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一（yī）款背包塑料扣模具的設計與加工

2021-4-27 來（lái）源：廣東東莞理工學校作者：陳瑞兵

摘要（yào） : 本文根據該背包塑料扣的（de）結（jié）構特點與（yǔ）生產要求，較為詳細地介紹了塑件的成型工藝方案 ; 包含塑件的工藝（yì）分析、型腔排（pái）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（xī）、分型、鑲塊、參數

1.引言

隨著模具行業的發展，市場競爭（zhēng）日趨激烈。縮短模具的生產周期並降低生產成本已經成為每個加工企（qǐ）業的追求目（mù）標。背包塑（sù）料扣由六（liù）個小塑料件組成，如果把每（měi）件分開製作，就需要六（liù）套模具才能（néng）完成，既加大了生產成本和生產周期，也（yě）達不到客戶的要求。故采用（yòng）六件（jiàn）一套（tào）模的方（fāng）式加工。

圖 1 產品三（sān）維裝配圖

1. 塑件麵蓋 2. 連接件 3. 基座 4.插（chā）銷 5. 固定插件（jiàn） 6. 固板

2.塑件（jiàn）工（gōng）藝分析

塑件結構及裝配情況如圖 1 所示，材料是 ABS，收（shōu）縮率為（wéi） 5‰ 。因（yīn）六個（gè）塑件（jiàn）有裝配關係，故外表麵要求光滑平整，不得有扭曲、飛邊、毛刺、氣泡、缺膠等注射成型缺陷 ; 這樣就增加了以下設計（jì）及加工難（nán）度。 1) 塑件形狀各異、大小不一，且有許多通孔，這樣就要（yào）考慮塑件在（zài）模具中如（rú）何合理分布。固定插件（jiàn）和連接件組合後插入基座內，如圖 2（a）所示（shì）。

圖 2 組合裝配示意圖

2) 因為固（gù）板和插銷都要從兩個不同方向插入基座配合，基座兩邊的孔設計方（fāng）式如圖 2（b）所示，采用前模碰穿（chuān）後模加（jiā）鑲件的機構。由（yóu）於（yú）基座側麵是固定塑件的兩個插穿孔，必須設計滑（huá）塊機構 ; 設計製作滑（huá）塊時，要考（kǎo）慮滑塊（kuài）脫離塑件後塑件對（duì）滑塊（kuài）的包緊力是否過大，會否造成塑件變形、損傷等情況（kuàng）。因插（chā）穿孔是（shì）扁（biǎn）平型（xíng），並且是出兩件產品，出於節省材料並降（jiàng）低加工及裝配難度考慮，把滑塊拆分為兩個部（bù）分（fèn），前麵插入模芯部分以螺絲固定。這樣在加工及裝配過程中，隻要保證兩部分各自（zì）相配合便能達到要求。

3.塑件排布與分型

3.1 型腔排布

根據產品要求對模具的結構綜合考慮後，選擇模（mó）仁鋼材為 718，該鋼（gāng）材硬（yìng）度為 HRC57-60，經過熱處理後氮化（huà）層具有組（zǔ）織（zhī）致密、光滑等特點，模（mó）具的脫模性（xìng）及抗腐蝕（shí）性能高（gāo），使用壽命可達到 100 萬次以上。設計尺寸為 260*170mm，采用（yòng） 6 模 2 腔來排布，如（rú）圖 3 所示。

圖 3

模具的型腔數目確定（dìng）後，接（jiē）著便設計型（xíng）腔的（de）布局。主流道設於前模的中（zhōng）心軸上，至於分（fèn）流道出於多（duō）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（shí）間大致相同，並且能均勻補料，這樣才能保證塑件的尺寸及形狀精度，同（tóng）時也能保證其力學性能。故采用以上排布方式，既解（jiě）決（jué）了充（chōng）模問題，又（yòu）可優化模具結構。

3.2 塑件分型

根據塑件幾何形狀等特點，開模時盡量使塑件留在後模，有（yǒu）利於側麵（miàn）分（fèn）型和抽芯。該模具采用 UG 模具設計軟件進行分型（xíng），首先做好分型麵然後用抽取幾（jǐ）何（hé）體這（zhè）個功能（néng），選擇區域的方式把整個前模和後（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，用該片體去切割鑲塊實體便得到前、後模仁 ; 具（jù）體如圖 4 所示。根據型腔排布確定模（mó）具的（de）前、後模非常重要，因為其決（jué）定了型（xíng）腔的朝向、進（jìn）料方式、進料位置、擺放位置等塑料模具的設計要點。選擇前後模可采（cǎi）取如下原則，產品外（wài）觀要（yào）求很高的（de）一般作（zuò）為前模，反之則作為後（hòu）模。經分析對六件塑件采用以上最合理的分型（xíng）方式最便於後期加工。

圖 4

4.型（xíng）腔與型芯製作（zuò）

分型完成後型腔與型芯是一個整（zhěng）體，由於固定插件的分（fèn）型麵有斜麵和角度，如果采用 CNC 直接加工則要設計多個銅公進行清角，這樣（yàng）在材料的的選用上就加大了成本，同時也加大了工期，故采（cǎi）用拆分型芯方式。分拆後用線切割進行加工，為了（le）節省材料、縮短加工時間及維護方便，把前後模各分拆成三塊，這樣就要解決以下難點。 1) 前後模（mó）的分型麵采用分拆方式加工，加（jiā）工時要采（cǎi）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（mó）型芯上形成了多（duō）個凸凹（āo）台，加工較為困難（nán）。3) 加工時（shí）前（qián）後模型芯前部缺口處很難進行（háng）清角，可采用（yòng）小直徑（jìng）刀具，盡可（kě）能（néng）清（qīng）除加工餘量。加（jiā）工完（wán）畢（bì）後，可進行人工打磨或設計小銅公進行清角。4) 模具型腔中間的台階孔碰（pèng）穿位在前後模（mó）型腔中形成了多個孤島，孤島和前模型腔直角相交，很難清角加（jiā）工，這裏采用了線（xiàn）切割鑲件加工（gōng）。

表 1 前模加工（gōng）參數

表 2 線切割加工參數

5) 前模（mó）要設計多個銅公進行清角，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盡可能小，以減少銅公的損耗，如圖 5 所示（shì）。

圖 5

4.1 前模型腔加工

首（shǒu）先使用普通銑床和磨床加工兩塊 130*85*40mm 鋼料（liào），分別用於圖 5（a）和圖 5（b），再加工一塊 260*85mm 為圖（tú） 5(c) 使用。圖 5（a）為專用塑膠扣的中心麵蓋，上麵有兩個倒扣，一般需要做斜頂才能完成。這裏采用更合（hé）理的插入式脫模斜度方式（shì）加工。如圖 5（a）所示 4 個（gè）方形柱子（zǐ），用（yòng）來插入後模，三麵都要封膠，所以這裏的加工精度要求較高，加工時要留 0.1mm 的餘量做配模時用。倒扣留在後模型芯用電極來加工完成。使用 MasterCAM 來（lái）編程，用數控銑或加工（gōng）中心進行加工，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 / 分。用 3D 曲麵挖槽刀（dāo）路對前模型腔曲麵進行（háng）粗加工。采用相對（duì）尺寸，最小加工深度和最大加工深度都設置（zhì）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心，切削（xuē）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）固定插件前模同樣（yàng）采（cǎi）用如上方法，用 Φ16R0.8 鑲方（fāng）合金（jīn）刀粒圓鼻刀粗加工，再用 Φ12R6 鑲球頭合金刀粒（lì）圓鼻刀（球飛刀）進行精加工（gōng）完成。（也（yě）可使用（yòng）線切割加工分型麵）後用 Φ4 銑刀對型腔開（kāi）粗，單邊留（liú） 0.3 餘量（liàng）。具體加工參數如表 1 所示。圖 5（c）基座前模，先鑽線切割孔，再用 Φ6 銑刀對型腔（qiāng）進行粗加工，單邊留 0.3mm 餘量。型腔要（yào）做多個電極（jí）和線切割鑲件切割加工，如（rú）圖 6 所示。圖 6（a）為線切割加（jiā）工的關鍵尺寸標注，所有需要線切割加工的位置先用鑽床或（huò）銑床鑽孔，以作線切割穿絲孔用。切割孔位數量與鑲件數相同，采用線切割四邊分中加（jiā）工，按所示尺寸加工型腔與型芯，要求加工完成後的鑲件（jiàn）與型腔（qiāng）、型芯孔的配合為過盈配（pèi）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（hòu）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號處是後模基座插穿位置鑲件，共 2 件 ; ④號（hào）處是前模（mó）插穿位置鑲件，共 4件;⑤號處是前（qián）模基座插穿位置鑲件，共4件;⑥ 號（hào）處是前模基座插穿位置鑲件，共 2 件。具體線切割加工參數如表 2 所示。線切（qiē）割加（jiā）工難點是鑲件的表麵光潔度（dù）要求高，這樣加工時參數的選擇就要求合理。在功力（lì）管、脈衝寬度和間隔之間要根據機床（chuáng）當時的情況而定，適時（shí）調整。圖 6（a）型芯上總（zǒng）共分布四件產（chǎn）品，較為複雜的是塑料（liào）扣基座，其包含有滑塊和插（chā）穿，其（qí）三件則比較簡單（dān）。

4.2 後模型芯加工

先用普通銑床和磨（mó）床加工兩塊 130*85*35mm 鋼料，分別用於圖 7（a）和圖 7（b），再加工（gōng）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（yòng） Φ12 R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀粗加工，再用Φ12R6 鑲球頭合金刀粒圓鼻刀進行精加工。由（yóu）於倒（dǎo）扣出在後模，插穿孔（kǒng）要和前（qián）模方柱（zhù）碰穿，精度要（yào）求較高，加（jiā）工有一（yī）定的難度。其工序為先用 Φ4 合金刀（dāo）開（kāi）粗，單邊留 0.3mm 餘量，再做電極用火花機加工（gōng）後進行人工打磨即可達到加工要求。由於倒扣（kòu）膠位出在碰穿位下方，直徑（jìng）小的刀具無法加工，故（gù）要做兩（liǎng）個電極（jí）加工 : 一個粗銅公單邊留 0.2mm 餘量（liàng），一個精銅公留 0.08mm 餘量，分別進行電火花加工。具體後模加工參數如表 3 所示。圖 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同。先用 Φ16R0.8 鑲方合金刀粒圓鼻刀，進給率（lǜ） 1200mm/min，下（xià）刀速率 500mm/min，抬刀速（sù）率（lǜ） 3000mm/min，主軸轉速 S=2000 轉 / 分。用 3D 曲麵挖槽刀（dāo）路對前模型腔曲麵粗加工。采用相對尺（chǐ）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，在前模型腔的中間下刀，切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（dāo）進（jìn）行平（píng）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（jí）加（jiā）工。圖 7（c）後模型芯（xīn）上有四個塑件產品，最（zuì）難加工的部件是塑件基座（zuò），首（shǒu）先（xiān）采用線切割加（jiā）工凸出區域，如果整體式加工，CNC 加工的工作量就很大，模仁材料也（yě）要（yào）加厚購買，清角比（bǐ）較麻煩，且尖角過多也不便（biàn）於加工，如果用多個電極（jí）清角則增加了（le）加（jiā）工成本和時（shí）間，所以（yǐ）考慮采用線切（qiē）割方式加工該藍色區域。用 Φ10 合金刀 3D 曲（qǔ）麵挖（wā）槽刀路對（duì）前模型腔曲麵粗加工（gōng），接著用 Φ4 平底刀（dāo）等高外形清角粗加工，後續用（yòng） Φ6R3 合金（jīn）球刀進行平行銑削精加工，留餘量 0.3 mm 做電極（jí）加工。因鑲件上有台階要（yào）加工，故電火（huǒ）花加工完成後，裝上鑲件再進行台階加工，且台（tái）階處也要（yào）做電極清角。

圖 7

表 3 後模加（jiā）工參數

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

圖 8 前模圖 9 後模

5.結束語

這套模具經（jīng）生產驗證，塑件質量達到設計要求。縱觀該模具的（de）設（shè）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分析，然後提出幾種可行的成形方案，在確保質量（liàng）、減少投資的（de）前提下，根據生產要求選擇最優方案 ; 同時也要對模具（jù）零件（jiàn）的加工工藝進行推敲，並對模具後期維修的便利性提前考慮。

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