基于Creo的模具成型零件設(shè)計(jì)及數(shù)控仿真加工

張洪軍, 胡翠雯， 何紫媚, 劉安生

（1.嶺南師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 湛江524048;2.粵西機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程技術(shù)研究中心,廣東 湛江524048）

0 引 言

近年來(lái)，隨著數(shù)字化應(yīng)用水平的不斷提高，CAD/CAM集成技術(shù)的發(fā)展及圖形交互編程技術(shù)的應(yīng)用，使塑料制品從模型設(shè)計(jì)到模具開(kāi)發(fā)及型腔仿真加工一體化成為現(xiàn)實(shí)[1-2]。Creo軟件是目前較為流行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造軟件之一，廣泛用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造中[3]。

手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品正向“輕、薄”型發(fā)展[4-5]，在注塑過(guò)程中對(duì)薄壁塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)、注塑工藝和型腔加工質(zhì)量等方面提出了更高的要求[6-7]。本文以手機(jī)殼注塑模具開(kāi)發(fā)為例，應(yīng)用Creo基礎(chǔ)建模模塊、模具設(shè)計(jì)模塊(EMX)和數(shù)控仿真加工模塊對(duì)塑料模具開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行了研究。

1 成型零件設(shè)計(jì)

型腔的幾何形狀和尺寸，決定了成品的幾何形狀和尺寸，型腔的加工質(zhì)量決定了塑件表面的質(zhì)量，型腔的結(jié)構(gòu)包括凹模、凸模、滑塊等[8-9]。

1.1 設(shè)計(jì)前期處理

圖1 手機(jī)外殼塑件三維模型圖

圖2 坯料的創(chuàng)建

將手機(jī)外殼三維模型作為參考零件，確定手機(jī)分模的方向，分模面為手機(jī)的內(nèi)表面；選擇PC+ABS塑料作為手機(jī)殼材質(zhì)，精度為IT6級(jí)，確定零件的收縮率，參考塑料的收縮率，取值為0.005。

1.2 創(chuàng)建坯料

塑料模具型腔厚度是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，尤其對(duì)中小型模具更為重要。模具型腔壁厚過(guò)大，在熔融塑料的高壓作用下塑件變形，會(huì)在結(jié)合面處出現(xiàn)溢料間隙，從而產(chǎn)生溢料和飛邊。對(duì)PE+ABS而言，許用溢料間隙為0.04～0.06 mm，在本設(shè)計(jì)中取0.05 mm。最大彈性變形值取塑件公差的20%。當(dāng)型腔彈性變形量小于塑件的成型收縮值時(shí)，才能保證塑件能夠順利脫模。按照經(jīng)驗(yàn)公式，坯料邊長(zhǎng)=樣品邊長(zhǎng)+60 mm。設(shè)坯料為120 mm×185 mm×65 mm，毛坯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 滑塊分析

結(jié)合塑件的三維模型，利用Creo軟件模具設(shè)計(jì)模塊中的滑塊命令設(shè)計(jì)殼壁上音量鍵和振動(dòng)鍵側(cè)孔、鎖屏鍵、插卡口、充電口和耳機(jī)口孔的側(cè)抽機(jī)構(gòu)，自動(dòng)檢測(cè)滑塊的干涉位置。生成的4個(gè)滑塊如圖3所示。

圖3 滑塊

1.4 分型面的確定

分型面是動(dòng)模、定模的分界面，是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參考因素，決定了凸、凹模的結(jié)構(gòu)，利用Creo中的“裙邊曲面”功能生成的分型面如圖4所示。

圖4 分型面

1.5 凸凹模的生成

1）凸模結(jié)構(gòu)生成。整體式凸模是將各個(gè)凸模與凸模固定板制成一體，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，在內(nèi)表面形狀簡(jiǎn)單的小型模具中廣泛使用。本設(shè)計(jì)中塑件結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，使用整體式凸模，機(jī)械加工方便。采用Creo生成的凸模結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2）凹模的結(jié)構(gòu)生成。整體式凹模強(qiáng)度、剛度好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塑件上不會(huì)產(chǎn)生拼模縫痕跡。考慮到手機(jī)殼產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀，采用整體式凹模。手機(jī)殼雙型腔模具屬中型模具，采用整體式凹模可使模具制造、安裝方便，同時(shí)也能使模具結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳。基于Creo軟件EMX模塊生成的凹模結(jié)構(gòu)如圖6所示。凹模與定模固定板采用銷(xiāo)釘連接。

3）材料選擇及加工質(zhì)量要求。凹模的成型質(zhì)量影響著塑件表面的質(zhì)量，因此要求凹模的表面粗糙度質(zhì)量較高，取Ra0.2 μm。查閱模具材料手冊(cè)選取凹模的材料是T10A鋼。考慮凸凹模數(shù)控加工的工藝要求，凸模材料也選用T10A鋼，淬火處理至55 HRC并進(jìn)行鍍鉻處理，表面粗糙度取Ra1.6 μm。

對(duì)模具分模過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，分模結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，檢測(cè)結(jié)構(gòu)顯示動(dòng)作合理，無(wú)干涉。

圖5 凸模三維模型

圖6 凹模三維模型

圖7 手機(jī)殼開(kāi)模結(jié)構(gòu)圖

2 凸模NC仿真加工

由于手機(jī)殼體積較小，對(duì)注塑模具材料力學(xué)性能要求不高，且成型零件形狀規(guī)則，所以選擇鑄造毛坯，材料為T(mén)10A鋼。以凸模加工為例，介紹NC仿真加工過(guò)程。手機(jī)殼凸模毛坯尺寸為120 mm×185 mm×65 mm，毛坯表面不做任何處理。機(jī)械加工選用FANUC 0iM機(jī)床，用加工中心自帶壓板螺釘進(jìn)行定位和夾緊。

2.1 設(shè)置加工參數(shù)

切削用量的選擇是提高切削效率的重要因素，綜合考慮背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，以及加工精度和表面粗糙度的要求，并保證合理的刀具耐用度，設(shè)定的加工工藝參數(shù)如圖8所示。

2.2 凸模數(shù)控加工及程序編制

采用Creo軟件NC 加工模塊生成的凸模輪廓加工軌跡圖和加工程序如圖9、圖10所示。

采用Creo軟件NC加工模塊生成的凸模輪廓加工軌跡圖和加工程序如圖11、圖12所示。

圖8 刀具參數(shù)

圖9 凸模輪廓銑削仿真加工軌跡圖

圖10 凸模輪廓銑削程序

圖11 凸模表面銑削仿真加工軌跡圖

圖12 凸模表面銑削程序

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)Creo軟件設(shè)計(jì)并制作了手機(jī)殼三維模型，選擇ABS+PC作為塑料材質(zhì)，設(shè)定材料收縮率為0.05 mm,選擇型腔毛坯為T(mén)10A鋼，確定了分型面，生成了型腔的凸凹模和側(cè)抽滑塊的結(jié)構(gòu)。將凸模模型導(dǎo)入NC加工模塊，生成了毛坯加工和凸模表面加工的數(shù)控加工程序。設(shè)計(jì)的型腔結(jié)構(gòu)合理，分模動(dòng)作無(wú)干涉，NC加工走刀路線合理。CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用縮短了模具開(kāi)發(fā)周期，提高了模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)中小企業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。