0 引言

    現(xiàn)代注射模具加工制造過程中，型腔的設(shè)計(jì)與加工是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到整套模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，以及模具制造和裝配的難易程度，并最終影響塑料制品的成型質(zhì)量。

    當(dāng)前，模具設(shè)計(jì)主要采用兩種方式，一種方式是先由三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模具三維零件設(shè)計(jì)，再由三維零件模型投影生成二維工程圖樣，這種方式的主要特點(diǎn)是工程圖樣與模具零件三維模型相互關(guān)聯(lián)，同步更新，與加工的零件保持一致，但工程圖樣的繪制須在零件三維模型設(shè)計(jì)完成后才能進(jìn)行，出圖速度慢；另一種方式是先由二維設(shè)計(jì)軟件構(gòu)造模具裝配圖和零件圖，再依據(jù)工程圖樣利用三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)模具零件的設(shè)計(jì)，這種方式的工程圖樣獨(dú)立于三維零件模型之外進(jìn)行設(shè)計(jì)，出圖速度快，但由于圖樣與模型關(guān)聯(lián)性差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)加工零件、設(shè)計(jì)模型與工程圖樣不一致的現(xiàn)象，不利于模具生產(chǎn)后期的修改。無(wú)論采用何種方式，模具分型設(shè)計(jì)、型腔設(shè)計(jì)、電極設(shè)計(jì)和加工程序編制都是模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，均采用三維軟件完成。

    本文以遙控器后殼為例，詳細(xì)探討和分析NX平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)模具型腔快速設(shè)計(jì)、零件數(shù)控編程、線切割加工和電極設(shè)計(jì)一體化的思路、方法及過程，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)與加工數(shù)據(jù)的有效結(jié)合。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝分析

    圖1所示為某款遙控器后殼的產(chǎn)品示意圖，該產(chǎn)品的成型材料為ABS，收縮率為6‰，表面要求蝕紋，最大外形輪廓尺寸為212mm×48mm×18mm，主體壁厚為1.8mm。遙控器后殼周邊有10個(gè)扣位，用于與前殼裝配連接，遙控器后殼內(nèi)部有多處深的筋條，用于支撐電路板并增加強(qiáng)度。產(chǎn)品尺寸精度要求較高，精度等級(jí)需達(dá)到塑料制品公差標(biāo)準(zhǔn)SJ1372-78的3級(jí)精度。產(chǎn)品外表面即為外觀面，外觀要求色澤均勻、清潔、無(wú)拉傷、無(wú)刮痕，以及無(wú)毛刺、其他機(jī)械損傷和斷裂等表面質(zhì)量問題，且不能有明顯色差、縮水、毛邊、結(jié)合縫和污點(diǎn)等缺陷或瑕疵。

圖1 某款遙控器后殼的產(chǎn)品示意圖

2 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

    遙控器后殼產(chǎn)品生產(chǎn)批量大、尺寸適中，依據(jù)注塑生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際要求，采用一模兩腔的布局方式。產(chǎn)品外觀品質(zhì)要求高，不允許直接在外表面設(shè)置澆口，設(shè)計(jì)時(shí)采用兩板模大水口結(jié)構(gòu)形式，選擇潛伏式澆口的進(jìn)膠方式，從內(nèi)部頂桿位置進(jìn)膠，將澆口引向產(chǎn)品的底面，產(chǎn)品頂出后對(duì)該處進(jìn)行局部修剪處理，流道選用直徑為φ8mm的圓形流道。為了保證外觀質(zhì)量，型腔采用整體式結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)行整體電火花鏡面加工。產(chǎn)品周邊有10個(gè)扣位，采用斜頂成型相應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)扣位的抽芯動(dòng)作。冷卻系統(tǒng)采用回路式冷卻方式，在動(dòng)、定模分別設(shè)置多條φ8mm的冷卻水道。模具采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套定位，為了提高定位精度，在動(dòng)模板和定模板的四周分別設(shè)置四個(gè)方形定位器，同時(shí)在型芯和型腔處采用凸臺(tái)和凹槽進(jìn)行錐面定位，遙控器后殼模具總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 遙控器后殼模具總體結(jié)構(gòu)示意圖

1.動(dòng)模板2.冷卻水道3.型芯4.定模板5.型腔6.定模座板7.澆口套

8.定位圈9.導(dǎo)套10.導(dǎo)柱11.斜頂12.潛伏式澆口13.頂桿14.墊塊

15.推桿固定板16.推板17.動(dòng)模座板18.方形定位器

3 NX平臺(tái)下模具型腔快速設(shè)計(jì)

    常規(guī)的模具型腔設(shè)計(jì)方式是設(shè)計(jì)師先在三維軟件環(huán)境中依據(jù)產(chǎn)品三維模型創(chuàng)建各類面、區(qū)域以及各種復(fù)雜的面操作，從而手動(dòng)創(chuàng)建型腔面以及分型面，再進(jìn)行型腔的分型設(shè)計(jì)，最后利用三維設(shè)計(jì)軟件的各種特征操作、實(shí)體操作及布爾運(yùn)算來完成型腔的詳細(xì)設(shè)計(jì)，這種方式很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和水平，設(shè)計(jì)效率較低。

    NX軟件的Moldwizard模塊集參數(shù)化模架及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、多特征快速設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)及智能系統(tǒng)于一體，整個(gè)設(shè)計(jì)過程具有一定的自動(dòng)化和智能化水平，可以實(shí)現(xiàn)三維模具快速設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)通過快速調(diào)入制品、選擇成型材料，確定脫模方向和坐標(biāo)系，設(shè)置工件毛坯大小、完成型腔布局，提取型腔區(qū)域，補(bǔ)孔、創(chuàng)建修補(bǔ)面和分型面，完成型腔的自動(dòng)分型任務(wù)，再通過鑲件、抽芯機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)件等設(shè)計(jì)完成三維模具型腔的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，基于NX軟件的Moldwizard模塊的模具型腔快速設(shè)計(jì)方法流程如圖3所示。

圖3 基于NX軟件的Moldwizard模塊的模具型腔快速設(shè)計(jì)方法流程

    根據(jù)遙控器后殼產(chǎn)品模型的特點(diǎn)，將分型面選在產(chǎn)品外形圓弧的最大投影位置，采用平面分型，提取相應(yīng)的型腔區(qū)域并創(chuàng)建孔洞的修補(bǔ)面，型腔分型面域示意圖如圖4所示。利用該面域?qū)�工件進(jìn)行分型設(shè)計(jì)，完成型腔的分型。

圖4 型腔分型面域示意圖

    由于型腔內(nèi)部安裝電池結(jié)構(gòu)的位置存在多處插穿、碰穿，而且筋條較深，難于加工，設(shè)計(jì)時(shí)考慮便于后續(xù)模具的制造和加工，在型腔內(nèi)部該位置設(shè)計(jì)鑲件；由于遙控器的裝配和外觀的精度要求較高，而且產(chǎn)品分型面處設(shè)計(jì)圓弧過渡，細(xì)微的錯(cuò)位就會(huì)引起遙控器后殼分型面周邊的斷差，因此，在型腔和型芯配合處增加精確定位方式，即在型腔的四個(gè)角落部位設(shè)計(jì)錐面定位，用于精確定位模具；澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，冷卻水道沿型腔面分布示意圖如圖5所示，型腔與模板的連接固定方式采用螺紋連接方式，最終完成整個(gè)型腔的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，得到相應(yīng)的型腔結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示。

圖5 冷卻水道沿型腔面分布示意圖

圖6 型腔結(jié)構(gòu)示意圖

4 NX平臺(tái)下模具型腔加工

    注射模具型腔的加工過程中，大多數(shù)形狀及特征均可采用數(shù)控銑進(jìn)行加工。只要綜合運(yùn)用NX軟件CAM模塊中的點(diǎn)位加工、平面銑、型腔銑、等高輪廓銑和固定軸曲面輪廓銑功能，根據(jù)加工表面進(jìn)行合適的裝夾，一般可以完成型腔零件的數(shù)控銑削要求。對(duì)于模具的螺釘、水道和頂針等較深的圓孔，采用鉆孔或深孔鉆進(jìn)行鉆削加工；對(duì)于沒有斜度或者具有一定小斜度的通孔及通槽，根據(jù)精度的要求，可以采用慢走絲或快走絲線切割加工；對(duì)于用數(shù)控銑完成后仍然有未切削材料的零件，采用電火花成型方法進(jìn)行加工，完成對(duì)剩余材料的清除。根據(jù)遙控器模具型腔零件的形狀特點(diǎn)和加工要求，制定了遙控器后殼型腔加工工藝過程表如表1所示，其中主要加工方式如數(shù)控加工、線切割加工和電火花加工過程見后續(xù)分析。

表1 遙控器后殼型腔加工工藝過程表

    4.1 數(shù)控加工

    在NX平臺(tái)下進(jìn)行數(shù)控加工編程時(shí)，為使程序的走刀線路簡(jiǎn)潔規(guī)整，提高加工效率，需要對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，生成優(yōu)化的型腔加工模型。依據(jù)圖7所示NX數(shù)控編程方法，將型腔的數(shù)控加工分為粗加工和精加工，實(shí)現(xiàn)型腔零件尺寸的精確加工。粗加工在淬火前進(jìn)行，留余量0.5mm，粗加工結(jié)束后，型腔進(jìn)行淬火處理，硬度達(dá)50～52HRC，然后采用平面磨床磨削工件外形六面到指定的尺寸和精度。通過對(duì)型腔零件數(shù)控加工工藝的分析，合理地選擇刀具、定位方式、裝夾方式、確定走刀路線和切削用量。加工時(shí)選用整體硬質(zhì)合金涂層刀具，利用平口虎鉗裝夾工件，將加工區(qū)域劃分為平面區(qū)域、陡峭曲面區(qū)域和平緩曲面區(qū)域，不同區(qū)域采用相應(yīng)的加工方式，使用不同類型和直徑的刀具，多工步完成加工，從而加工出對(duì)應(yīng)的型腔形狀、流道形狀、澆口套圓孔、定位槽及鑲件的掛臺(tái)等部位，并生成相應(yīng)的加工刀路，型腔數(shù)控加工刀路示意圖如圖8所示，遙控器后殼型腔數(shù)控加工工藝方案如表2所示。

圖7 NX數(shù)控編程方法

圖8 型腔數(shù)控加工刀路示意圖

表2 遙控器后殼型腔數(shù)控加工工藝方案

    4.2 線切割加工

    遙控器后殼型腔的鑲件槽拐角處采用直角過渡，數(shù)控銑無(wú)法加工到位，為了實(shí)現(xiàn)鑲件槽的加工，此處采用線切割加工。考慮到型腔淬火處理后硬度達(dá)50～52HRC，難以加工穿絲孔，因此，在熱處理前先鉆大小為φ10mm的穿絲孔。線切割加工過程中，為保證加工精度，采用直徑為φ0.15mm的黃銅絲作為電極絲。由于型腔零件外形用磨床進(jìn)行加工時(shí)精度高，因此，以型腔中心位置作為基準(zhǔn)，利用外形分中對(duì)刀，保證線切割加工的位置精度。加工過程中采用先線切割1次再精修1次的方式，以減少應(yīng)力和變形等原因造成的加工誤差，保證線切割加工的尺寸精度和表面質(zhì)量。

    4.3 電火花加工

    經(jīng)過普通加工、數(shù)控加工和線切割加工后，遙控器后殼型腔的筋條、膠位的角落和外觀膠位等位置還有未加工完成的區(qū)域，這些區(qū)域需要設(shè)計(jì)電極進(jìn)行電火花放電加工。利用NX Moldwizard的電極快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，NX電極設(shè)計(jì)流程圖如圖9所示，對(duì)型腔電極加工區(qū)域進(jìn)行分析，得到型腔電極加工區(qū)域分析圖，如圖10所示，4處為型腔小凹陷部分，B處、C處為型腔需要清角的部分，D處為直角鑲件槽部分，E處為型腔需要電極加工的部分。然后據(jù)此完成各塊電極的設(shè)計(jì)。型腔電極示意圖如圖11所示，其中，圖11a所示為型腔膠位形狀電極，用于成型圖10中A處；圖11b、圖11c和圖11d所示分別為不同類型的型腔清角電極，分別成型圖10中對(duì)應(yīng)的B、C、D處；圖11e所示為型腔局部外形電極，用于成型圖10中的E處；圖11f所示為型腔整體外形電極，用于成型型腔的整體外形。利用這些電極，選用黃銅為電極材料，取粗加工電極的火花間隙為0.2mm，精加工電極的火花間隙為0.1mm，制造相應(yīng)的粗、精加工電極，并設(shè)定合理的電火花加工參數(shù)，在電火花機(jī)床上完成型腔的放電加工。

圖9 NX電極設(shè)計(jì)流程圖

圖10 型腔電極加工區(qū)域分析圖

圖11 型腔電極示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

    1)NX平臺(tái)及軟件技術(shù)的快速發(fā)展為產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接以及CAD/CAM/CAE的一體化提供保證，在NX平臺(tái)下對(duì)遙控器后殼模具進(jìn)行型腔設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及仿真、線切割加工和電極設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了型腔設(shè)計(jì)、加工和仿真的一體化。

    2)基于NX平臺(tái)Moldwizard模塊的注射模具型腔及電極的設(shè)計(jì)方法，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)了型腔和電極的快速設(shè)計(jì)。

    3)零件的加工工藝過程分析和數(shù)控銑削加工工藝方案分析是實(shí)現(xiàn)模具型腔零件加工的重要環(huán)節(jié)，由于模具型腔零件的加工工藝相似，因此，對(duì)于不同的模具型腔零件可以借鑒遙控器后殼型腔的加工分析方法，制定合理的工藝方案。 

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本文標(biāo)題：NX平臺(tái)下模具型腔的快速設(shè)計(jì)與加工

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