肥皂盒模具后模型芯及铜公的设计和数控加工

1肥皂盒塑料模具后模型芯及铜公的设计与数控加工吴光明东莞理工学校，广东东莞523000[摘要]：本文以一肥皂盒注射模后模型芯与铜公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及铜公设计和数控加工的工艺和步骤。[关键词]：注射模、数控加工、型芯、铜公Designingandprocessingofthecoreandcopperpolarinasoap-boxinjectionmouldWuGuangming(DongguanscienceandtechnicalschoolofGuangDongprovince523015)Abstract:Inthispaper,withtheexampleofDesigningandprocessingofthecoreandcopperpolarinasoap-boxinjectionmould,weintroducethetechnologyandstepofDesigningandCNCprocessingthecoreandcopperpolarininjectionmouldwithCAD\CAMsoftwareindetails.Keywords:injectionmould,CNCprocessing,core,copperpolar一、后模结构分析前篇文章中，已经在Mastercam中已经完成了肥皂盒模具的前、后模分模设计。依次点击File/Readfile读入肥皂盒前模的3D图形文件，打开所有图层，在前视图将零件旋转180度（保证坐标及基准的统一），将前模面隐藏，将后模曲面和分型面等部分绘制成后模3D图。图1所示为设计好的肥皂盒后模加工3D图。和前模相对应，后模也是一模出两件，采用了整体式的设计结构。后模为肥皂盒的内表面，光洁度要求没有前模高，顶针也设计在后模处。肥皂盒里面的两条弯曲细长筋条尺寸长，最小圆弧半径仅为R0.889，而深度达3.0mm，筋既深又窄，很难直接在后模型腔上直接加工成型，必须设计铜公，用电火花进行加工。此塑料外壳模具的分型面是一平面，和前模相对应，中间三个细长凸台采用了前模碰穿后模的结构，后模台阶孔处设计成过渡圆滑的曲面，后模型芯直接加工成型。为保证后模的加工质量，避免加工时铲刀，此处要将后模顶部的三条细长缺口修补好。肥皂盒后模的顶部有两条弯曲细长凹台，最小圆弧半径仅为R1.25，而长度较长，若在后模上直接加工出来，刀具损耗较大，也可设计铜公，用电火花进行加工。2图1肥皂盒后模曲面3D图二、后模数控加工1．工艺分析图1所示为设计好的后模3D图。图形坐标原点放在后模XY方向的中心处，后模底部是模具的分型面，Z方向尺寸为0.0mm。后模框的结构较为复杂，加工时主要有以下的难点：1）后模体积较大，且模具钢材质硬，加工余量也较大，加工时间长，刀具损耗多，要采用合理的加工参数。2）后模曲面为凸面，曲面虽然复杂，曲面间圆角过渡圆滑，圆弧半径适中，便于直接进行精加工，要采取合适的数控工艺。3）中间三条细长凸台的分型面设计在后模顶部曲面处，采用了前模碰穿后模结构，在后模型芯上形成了一个过渡圆滑的曲曲面，适宜进行精加工。设计后模图形时，须将三条细长缺口修补好。4）后模型芯四周有两条弯曲细长筋条，宽度不足1.0mm，加工后模时，刀具备不可能进入，无须将这些细长筋条修补。5）四个导柱孔精度高，如条件允许，可选用合适的可调镗刀，镗孔加工四个导柱孔。6）四个导柱孔的底部是Φ30的台阶孔，可先加工好这四个深度为5.0mm的台阶孔，然后将工件反转，再加工后模。首先，利用铣、平面磨等通用设备先加工出300*200*60的标准毛坯，要求保证上下面的平行度及四周面之间的相互垂直度。选择相互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。在零件的底面钻四个孔并攻牙M12，用螺钉固定在布满孔阵的装夹固定板上，再将装夹固定板用压板固定在数控机床的工作台上进行加工。考虑到要加工四个导柱孔，装夹时，毛坯的下部要避空，以免加工到机床工作台。2．加工刀路1）因为毛坯的外形已经在通用机床上加工好，这里只需要加工后模的型腔和分型面。首先选取Φ25R5镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对后模型腔曲面及分型面粗加工。深度设置采用相对尺寸，Adjustmenttotopcut和Adjustmenttoothercuts都设置为0.2mm。加工余量0.35mm。Z方向每次最大下刀步距0.35mm。32）选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用等高外形刀路对后模型腔半精加工。加工余量0.1mm。Z方向每次最大下刀步距0.35mm。采用绝对尺寸，将Minimumdepth设置成16.0mm，Maximumdepth设置成0.0mm。3）第一步工序选用了Φ25R5的刀具，在后模型芯底部留下了R5的加工余量。继续选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对后模分型面精加工。深度设置采用绝对尺寸，最小加工深度为5.0mm，最大加工深度设置成0.0mm。Z方向每次最大下刀步距0.35mm。选择后模型芯曲面为加工面，加工余量为0.2mm。4）选取Φ12R6合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路精加工后模曲面，深度设置采用绝对尺寸，最小加工深度为16.0mm，最大加工深度设置成0.1mm（保护精加工好的分型面）。切削步距0.15mm，加工余量为-0.1mm，加工角度为45度。5）上一工序精加工选用了R6的球头刀具，无法加工到Z6.0以下的部分，这里选取Φ12平底合金刀，用等高外形刀路对后模型腔Z6.0以下的部分精加工。加工余量0.0mm。采用绝对尺寸，最小加工深度为6.2mm，最大加工深度设置成0.05mm。6）选取Φ16中心钻，用钻孔刀路钻削后模四个导柱孔的中心孔。深度8.0mm。采用绝对尺寸，Topofstock设置成5.0，Depth设置成-8.0。7）选取Φ24麻花钻头，用钻孔刀路钻削零件上后模四个导柱孔的底孔。钻孔深度80.0mm。要求钻穿后模板。采用绝对尺寸，Topofstock设置成5.0，Depth设置成-80.0。8）选取Φ25的镶合金刀粒的微调镗刀，用镗孔刀路对四个导柱孔进行精加工,加工时，要仔细调试微调镗刀，保证导柱孔的精度。要求镗穿后模板。采用绝对尺寸，Topofstock设置成5.0，Depth设置成-80.0。图2为实体加工模拟效果图。图2肥皂盒后模加工模拟效果图四、后模铜公的设计与加工1．铜公的设计4如图3的产品图所示，肥皂盒里面的两条弯曲细长凸台在后模直接成型，最小圆弧半径仅为R0.889，而深度达3.0mm，无法直接加工出来，必须设计铜公，用电火花进行加工。肥皂盒的后模曲面铜公分解图如图4所示，为避空后模中间的凸起型腔面，必须将铜公的中间部分加工掉，此处深度到Z-20，两条弯曲细长凸台也向下延伸了5.0mm，同时为保证铜公的整体刚性，设计了如图5的后模铜公的3D图。为降低成本，也可只设计加工一条弯曲细长凸台的铜公，电加工时在XY平面将铜公绕中心旋转180度，来加工另一条弯曲细长凸台，但铜公的损耗相应会增加。后模铜公和后模曲面两条弯曲细长凸台是一模一样的，所以绘制铜公加工3D图时，打开肥皂盒后模的3D零件图形文件，参照图4的后模铜公的分解图，关闭零件的前模面，并打开所有图形，在前视图旋转180度，复制两条弯曲细长凸台的3D曲面，并将两条弯曲细长凸台沿最大外形向下延伸了5.0mm。根据加工工艺要求同时绘制了相应的切削曲线及加工边界。因为零件是对称的，图形坐标原点放在XY方向的中心处，和后模的尺寸相对应，铜公的最大外形Chain1的Z方向尺寸为0.0mm。为避免电加工时铜公伤及后模曲面，加工时，将铜公的最大外形Chain1向下延伸到Z-5.0mm。加工出来的平面可作为校表面，其Z方向尺寸为Z-5.0mm。图5中的Chain2作为XY方向的分中面，Z方向尺寸为Z-15.0mm。模具是设计成一模出两件的，铜公零件的X方向的坐标和前模的X方向坐标偏差值是65.0mm，Y坐标中心和前模的Y坐标中心是重合的。电火花加工时只需调整Z方向的尺寸。图3产品3D图两条弯曲细长凸台后模铜公两条小凸台5图4后模铜公分解图图5后模铜公的3D图2．工艺分析加工时后模型芯时，没有加工到这两条弯曲细长凸台形成的凹槽，电火花加工余量较大。由于铜公是左右对称的，设计铜公时，若只设计了一边。就必须要加工粗、精两个铜公。加工此铜公时要注意以下几点：1）此铜公的加工难点是两条弯曲细长凸台部分，壁薄容易变形，要采用合理的加工工艺来保证曲面的加工表面光洁度。2）由于数控加工时，刀路是沿着Z方向的最大投影外形进行加工的，无须绘制铜公曲面以下的部位，分中面和校表面的加工只须绘制2D曲线。3）电火花加工时，铜公的中间必须避空后模型芯。所以加工铜公时，中间凹槽的深度要大于后模型芯的高度。铜公曲面Chain1Chain26加工前，先用锯床锯出120*90*40的紫铜毛坯，在零件的底面钻四个孔并攻牙M10，用螺钉固定在布满孔阵的装夹固定板上，再将装夹固定板用压板固定在数控机床的工作台上进行加工。铜公的加工模拟效果如图6所示。图6后模小铜公实体加工模拟效果图3．肥皂盒后模的顶部还设计有两条弯曲细长凹台，最小圆弧半径仅为R1.25，而长度较长，若在后模上直接加工出来，刀具损耗较大，也可设计小铜公，用电火花进行加工。小铜公的加工模拟效果如图7所示。7图7后模小铜公实体加工模拟效果图五、结束语塑料模具的后模型芯可以采用整体式设计，也可采用镶件设计。模具装配时，后模碰穿面及分型面要同时和前模碰穿面及分型面保证无缝隙的接触（碰穿），所以后模分型面一般要留有0.1mm的余量供模具钳工打磨。后模为模具的内表面，光洁度要求没有前模高，后模的曲面光洁度和尺寸精度不是很高，顶出位置设计在后模型芯的顶部。数控加工完毕后，进行人工进行抛光即可达到加工要求。作者简介：吴光明（1969.2出生），男，籍贯：安徽滁州，高级工程师、高级讲师，主要从事塑料模具设计与加工、CAD\CAM数控技术的研究。地址：广东省东莞市城区学院路249号，东莞理工学校电话：[phone]E-mail:[e-mail]