基于CAD/CAM 技術的旋鈕外殼注塑模具設計與制造

薛子闖，王海瑞

（鶴壁職業技術學院，河南 鶴壁458030）

智能制造日益成為未來制造業發展的重大趨勢和核心內容，數字化設計與制造是智能制造的重要組成部分，CAD和CAM 技術在推動模具產業數字化過程之中越來越重要，本文通過旋鈕外殼產品注塑模具的進行數字化設計與制造，表明CAD 和CAM 技術在模具的開發中，縮短了模具的開發周期，提高了生產效率。

1 旋鈕結構工藝分析

旋鈕外殼的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABC），是一種性能優良的熱塑性工程塑料，密度為1.2 g/cm3，該材料具有良好的機械強度和耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩定性和電氣性能。ABS 有一定的硬度和尺寸穩定性，易于成型加工，且易著色[1]。旋鈕外形為圓柱形，壁厚為1 mm，如圖1 所示，其主要尺寸為Φ60±0.25 mm Φ10 mm 和10 mm，其中有6個為Φ10 mm 半圓槽成圓周分布，因旋鈕外形尺寸和內切圓直徑為14 mm 的六邊形孔需要與其他零件配合，所以有精度要求，根據GB/T 14486—2008 查閱為MT3。結合旋鈕的結構和要求，擬定該注塑模具為兩板模，同時產品體積比較小，考慮采用一模四腔。

圖1 旋鈕外殼產品圖（單位：mm）

2 注塑模具CAD 設計

2.1 澆注系統設計

注射模具的澆注系統是指模具中從注射模具主流道始端到澆口末端即型腔入口的塑料熔體流動的通道，其作用是讓高溫熔體在高壓下高速進入模具型腔，實現型腔填充和塑料成型[2]。由于產品有一定外觀質量要求，采用潛伏式進膠，進膠點設在頂桿上，其結構如圖2 所示。

圖2 澆注系統

2.2 成型系統設計

模具合模后，在動模板和定模板之間的某些零部件組成一個能填充塑料熔體的模具型腔，模具型腔的形狀與尺寸就決定了塑料制件的形狀與尺寸。構成模具型腔的所有零部件成為成型系統，一般包含型腔、型芯和側型芯[3]。該模具根據塑件結構和要求成型系統有型腔和型芯組成，由于型腔中出現弧面和垂直面相交，型芯中出現內銳角，整體加工部方便，所以都采用鑲拼結構的獨立型腔和型芯，如圖3 所示。

圖3 成型系統

2.3 頂出系統設計

推出系統主要是模具開模后塑料制件及凝料從模具中脫出的結構一般有頂桿、司筒和推板等推出，該模具采用成圓周均勻分布的四根頂針頂出產品，其結構如圖4 所示。

2.4 溫控系統設計

模具的溫控系統作用是將模具中的熱量源源不斷地傳遞出去，或者將模具加熱到模具正常的注射溫度，將模具溫度控制在合理的范圍內，溫控系統是否合理將對模具的生產效率起關鍵作用。該葉輪注射模具的溫控系統設計了兩層冷卻水路，分別對模具的脫料板、型芯、型腔進行冷卻，主要零部件由水嘴、水路、密封圈、水堵組成。

溫控系統結構如圖5 所示。

2.5 模具3D 結構設計

為了加快模具的開發速度，選用龍記標準模架其型號為TPFA3023-A60-B50-C100，并進一步完善模具各關鍵部件和其他輔助零件的設計，最終完成燈罩注塑模具結構設計如圖6 所示。

圖4 頂出系統

圖5 溫控系統

圖6 結構圖

3 模具零件CAM

3.1 鑲件加工

由于型腔中出現弧面和垂直面相交，型芯中出現內銳角，整體加工不方便，將成型六角螺釘的孔型腔和型芯拆成鑲件，利用數控車床，數控線切割機床單獨加工后再與型腔和型芯裝配，其鑲件如圖7 所示。

圖7 鑲件圖

3.2 型芯數控加工

模具零件CAM 技術主要是以零件的3D 模型為基礎，利用數控編程軟件進行零件加工刀具路徑的生成，最后利用計算機處理把道具路徑生成數控機床能夠識別的代碼，傳輸機床進行加工[4]。型芯和型腔的加工工藝基本相似，以型芯的加工進行研究分析，型芯主要加工的部位有產品的成型面、流道、虎口。

型芯加工工藝路線圖如圖8 所示，加工工藝卡如表1所示。

利用UG 軟件的CAM 模塊完成型芯型腔和模具主要零部件的刀具路徑生成、后處理、加工代碼傳輸數控機床等數字化制造，最后完成模具零件制造與裝配。

4 結論

利用CAD 技術完成了一套旋鈕注塑模具的3D 設計和裝配圖，采用鑲拼結構的獨立型腔和型芯有利于模具后期的維修，采用潛伏式澆口，保障產品的外觀質量。利用CAM技術完成模具型芯和型腔等主要零部件的加工，提高了生產效率和加工精度，同時能夠實現設計與加工的同步進行，縮短了模具的開發周期。

圖8 型芯加工路線圖

表1 型芯加工工藝卡