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Delcam PowerSHAPE软件在塑料注射模设计中的应用 |
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作者：Delcam |
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一、前言
Delcam Plc 是世界领先的专业化CAD/CAM集成系统开发商。其软件产品适用于具有复杂形体的产品、零件及模具的设计制造。广泛地应用于航空航天、汽车、 船舶、内燃机 、家用电器、轻工产品等行业。特别对塑料模、压铸模、橡胶模、锻模、大型覆盖件冲压模、玻璃模具等的设计与制造具有明显的优势。Delcam Plc是当今全世界唯一拥有大型数控加工车间的CAD/CAM软件公司。所有的软件产品都在实际的生产环境中经过了严格的测试。使得Delcam公司最能理解用户的问题与需求，提供从设计、制造、测试到管理的全套产品，并为客户提供符合实际的集成化解决方案。下面我以一个塑料汽车玩具的车身为例，介绍Delcam软件下的PowerSHAPE、PowerMILL模块在塑料注射模设计和制造中的应用。
二、PowerSHAPE在塑料注射模设计中的应用
1 、建立塑件模型
建立塑件模型有两途径：
（1）利用PowerSHAPE提供的强大的实体曲面混合造型功能，通过由曲线网络产生曲面、由分离曲线产生曲面、通过线框产生填充曲面、由线框产生驱动曲线曲面、挤出面、旋转曲面、圆倒角曲面、调配曲面以及实体的交、并、减、分、增厚、抽壳、隆起、Morph特征等操作来完成塑件的规则曲面及自由曲面的设计，如图1所示塑件零件图。
（2）利用Delcam Exchange强大的数据转换功能，将其他软件所产生的CAD模型直接读进来。Delcam Exchange现在能转换UG、Pro/E、Catia、Solidedge、Solidworks、Cimatron等所有的CAD专用数据及IGES、STL、DXF、DWG等通用数据，能做到数据的无缝传输。
2 、生成塑料注射模的动模、定模镶块及抽芯机构
利用Delcam Moldmaker提供的模具镶块向导及滑块向导，轻松实现动定模镶块及滑块的生成。
（1）启动模具镶块向导，分别告诉软件分模的位置、镶块的大小、塑件的缩放系数，五个Next下来，短短的几分钟，动模、定模镶块便完成了，如果对效果不是很满意还可以Back回去修改，直到满意为止。如图2、图3所示。
（2）生成动、定模镶块后，告诉软件模架的标准（支持很多标准）、大小、一模的腔数，启动滑块向导，告诉软件需要滑块的位置，抽芯的方式，以及滑块的参数，五个Next下来，滑块便生成。如下图4所示。
3、 生成塑料注射模的其它零件
在生成了上述动、定模镶块、滑块后，同样利用Delcam Moldmaker的自动向导功能，可以很轻松的生成顶杆、顶杆固定板、复位杆、垫板、浇口套、定位圈、垫铁等相应零件。此时，模具的外形已经展现在我们的面前，如图5所示。加上冷却水道后模具结构的爆炸图如图6所示。 在设计完模具的结构后，我们可以输出标准或者自定义格式的二维图纸，如图7所示。或者利用Delcam软件内部之间的无缝集成功能，直接将我们需要加工的部分输入到PowerMILL去进行加工。
三、PowerMILL在塑料注射模制造中的应用
考虑到图3中定模镶块的中间区域不是很好加工，因此我们对定模镶块做一下工艺补充，利用PowerSHAPE的实体造型功能，我们可以方便地得到如图8所示的定模镶块，中间的区域我们可以利用线切割割一个镶块镶进来。
图8 工艺补充后的定模镶块
1 粗加工
考虑到我们的定模镶块的中间区域采取镶的方式，因此在做毛胚的时候去掉中间的部分。PowerMILL支持任意形状的毛胚，我们方便地得到如图9所示的毛胚。考虑余量的多少，我们从刀具库里面调入Ф35R3.5的圆角端铣刀来进行分层加工。PowerMILL的粗加工可以智能的考虑到余量的大小，优化刀具路径。赛车线粗加工是PowerMILL独有的加工策略，它最大化地圆角光顺了刀具路径的尖角处，做到刀具路径之间的光顺连接，而且当刀具在凹进区域有过载时自动选择摆线加工，这些都延长了刀具的寿命，符合了高速加工的需求。通过实际加工的比较，赛车线粗加工比传统采用的平行加工方式节约了大约1/3的时间。
图9 PowerMILL 自动产生的智能毛胚
2 残余量的粗加工
残余量粗加工的目的是去除粗加工时由于采用大的刀具而在工件的凹角处留下的余量，这样在半精加工时能获得比较均匀的加工余量，有利于提高半精加工的加工速度，提高效率。PowerMILL的残余量粗加工是基于毛胚知识的分层粗加工，它能够自动的找出上次加工后所留下的余量，只对残余量进行加工，优化刀具路径，提高加工效率。图10是玩具车尾部较深区域的残余量粗加工，采取的是螺旋进刀的方式，为了避免全刀宽加工，自动的采用了摆线加工的策略。
图10 玩具车尾部较深区域的残余量粗加工
3 半精加工
由于粗加工仅仅是为了去除多余的余量，没有考虑表面的质量和精度，所选用的层高度较大，加工后在零件表面留下了台阶状的余量。为了消除这种现象，为精加工留下均匀的加工余量，确保精加工时刀具受力均匀，切削稳定，需要对工件进行半精加工。考虑到零件的岛屿比较少，我们对零件进行分区域加工。纯平面区域和曲面区域，对于纯平面区域，我们用端铣刀，采用螺旋二维偏置的方式，一次加工到精度要求；对于曲面区域，我们用Ф10的球刀，采用最佳等高的方式，留下0.1的余量。最佳等高是PowerMILL的一种高效的精加工策略，是一种三维方向的等距离加工，而且能识别曲面的流向，采取和曲面流向一致的刀具轨迹。采用这种加工方式，并且配合螺旋连接，能较通用的加工方式节省30%的时间。
4 精加工
精加工是实现产品最终形状的最关键的一步。工件的表面质量和尺寸精度等都是由该工序来保证。由于最佳等高的优点，我们仍旧采用最佳等高作为精加工的策略，我们改变刀具路径的行距及精度要求，这样就能一次加工获得最终的精度要求。
图11 纯平面的螺旋三维偏置精加工
图12 最佳等高精加工
5 清根精加工
运用PowerMILL的最小半径阴影功能，我们可以很方便的知道，用一把Ф4的球刀就可以完全去除余量，因此我们选用Ф4的球刀来进行清根精加工。清根精加工我们采用自动清角的策略，这种加工方式能自动识别前道工序刀具不能切削的残留余量部分，并且优化该残留区域，自动判断残余量的倾角角度，陡峭区域生成缝合的刀具路径，平坦区域生成沿着的刀具路径。
图 13 自动清角
6 干涉碰撞检查
PowerMILL的刀夹、刀杆的干涉碰撞检查功能，能检测出我们在加工时所需要的有效刀具长度。对于深腔区域，所需的有效刀具长度并不是腔的深度，因为即使同样的区域，不同的刀夹所需要的刀具有效长度也是不一样的。PowerMILL能支持各种各样的刀夹，对于固定的刀具长度，PowerMILL能自动对刀具路径进行剪裁，一段是有效刀具长度可以切削的部分，一段是有效刀具长度不能切削的部分，对于不能切削的部分，我们可以采用：加长刀具长度、运用电极、3+2轴等等。
图 14 刀夹、刀杆的干涉碰撞检查
7 生成NC程序
PowerMILL的DuctPOST是一套完整的NC后处理解决方案，它能让用户创建和更新用于任何类型CNC机器的后处理器，。制造工程师和NC编程人员可以轻而易举地创建和修改他们的后处理器，以便能生成"无须编辑"的NC程序。
8 工艺清单
利用PowerMILL的SetupSHEET模块，瞬间我们就可以生成我们所需要的工艺清单。SetupSHEET会把我们编程所需要的刀具的参数、加工余量、加工时间、最深Z值等直接写到工艺清单当中。
图 15 工艺清单
四、结束语
可以说，Delcam软件在塑料注射模具设计和制造中的应用，是走向现代化设计和制造的成功典范，使广大的工程设计、制造人员从繁杂的手工绘图、手工编程与计算中解脱出来，使设计和制造工作更加人性化、轻松而富有活力。(end)
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(5/10/2013) |
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