塑料叉子塑料模具后模型芯及铜公的设计与数控加工.docx

          塑料叉子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：本文以一塑料叉子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：塑料叉子；数控加工；型芯；铜公1 产品分析及模具结构如图1所示为一塑料叉子，材料为Nylon，收缩率为16‰叉子的形状较为复杂，全部由复杂曲面构成，曲面之间的圆角半径小，最小圆弧半径是R1.26mm，曲面之间过渡圆滑从注塑、加工及经济角度综合考虑，一模设计出两件，XY坐标原点置于型芯毛坯的中心处浇口位置设计在两塑件的中间产品的精度要求较高，采用标准模架，材料选用模具钢此塑件我们用Mastercam软件进行分模叉子的上表面要求较高，应将上表面设计成前模为保证塑件的美观，模具的顶出机构设计在叉子柄部的槽内此塑料外壳模具的分型面是一曲面，由于叉子的分模线为3D曲线，首先要确定分型线，用分型线绘制分型面并用叉子的外形曲线去裁剪切分型面，可得到分型面，模具的分型面如图2所示叉子的柄部有一R4.52mm的台阶通孔，模具设计时要将此孔的分型面放在孔中间的台阶处。

叉子前部中间处是此模具分模的难点之一，为避免模具成型时在叉子上表面的通孔处产生毛刺，要设计便于加工的曲面以便于前后模的碰穿2 后模结构分析依次点击File/Read file读入叉子前模的3D图形文件，打开所有图层，在前视图将零件旋转180°（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3所示为设计好的叉子后模加工3D图因为在前模的加工中，已经确定了此零件的分型面，并区分好了产品的前、后模面，这里只要复制过来即可图形坐标原点放在前模XY方向的中心处，分型面顶面的一部分平面的Z方向尺寸为0.0mm后模为勺子的下表面，光洁度要求没有前模高，顶针也设计在后模的叉柄处后模型腔也分为叉头部和叉柄部两部分，叉柄为凹槽形状，槽的尺寸较深，槽底的最小圆角半径为R1.21，叉头部又为尖角，且曲面相交处成尖角故无法直接将叉子的后模型腔加工出来，必须要设计后模铜公进行清角精加工3 后模的数控加工3.1 工艺分析后模3D图的坐标原点放在后模XY方向的中心处，后模的结构较为复杂，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）前模型腔既有凹面，也有凸面，曲面复杂，曲面间圆角过渡圆滑，叉柄处的凹槽既窄又深，很难进行清角加工，叉部的型腔的尺寸也很小，为减少电加工余量，加工时要采用小直径刀具，并合理的安排数控加工工艺3）模具的分型面是曲面，要求高，为保证分型面的表面质量，加工时要将分型面分成几块进行加工由于分型面为简单的直纹面，加工时采用直纹刀路效果优于平行铣削为避免直接在分型面上下刀，要将分型面向两边延伸4）后模的叉部型腔的中间部分曲面曲率变化较大，而此面又是和前模的碰穿面，要求较高为保证此面的加工质量，要采用合理的加工刀路，分块进行精加工5）叉柄的头部设计了和前模碰穿的小圆凸台，加工时，小圆凸台的顶部要留有变0.1mm余量，以便装配时修磨6）前模曲面复杂，电加工余量大，但为节约成本，只设计加工了一个铜公（精公），放电间隙为0.0mm7） 塑件表面粗糙度要求高，后模电加工后必须进行抛光处理首先，利用铣、平面磨等通用设备先加工出360×180×70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。

3.2 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绝对尺寸，最小加工深度为5.4mm，最大加工深度设置成-36.0mm加工余量0.35mmZ方向每次最大下刀步距0.35mm进给百分比取50%，最大进给量取12.5mm2）选取Φ25R5镶合金刀粒圆鼻刀，用2D外形加工刀路对后模前、后部的分型面平面进行精加工，XYZ方向的加工余量都为0.0mm深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成0.0，Depth也设置成0.03）选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用直纹铣削刀路对叉柄部的分型面精加工绘图时，将加工曲线向分型面外部扩展10mm，避免铲伤刀具，同时获得更好的加工表面光洁度加工余量为0.0mm，横向步距0.22mm4）继续选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用直纹铣削刀路对后模分型面的中间部位精加工同样，在绘图时要将加工曲线向分型面外部扩展10mm，加工余量为0.0mm，横向步距0.22mm5）选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用直纹铣削刀路对后模叉部的分型面精加工。

加工余量为0.0mm，横向步距0.22mm6）选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用直纹铣削刀路对后模分型面的底部精加工加工余量为0.0mm，横向步距0.22mm7）上一工序所选用的刀具直径较大，后模的型腔基本上没有加工到，为减少电火花加工余量，这里选取Φ6平底合金刀，用3D曲面挖槽刀路对对前模型腔曲面粗加工加工余量0.2mm此工序刀具的损耗较大Z方向步距0.2mm8）因为叉子头部曲面的倾斜度的不同，为保证曲面的加工表面光洁度，首先选取Φ10R5合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路精加工后模叉头部的左边，最大深度为-2.0，最小深度为-35.3mm切削步距0.2mm加工余量为0.0mm9）继续选取Φ10R5合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路精加工后模叉头部的右边，最大深度为-2.0，最小深度为-35.3mm切削步距0.2mm加工余量为0.0mm10）选取Φ10R5合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路精加工后模叉头部的左边，最大深度为-35.0，最小深度为-40.0mm切削步距0.13mm加工余量为0.0mm11）选取Φ10R5合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路精加工后模叉头部的右边，最大深度为-35.0，最小深度为-40.0mm。

高度限制在-35.0～-40.0mm的分型面切削步距0.13mm加工余量为0.0mm图4 为实体加工模拟效果图4 后模铜公的设计与加工4.1 铜公的设计叉子的后模曲面铜公分解图5所示，也分为叉头部和叉柄部两部分由于叉柄部为凹槽形状，槽的尺寸又比较深，且槽底的最小圆角半径为R1.21，叉头部又为尖角，几处曲面的相交处都成尖角叉部和叉柄相交处过渡圆角也很小无法直接将叉子的后模型腔加工出来，叉柄头部的圆孔也要在后模上预留出来所以必须要设计后模铜公进行清角精加工依次点击File/ Read file读入叉子后模的3D零件图形文件，因为后模铜公和零件的后模曲面是一模一样的，所以绘制铜公加工3D图时，参照图4的后模铜公分解图，只需关闭零件的前模面，并将所有图形在前视图旋转180°，打开属于后模部位的3D曲面，绘制了后模铜公的3D图并根据加工要求绘制了相应的切削曲线及加工边界根据制订的加工工艺，绘制相关的边界和曲线图5为设计好的后模铜公的3D图叉子铜公图形坐标原点和后模3D图形的坐标原点重合，铜公曲面顶部的Z方向尺寸为40.0mm绘制图5中Chain1作为XY方向的分中面，其Z方向尺寸为Z-20.0mm，精加工完毕后此平面可作为校表面。

因前模为一模出两件产品的，铜公零件的坐标中心和前模的坐标中心位置Y方向距离为40.0mm（后模3D图中所示），X方向重合，电火花加工时只需调整Z方向的尺寸4.2 工艺分析后模铜公曲面很复杂，加工时要注意以下几点：1）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[来自Www.lw5U.com]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2）铜公和后模是凸凹相对的，既有凹槽，也有凸面凸出来的曲面最小曲率半径为R1.21，加工时要采取合适的数控工艺3）叉柄处的凹槽宽度窄，深度大，粗加工时，要选取不同直径的小合金刀，采取不同的加工刀路进行4）针对铜公的曲面特点，精加工时，要选取不同直径的合金刀，分步进行，以求更佳的加工表面质量5）为获得好的加工表面粗糙度，加工叉头部的曲面时，要注意变换刀具路径的角度6）为避免加工时铲刀，保证铜公的加工质量，加工铜公曲面时，要将叉柄部圆孔及叉头部缺口处的修补好，加工这些部位时，再将修补面隐藏7）模具是设计成一套模具出两件产品的，只加工了一个铜公，精公（放电间隙0.1mm）因加工后模时，最后虽然采用了Φ6平底合金刀对叉柄处的凹槽[来自wWw.LW5U.com]等部位进行了粗加工，但叉柄的凹槽及叉头部的型腔处留下的电火花加工余量较大。

电加工时，损耗会很大，要控制放电电流有条件允许，可多加工一个粗公（放电间隙0.2mm）数控加工前，先用锯床锯出340*60*55的紫铜毛坯，在零件的底面钻三个孔并攻牙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4.3 加工刀路1）选取Φ16平底白钢刀，用3D曲面挖槽刀路对后模铜公的曲面粗加工进给率800mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率2000mm/min，主轴转速S=1000转/分加工余量0.3mm深度设置采用绝对尺寸，将Minimum depth设置成33.0mm，Maximum depth设置成9.9mmZ方向每次最大下刀步距0.35mm2）继续选取Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路对后模铜公的分中外形进行粗加工，XY方向的加工余量为0.2mm，Z方向的加工余量为0.0mm深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成-9.8， Depth设置成-20.0粗切削步距每步0.5mm3）换取新的Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面外形进行精加工XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.3mm。

深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成30.0， Depth设置成-9.8不进行深度的设置4）继续选取Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路精加工校表面平台XY方向的加工余量为0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成-10.0，Depth也设置成-10.0不进行深度的设置5）选取Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的分中外形进行精加工，XYZ方向的加工余量都为0.0mm深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成-10.0， Depth设置成-20.0不进行深度的设置6）选取Φ6平底白钢刀，用2D外形斜坡加工刀路对叉子的柄前部圆孔进行精加工，XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm深度设置采用绝对尺寸，Top of stock设置成0.5， Depth设置成-3.0斜线下刀切削深度为0.12mm7）选取Φ6平底白钢刀，用3D曲面挖槽刀路对后模铜公叉柄后部凹槽的曲面粗加工加工余量0.2mm深度设置采用绝对尺寸，将Minimum depth设置成8.64mm，Maximum depth设置成-9.9mm。

Z方向每次最大下刀步距0.25mm8）选取Φ4平底合金刀，用曲。