陳森林,徐 濱
(合肥職業(yè)技術學院,合肥 238000)
近幾年,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,帶動了工業(yè)化進程飛速發(fā)展。隨著社會的不斷發(fā)展,人們對塑件的品質(zhì)要求急速提高,然而傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品的尺寸進度和形位公差精度要求。NX10.0軟件設計電腦輔助設計[1]、編程和模擬仿真加工的一種工具,能夠繪制出形狀復雜的各種實體模型,該軟件在模具設計產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)得到廣泛運用,而且NX10.0軟件擁有注塑模具設計模塊、CAM編程模塊和加工程序仿真模塊等一系列功能,降低了設計人員的工作強度,降低成本,提升了模具設計能力[2]。
本文主要通過NX10.0軟件,詳細闡述一模多腔多品種塑料模具的模型設計與CAM數(shù)控加工過程。
塑件的名稱為頭帽,外表面質(zhì)量要求較高。在確定分型面的問題上,必須遵循塑模設計原則,按照下列要求選擇分型面:(1)不影響塑件的外觀質(zhì)量;(2)便于清理毛刺和飛邊;(3)對塑模有很好的排氣效果;(4)塑料產(chǎn)品要隨著動模一起被拉出,有利于拿出產(chǎn)品,選擇產(chǎn)品最大的輪廓部位作為分型面。具體情況如圖1所示。
圖1 頭帽塑件分型面
1.2.1 主流道設計
通過前面所查的資料能夠得到,SZ-100/80注塑機噴嘴的大小是φ3 mm,其球面大小是SR10 mm。查閱設計手冊上的相關資料得到,主流道入料口球面尺寸SR=SR0+(1~2)=11~12 mm,最終取尺寸數(shù)值為12 mm。主流道入料口的尺寸等于噴嘴的直徑加上1 mm,得到入料口直徑為4 mm。
圖2 頭帽模具澆口套平面圖
把主流道的形狀加工成圓臺形,是方便讓澆注系統(tǒng)中的廢料從澆口套中退出,一般其斜度值為2°左右。根據(jù)驗算結(jié)果,知道主流道的最大尺寸為φ8 mm。把主流道和分流道的相交位置加工成圓角過渡,其圓角大小為5 mm。因為主流道在注射成形的過程中會發(fā)生磨損,為了方便替換損壞的澆口套,一般情況下,會將其加工成容易拆裝的模式,且澆口套的大小要按照標準定制,如圖2所示。
1.2.2 分流道設計
由于頭帽產(chǎn)品是小型零件,其結(jié)構(gòu)并不復雜,所使用的原材料充模效果良好[3],故能夠使用潛伏式澆口的進料方式。因為U 形截面的分流道加工和流動性能比較好,所有分流道選用U 形結(jié)構(gòu)。通過查詢塑料模具手冊可得,分流道斷面的尺寸為R6 mm,深度為8 mm。分流道的斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 分流道的斷面結(jié)構(gòu)
1.2.3 澆口的設計
因為頭帽產(chǎn)品的外表面要求光滑且無毛刺,所以要選擇一個比較隱蔽的地方作為澆口位置[4]。同時,也應盡量使模具結(jié)構(gòu)簡單。
為了提高塑件自動化程度和生產(chǎn)率,減少分型面的數(shù)量以及保證塑件表面質(zhì)量,決定采用潛伏式澆口來生產(chǎn)該塑件;潛伏式澆口是一個結(jié)構(gòu)比較復雜的澆口,是點澆口通過變形而得到的[5]。潛伏式澆口設置在不影響塑件精度的位置上,在開模時,澆口凝料隨著塑件一起從分型面被拉出。在注射時,熔融的塑料經(jīng)過推桿或拉料桿注射到塑模的腔體中,這種注射形式會減少一個分型面,簡化模具結(jié)構(gòu)。
上頭帽澆口潛入定模,下頭帽澆口潛入動模,圖4、5所示分別為上頭帽和下頭帽的腔體形狀,并標出了分流道和潛伏式澆口的具體位置。具體潛伏式澆口形狀的尺寸參數(shù)如圖6所示。
圖4 上頭帽澆口潛入定模圖
圖5 下頭帽澆口潛入定模圖
圖6 潛伏式澆口的尺寸參數(shù)
圖7 模具型腔布置圖
因為頭帽產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)像一個圓盤,各個位置上的尺寸基本相同,且頭帽產(chǎn)品的形狀較簡單,不需要側(cè)抽芯與分型機構(gòu)[5],所以型腔的排列方式采用了一副模具、四腔和雙品種布置方式。在模具腔體中分別有2 個上頭帽和2 個下頭帽塑件,而每個裝配體只需要一個上頭帽和一個下頭帽,因此,該塑料模具在一次成型周期中,可以為裝配體提供兩套上(下)頭帽塑件,使不同的塑件同時生產(chǎn)在一副模具中,提高了模具的生產(chǎn)效率,具體塑料模具型腔分布形式如圖7所示。
塑模腔體尺寸計算方法有強度、剛度和經(jīng)驗法,這里選取了經(jīng)驗法,通過查詢相關塑模標準,得到塑模腔體的壁厚,并選擇較合適的模架,利用公式計算出型腔尺寸參數(shù)。
式中:L為型腔內(nèi)形尺寸,mm。
代入數(shù)據(jù)得t≥0.2×24 mm+17 mm≈22 mm。根據(jù)經(jīng)驗可選t=22 mm;兩個型腔之間壁厚為20 mm。
該模具型腔直徑為φ24 mm,型腔壁厚尺寸為22 mm,綜合以上數(shù)據(jù),查閱相關塑料模具設計手冊,確定動模部分模板的總體尺寸為W×L×H,其中W=110 mm,L=110 mm,H=35 mm,如圖8所示。
(1)根據(jù)頭帽塑件的結(jié)構(gòu)形狀,繪制塑模型芯和型腔的空間立體圖形
對于模具型芯和型腔的長寬高尺寸參數(shù),已經(jīng)進行了理論計算,塑料模具型腔板(下模仁)尺寸為:110 mm×110 mm×35 mm;塑料模具型芯板(上模仁)尺寸為:110 mm×110 mm×30 mm。該模具型芯和型腔三維模型是運用UG NX10.0三維建模軟件建立的,其詳細的建模過程和頭帽塑件的建模過程類似,此處不再贅述。具體頭帽塑料模具型芯和型腔的三維模型如圖9、10所示。
(2)利用UG NX10.0 軟件編寫塑料模具型芯和型腔刀路,并生成其數(shù)控加工文檔
頭帽塑件模具的型芯和型腔三維模型繪制好以后,運用UG NX10.0編制模具加工程序[6]。這里列舉頭帽塑件模具型腔的數(shù)控編程方法,此數(shù)控編程包括平面銑削和型腔銑削方法。具體編程刀路如圖11、12所示(只列舉了2個刀路圖)。
圖9 頭帽塑件模具型芯三維模型
圖10 頭帽塑件模具型腔三維模型
圖11 頭帽塑件型腔粗加工刀路圖
圖12 頭帽塑件型腔半精加工刀路圖
由于全套數(shù)控銑削程序非常多,此處不作詳細闡述。下面,僅列舉頭帽注塑模具型腔(下模仁)粗加工數(shù)控程序的一部分,G代碼程序文件[7]如下。
此處主要運用了UG NX10.0 中的編程(CAM)方法,通過一系列較復雜的操作,生成模具腔體(下模仁)粗加工刀路。對所編程的刀具路徑進行仿真模擬,在仿真的過程中如果發(fā)現(xiàn)不合理的刀路編程方法,那么將會得到及時地修改,力爭把實際操作中遇到的質(zhì)量問題解決在模具設計初始階段。這樣不僅會降低模具返修的機率,還會較大程度地提高企業(yè)的經(jīng)濟效益[8]。
本文運用NX10.0 軟件設計一模多腔多品種的塑料模具,并利用該軟件的CAM編程功能,編輯了頭帽塑料模具的數(shù)控加工程序,縮短了塑料模具的設計周期,提高了模具的生產(chǎn)效率,但是對于塑料模具結(jié)構(gòu)設計,還存在著很大的優(yōu)化空間。