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一款背包塑料扣（kòu）模具的設計與加工

2021-4-27 來源：廣東東莞理工學校作者：陳瑞兵

摘要 : 本文根據該背包塑料扣的結構特點與生（shēng）產要（yào）求，較為詳細地介紹（shào）了塑件的成型工藝（yì）方案 ; 包（bāo）含塑件的工藝分（fèn）析（xī）、型腔排布、分型麵的選擇、模仁的加工方法及參數分析。同時探討如何有（yǒu）效降低成本和縮短生產周期。

關鍵詞 : 分析、分型、鑲塊、參數

1.引言（yán）

隨著模（mó）具行業的發（fā）展，市場競爭日趨激烈。縮短模具（jù）的生產周期並降（jiàng）低（dī）生產成本已經成為每（měi）個加工企業的追求目標。背（bèi）包塑料扣由六個小塑料（liào）件（jiàn）組成，如果把每件（jiàn）分開製作，就需要六套模具才能完成，既加大了（le）生產成本和生產周期，也達不到客戶的要求。故采用六件一套模（mó）的方式（shì）加工。

圖 1 產品三維裝配圖

1. 塑件麵蓋 2. 連接（jiē）件 3. 基座 4.插銷 5. 固定插件 6. 固（gù）板

2.塑件工（gōng）藝分析

塑件結構及裝配情況如圖 1 所示，材料是 ABS，收縮率為 5‰ 。因六個塑件有裝配關（guān）係，故外表麵要求光滑平整（zhěng），不得有扭（niǔ）曲、飛邊、毛刺、氣泡、缺（quē）膠等注射成型缺陷 ; 這樣就增加了以下設計及加工難度。 1) 塑件形狀各異、大小（xiǎo）不一，且有許（xǔ）多通孔，這樣就要考慮塑件在（zài）模具（jù）中如何合理分布。固定插件和連接件組合後插入基座內，如圖 2（a）所示。

圖 2 組合裝配示意圖

2) 因為固板和插銷（xiāo）都要從兩個不同方向插入基座配合，基座兩邊的孔設計方式如圖 2（b）所示，采用（yòng）前模碰穿後模加鑲件的機構。由於基座側麵是固定塑件的兩個插（chā）穿孔，必須設（shè）計（jì）滑塊機構 ; 設計（jì）製作（zuò）滑（huá）塊時，要（yào）考慮滑塊（kuài）脫離塑件後塑件對滑塊的包（bāo）緊力是否過大，會否造成塑（sù）件變形、損傷等情況。因插穿孔是扁平型，並且是出兩件產品，出於節省材料並降（jiàng）低加（jiā）工及裝（zhuāng）配難度考慮（lǜ），把滑塊拆分為兩個部分，前麵插入模芯部分以螺絲固定。這樣在加工（gōng）及裝配過程中，隻要保證兩部分各自相配合便能達到要求。

3.塑（sù）件排布與分型

3.1 型腔排布

根據產品要求對模具的結構綜合考慮後，選擇模仁鋼材為 718，該鋼材（cái）硬度為 HRC57-60，經過熱處理後氮化層具有組織致密、光滑等特（tè）點，模（mó）具（jù）的脫模性及抗腐蝕性能高，使用壽命可達到 100 萬次以上。設計尺（chǐ）寸為 260*170mm，采用 6 模（mó） 2 腔來（lái）排布（bù），如圖 3 所示。

圖 3

模具的型腔數目確定後，接著（zhe）便（biàn）設計型腔的布局。主流（liú）道設（shè）於前模的中心軸上，至於分流道出於多方麵考慮應該滿足如下要求 : 盡量保證各型腔的充模壓力相近，充模（mó）時間大致相同，並且能（néng）均勻補料，這樣才能保（bǎo）證塑件（jiàn）的尺寸及（jí）形狀精（jīng）度，同時也能保證其力學性能。故采用以上排布方式，既解（jiě）決了充（chōng）模問題，又（yòu）可優（yōu）化模具（jù）結構。

3.2 塑件分型

根據塑（sù）件幾何形狀等特點，開模時（shí）盡量使塑件留（liú）在（zài）後模，有利於側（cè）麵分型和抽芯。該模具采用 UG 模具設計（jì）軟件進行分型，首先做好分型麵然後用抽取（qǔ）幾何體（tǐ）這個功能，選擇區域的方式把（bǎ）整個前模和後模的麵提取出來 ; 接著再跟分型麵結合成一個整塊的片體，用該片（piàn）體（tǐ）去切割（gē）鑲塊實體便（biàn）得到前、後模仁 ; 具體如（rú）圖 4 所示。根據型腔排布確（què）定模（mó）具的前、後模非常重要，因為其決定了型腔的朝向、進料（liào）方式、進料位置（zhì）、擺放位置等塑料模具的設計要點。選擇前後模可采取如下原則，產品外觀要求很高的一般作為前模（mó），反之則（zé）作為後模。經分析對六件塑件采用以上最（zuì）合理的分型方式（shì）最便於後期加工。

圖 4

4.型腔與型芯製作

分型完成後（hòu）型腔與型芯是一個整體，由於（yú）固定插件的分型（xíng）麵有斜麵和角度，如果采用 CNC 直接加工則要設計多個銅公進（jìn）行清（qīng）角，這樣在材（cái）料的的選用上就加大了成本，同時也加大了工期，故采用拆分型芯方式。分拆後用線切割進行加工，為了節省（shěng）材料、縮短加工時間及維護方（fāng）便，把前後模各分拆成三塊，這（zhè）樣就（jiù）要解決以下難點。 1) 前後模的分（fèn）型麵（miàn）采用分拆方式加工，加工（gōng）時要采取合適（shì）的加工工藝。 2) 多處的分型麵設計采（cǎi）用了前後模碰穿結構，在前後模型芯上形成了多（duō）個凸凹台，加工較為（wéi）困難。3) 加工時前（qián）後模型芯前部缺口處很難進行（háng）清角，可采用小直徑刀具，盡可能清除加工餘量。加工完畢後，可進行人（rén）工打磨或設計小（xiǎo）銅公進（jìn）行清角。4) 模具型腔中間的台階孔碰穿位在前後模（mó）型腔中形成了多個孤（gū）島，孤島和前模型腔直角相交，很難清角加工，這裏采用了（le）線切割鑲件加工（gōng）。

表 1 前模加（jiā）工參數

表 2 線切割加工參數

5) 前（qián）模要設計多個銅（tóng）公進行清角，為節約成本，各款銅公隻設計加工了一個銅公（精公），這樣前模型腔的精加工餘量（liàng）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（jiā）工

首先使用普通銑床和磨床加工兩塊 130*85*40mm 鋼料，分別用於（yú）圖 5（a）和圖 5（b），再加工一塊 260*85mm 為圖 5(c) 使用。圖 5（a）為專用塑膠扣（kòu）的中（zhōng）心（xīn）麵蓋，上麵有兩個倒扣，一般需要做斜頂（dǐng）才能完成。這裏（lǐ）采用更合理的插（chā）入式脫（tuō）模斜度方（fāng）式加工。如圖（tú） 5（a）所示 4 個（gè）方形柱子，用來插入後模，三麵都要封膠，所（suǒ）以這裏的加工（gōng）精度要求較高，加工時要留 0.1mm 的餘量做配模時用。倒（dǎo）扣留在後模型芯（xīn）用電極來（lái）加工完成（chéng）。使用 MasterCAM 來編（biān）程，用數控銑或加工中心進行加工，用 Φ16R0.8 鑲方合金（jīn）刀粒圓鼻刀，進（jìn）給（gěi）率 1200mm/min，下（xià）刀速率 500mm/min，抬刀速率 3000mm/min，主（zhǔ）軸轉速 S=2000 轉 / 分。用 3D 曲麵挖槽刀路（lù）對前模型腔曲麵進行粗加（jiā）工。采用（yòng）相對尺寸，最小加工深度和最大（dà）加工深度都設置成 0.2mm，加工餘（yú）量為 0.3mm; 采用（yòng）螺旋下刀，下刀處為前模型腔的中心，切削（xuē）方式選（xuǎn）擇環繞方式 ; 加工（gōng）完成後需要做電極加工。

圖 6

圖 5（b）固定插（chā）件（jiàn）前模同樣采用如上方法，用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用 Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓（yuán）鼻刀（球飛刀）進行精加工完（wán）成。（也可使用線切割加工分型麵）後（hòu）用 Φ4 銑刀對型腔開粗（cū），單邊留 0.3 餘（yú）量。具體加工（gōng）參數如表 1 所（suǒ）示。圖（tú） 5（c）基座前模，先鑽線切割孔，再用 Φ6 銑刀對型（xíng）腔進（jìn）行粗加工，單邊留 0.3mm 餘量。型腔要做多個電極和線切割鑲件切割加工，如圖 6 所示。圖 6（a）為線切割加工的關鍵尺寸標注（zhù），所（suǒ）有需要線切割加工的位置先用鑽床或銑床鑽孔，以作（zuò）線切割穿絲孔用。切割孔位數量與鑲件數相同，采（cǎi）用線切割四邊分中加工，按所（suǒ）示尺寸加工（gōng）型腔與型芯，要求加工完成後的（de）鑲件與型腔、型芯孔的配合為過盈配合，公差範圍（wéi）為 0.01~0.02mm。圖 6（b）為（wéi）線切割所需鑲塊數量，①號處是後模插穿位置鑲件，共 4 件 ; ②號是後模插穿位置鑲件，共 2 件 ; ③號處是後（hòu）模基座插穿位置鑲件，共 2 件 ; ④號處是前模插穿位置鑲件，共 4件;⑤號處是前模基（jī）座插穿位置鑲件，共4件;⑥ 號處（chù）是（shì）前模基座插穿位置鑲件，共 2 件。具體線切割加工（gōng）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（gāo），這樣加工時參數的選擇就要求合理。在功力管、脈衝寬度和間隔之間要根據機床當時的情況而（ér）定，適時調整。圖 6（a）型芯上（shàng）總（zǒng）共分布四件產品，較為複雜的是塑料（liào）扣基座，其包含有滑塊和插（chā）穿，其三件則比較簡單。

4.2 後模型芯加工

先用普通銑床（chuáng）和磨床加工兩塊 130*85*35mm 鋼料，分別用於圖 7（a）和圖 7（b），再加工一塊 260*85mm 圖 7（c）使用。當然前、後模仁鋼料一般是一起加工好的，隻是鋼料的厚度不一而已。圖 7（a）後模仁先（xiān）采用數控銑（xǐ）加工，采用 Φ12 R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓（yuán）鼻刀進行精加工。由於倒扣出（chū）在後模，插穿孔要和前（qián）模（mó）方柱碰穿，精度要求較高，加工有一定的難度。其工序為先用 Φ4 合（hé）金刀開（kāi）粗，單邊留 0.3mm 餘量，再做電極用火（huǒ）花機加（jiā）工後進（jìn）行人工打磨即可達到（dào）加工要求。由於（yú）倒扣膠（jiāo）位出在碰穿位下方，直徑小（xiǎo）的刀具無法加工，故要做兩個電（diàn）極加工（gōng） : 一（yī）個粗銅公單邊留 0.2mm 餘（yú）量，一個精銅公留 0.08mm 餘量，分別進行電火花加工。具體後模加工（gōng）參（cān）數如表 3 所示。圖（tú） 7（b）後模型芯中間有兩處要插入前模中，同前模型腔加工基本相（xiàng）同。先用（yòng） Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀（dāo），進給率 1200mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率（lǜ） 3000mm/min，主軸轉速 S=2000 轉 / 分。用 3D 曲麵挖槽刀路對前（qián）模（mó）型腔曲麵粗（cū）加工（gōng）。采用相對尺寸，最小加工（gōng）深（shēn）度和（hé）最大加工深度都設（shè）置成 0.2mm。加工（gōng）餘量 0.3mm。采用螺旋下刀，在前模型腔的中間下刀，切（qiē）削方式選擇環繞方式。粗加工後（hòu）再用 Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓鼻刀進行平行銑削精加工 ; 最後用 Φ6 平底刀進行塑件膠位的粗加工，加工餘量 0.3mm，完成後需要做電極加工（gōng）。圖 7（c）後（hòu）模型芯上有四個塑件產品，最難加工的部件是塑件基座，首先采用線切（qiē）割加工凸出區（qū）域，如果整體式加（jiā）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（jiān）角過多也不便於加工，如果用（yòng）多個電（diàn）極清角則增加了加工成本和時間，所以考慮采用線切割方式加工該藍（lán）色（sè）區域。用 Φ10 合金刀（dāo） 3D 曲麵挖槽刀路對前模型腔（qiāng）曲麵（miàn）粗加工，接著用 Φ4 平底（dǐ）刀等高外形清角粗加工，後續用 Φ6R3 合金球刀進行平行銑削精加工，留餘量 0.3 mm 做電極加工。因鑲件上有台階要加工，故電火花（huā）加工（gōng）完成後，裝上（shàng）鑲件（jiàn）再進行台階加工，且台階處也要做電極清角。

圖 7

表 3 後模加工參數

後模（mó）型芯加工（gōng）完成後（hòu），經過後期（qī）製作便完成了整套模具的加（jiā）工。加（jiā）工完成後的模具成品圖（tú）如圖（tú） 8 及圖 9 所示。

圖 8 前模圖 9 後模

5.結束語

這套模具經生產驗證，塑件質（zhì）量達到設計要求。縱觀該模具的設計及製作過程，可見（jiàn）一套模具的開發首先要對塑件結構進行分析，然後提出幾種可行的成形方案，在確保質量、減少投（tóu）資的前提下，根據（jù）生產要求選擇最優（yōu）方案 ; 同時也要對模具零件的加工工藝進行推敲，並（bìng）對模（mó）具（jù）後期維修的便利性提（tí）前考慮。

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