遙控器面板注射模具設計與數控加工

吳光明

(東莞高技能公共實訓中心，廣東東莞 523000)

1 產品結構分析

如圖1所示的遙控器面板，材料為ABS，收縮率為6‰，壁厚均勻1 mm，表面要求蝕紋處理。遙控器面板結構較為復雜，是一個復雜多曲面的典型零件，各部位圓角過渡圓滑，精度要求很高。遙控器裝配時不采用螺絲鎖緊，前、后殼的周邊內側設計了8個內扣位，需要進行抽芯，抽芯的行程較短，設計采用斜滑塊機構。塑件的頂部設計了發射遙控信號的小缺口，面板模具設計和加工的另一個難點是面板上的52個按鈕孔和十字槽，孔和槽的前后都分成了幾個臺階和斜面，且尺寸很小，為保證前模型芯的強度，前模型腔須設計成整體成型。

模具的分型面是一平面，分模設計時，依次點選屬于前模的曲面，復制到前模型腔中。面板分模圖如圖2所示。模具型芯設計的關鍵是前端發射器小缺口、眾多小按鈕及十字槽的處理，點選曲面時須仔細。

2 前模型腔設計及加工工藝分析

2.1 型腔設計

將前模3D圖(圖3)乘以塑膠材料的縮水率6‰，在前視圖將零件旋轉180°。圖4為設計好的前模加工3D圖。為保證塑件的表面質量，避免在按鈕處產生毛刺，故將數目眾多按鈕部位設計在前模型腔。為保證前蓋的外表美觀，前模型腔不設計鑲件，全部凸臺直接加工出來。

在數控加工編程前先對前模型芯圖進行了處理，將前模52個孔及十字槽的凸臺頂面圖形修補好。因前模的按鈕凸臺眾多，且尺寸很小，可以直接在高速CNC加工中心上加工出來。也可以先進行半精加工，留下0.3 mm的余量進行電火花精加工。設計時考慮到模具的設計加工工藝，將遙控器前端發送信號的小缺口在前、后模設計加工時直接向前延伸留出來10 mm，設計了枕位。為保護前模型腔和分型面交界處的直角相交，設計時，將分型面升高了0.2 mm。圖形坐標原點放在前模XY方向的中心處，分型面的Z方向尺寸為0.0 mm。根據加工要求繪制前模加工2D曲線及加工邊界。

2.2 工藝分析

前模的加工一般先選取鑲合金刀粒的大刀，采用曲面挖槽刀路進行粗加工(留0.35 mm的余量)，然后選取合金刀;采用等高外形刀路進行半精加工(留0.2 mm的余量);精加工一般選取鑲合金刀粒的球頭刀，采用平行銑削來進行(留0.1 mm的余量)。由于前模多為型腔面，結構復雜，較難加工，在制造時一般都有與之配套的銅電極，以粗加工和半精加工為主，輔以局部曲面精加工。當模具帶有分型面和枕位面，要一起加工時，分型面、枕位面加工到位，不留余量。型腔部位留余量0.2～0.5 mm，以便電火花加工。

此套模具的前模型腔為遙控器面板的外表面，表面粗糙度要求很高，結構復雜。加工時要注意以下幾點:

(1)工件體積較小，加工深度并不大，但由于材料很硬，要采用適當的刀具，選用合適的工藝參數;

(2)前模型腔為凹面，曲面復雜，曲面間圓角過渡圓滑，倒角半徑小，難于清角加工，數控刀路工藝須十分合理;

(3)由于圖形底部及四周的圓角半徑很小，按鈕凸臺眾多，凸臺間的距離很小，無法直接加工出來，要設計前模整體銅電極進行電火花加工。且由于前模的電火花加工加工余量較大，要設計加工粗、精兩級銅電極;

(4)前模型腔的周圍四個圓角為R3 mm，為減小電火花的加工余量，提高生產效率，要采用小刀進行清角加工。

3 前模銅電極的設計與工藝分析

3.1 結構設計

遙控器面板的外表面粗糙度要求很高，設計了52個圓形的按鈕和一個十字槽，這些部位在前模型腔形成了眾多的小凸臺，它們之間的距離很小，很難直接加工出來。前模曲面又是凹進去的型腔曲面，曲面之間的圓角半徑小，最小圓弧半徑是R0.5 mm。且前模體積較小，材料硬，無法直接加工出來，要設計銅電極進行電火花加工。

前模銅電極和零件的前模曲面是相同的，只需將零件的前模曲面復制即可。打開前模的所有圖層，在前視圖旋轉180°(保證坐標及基準的統一)。隱藏后模面，擺正圖形位置。銅電極3D圖如圖5所示。

因為工藝安排加工完銅電極后，用線切割加工銅電極中間的十字槽，所以這里要將十字槽修補好，避免加工時鏟刀。

銅電極的外形是標準長方形，其對角線的交點可作為分中面;銅電極的上表面是平面，可作為銅電極的校表平面。由于數控加工時，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進行加工的，無須繪制銅電極曲面以下的部位。

因為前模銅電極的圖形是從前模3D圖復制而來的，圖形坐標原點和前模的3D圖的坐標原點是重合的。前模型芯是鑲嵌到前模中的，前模銅電極的圖形坐標原點和前模型芯的3D圖形的XY坐標原點重合，電火花加工時需調整Z方向的尺寸。加工時，調整好銅電極的水平后，XY方向以銅電極的分中面為基準，Z方向以校表面為基準，只需調整Z方向的尺寸。

3.2 工藝分析

因前模的電火花加工余量較大，要加工一個粗公(放電間隙為－0.2 mm)，一個精公(放電間隙為－0.1 mm)。粗、精公的加工工藝相同。前模銅電極的外表面粗糙度要求高，加工時要注意以下幾點:

(1)銅電極的曲面是對稱的，精加工時表面的圓角要分4部分進行，變化加工角度來保證加工質量;

(2)加工銅電極中間的52個按鈕孔碰穿部位時要采用小直徑合金刀，高轉速、大進給進行;

(3)數控加工完后，用線切割加工前模銅電極中間的十字槽;

(4)因電火花的加工余量大，若條件許可，可在高速加工中心上，用小直徑合金刀具，盡量減小加工余量。前模銅電極的加工模擬效果如圖6所示。

4 后模的結構及工藝分析

后模曲面的3D圖如圖7所示。數控加工編程前，先對后模型芯3D圖進行了分模處理，分模圖如圖8所示。由于遙控器面殼下部的裙邊高1.2 mm，但只有0.4 mm寬，為便于后續的拋光工藝，采取了鑲件機構。后模型芯前端發射器小缺口處的結構十分復雜，為保證此處的模具強度，同時便于加工，采用了圖8所示的鑲件機構，將枕位部分進行了延伸。因為后模型芯頂部的十字槽是斜面，是否采用鑲件，頂部的加工工藝是一樣的，所以此處沒有采用線切割鑲件，用銅電極加工頂部的小斜面并進行底部的清角。綜合考慮各種因素，將后模曲面分為后模中間型芯、后模型芯框和后模鑲件3部分。圖9為設計好的后模型芯框的3D圖。

4.1 后模框的數控加工

圖9所示為設計好的后模型芯框的3D圖。圖形坐標原點放在前模XY方向的中心處，分型面的Z方向尺寸為0.0 mm。后模型芯框的工件體積不大，加工余量也不大。數控加工前，先用線切割加工在毛坯上割出中間的型框，數控加工只需要加工型框四周深度不同的兩條筋槽。但由于模具的材料很硬，要采用適當的刀具，選用合適的工藝參數。數控加工前，用線切割加工出中間的型框。將工件用臺鉗直接裝夾在數控機床上進行加工。加工模擬效果圖如圖10所示。

4.2 后模中間型芯的數控加工

后模中間型芯的3D圖如圖11所示。圖形坐標原點放在前模XY方向的中心處。后模為塑料外殼的內表面，外觀要求沒有外表面高，頂出位置設計在后模型芯的頂部。后模中間型芯的工件體積不大，且已經在通用機床上將外形加工完畢，抽芯機構也是在通用機床上加工完成，數控加工只需加工型芯頂部曲面，加工余量不大。后模型芯的加工時要注意以下幾點:

(1)因為型芯有52個中間按鈕的凸臺，凸臺之間的間距很小，無法直接加工出來，要設計銅電極進行電加工;

(2)面板上設計了一十字槽，后模型芯上十字槽凸臺和按鈕凸臺之間的距離很小，加工十字槽的斜面也要設計銅電極;

(3)為提高加工效率，減少電加工時間，先進行粗加工，減小加工余量，而由于按鈕凸臺之間的間距很小，大直徑刀無法通過，而若采用直徑太小的刀具，又增加了加工成本，須權衡考慮。

加工模擬效果圖如圖12所示。

4.3 后模鑲件的數控加工

后模鑲件分解圖如圖13所示，圖14為后模鑲件3D圖。圖形坐標原點X方向距離加工坐標原點的距離是76.672 mm，Y方向重合。后模型芯鑲件工件體積很小，已經在通用機床上將外形加工完畢，數控加工只需加工型芯頂部曲面，加工余量不大。后模型芯鑲件的加工有以下的難點:

(1)工件體積小，加工余量不大，加工總高度只有2.79 mm。但由于曲面很復雜，材料又很硬，要采用適當的刀具，選用合適的工藝參數;

(2)鑲件頂部的曲面要和前模枕位曲面碰穿裝配，加工要注意保留余量;

(3)鑲件中間部分的凹槽形狀復雜，尺寸又很小，無法直接加工出來，要設計銅電極進行電加工;

(4)鑲件的前端半圓凸臺也無法直接加工出來，待工件加工完畢后，旋轉90°裝夾，重新編程，采用外形刀路進行加工。加工模擬效果圖如圖15所示。

5 后模銅電極的設計與工藝分析

5.1 后模整體銅電極設計與加工

(1)銅電極設計

后模為遙控器面板的內表面，外觀要求雖然沒有外表面高，但中間型芯有52個形狀各異的按鈕的凸臺，按鈕之間的間距很小，面板上還設計了一個十字槽，十字槽和按鈕之間的間距也很小，無法直接加工出來，要設計銅電極進行電加工后模型芯的型腔曲面。

后模銅電極和零件的后模曲面是相同的，只需將零件的后模曲面復制即可，打開后模圖形的所有圖層，在前視圖將圖形旋轉180°。依次點選復制后模曲面。銅電極3D圖如圖16所示。

因為此塑件是對稱的，所以坐標系的理解相對比較簡單。后模銅電極的圖形是從后模3D圖復制而來的，圖形坐標原點和后模的3D圖的坐標原點是重合的。銅電極的頂面有部分是平面，可作為校表面，繪制圖形的邊界作為XY方向的分中面。后模型芯是鑲嵌到后模框中的，后模銅電極的圖形坐標原點和后模型芯的3D圖形的XY坐標原點重合，電火花加工時需調整Z方向的尺寸。電火花加工時，調整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準，Z方向以校表面為基準，只需調整Z方向的尺寸。

(2)工藝分析

后模的電火花加工余量較大，要加工一個粗公(放電間隙為－0.2 mm)，一個精公(放電間隙為－0.1 mm)。此銅電極的加工工藝不算復雜，后模銅電極的頂部是平面，精加工相對簡單。數控編程加工時要注意以下幾點:

①銅電極的加工難點是52個按鈕孔、十字槽和兩個凹槽。由于數控加工時，線框刀路比曲面刀路的程序要簡單很多，若采用線框刀路編程可比采用曲面刀路效率高很多。根據此銅電極的特點，無須繪制銅電極的按鈕部分曲面，繪制了按鈕的繪圖曲線，用線框刀路來加工52個按鈕孔和兩個凹槽;

②銅電極上52個按鈕孔的直徑較小，有兩級臺階，加工孔時，因刀具直徑很小，最好采用高速加工;

③數控加工完后，用線切割加工后模銅電極中間的十字槽。可預先鉆好線切割的底孔。

加工模擬效果如圖17所示。

5.2 后模鑲件銅電極的加工

(1)銅電極設計

遙控器面板前端的信號發射處的結構較為復雜，設計了后模鑲件。鑲件中間部分的凹槽形狀復雜，材料硬，尺寸又很小，無法直接加工出來，要設計銅電極進行清角加工。圖18為后模鑲件的銅電極分解圖。后模鑲件的銅電極曲面和后模鑲件的曲面是相同的，只需將所需要的后模鑲件曲面復制即可。圖19為繪制好了的后模鑲件銅電極的3D圖。后模鑲件銅電極的圖形是從后模鑲件的3D圖復制而來的，圖形坐標原點和后模的3D圖的坐標原點是重合的。銅電極的下部平臺可作為校表面，繪制圖形的邊界作為XY方向的分中面，零件的坐標中心到后模的坐標中心位置X方向距離為75.0 mm，Y方向重合。銅電極校表面的Z方向尺寸和后模的Z方向坐標中心距離為－6.0 mm。電火花加工時，調整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準，X方向偏移75.0 mm，Y方向不變，Z方向以校表面為基準，偏移－6.0 mm。

(2)工藝分析

如圖19所示。因鑲件的凹槽尺寸很小，粗加工后模鑲件時，基本沒有加工到，留下的電火花加工余量較大，要加工粗、精兩個銅電極。加工時要注意以下幾點:

①銅電極的中間有一半圓槽，側面的曲面較復雜，加工時要采取合適的刀路來保證曲面的表面粗造度;

②由于數控加工時，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進行加工的，無須繪制銅電極曲面以下的部位，分中面和校表面的加工只須繪制2D曲線;

③數控加工前，先用鋸床鋸出25 mm×25 mm×40 mm的銅電極毛坯。在數控銑床上用臺鉗裝夾加工。銅電極的加工模擬效果如圖20所示。

5.3 后模十字槽銅電極的設計與加工

(1)銅電極設計

遙控器面板上設計了一個十字槽，結構較為復雜。設計后模型芯時，將后模型芯和十字槽凸臺設計成一個整體。由于十字槽凸臺和按鈕凸臺之間的距離很小，加工十字槽的形狀為斜面，材料硬，尺寸又很小，無法直接加工出來，要設計銅電極進行清角加工。銅電極分解圖如圖21所示。銅電極曲面和后模型芯上十字槽的曲面是相同的，只需將所需要的后模十字槽曲面復制即可。圖22為繪制好了的后模十字槽銅電極的3D圖。

后模十字槽銅電極的圖形是從后模3D圖復制而來的，圖形坐標原點和后模的3D圖的坐標原點是重合的。銅電極的下部平臺可作為校表面。零件的坐標中心到后模的坐標中心位置X方向距離為45.98 mm，Y方向重合。銅電極校表面的Z方向尺寸和后模的Z方向坐標中心距離為－6.0 mm，電火花加工時，調整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準，X方向偏移45.98 mm，Y方向不變，Z方向以校表面為基準，偏移－6.0 mm。

(2)工藝分析

由于十字槽凸臺的外形由后模整體銅電極加工的，此處只需加工十字槽凸臺的周邊斜面，所以電火花加工余量不大，只要加工一個精公。

①根據此銅電極的特點，為提高加工效率，繪制了斜面的周邊曲線，用線框刀路來加工斜面;

②由于數控加工時，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進行加工的，無須繪制銅電極曲面以下的部位，分中面和校表面的加工只須繪制2D曲線;

③銅電極為薄壁工件，加工容易變形，加工時要采取合適的刀路;

④此銅電極為四周對稱分布，不必加工四個周邊，只需加工對稱的兩邊。電加工時，加工完一邊，將銅電極旋轉90°即可加工另一邊。為便于辨認，在分中外形上設計了倒角。

銅電極的加工模擬效果如圖23所示。