Cimatron E环境下手机上盖注射模设计与加工 - 文章

Cimatron E环境下手机上盖注射模设计与加工

作者：范桂杰霍颗刘瑞秀

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1 前言

Cimatron E软件是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，目前在我国得到了广泛的应用，尤其在模具行业。该软件利用工程数据库集成了设计、工程图和装配、电极设计、模具设计、数控编程加工等多个模块，为模具设计、制造提供了一体化解决方案。

手机上盖外形复杂，并有多处倒勾，是一典型注塑件。下面以此零件为例，简单介绍Cimatron E环境下注射模的设计与加工编程。

2 模具设计

借助Cimatron E系统提供的注射模设计专家系统Mold Design，用户可以完成完整的模具设计，包括几何造型、分模设计、加载凸凹模、标准模架和标准件调用、非标准件设计与子装配体设计、定位设计、冷却、注射、顶出机构、工程图及BOM表输出等功能。MoldDesign是基于三维参数化实体造型的解决方案，它实现了模具三维设计的自动化，可完成所有单个零件、部件组件及标准件的设计和加载装配，可以方便地将对模型分成型芯、型腔、滑块和镶件。

2.1几何造型

利用几何造型系统，在计算机中生成注塑制品的几何模型，这是注射模结构设计的第一步。由于注塑制品大多数是薄壁件，且又有复杂的表面，因此，常用曲面造型的方法来产生制品的几何模型。Cimatron E具有强大的曲面造型及修改功能，能满足复杂曲面的设计要求。在Cimatron E环境下，手机上盖的设计结果如图1所示。内腔有倒勾4处，图1b圆圈里的部分可以用拔模检测功能检测倒勾。

图1 手机上盖的几何模型

2.2分模设计

在注射模中，型腔用来生成制品的外表面，型芯用来生成制品的内表面。由于塑料的成型收缩率，模具磨损及加工精度的影响，制品的内外表面尺寸并不就是模具型芯型腔面的尺寸，两者之间需要比较复杂的换算，因此，良好的分模设计直接影响着产品的最终成型。 Cimatron E提供了方便、快捷的成型收缩率输人、拔模角分析、倒勾分析工具、模拟分模过程等一系列分模工具，与高级曲面功能无缝集成，便于复杂分型面的生成。Cimatron E的分模不必区分曲面、实体，针对存在缝隙、破面的图素，照样可以进行分模。

手机上盖是一典型的壳体类零件，内腔存在4处倒勾，在Cimatron E环境中对其上、下两个方向分模，得到型腔和型芯后，对于零件中存在的倒勾部分，利用曲面的断开功能，先将其从整个零件中断开，然后设置新的分模方向，将倒勾部分曲面分别附属到新的方向上去。对于局部不合理的曲面，利用曲面断开、导动、混合等特征指令对其进行处理，然后将其分别附属到合适的方向上，最终输出模具部件如图2所示。

图2 模具部分

2.3 标准模架调用

Cimatron E提供了强大的参数化设计的标准件生成工具，同时提供通用的标准模具库。所有的标准件库都可以方便快捷地优化和定制成用户自己的标准件。本例加载模架的规格为9PlatesB (190mm x246mm )，如图3所示，在设计过程中，如果发现模架的部分模板尺寸设计有误，可以很方便地对模架的各部分尺寸进行修改，甚至可以重载模架。

图3 标准模架调用

2.4浇注系统设计

Cimatron E提供了如喷嘴、定位圈等标准件，通过载人标准件，很方便地完成如喷嘴、定位环等的定位放置。如果标准件不符合用户的尺寸要求，通过编辑标准件参数得出用户定制标准件。用户只需做出流道线架，定义Cimatron E提供的标准流道形式，系统自动优化流道尖端结构(有利于废料的冷却和断裂)，可以根据流道草图进行分类，高效地生成用户要求的流道。如本例，只需确定定位圈和喷嘴的相关参数，可以从标准件库中选取或者编辑标准件，载人模架后，画出其线架，选用系统提供的标准流道结构，设定流道参数和尖端结构，流道将自动生成。浇口的设计，选定浇口的类型，此处选用侧浇口。

2.5冷却系统设计

Cimatron E的冷却系统设计功能包含了一系列工具以简化复杂的冷却系统的设计。本例只需定义冷却水道的平面，绘制水道的2D草图，设定水道的直径为劝8mm、水道端部延伸量为4mm，就可以生成3D的水道，如图4所示。水道生成后，直接载人相关冷却系统的标准件，如插销、连接装置、隔板、管接头等。Cimatron E提供精确的冷却水道设计工具，确保冷却水道的设计，并考虑到钻孔工具的准确形状，包括钻孔延伸和钻孔尖端的特殊设计。

a 上盖模具动模系统；b 上盖模具定模系统
c 上盖模具顶出系统；d 上盖模具装配图

2.6斜顶机构设计

Cimatron E顶出系统设计提供了一系列丰富的工具。在本例中，首先根据斜顶位置在顶板固定板设计滑块定位槽，然后设计了导滑块如图Sa所示，再根据斜顶和导滑块设计斜顶导滑部分如图5b所示。

3 电极设计

在模具制造过程中，金属切削加工无法完成的狭缝、尖角或清根部位可采用电火花加工，因此必须进行电极设计。作为电火花加工的关键部分，电极设计的合理性影响着狭缝、尖角或清根部位、型面等特征的成型及电参数的选用，而电参数的选用直接影响加工效率。使用Cimatron E提供的电极设计模块用户可以完成电极设计和电极工程图输出，实现电极设计、制造、工艺图档信息管理的自动化，加速电极的分析、提取、生成和文档的建立。

电极设计流程依次为抽取放电面、根据加工面抽取电极三维信息、电极毛坯设置(毛坯一般提供圆形和方形)、电极坐标系设定、电极柄设计、电极外围轮廓的创建、搭接延伸面设计等。系统提供了放电面和电极本体放电间隙设置、新电极设计与工程图输出等功能，在已成型电极的基础上，可以将其存为模板，对于相似特征的电极设计可直接调用模板。此外，系统还可以进行电极模拟加工。

4 数控编程与加工

Cimatron E在模具加工领域一直以稳定、高效、安全著称。提供了从2.5轴到5轴的数控编程功能，提供了从粗加工、半精加工、精加工到清根的全部加工策略。编程过程中，自动识别零件和毛坯，根据刀具材料、规格以及工件材料特点，自动定义加工工艺参数，用户可根据需要进行修改;可根据毛坯、零件的几何特征，刀具规格，刀柄参数，机床参数进行干涉检查，保证刀具路径的安全;提供了丰富的高速铣削(HSM)策略，比如摆线加工，圆弧连刀，随形加工，自动分层细化余量，根据切削载荷变化自动调节进给速率等，通过与后置处理相结合实现样条逼近、圆弧逼近走刀路径，提高了加工效率和零件的表面质量。具有刀路轨迹模拟及机床仿真功能;强大的后置处理功能，根据用户需求输出正确的机床加工代码。

该零件结构复杂，细小部位多。同时模具要求精度高，寿命长，所以使用了较高硬度的材料H13钢，并且要求数控加工时做到有足够的精度，减少手工工作量。所以选用高速加工中心铣削加工。毛坯为六方块，六面均已光整。

先在毛坯背面加工4个螺纹工艺孔，将工件固定在垫板上，通过压板压紧垫板，将工件固定在机床工作台上。加工坐标原点定在毛坯底面中心处。

粗加工使用D lOR3mm(直径为Φ10mm拐角半径为R3mm的环刀)的硬质合金刀进行加工，选择的加工方式为体积铣—环切，刀具材料为TiA1N涂层刀具。采用等高方式，背吃刀量0.5mm，切削行距为3mm，主轴转速为8000转/min，机床进给为3500mm/mm.

为了使精加工时各个部位的加工余量相对均匀，半精加工采用体积铣—二次开粗这种加工方式。刀具选择Φ4mm的整体式硬质合金球头刀。主轴转速为17000转/min，机床进给为1200mm/min，以等高方式进行加工，层间背吃刀量为0.2mm.

分型面精加工选择曲面铣—平行切削，使用Φ4mm的整体式硬质合金球头刀进行加工，主轴转速为22000转/min，机床进给为3000mm/min，切削行距为0.1mm.

该模具型腔精加工选择的加工方式为曲面铣—根据层，以等高方式进行加工，同时对较平缓的曲面进行水平优化的补加工，主层间背吃刀量为0.05mm.

用清角加工策略，去除前面程序所留下的残料。使用Φlmm整体式硬质合金球头刀进行加工，主轴转速为36000转/min，机床进给为1500mm/min。

图7 型腔数控编程及仿真模拟示意图

5 结束语

Cimatron E软件在模具上的应用，缩短了模具的设计和制造周期，增加了模具的价值和市场竞争力。在手机上盖模设计与加工编程中成功完成三维建模、模具设计及其加工编程，为模具设计与制造提供了一种新方法，特别为同类产品的模具开发提供了简捷的途径。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/28/2007)


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