工余量0.4mm。Z方向步距为0.5mm。

2、继续选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀,用3D曲面挖槽刀路对后模型腔肥皂台处的曲面进行粗加工。采用绝对尺寸,最小深度设置为0.0mm,最大深度设置为-6.6mm。加工余量0.4mm。Z方向步距为0.4mm。

3、选取Φ16R0.8镶合金方刀粒的圆鼻刀,用2D外形刀路对后模型芯的外形粗加工,采用绝对尺寸,工件顶部高度为0.0mm,加工深度为-50.0mm,XY方向的加工余量为0.4mm,Z方向的加工余量为0.2mm。

4、选取Φ16平底白钢刀,用2D外形刀路对后模型芯的外形精加工,工件顶部高度设置采用绝对尺寸,为0.0mm,加工深度设置采用相对,也为0.0mm。XYZ方向的加工余量为都为0.0mm。

5、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀,用3D曲面挖槽刀路对后模顶部的分型平面(Z0处)进行精加工。加工面的加工余量0.0mm。采用绝对尺寸,最小深度和最大深度都设置为0.0mm。(实际上只加工了一刀)

6、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模上部曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为56.44mm,最大深度设定为54.5mm。Z方向步距0.06mm。

7、选取Φ25R5镶合金圆刀粒的圆鼻刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模中部曲面精加工。加工余量0.0mm。Z方向步距0.06mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为55.0mm,最大深度设定为0.1mm。

8、后模型腔的最小圆弧半径为R1.016,这里选取Φ12R1.016的圆鼻刀(用平底刀自行磨制),用2D外形刀路对后模型芯四周的型腔精加工,XYZ方向的加工余量都为0.0mm。(此模具的产品要求不是很高,采用此工艺加工后模的凹型腔,有效提高了加工的表面粗糙度,省略了加工此部位所需的电火花铜公,降低了模具加工成本)。

9、选取Φ12R1.016的圆鼻刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模肥皂台处的曲面型腔半精加工。减少电火花加工余量。加工余量0.2mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为-0.1mm,最大深度设定为-6.6mm。Z方向步距0.2mm。

10、选取Φ12R1.016的圆鼻刀,用2D挖槽刀路对后模肥皂台处型腔曲面的底部进行精加工。采用相对尺寸,工件加工表面设置为0.2mm,加工深度设置为0.0。XY方向的加工余量为0.5mm,Z方向加工余量为0.0mm。

11、选取Φ6平底合金刀,用2D外形刀路对后模肥皂台型腔曲面相交处的过度圆弧半精加工,采用绝对尺寸,工件加工表面设置为0.0mm,加工深度设置为-6.5。XY方向的加工余量为0.2mm,Z方向的加工余量为0.0mm。

12、选取Φ10平底合金刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为5.5mm,最大深度设定为0.05mm。Z方向步距0.12mm。

13、继续选取Φ10平底合金刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为-0.02mm,最大深度设定为-6.6mm。Z方向步距0.12mm。

14、选取Φ10平底合金刀,用曲面精加工等高外形刀路对后模型芯下部的型腔曲面精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸,最小深度设置为-6.61mm,最大深度设定为-7.62mm。Z方向步距0.04mm。

15、选取Φ16中心钻,用钻孔刀路钻削后模板四个导柱孔的中心孔。Z方向的钻孔深度8.0mm。

16、后模板的厚度虽然有100mm,但经前面的工序加工后,只剩下50mm厚。选取Φ24麻花钻头,用钻孔刀路钻削后模板四个导柱孔的底孔。Z方向的钻孔深度75.0mm。

17、选取可调范围在Φ19~Φ35的微调镗孔刀,用镗孔刀路对后模板四个导柱孔精加工。镗孔深度55.0mm。