模具之家讯：关键字：遥控器面板|曲面|结构设计|加工工艺摘要：通过对曲面复杂的遥控器面板塑料模具的设计与数控加工，分析3D图形的曲面及结构特点，运用合理的数控加工工艺，进行模具的结构设计，将模具的关键部位拆分成模具型腔、型芯和铜公部件，拟定数控加工工艺，步骤和方法。
遥控器是日常生活中常见的，面板曲面复杂，要对其进行塑料模具的设计与数控加工，必须根据塑件3D图形的曲面及结构特点，结合合理的数控加工工艺，来进行模具的结构设计，将模具的关键部位拆分成模具型腔、型芯和铜公部件。然后拟定数控加工工艺和进行加工的工艺步骤和方法，加深对模具型芯的理解。
1 遥控器工艺特点分析
遥控器一般由面板、后壳及电池盖三个零件组成。结构最复杂的是面板。面板的3D图如图1所示，材料为ABS，收缩率为6‰。面板全部由曲面构成，曲面之间的圆角半径小，过渡圆滑，塑件的顶部设计了发射遥控信号的小缺口，前、后壳的周边内侧设计了8个内扣位，要设计滑块抽芯装置，是这套模具设计的难点。从注塑、加工及加工成本等方面综合考虑，把遥控器的三个零件设计在一套模具，模具排位图如图2所示。采用标准模架。模具型芯材料采用高硬度的模具钢。
首先用Pro-E软件绘制了零件的3D图形，零件的尺寸不大，遥控器各方面精度要求很高，壁厚均匀1.2mm，表面要求蚀纹处理，前、后壳及电池盖三个零件配合严密。由于遥控器装配时不采用螺丝锁紧，在前后盖设计有多处的扣位，需要进行抽芯，但抽芯的行程较短，后盖扣位采用斜顶出机构，面板扣位采用斜滑块机构以减小模具尺寸，保证抽芯的可靠性。面板模具设计和加工的重点和难点是面板上的52个按钮孔和十字槽，美观起见，孔和槽的形状都设计得较为复杂，前后都分成了几个台阶和斜面。孔的尺寸很小，给设计和加工带来了很大的困难。
模具型芯设计的关键是前端发射器小缺口、49个小按钮及十字槽的处理。模具设计时，将属于前模部分的曲面复制到前后模部分，模具的分型面是一平面。将遥控器前端发送信号的小缺口在前、后模设计加工时直接向前延伸留出来10mm, 设计了枕位。
图1 遥控器前壳3D图
图2 模具排位图
2 设计加工工艺
我们以面板前模的设计为例，拟定数控加工工艺、步骤和方法。
(1)前模结构分析
依次点击File/Converters/IIGS/Read file读入前壳的前模3D图形文件，将图形乘以塑胶材料的缩水率6‰，在前视图将零件旋转180度。图3为设计好的前模加工3D图。
在数控加工编程前先对前模型芯图进行了处理，将前模52个孔及十字槽的凸台顶面图形修补好，因前模的按钮凸台众多，且尺寸很小，只能进行半精加工，留下0.3mm的余量进行电火花精加工。设计时考虑到模具的设计加工工艺，将遥控器前端发送信号的小缺口在前、后模设计加工时直接向前延伸留出来10mm, 设计了枕位。
图3 前模3D图
前模为遥控器前壳的外表面，光洁度要求高，结构复杂。加工时有以下的难点：
1)零件体积较小，加工深度并不大，但材料硬，要采用适当的刀具，选用合适的工艺参数。
2)前模型腔为凹面，曲面复杂，曲面间圆角过渡圆滑，倒角半径小，难于清角加工，要采取合适的数控工艺。
3)图形底部及四周的圆角半径很小，按钮凸台众多，凸台间的距离很小，无法直接加工出来，要设计前模整体铜公进行电火花加工，要设计加工粗、精两级铜公。
4)前模型腔的周围四个圆角为R3，为减少电火花的加工余量，提高生产效率，要采用小刀进行清角加工。
前模毛坯采用高硬度的模具钢，要预先在通用机床上加工到尺寸190*95*40。选择相互垂直的三个面作为加工和定位的基准面，为便于辨认基准，要打上字码。将零件用台钳直接装夹在数控机床上进行加工。
(2)刀路规划
首先选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔曲面粗加工。采用相对尺寸，加工余量0.3mm。选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔所有凸台的顶面精加工。采用绝对尺寸，这里将最小深度和最大深度都设置为-2.412mm，加工余量0.0mm。选用Φ6平底合金刀，用曲面精加工等高外形铣削刀路半精加工前模型腔的四个圆角部位。最小深度设置为0.0mm，最大深度设置成-3.2mm，加工余量为0.3mm。选取Φ6平底合金刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔发射遥控信号小缺口处的枕位粗加工。将最小深度设置为0.5mm，最大深度设置成-2.27mm。加工余量0.25mm。
(3)图形准备
根据此零件的加工特点，我们首先确定了产品的分型面。此模具的分型面为一平面，首先将属于前模部分的曲面复制到模具的前模部分，将遥控器前端发送信号的小缺口在前、后模部分向前延伸10.0mm, 设计了枕位。绘图时麻烦之处是前模52个孔及十字槽的凸台顶面图形的修补。将前模曲面、分型面及枕位等部分绘制了零件的3D曲面图，并根据加工要求绘制了相应的切削曲线及加工边界，为保护前模型腔和分型面交界处的直角相交，将分型面升高了0.2mm。分模结果如图4所示。
绘图进行了分层管理，分为八个层，第一层blank绘制了绘图时隐藏的图素，第二层HMsurface绘制了后模曲面，第三层QMsurface1绘制了前模中间凸台型芯曲面，第四层QMsurface2绘制了前模型腔曲面及分型面，第五层curveforcut 绘制了前模加工2D曲线及边界，第六层ZW绘制了前模发射遥控信号小缺口处的枕位曲面，第七层Dim标注了前模毛胚的尺寸，第十层curve绘制了绘图曲线。前模加工2D曲线及边界图如图1-4。图形坐标原点放在前模XY方向的中心处，分型面的Z方向尺寸为0.0mm。
图4 前模加工曲线及边界图#p#分页标题#e#
(4)刀路参数设置
首先选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔曲面粗加工。依此点选Toolpaths / Surface / Rough / Pockt，产生曲面挖槽刀路。选取加工曲面：All / Surface / Done，进入如图5的界面，选取合适的刀具及刀具参数。单击曲面挖槽刀路中Surface Parameters 对话框，曲面参数设置如图6所示。加工余量0.3mm。单击曲面挖槽刀路中Rough parameters对话框，粗加工参数设置如图7所示。Z方向每次最大下刀步距0.25mm。单击Cut Depths按钮，设置切削深度，采用相对尺寸。因为在前模型腔的中间下刀，所以点选Entry-helix，设置螺旋下刀参数，Minimum radius取16%，Maximum取40%，Z clearance取0.2，XY clearance取0.2，plunge angle 取1.0。单击曲面挖槽刀路中Pocket parameters对话框，挖槽参数设置如图8所示。切削方式选择环绕方式。进给百分比取50%，最大进给量取8.0mm。
图5 曲面挖槽刀路刀具参数
图6 曲面参数
图7 曲面粗加工参数
图8挖槽参数
单击对话框中确定按钮，系统提示选择刀路范围限定框，选择图1-4中的chain1，选择Done，系统产生如图9的3D曲面挖槽刀路。
图9 曲面挖槽刀具路径
按Alt+O组合键，系统弹出如图10所示的刀路操作管理对话框。
图10刀路操作管理对话框
点选1-Surface Rough Pocket / Run，模拟刀具路径，检查刀具铣削路径有无问题。刀具路径如图9。在当前刀路图表 上按Shift+鼠标左键，使图标变成灰色，关闭当前的刀具路径显示。按Ese键，关闭刀路操作管理对话框。按Alt+A保存遥控器面板前模文件。
据上述方法和步骤，可以同样进行以下操作：
1)选取Φ16R0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔所有凸台顶面精加工。2)选用Φ6平底合金刀，用曲面精加工等高外形铣削刀路半精加工前模型腔四个圆角部位。
3)选取Φ6平底合金刀，用3D曲面挖槽刀路对前模型腔发射遥控信号小缺口处的枕位粗加工。
单击对话框中确定按钮，系统提示选择刀路范围限定框，选择图1-4中的chain3，选择Done，系统产生如图11的3D曲面挖槽刀路。
图11 曲面挖槽刀具路径
按Alt+O组合键，系统弹出如图4-10所示的刀路操作管理对话框。点选4-Surface Rough Pocket / Run，模拟刀具路径，检查刀具铣削路径有无问题。在当前刀路图表 上按Shift+鼠标左键，使图标变成灰色，关闭当前的刀具路径显示。按Ese键，关闭刀路操作管理对话框。按Alt+A保存遥控器面板前模文件。
按Alt+J组合键，系统弹出毛坯参数设置对话框，参数设置如图12所示。
图12 毛坯参数设置对话框
按Alt+O组合键，系统弹出如图4-10所示的刀路操作管理对话框。单击Select All按钮，选择所有的刀路，单击Verify按钮，进行实体加工模拟，在系统弹出的对话框中单击 按钮，可看到加工模拟效果，如图13。按Alt+A保存遥控器面板前模文件。
图13 加工模拟效果图
通过分析，熟悉和掌握使用Mastercam软件进行复杂曲面类塑料产品的模具设计，模具分模的方法及数控加工工艺，枕位、型芯、镶件的设计，掌握结构复杂的模具型芯加工刀具路径的设计方法。
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