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一款（kuǎn）背（bèi）包塑料扣模具（jù）的設計與加工

2021-4-27 來源：廣東（dōng）東莞理工學校作者：陳瑞兵

摘要 : 本文根據該背包塑料扣的結構特點與生產要求，較為（wéi）詳細地介（jiè）紹（shào）了塑件的成型工藝方案 ; 包含塑件的工藝分析（xī）、型腔（qiāng）排（pái）布、分型麵的選（xuǎn）擇、模仁的加（jiā）工方法及參數分析。同時探（tàn）討如何有效降低成本和（hé）縮短生產周期。

關鍵詞 : 分析、分型、鑲塊、參數

1.引言

隨著模具行業（yè）的發展，市場競爭（zhēng）日趨激烈（liè）。縮短模具的生產（chǎn）周期並降低生產（chǎn）成本已經成為（wéi）每個加工企業的追求（qiú）目標。背包塑料扣（kòu）由六個小塑料件組（zǔ）成，如果把每件分（fèn）開製作，就需要六套模（mó）具才能完成，既（jì）加大了（le）生產成（chéng）本（běn）和生產周期，也達不到客戶的要求。故采用六件一套模的方式加工。

圖 1 產品三維裝配圖

1. 塑件麵蓋（gài） 2. 連（lián）接件 3. 基座 4.插銷 5. 固定插件 6. 固板

2.塑件工藝分析

塑件結構（gòu）及裝配情況如圖 1 所（suǒ）示，材料是 ABS，收縮率為 5‰ 。因六個塑件有裝（zhuāng）配關係，故外表麵要求光滑平整，不得有扭曲、飛邊、毛刺、氣泡、缺膠等注射成（chéng）型缺陷 ; 這樣（yàng）就增加了以（yǐ）下設計及加（jiā）工難度。 1) 塑件形狀各異、大小不一，且有許多通孔，這樣就要考慮塑件在（zài）模具（jù）中如何合理分布。固定插件（jiàn）和連接件組合（hé）後插入基座內，如圖 2（a）所（suǒ）示。

圖 2 組合（hé）裝配示意圖

2) 因為固板（bǎn）和插銷都要從兩個不同方向插入基（jī）座配合，基座兩邊的孔設計方式如圖 2（b）所示，采用（yòng）前（qián）模（mó）碰穿後（hòu）模加鑲件的機構。由於基座側麵（miàn）是固定塑件的兩個插穿孔，必（bì）須設計滑塊機構 ; 設計製作滑塊時，要考慮滑塊脫離塑件後塑件對滑塊的包緊力是否（fǒu）過大，會否造成塑件變形、損傷等情況。因插穿孔（kǒng）是（shì）扁平型，並且是出（chū）兩件產品，出於節省材料並降低加工及裝配難度考慮，把滑塊拆（chāi）分為兩個部分，前麵插入模芯部分以螺絲固定。這樣在加工（gōng）及（jí）裝（zhuāng）配過程中，隻要保證兩部分各自相配合便能達到要求。

3.塑件排布與分型

3.1 型腔排布

根據（jù）產品要求對模（mó）具的（de）結構綜合考慮後（hòu），選擇模仁鋼材為 718，該鋼材硬（yìng）度為 HRC57-60，經過熱處理後氮化層具有組（zǔ）織致密、光滑等特點，模具的脫模性及抗腐蝕性能高，使（shǐ）用壽命可達到 100 萬次以上。設計尺寸為 260*170mm，采用 6 模 2 腔來排（pái）布，如圖 3 所示。

圖 3

模具的型腔數目（mù）確定後，接著（zhe）便設計（jì）型腔的布局。主流道（dào）設於前模的中心軸上，至（zhì）於分流道出於多方麵考慮應該滿（mǎn）足如下要求 : 盡量保證各型腔的充模壓力相近，充模時間大致（zhì）相（xiàng）同，並且能均勻補料（liào），這樣才能保證（zhèng）塑件的尺寸及形狀精度，同時（shí）也能（néng）保證其力學性（xìng）能。故采（cǎi）用以上排布方式（shì），既解決了充模問題，又可優化模具結構。

3.2 塑件分型（xíng）

根據塑件幾何形狀等特點，開（kāi）模時盡量使塑件留在後（hòu）模，有利於側麵分型和抽芯。該模具采用（yòng） UG 模具設計軟件進行分型，首先（xiān）做好分型麵然（rán）後（hòu）用抽取幾何（hé）體這個功能，選擇（zé）區（qū）域的方（fāng）式把整個前模（mó）和後（hòu）模的麵提取出來 ; 接著再跟分型麵結合成一個整塊的片體，用該（gāi）片體去切割鑲（xiāng）塊實體便得到前、後模（mó）仁 ; 具體如圖 4 所示。根據型腔排布確（què）定模具的前、後模非常重要，因為其決定了型腔的朝向、進料方式、進料位置、擺（bǎi）放位置等塑料模具的設計（jì）要點。選擇前（qián）後模可采取如下原則，產品外觀要求很高的一般作為前（qián）模，反之則作為後模。經分析對六件塑件采用以上最合理的分型方（fāng）式最便於後期加工。

圖 4

4.型腔（qiāng）與型芯製作

分型完成後型腔與型（xíng）芯是一個整體（tǐ），由於固定插件的分（fèn）型麵有斜麵和角（jiǎo）度，如果采（cǎi）用 CNC 直接加工則（zé）要設計多個銅公進行（háng）清角，這樣在材料的的選用上就加大了成本，同時（shí）也加大了工期，故采用拆分型芯方式。分拆後用線（xiàn）切割進行加工，為了節省材料、縮短加工時間及維護方便，把前後模（mó）各分拆成三塊，這樣就要解決以下難點。 1) 前後模的分（fèn）型麵（miàn）采用分拆（chāi）方式加工，加（jiā）工時要采取合適的加工工藝。 2) 多處的分型麵設計采用（yòng）了前後模碰穿結構，在前後模型芯上形成了多（duō）個凸凹台（tái），加工較為困（kùn）難。3) 加工時前後模（mó）型芯前部缺口處很難進行清（qīng）角，可（kě）采用（yòng）小直徑刀具，盡可能清除加工餘量。加工完畢後，可進行人工打磨或設計小銅公進行清角（jiǎo）。4) 模具型腔中間的台階孔碰穿位在前後模型腔中形成了多個孤島，孤島和前模型腔直角相（xiàng）交，很難清角加工，這裏采用了線切割鑲件加工。

表 1 前模（mó）加工參數

表 2 線（xiàn）切割加（jiā）工參數（shù）

5) 前模要設計多個銅公（gōng）進行清角，為節約成本，各款銅公隻設計加工了一個（gè）銅公（精公），這樣前模型腔的精加工餘量盡可能小，以減少銅公的損耗，如圖 5 所示。

圖 5

4.1 前模型腔加工

首先（xiān）使用普通銑床和磨床加工兩塊 130*85*40mm 鋼（gāng）料，分別用於圖 5（a）和圖 5（b），再加工一塊 260*85mm 為圖 5(c) 使用。圖 5（a）為（wéi）專用塑膠（jiāo）扣的中心麵蓋，上麵有兩個倒扣，一般需要做斜頂才能完成。這裏采用更合理的插入式（shì）脫模斜度方式加（jiā）工（gōng）。如圖 5（a）所示 4 個方（fāng）形柱（zhù）子，用來插入後模，三麵（miàn）都要封膠，所以這裏的加工（gōng）精度要求較高（gāo），加工時（shí）要留 0.1mm 的餘（yú）量做配模時用。倒扣留（liú）在後模型芯用電極來（lái）加工（gōng）完成。使用 MasterCAM 來編程，用（yòng）數控銑或加（jiā）工中心進行加工（gōng），用 Φ16R0.8 鑲（xiāng）方合金刀粒圓鼻刀（dāo），進給率 1200mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 3000mm/min，主軸轉（zhuǎn）速 S=2000 轉 / 分。用 3D 曲麵挖槽刀路對前模型腔曲（qǔ）麵進行粗加工。采用相對尺寸，最小加工深度和最大加工深度都設置成 0.2mm，加工餘量為 0.3mm; 采用螺旋下刀，下刀處為前模型腔的中（zhōng）心，切削方式選擇環繞（rào）方式 ; 加工（gōng）完成後需要做電極加工。

圖 6

圖 5（b）固定插（chā）件前模同樣采（cǎi）用如上方法，用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用 Φ12R6 鑲球頭合金（jīn）刀粒圓（yuán）鼻刀（球飛刀（dāo））進行精加工完成。（也可使用線切割加工分型麵）後用 Φ4 銑刀對型腔開粗，單邊留 0.3 餘量。具體加工參數如表 1 所示。圖 5（c）基座前模，先（xiān）鑽線切割孔（kǒng），再用（yòng） Φ6 銑刀對型腔進行粗加工，單邊留 0.3mm 餘量。型腔要做多個電極和（hé）線切割鑲件切割加工，如圖 6 所示。圖 6（a）為線（xiàn）切割加工的關鍵尺寸標注，所有需要線切割加（jiā）工的（de）位置（zhì）先用鑽床或銑床（chuáng）鑽孔，以作線切割穿絲孔用。切（qiē）割孔位數量與鑲件數相同（tóng），采用線切割四（sì）邊分中加工，按所示尺寸加（jiā）工（gōng）型腔與型芯，要（yào）求加工完成後（hòu）的鑲件與型腔、型芯孔的配合為過盈配合，公差範圍為 0.01~0.02mm。圖 6（b）為線切割所需鑲塊數（shù）量，①號處是後模插（chā）穿位置（zhì）鑲件，共 4 件（jiàn） ; ②號是後模插穿位置（zhì）鑲件，共 2 件 ; ③號處是後（hòu）模基座插穿（chuān）位（wèi）置鑲件，共 2 件 ; ④號處是前模（mó）插穿位置鑲件，共 4件;⑤號處是前模基座插穿位置（zhì）鑲件，共4件;⑥ 號處是前模基座插穿位（wèi）置鑲件，共 2 件。具體線切割加工參數如表 2 所示（shì）。線切割加工難點是鑲（xiāng）件的表麵光潔度要求高，這樣（yàng）加工時參數的選擇就要求合理。在功力管、脈衝（chōng）寬（kuān）度和間隔之（zhī）間要根據機床當時的情況而定（dìng），適時調整。圖 6（a）型芯上總共（gòng）分布四件（jiàn）產品，較為（wéi）複雜的是塑料扣基座，其包含有滑塊和插穿，其三件則比較簡單（dān）。

4.2 後模型芯加工

先用普通銑床和磨床加工兩塊 130*85*35mm 鋼料，分別用於圖 7（a）和圖（tú） 7（b），再加工一塊 260*85mm 圖 7（c）使用。當然前（qián）、後模仁鋼料一般是一起加工好的，隻（zhī）是鋼料的厚度不（bú）一而已。圖 7（a）後模仁先（xiān）采用數控銑加工（gōng），采用 Φ12 R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金（jīn）刀粒圓（yuán）鼻刀進行精（jīng）加（jiā）工。由於倒扣出在後模，插穿孔要和前模方柱碰穿（chuān），精度要求較高，加工有一定的難度（dù）。其工序（xù）為先用（yòng） Φ4 合金刀開（kāi）粗，單邊留（liú） 0.3mm 餘量（liàng），再（zài）做電極（jí）用火花機加工（gōng）後（hòu）進行人工打磨即可達到加工要求。由於倒扣膠位出在（zài）碰穿位下方，直徑小的刀具無法加（jiā）工，故要做兩（liǎng）個電極加（jiā）工 : 一個粗銅公單（dān）邊留 0.2mm 餘量，一個精銅公（gōng）留（liú） 0.08mm 餘量，分別進行電火花加工。具體後模加工參數如表 3 所示。圖 7（b）後模型芯中間（jiān）有兩處要插入前（qián）模中，同前模型腔加工基（jī）本相同。先用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀，進（jìn）給率 1200mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 3000mm/min，主軸轉速 S=2000 轉 / 分。用 3D 曲麵（miàn）挖槽刀路對前模型腔曲麵粗加工。采用相（xiàng）對尺寸，最小加工深（shēn）度和最大加工深度都設置成 0.2mm。加工餘量 0.3mm。采用螺旋下刀，在前模型腔的中間下刀，切削方（fāng）式選擇環繞方式。粗加工後（hòu）再用 Φ12R6 鑲球頭合金刀（dāo）粒圓鼻刀（dāo）進行平行銑削精加工 ; 最後用 Φ6 平底刀（dāo）進行（háng）塑件膠位的（de）粗加工，加工餘量 0.3mm，完成後需要做電極加工。圖（tú） 7（c）後模型芯上有四個塑件產（chǎn）品，最難加工的部件是塑（sù）件基（jī）座，首先采用（yòng）線切割加工凸出區域，如果（guǒ）整體式加工，CNC 加工的工作量就很大，模仁材料也要加厚購買，清角比較麻煩，且尖角過（guò）多也不便於加工，如果用多個電極清（qīng）角則增加了加工成本和時間，所以考慮采用線切割方式（shì）加工該藍色區域。用 Φ10 合金刀 3D 曲麵挖槽刀路對前模型（xíng）腔曲麵粗加工，接著用 Φ4 平底刀等高外（wài）形清角粗加工，後續用 Φ6R3 合金球刀（dāo）進行平行銑削精加工，留餘量 0.3 mm 做電極加工。因鑲（xiāng）件上有台階要加工（gōng），故電火花加工完成後，裝（zhuāng）上鑲件再進行（háng）台階加工，且台階處也要做電極清角。

圖（tú） 7

表 3 後模加工參數

後模型芯加工完（wán）成後，經過後期製作（zuò）便完成（chéng）了整套模具的加工。加工（gōng）完成後的模具成品圖如圖 8 及圖 9 所示。

圖 8 前模圖 9 後模（mó）

5.結束語

這套模具經生產驗證，塑件質量達（dá）到設計要求。縱觀該模具的設計及製作（zuò）過程，可見（jiàn）一套模具的開發首先要對塑件結（jié）構進行分析，然後提出幾種可（kě）行（háng）的成形方案，在確保質量、減（jiǎn）少投資的前提下，根（gēn）據生產要求（qiú）選擇最優方案 ; 同時也要對模具零件的加工工藝進行推（tuī）敲，並對模具後期維修的便利性提前考慮。

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