隨著社會快速發展，塑料制品的結構也日趨復雜，精度要求越來越高，傳統的設計方法已無法滿足社會的需求。為了適應模具丁業的快速發展，提高產品競爭力，模具CAD/CAM一體化技術已成為塑料制品設計與制造的核心技術。本文以Siemens NX mold wizard為平臺，以生產實際中的某復雜殼體的注塑模具設計與制造為例闡述CAD/CAM技術在塑料模具設計與制造中的應用。
1 塑件產品分析
塑件產品3D建模如圖1所示，該塑件為大批量生產，材料為ABS，外觀要求光亮、無飛邊、流痕及分模線，并要求塑件具有一定的機械強度和耐磨性，易于加工成型。塑件的成型性能如表1。
圖1 殼體零件三維建模圖
表1 ABS的主要工藝參數
2 基于NX平臺的殼體零件注塑模具設計
2.1 成型零件設計
基于NX Mold wizard平臺設計模具的流程如圖2所示，首先是一布局模具的型腔，結合塑件比較復雜，生產批量大的特點，采用平衡式布置和一模兩穴的布局結構；其次是分模，分模的合理程度直接決定模具的成型效率和塑件的質量，因此，分模是注塑模具設計中最關鍵的步驟；由于塑件比較復雜，分模時只能采用手動分模方式，對塑件上的開放破孔需利用建模模塊中的曲面和實體工具進行修補，對于塑件內扣采用成型推桿斜頂的方式來完成。上述關鍵問題解決后就可以按照NX Mold wizard平臺設計模具的流程來完成其余設計步驟，并創建出整體嵌入式型芯和型腔，如圖3所示。
圖2 NX Mold wizard平臺設計注塑模具流程圖
圖3 分型后的整體嵌入式型芯和型腔
2.2 塑件質量的CAE分析
依據平衡式布置原理確定了澆注系統排布情況，并在模具設計之前對注射成型的流道比進行校核。如果設計出的流道比比塑料允許使用的流道比大，注射成型便有可能發生充模不足或制品缺料的現象，利用Moldflow進行填充區域的充模分析結果如圖4所示。可看出塑料熔體完全填充塑件的整個區域，沒有冷料缺陷，說明流動比完全滿足要求；氣穴的位置如圖5所示，主要集中在斜頂部位和分型面附近，可自然消除，對塑件質量影響不大；熔接痕的位置如圖6所示，可見熔接痕結果比較理想，澆注系統設計較合理，殼體的內表面為非觀賞面，允許有少量熔接痕，并且熔接痕可通過提高模具溫度和增加保壓，盡早進行保壓切換等辦法消除。
圖4 充填區域分析圖
圖5 氣穴位置分析圖
圖6 熔接痕位置分析
2.3 模架選用及后續處理
依據成型零件的尺寸，采用合理的模架，此次設計選用龍記模架，型號為DCI 2125型，其參數如表2所示。選擇合適的澆注系統來完成注射過程，同時還要為模具選擇澆口套、推桿、復位桿、定位圈、緊固件、支撐件等標準件，最終設計好的三維注塑模具裝配模型如圖7所示。
表2 模架的主要參數
圖7 模具的三維模型圖
3 模具數控仿真加工
模具的制造主要是加工整體嵌入式型芯、型腔和鑲件以及各種類型的孔加工等，運用NX CAM模塊當中的平面銑、型腔銑、固定軸輪廓銑和點位加工等方法，一般都可達到成型零件的數控銑削要求。NX CAM模塊的主要操作步驟為加工工藝分析、創建刀具軌跡和后置處理。下面以殼體型芯的數控加工為例來說明NX CAM平臺加丁的具體過程：(1)粗銑上端面：選擇mill planar，切削模式選擇“往復”方式，平面直徑百分比為75%，毛坯距離為3mm、每刀深度為1mm、余量為0.2mm。(2)精銑上端面：選擇mill planar，切削模式選擇“往復”方式，平面直徑百分比為50%，毛坯距離為1mm、每刀深度為0.5mm、最終底面余量為0.1mm。(3)創建粗加工操作：選擇mill contour，刀具設置D12R2，方法為MILL ROUGH，刀軌的切削模式選擇為跟隨周邊，平面直徑百分比為50%，全局每刀深度1mm、安全距離為3mm、余量為0.1mm。(4)創建精加工操作：選擇mill contour，模式為CAVITY MILL，刀具設置Ba11R8，方法MILL SEMI FINISH，步距為刀具直徑的50%，每刀深度0.5mm、部件底部面余量0、內外公差為0.01mm、檢查安全距離3mm，仿真加工刀軌如圖8所示。
圖8 型芯精加工仿真加工刀軌圖
4 結語
基于Siemens NX CAD/CAM和Moldflow為平臺，以實際生產中的某復雜殼體塑件為例，介紹了模具設計及其成型零件的加工工藝分析、制定和設計過程，完成了該塑件注塑模具的設計和數控加工，縮短了模具的設計和制造周期，降低了模具的研發成本，大大提高了模具的加工精度，對生產實踐有很好的指導作用。
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