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一款背包塑料扣模具的設計與加工

2021-4-27 來源（yuán）：廣東東莞理工學校作者：陳（chén）瑞兵

摘要（yào） : 本文根據該背包（bāo）塑料（liào）扣的（de）結構特（tè）點與生產要（yào）求，較為詳細地介紹了塑件的（de）成型工藝（yì）方（fāng）案 ; 包含塑件的（de）工藝分（fèn）析、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

隨著模具行業的發展，市場競爭日趨（qū）激烈。縮短模具（jù）的（de）生產周期並降低生（shēng）產成（chéng）本已經成為每個加工企業的追求目標。背包塑料（liào）扣由六個小塑料件組成，如果（guǒ）把每件分開製作，就需（xū）要六套模具才能完成，既加（jiā）大了生產成本和生產周期，也達不到客戶的要求。故采（cǎi）用六件（jiàn）一套模的方式加工。

圖 1 產品三維裝配圖

1. 塑（sù）件（jiàn）麵蓋 2. 連接件 3. 基（jī）座 4.插銷 5. 固定插件 6. 固板

2.塑件工藝分（fèn）析

塑件結構及裝配情況如圖 1 所示，材料（liào）是 ABS，收縮率為 5‰ 。因六個塑件有裝配關係，故外表麵（miàn）要求光滑（huá）平（píng）整，不得有（yǒu）扭曲、飛邊、毛刺（cì）、氣泡、缺（quē）膠等（děng）注射成型（xíng）缺陷 ; 這樣（yàng）就增加了以下設計及加工難度（dù）。 1) 塑件形狀各異、大小（xiǎo）不一，且有許多通孔（kǒng），這樣就要考慮塑件在模（mó）具中如何合理分布。固（gù）定插件和連接件組合後插（chā）入基座內，如（rú）圖 2（a）所示（shì）。

圖 2 組合裝（zhuāng）配（pèi）示意圖

2) 因為固板和（hé）插銷都要從兩個不同方（fāng）向（xiàng）插入基座配合，基座兩邊的孔設計方式如（rú）圖 2（b）所示，采用前模（mó）碰穿後模加鑲件的機構。由於基座側麵是（shì）固（gù）定塑件的兩（liǎng）個插穿孔，必須設計滑塊機構 ; 設計製作滑塊時，要考慮滑塊脫離（lí）塑件後塑件對滑塊的包緊力是否過大，會否造成塑件變（biàn）形、損傷等情況。因插穿孔是扁平（píng）型（xíng），並且（qiě）是（shì）出兩件（jiàn）產品，出於節省材料（liào）並降低加工及裝配難度考慮，把滑塊拆分為兩個部（bù）分，前麵插入（rù）模芯部分以螺絲固定。這樣在加工及裝配過程（chéng）中，隻要保證兩（liǎng）部分各自相配合便能達到要求。

3.塑件（jiàn）排（pái）布與分（fèn）型

3.1 型腔排布

根據產品要求對模具的結構綜（zōng）合考慮後，選擇模仁鋼材為 718，該鋼（gāng）材硬度為 HRC57-60，經過熱處理後氮化層具有組織致（zhì）密、光滑等特點，模具的脫模性及抗（kàng）腐蝕性能高，使用壽命（mìng）可達到 100 萬次以上。設計尺寸為 260*170mm，采用 6 模 2 腔來排布，如圖 3 所示。

圖 3

模具的型腔數（shù）目確定後，接著便設計型腔的布局。主流道（dào）設（shè）於前模（mó）的中心軸上，至於分流道出（chū）於多（duō）方麵考慮應該滿足如下要求 : 盡量保證（zhèng）各型腔的充模壓力相近，充模（mó）時間大致相同，並（bìng）且（qiě）能均勻補料，這樣才能保證（zhèng）塑件的尺（chǐ）寸及形狀精度，同時也能保證其力學性（xìng）能。故采用以（yǐ）上（shàng）排布方式，既解決了充模問（wèn）題，又可優化模具（jù）結構。

3.2 塑件分（fèn）型

根（gēn）據（jù）塑件幾（jǐ）何形狀等特點，開模時盡量（liàng）使塑件留在後模（mó），有利於側麵分型和抽芯。該模具采用 UG 模具設計軟件進行（háng）分型，首先做好分型麵然後用抽取幾何體這個功能，選擇區域的方式把整個前模和後模的麵（miàn）提取出來 ; 接著再跟分型麵結合成一（yī）個整塊的片體，用（yòng）該片體去切割鑲塊實體便得到前、後模仁 ; 具體如圖 4 所（suǒ）示。根據型腔排布確定模具的（de）前、後模非常重要，因（yīn）為其決定了型腔的朝向、進料方式、進料（liào）位置、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，反之則作為後模。經（jīng）分析對六件塑件采用以上最合理的分型方式最便於後期加工。

圖（tú） 4

4.型腔與型芯製作

分型完成後（hòu）型（xíng）腔與型（xíng）芯是一個整體，由於固定插件的分型麵有斜麵和（hé）角度，如果采（cǎi）用 CNC 直接加工則要設計多個銅公進行清角，這樣（yàng）在材料的的選用上就加大了成本，同時也加（jiā）大了工期，故采用拆分型芯方式（shì）。分拆後用線切割進行加工，為了節省材料、縮短加工時間及維護方便，把前後模各（gè）分拆（chāi）成三（sān）塊，這樣就要解決以下難點。 1) 前後模的分型麵采用（yòng）分拆（chāi）方式加（jiā）工，加工（gōng）時要采取合適的加工工（gōng）藝。 2) 多處的分型麵設計采用了（le）前後模碰穿結構，在前後模型芯上形成了多個凸凹台，加工較為（wéi）困難。3) 加工時前後模型芯前部缺口處很難進行（háng）清角，可（kě）采用小直徑刀具，盡（jìn）可能（néng）清除加（jiā）工餘量。加工完畢後（hòu），可進行人工打磨或設計小銅公進行清角。4) 模具型腔（qiāng）中間的台階孔碰穿位在（zài）前後模（mó）型（xíng）腔中形成了多個（gè）孤島，孤島和前（qián）模型腔直角相交，很難（nán）清角加工，這裏采用了線切割（gē）鑲件加工。

表 1 前模加工參數

表 2 線（xiàn）切割加工（gōng）參數

5) 前模要設計多個銅（tóng）公進行清角，為節（jiē）約成本，各款銅公隻設計（jì）加工了一個銅公（精公），這樣前（qián）模型腔的精（jīng）加工餘量盡可能小，以減（jiǎn）少銅公的損（sǔn）耗，如圖（tú） 5 所示。

圖 5

4.1 前（qián）模型腔加工

首先使用普通銑床和磨床加工兩塊 130*85*40mm 鋼料，分別用於圖 5（a）和圖 5（b），再加工一塊 260*85mm 為（wéi）圖 5(c) 使用（yòng）。圖 5（a）為專用塑膠扣的中心麵蓋，上麵有（yǒu）兩個倒扣，一般需要做斜頂才能完成。這（zhè）裏采用更合理的插入式脫模斜度方式加工。如圖 5（a）所示 4 個方形柱子，用來插入後模，三麵都要封膠，所以（yǐ）這裏的加工精度要（yào）求較高（gāo），加工時要留 0.1mm 的餘（yú）量做配模時用。倒扣留在後模型（xíng）芯用電（diàn）極來加（jiā）工完成。使用 MasterCAM 來編（biān）程，用數控銑（xǐ）或加（jiā）工中（zhōng）心進行加工，用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻（bí）刀，進給率 1200mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 3000mm/min，主軸轉速 S=2000 轉（zhuǎn） / 分。用 3D 曲麵挖槽刀路對（duì）前模型腔曲麵進行粗（cū）加工。采（cǎi）用（yòng）相對尺寸，最小加工深度和最大加工深度都（dōu）設置（zhì）成 0.2mm，加工餘量為 0.3mm; 采用（yòng）螺旋下（xià）刀，下刀處為前模型腔的中心，切削方式選擇環繞方式 ; 加工完成後需要做電極加工。

圖 6

圖 5（b）固定插（chā）件前模同樣采用如上方法，用 Φ16R0.8 鑲方（fāng）合金刀（dāo）粒圓鼻刀粗加工，再用 Φ12R6 鑲球頭合（hé）金刀粒（lì）圓鼻刀（dāo）（球（qiú）飛刀）進行精加工完成。（也可使（shǐ）用線切割加（jiā）工（gōng）分（fèn）型麵）後用 Φ4 銑刀對型腔開粗，單（dān）邊（biān）留 0.3 餘量。具體（tǐ）加（jiā）工（gōng）參數如表 1 所示。圖 5（c）基座前模，先鑽線切（qiē）割孔，再用 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線切割鑲件切（qiē）割加工，如圖 6 所示。圖 6（a）為線切（qiē）割加工的關鍵尺寸標注，所有需要（yào）線切割加工的位置先用鑽床或（huò）銑（xǐ）床鑽孔，以作線切割（gē）穿絲孔用。切割（gē）孔位數量與鑲件數相同，采用線切（qiē）割四邊分中加工，按所示（shì）尺寸加工型腔與型芯，要求加（jiā）工完成後（hòu）的鑲件與型腔、型芯（xīn）孔的配合為（wéi）過盈配合，公（gōng）差範圍為 0.01~0.02mm。圖 6（b）為線切割所（suǒ）需鑲塊數量，①號處（chù）是後模插穿位置鑲件，共 4 件 ; ②號是後模插穿（chuān）位置鑲件，共 2 件（jiàn） ; ③號處（chù）是後模基座插穿位置鑲件（jiàn），共 2 件 ; ④號處是前模插穿位置鑲件，共 4件;⑤號處是前模基座插穿位置鑲（xiāng）件，共4件;⑥ 號處是前模基座（zuò）插穿位置鑲件，共 2 件。具體線切割加工參數如表 2 所示。線切割加工難點是鑲件的表麵光潔度要求高，這樣加工時參數的選擇（zé）就要求合理。在（zài）功力（lì）管、脈衝寬（kuān）度（dù）和間隔之間要根據機床（chuáng）當時的情況而（ér）定，適時調整。圖 6（a）型芯上總（zǒng）共分布四件產品，較為複雜的是塑料扣（kòu）基座，其包含有滑塊和插穿，其三件則比較（jiào）簡單。

4.2 後模型（xíng）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 7（b），再加工一塊 260*85mm 圖 7（c）使用。當然（rán）前、後模仁鋼料一般是一起加工（gōng）好的，隻是鋼料的厚（hòu）度不一而已。圖 7（a）後模仁先采用數控銑加工，采用 Φ12 R0.8 鑲方合（hé）金（jīn）刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金刀粒（lì）圓鼻刀進行（háng）精加工。由於倒扣出在後模，插穿孔要和前模方柱碰穿，精度要求較高，加工有一定的難度。其工（gōng）序為先用（yòng） Φ4 合金刀開粗，單邊留 0.3mm 餘量，再做電極用火花機加工後進行人工打磨即可達到（dào）加工要求。由（yóu）於倒扣膠位出（chū）在碰穿位下方，直徑小的刀具無法加工（gōng），故要做兩個（gè）電極加工 : 一個粗銅公單邊留 0.2mm 餘量，一個精銅公（gōng）留 0.08mm 餘量，分別進行電火花加工。具體後模加（jiā）工參數如表 3 所示。圖 7（b）後模型芯中間有兩處要插入（rù）前模中，同前（qián）模型腔加工基（jī）本相同。先（xiān）用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒（lì）圓鼻刀，進（jìn）給（gěi）率 1200mm/min，下刀（dāo）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麵粗（cū）加工。采用（yòng）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（liàng） 0.3mm。采用螺旋下刀，在（zài）前模型腔的中間下（xià）刀，切（qiē）削方式選擇環繞方式。粗加工後再用 Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓鼻刀進行平行（háng）銑削精加工 ; 最後用 Φ6 平底刀（dāo）進行塑（sù）件膠位（wèi）的粗加工，加工餘量 0.3mm，完成後需要做（zuò）電極加工。圖 7（c）後模型芯上有四個塑件產品（pǐn），最難加（jiā）工的部件是塑件基座，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（gōng）的工作量就很大，模仁材料也要加厚購買，清角（jiǎo）比較麻煩，且尖角過多也不便於加工，如果用多個電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色區域。用 Φ10 合金刀 3D 曲麵挖槽刀路對前模型腔曲麵粗加（jiā）工，接著用 Φ4 平底（dǐ）刀等高外（wài）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（zuò）電極（jí）加工（gōng）。因鑲件上有台階（jiē）要加工，故電火花加（jiā）工完成後，裝上（shàng）鑲件再進行台階加工，且台階處也要（yào）做電極清角。

圖 7

表 3 後模加工參（cān）數

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

圖 8 前模圖 9 後（hòu）模

5.結束語

這套模具經生產驗證，塑件質量達到設計要求。縱（zòng）觀（guān）該模具的設計及製作過程，可見一套模具的開發首先要對塑件結構進行（háng）分析，然後提出（chū）幾種可行的成形方案，在確保質量、減少投資（zī）的前提（tí）下，根據生產要求選擇最（zuì）優方案 ; 同時也要對模具零件的加工工藝（yì）進行推敲，並對模具後期維修的便利性提前考慮。

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