遙控器面板注射模具設(shè)計(jì)與數(shù)控加工

吳光明

(東莞高技能公共實(shí)訓(xùn)中心，廣東東莞 523000)

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，是一個(gè)復(fù)雜多曲面的典型零件，各部位圓角過(guò)渡圓滑，精度要求很高。遙控器裝配時(shí)不采用螺絲鎖緊，前、后殼的周邊內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了8個(gè)內(nèi)扣位，需要進(jìn)行抽芯，抽芯的行程較短，設(shè)計(jì)采用斜滑塊機(jī)構(gòu)。塑件的頂部設(shè)計(jì)了發(fā)射遙控信號(hào)的小缺口，面板模具設(shè)計(jì)和加工的另一個(gè)難點(diǎn)是面板上的52個(gè)按鈕孔和十字槽，孔和槽的前后都分成了幾個(gè)臺(tái)階和斜面，且尺寸很小，為保證前模型芯的強(qiáng)度，前模型腔須設(shè)計(jì)成整體成型。

模具的分型面是一平面，分模設(shè)計(jì)時(shí)，依次點(diǎn)選屬于前模的曲面，復(fù)制到前模型腔中。面板分模圖如圖2所示。模具型芯設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是前端發(fā)射器小缺口、眾多小按鈕及十字槽的處理，點(diǎn)選曲面時(shí)須仔細(xì)。

2 前模型腔設(shè)計(jì)及加工工藝分析

2.1 型腔設(shè)計(jì)

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(zhuǎn)180°。圖4為設(shè)計(jì)好的前模加工3D圖。為保證塑件的表面質(zhì)量，避免在按鈕處產(chǎn)生毛刺，故將數(shù)目眾多按鈕部位設(shè)計(jì)在前模型腔。為保證前蓋的外表美觀，前模型腔不設(shè)計(jì)鑲件，全部凸臺(tái)直接加工出來(lái)。

在數(shù)控加工編程前先對(duì)前模型芯圖進(jìn)行了處理，將前模52個(gè)孔及十字槽的凸臺(tái)頂面圖形修補(bǔ)好。因前模的按鈕凸臺(tái)眾多，且尺寸很小，可以直接在高速CNC加工中心上加工出來(lái)。也可以先進(jìn)行半精加工，留下0.3 mm的余量進(jìn)行電火花精加工。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到模具的設(shè)計(jì)加工工藝，將遙控器前端發(fā)送信號(hào)的小缺口在前、后模設(shè)計(jì)加工時(shí)直接向前延伸留出來(lái)10 mm，設(shè)計(jì)了枕位。為保護(hù)前模型腔和分型面交界處的直角相交，設(shè)計(jì)時(shí)，將分型面升高了0.2 mm。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)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(jù)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(jìn)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(jìn)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(lái)進(jìn)行(留0.1 mm的余量)。由于前模多為型腔面，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難加工，在制造時(shí)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(dāng)模具帶有分型面和枕位面，要一起加工時(shí)，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(jié)構(gòu)復(fù)雜。加工時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

(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(dāng)?shù)牡毒?，選用合適的工藝參數(shù);

(2)前模型腔為凹面，曲面復(fù)雜，曲面間圓角過(guò)渡圓滑，倒角半徑小，難于清角加工，數(shù)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(tái)眾多，凸臺(tái)間的距離很小，無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)前模整體銅電極進(jìn)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(shè)計(jì)加工粗、精兩級(jí)銅電極;

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

3 前模銅電極的設(shè)計(jì)與工藝分析

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遙控器面板的外表面粗糙度要求很高，設(shè)計(jì)了52個(gè)圓形的按鈕和一個(gè)十字槽，這些部位在前模型腔形成了眾多的小凸臺(tái)，它們之間的距離很小，很難直接加工出來(lái)。前模曲面又是凹進(jìn)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(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)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(fù)制即可。打開前模的所有圖層，在前視圖旋轉(zhuǎn)180°(保證坐標(biāo)及基準(zhǔn)的統(tǒng)一)。隱藏后模面，擺正圖形位置。銅電極3D圖如圖5所示。

因?yàn)楣に嚢才偶庸ね赉~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(bǔ)好，避免加工時(shí)鏟刀。

銅電極的外形是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方形，其對(duì)角線的交點(diǎn)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(shù)控加工時(shí)，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進(jìn)行加工的，無(wú)須繪制銅電極曲面以下的部位。

因?yàn)榍澳ｃ~電極的圖形是從前模3D圖復(fù)制而來(lái)的，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和前模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)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(biāo)原點(diǎn)和前模型芯的3D圖形的XY坐標(biāo)原點(diǎn)重合，電火花加工時(shí)需調(diào)整Z方向的尺寸。加工時(shí)，調(diào)整好銅電極的水平后，XY方向以銅電極的分中面為基準(zhǔn)，Z方向以校表面為基準(zhǔn)，只需調(diào)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(gè)粗公(放電間隙為－0.2 mm)，一個(gè)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(shí)要注意以下幾點(diǎn):

(1)銅電極的曲面是對(duì)稱的，精加工時(shí)表面的圓角要分4部分進(jìn)行，變化加工角度來(lái)保證加工質(zhì)量;

(2)加工銅電極中間的52個(gè)按鈕孔碰穿部位時(shí)要采用小直徑合金刀，高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給進(jìn)行;

(3)數(shù)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(jié)構(gòu)及工藝分析

后模曲面的3D圖如圖7所示。數(shù)控加工編程前，先對(duì)后模型芯3D圖進(jìn)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(xù)的拋光工藝，采取了鑲件機(jī)構(gòu)。后模型芯前端發(fā)射器小缺口處的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，為保證此處的模具強(qiáng)度，同時(shí)便于加工，采用了圖8所示的鑲件機(jī)構(gòu)，將枕位部分進(jìn)行了延伸。因?yàn)楹竽Ｐ托卷敳康氖植凼切泵?，是否采用鑲件，頂部的加工工藝是一樣的，所以此處沒(méi)有采用線切割鑲件，用銅電極加工頂部的小斜面并進(jìn)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(shè)計(jì)好的后模型芯框的3D圖。

4.1 后?？虻臄?shù)控加工

圖9所示為設(shè)計(jì)好的后模型芯框的3D圖。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)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(shù)控加工前，先用線切割加工在毛坯上割出中間的型框，數(shù)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(dāng)?shù)牡毒?，選用合適的工藝參數(shù)。數(shù)控加工前，用線切割加工出中間的型框。將工件用臺(tái)鉗直接裝夾在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)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(shù)控加工

后模中間型芯的3D圖如圖11所示。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在前模XY方向的中心處。后模為塑料外殼的內(nèi)表面，外觀要求沒(méi)有外表面高，頂出位置設(shè)計(jì)在后模型芯的頂部。后模中間型芯的工件體積不大，且已經(jīng)在通用機(jī)床上將外形加工完畢，抽芯機(jī)構(gòu)也是在通用機(jī)床上加工完成，數(shù)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(shí)要注意以下幾點(diǎn):

(1)因?yàn)樾托居?2個(gè)中間按鈕的凸臺(tái)，凸臺(tái)之間的間距很小，無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行電加工;

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

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

加工模擬效果圖如圖12所示。

4.3 后模鑲件的數(shù)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(biāo)原點(diǎn)X方向距離加工坐標(biāo)原點(diǎn)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(jīng)在通用機(jī)床上將外形加工完畢，數(shù)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(diǎn):

(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(fù)雜，材料又很硬，要采用適當(dāng)?shù)牡毒?，選用合適的工藝參數(shù);

(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(fù)雜，尺寸又很小，無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行電加工;

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

5 后模銅電極的設(shè)計(jì)與工藝分析

5.1 后模整體銅電極設(shè)計(jì)與加工

(1)銅電極設(shè)計(jì)

后模為遙控器面板的內(nèi)表面，外觀要求雖然沒(méi)有外表面高，但中間型芯有52個(gè)形狀各異的按鈕的凸臺(tái)，按鈕之間的間距很小，面板上還設(shè)計(jì)了一個(gè)十字槽，十字槽和按鈕之間的間距也很小，無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)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(fù)制即可，打開后模圖形的所有圖層，在前視圖將圖形旋轉(zhuǎn)180°。依次點(diǎn)選復(fù)制后模曲面。銅電極3D圖如圖16所示。

因?yàn)榇怂芗菍?duì)稱的，所以坐標(biāo)系的理解相對(duì)比較簡(jiǎn)單。后模銅電極的圖形是從后模3D圖復(fù)制而來(lái)的，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)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?？蛑械?，后模銅電極的圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模型芯的3D圖形的XY坐標(biāo)原點(diǎn)重合，電火花加工時(shí)需調(diào)整Z方向的尺寸。電火花加工時(shí)，調(diào)整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準(zhǔn)，Z方向以校表面為基準(zhǔn)，只需調(diào)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(gè)粗公(放電間隙為－0.2 mm)，一個(gè)精公(放電間隙為－0.1 mm)。此銅電極的加工工藝不算復(fù)雜，后模銅電極的頂部是平面，精加工相對(duì)簡(jiǎn)單。數(shù)控編程加工時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

①銅電極的加工難點(diǎn)是52個(gè)按鈕孔、十字槽和兩個(gè)凹槽。由于數(shù)控加工時(shí)，線框刀路比曲面刀路的程序要簡(jiǎn)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(jù)此銅電極的特點(diǎn)，無(wú)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(lái)加工52個(gè)按鈕孔和兩個(gè)凹槽;

②銅電極上52個(gè)按鈕孔的直徑較小，有兩級(jí)臺(tái)階，加工孔時(shí)，因刀具直徑很小，最好采用高速加工;

③數(shù)控加工完后，用線切割加工后模銅電極中間的十字槽?？深A(yù)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(shè)計(jì)

遙控器面板前端的信號(hào)發(fā)射處的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)了后模鑲件。鑲件中間部分的凹槽形狀復(fù)雜，材料硬，尺寸又很小，無(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)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(fù)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(fù)制而來(lái)的，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。銅電極的下部平臺(tái)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(biāo)中心到后模的坐標(biāo)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(biāo)中心距離為－6.0 mm。電火花加工時(shí)，調(diào)整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準(zhǔn)，X方向偏移75.0 mm，Y方向不變，Z方向以校表面為基準(zhǔn)，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(shí)，基本沒(méi)有加工到，留下的電火花加工余量較大，要加工粗、精兩個(gè)銅電極。加工時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

①銅電極的中間有一半圓槽，側(cè)面的曲面較復(fù)雜，加工時(shí)要采取合適的刀路來(lái)保證曲面的表面粗造度;

②由于數(shù)控加工時(shí)，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進(jìn)行加工的，無(wú)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(shù)控加工前，先用鋸床鋸出25 mm×25 mm×40 mm的銅電極毛坯。在數(shù)控銑床上用臺(tái)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(shè)計(jì)與加工

(1)銅電極設(shè)計(jì)

遙控器面板上設(shè)計(jì)了一個(gè)十字槽，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)后模型芯時(shí)，將后模型芯和十字槽凸臺(tái)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。由于十字槽凸臺(tái)和按鈕凸臺(tái)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(wú)法直接加工出來(lái)，要設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)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(fù)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(fù)制而來(lái)的，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。銅電極的下部平臺(tái)可作為校表面。零件的坐標(biāo)中心到后模的坐標(biāo)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(biāo)中心距離為－6.0 mm，電火花加工時(shí)，調(diào)整好銅電極的水平后，以銅電極分中面為基準(zhǔn)，X方向偏移45.98 mm，Y方向不變，Z方向以校表面為基準(zhǔn)，偏移－6.0 mm。

(2)工藝分析

由于十字槽凸臺(tái)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(tái)的周邊斜面，所以電火花加工余量不大，只要加工一個(gè)精公。

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

②由于數(shù)控加工時(shí)，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進(jìn)行加工的，無(wú)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(shí)要采取合適的刀路;

④此銅電極為四周對(duì)稱分布，不必加工四個(gè)周邊，只需加工對(duì)稱的兩邊。電加工時(shí)，加工完一邊，將銅電極旋轉(zhuǎn)90°即可加工另一邊。為便于辨認(rèn)，在分中外形上設(shè)計(jì)了倒角。

銅電極的加工模擬效果如圖23所示。