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塑料模具 |
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手机外壳注射模设计与数控仿真加工 |
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作者：姚坤弟 辛勇 |
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一、引言
以手机外壳为例，设计手机外壳注射模，并利用MasterCAM软件中的CAD模块对模具型腔、型芯进行三维曲面造型，然后根据模具型腔及型芯的曲面特点，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用CAM模块自动生成数控加工程序，并进行数控仿真加工，以上步骤是现代化模具设计的过程和趋势，全部设计过程均可在电脑上完成，将大大提高模具的加工精度和生产效率。
二、手机外壳工艺性分析
图1所示手机外壳，材料为聚碳酸酯(PC)，颜色银白，生产批量为中批量。其工艺性分析如下：
（一）塑件结构较复杂，为一不封闭空心体，尺寸较小，壁厚基本均匀，尺寸精度一般，过渡圆角半径较大，约7mm，且有约40 ′的斜度。
（二）塑件最小厚度仅0.6mm，不利于成型。
（三） 材料流动性较差，但不易分解。
（四）表面硬度、韧性较高。
（五）易发生填充不良、缩孔、熔接痕等。
（六）收缩率为0.5%～0.8%。
（七）溢边值为0.06～0.08mm，高黏度。
根据上述分析设计了如图2所示的模具结构，决定在工艺上采用高温高压注射方法，以增加材料的流动性，降低内应力，改善透明度。在模具设计和制造方面，尽可能减小浇注系统的料流阻力，增大脱模斜度，保证推出机构均衡平稳。模具型腔表面光滑，并要注意排气。
图2 模具结构
1. 动模座板2. 推板3. 垫块4. 推杆固定板5. 推杆6. 导套7. 导套8. 销钉9.定模座板10. 导柱11. 浇口凝料12. 浇口套13. 塑件14. 凹模15. 冷却水道16.凹模固定板17. 斜导柱18. 楔紧块19. 滑块20. 螺母21. 双头螺栓22. 弹簧23.挡块24. 凸模固定板25. 凸模
三、 注射模三维造型与数控仿真加工
MasterCAM软件是美国CNC Software公司开发的PC级CADPCAM系统，它集二维绘图、三维建模、曲面设计、体素拼合、刀具路径模拟、数控仿真等功能于一体，对系统运行环境要求低。在此先利用MasterCAM软件中的CAD模块对手机外壳注射模进行三维曲面造型设计，之后根据模具型腔及型芯的曲面特点，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用MasterCAM软件中的CAM模块自动生成数控加工程序，同时进行数控仿真加工。
（一） 型腔、型芯的三维造型
任意开启一图层，构图平面、视图平面均设为TOP平面，设置好工作深度，把(0 , 0) 点定位在手机左下角，按尺寸完成模具实体制作。手机按键在模具上表现为凸出，在设计时可选Create →NextMenu →Ellipse 绘制2个交叉的椭圆, 选择Modify →trim修剪而获得按键的平面轮廓线。由于两边的按键对称, 可选Xform→Mirror 命令来镜像前面所绘制的按键, 再在中间位置绘制1个椭圆形按键。选Translate 命令，选中前面绘制的3个按键图形并确定，出现Translate Direction 命令对话框，选择两点间式，在平移对话框中设定Operation 选项为Copy，Number of steps 为3，确定，通过输入坐标定位得到12个手机基本按键，再在基本键上方绘制不同的功能键。将视图转化为side 视图,用Translate 命令移动按键所在位置，使它们处在手机上表面。打开Level，设置1个新的图层，用Extrude 命令拉伸出按键实体。虽然各个按键不是连接在一起的，但也可以同时选择拉伸。选择Chain，然后选择全部按键同时拉伸。选择时若方向不统一，可以用Reverse it 来改变方向，使其达到要求。设置完毕，单击Done，出现Extrude Chain 对话框，选择Extrude Operation，按照默认值Create Body，在拉伸距离输入2， 按Ok完成拉伸。对按键进行倒角，选Main Menu →Solids →Fillet指令，主菜单显示拾取实体图素菜单，设置Faces为Y, Edges、Solids为N, 然后拾取按键上表面，选Done-Done并设置Radius为1，生成倒圆角实体，完成按键造型设计。显示屏幕的设计亦可按上述步骤进行。模具型芯CAD造型如图3，型腔造型与此相同。
（二）刀具路径生成与数控仿真加工
MasterCAM软件能够进行数控自动编程，但是数控编程之前的加工工艺分析和规划必须由用户自行完成。本模具型腔、型芯的加工可采用粗加工→半精加工→精加工→辅助加工的加工工艺。以粗加工为例,其刀具路径生成步骤如下：①在主功能区依次单击Toolpaths 和Surface 命令；②在主功能区选择粗加工； ③选择加工方式为平行铣削加工；④系统提示区显示Select Drive Surface，则窗选整个手机，在主功能区选Solids ，将Surface后的Y改为N，用鼠标单击屏幕中的注射模型芯，选取整个实体，点击Done/ Done ; ⑤确定刀具参数及生成刀具路径。在Tool Parameters 空白区域单击鼠标右键，选GetTool From Library , 从刀库中直接选取1号圆头铣刀，点击Surface Parameters 标签, 设置安全高度Clearance 、退刀高度Retract 、进给高度Feed等参数。点击平行铣削粗加工参数，设置好最大步距，如图4。点击确定和主菜单中的Done，完成刀具路径生成，在工作区中出现曲面铣削刀具路径，如图5所示，其加工效果见图6 。
图4 曲面粗加工参数设置
图5 仿真加工刀具路径
刀具路径生成后，可以得到刀心轨迹文件，经过后置处理就可得到数控加工程序。部分程序如下：
％
O0000
( PRO GRAM NAME - 9. 6. 6)
(DATE = DD - MM - YY - 03 - 06 - 05 TIME = HH :MM- 21 :57)
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
/ N104G91G28Z0.
/ N106G28X0. Y0.
/ N108G92X0. Y0. Z0.
(16. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. -1 L EN. - 1 DIA. - 16. )
N110T1M6
N112G0G90X0. Y0. A0. S50M5
N114G43H1Z60.
N116Z40. 982
……
N2896G91G28Z0.
N2898G28X0. Y0. A0.
N2900M30
%
四、结束语
（一）以手机外壳为例，完成了从模具设计到数控铣加工的全过程。MasterCAM 等CAD /CAM一体化软件在模具行业中的应用，大大提高了模具设计制造效率，取得了显著的经济效益。
（二）利用MasterCAM数控铣不一定能完成所有的加工，有时还得借助模具制造常用工具——线切割及电火花来完成部分加工。
（三）为了最大程度提高模具制造效率，减少模具修改时间， CAE软件也被广泛应用到模具设计制造分析过程中，如著名的Moldflow软件，随着模具工业的飞速发展，模具CAD /CAE /CAM一体化。(end)
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(12/18/2006) |
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