高端手机外壳工业设计注射模与CNC仿真加工

发布时间:2021-07-01 04:07:59 作者:admin 441
高端手机外壳注射模工业设计与CNC仿真加工
 
一、引言
 
以手机外壳为例,设计手机外壳注射模,并利用MasterCAM软件中的CAD模块对模具型腔、型芯进行三维曲面造型,然后根据模具型腔及型芯的曲面特点,拟定数控加工工艺,输入加工参数,利用CAM模块自动生成数控加工程序,并进行数控仿真加工,以上步骤是现代化模具设计的过程和趋势,全部设计过程均可在电脑上完成,将大大提高模具的加工精度和生产效率。
 
二、手机外壳工艺性分析
 
手机外壳,材料为聚碳酸酯(PC),颜色银白,生产批量为中批量。其工艺性分析如下:
 
(一)塑件结构较复杂,为一不封闭空心体,尺寸较小,壁厚基本均匀,尺寸精度一般,过渡圆角半径较大,约7mm,且有约40 ′的斜度。
(二)塑件最小厚度仅0.6mm,不利于成型。
(三) 材料流动性较差,但不易分解。
(四)表面硬度、韧性较高。
(五)易发生填充不良、缩孔、熔接痕等。
(六)收缩率为0.5%~0.8%。
(七)溢边值为0.06~0.08mm,高黏度。
根据上述分析设计了如图2所示的模具结构,决定在工艺上采用高温高压注射方法,以增加材料的流动性,降低内应力,改善透明度。在模具设计和制造方面,尽可能减小浇注系统的料流阻力,增大脱模斜度,保证推出机构均衡平稳。模具型腔表面光滑,并要注意排气。
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图2 模具结构
1. 动模座板2. 推板3. 垫块4. 推杆固定板5. 推杆6. 导套7. 导套8. 销钉9.定模座板10. 导柱11. 浇口凝料12. 浇口套13. 塑件14. 凹模15. 冷却水道16.凹模固定板17. 斜导柱18. 楔紧块19. 滑块20. 螺母21. 双头螺栓22. 弹簧23.挡块24. 凸模固定板25. 凸模
 
三、 注射模三维造型与数控仿真加工
 
MasterCAM软件是美国CNC Software公司开发的PC级CADPCAM系统,它集二维绘图、三维建模、曲面设计、体素拼合、刀具路径模拟、数控仿真等功能于一体,对系统运行环境要求低。在此先利用MasterCAM软件中的CAD模块对手机外壳注射模进行三维曲面造型设计,之后根据模具型腔及型芯的曲面特点,拟定数控加工工艺,输入加工参数,利用MasterCAM软件中的CAM模块自动生成数控加工程序,同时进行数控仿真加工。
 
(一) 型腔、型芯的三维造型
任意开启一图层,构图平面、视图平面均设为TOP平面,设置好工作深度,把(0 , 0) 点定位在手机左下角,按尺寸完成模具实体制作。手机按键在模具上表现为凸出,在设计时可选Create →NextMenu →Ellipse 绘制2个交叉的椭圆, 选择Modify →trim修剪而获得按键的平面轮廓线。由于两边的按键对称, 可选Xform→Mirror 命令来镜像前面所绘制的按键, 再在中间位置绘制1个椭圆形按键。选Translate 命令,选中前面绘制的3个按键图形并确定,出现Translate Direction 命令对话框,选择两点间式,在平移对话框中设定Operation 选项为Copy,Number of steps 为3,确定,通过输入坐标定位得到12个手机基本按键,再在基本键上方绘制不同的功能键。将视图转化为side 视图,用Translate 命令移动按键所在位置,使它们处在手机上表面。打开Level,设置1个新的图层,用Extrude 命令拉伸出按键实体。虽然各个按键不是连接在一起的,但也可以同时选择拉伸。选择Chain,然后选择全部按键同时拉伸。选择时若方向不统一,可以用Reverse it 来改变方向,使其达到要求。设置完毕,单击Done,出现Extrude Chain 对话框,选择Extrude Operation,按照默认值Create Body,在拉伸距离输入2, 按Ok完成拉伸。对按键进行倒角,选Main Menu →Solids →Fillet指令,主菜单显示拾取实体图素菜单,设置Faces为Y, Edges、Solids为N, 然后拾取按键上表面,选Done-Done并设置Radius为1,生成倒圆角实体,完成按键造型设计。显示屏幕的设计亦可按上述步骤进行。
 
(二)刀具路径生成与数控仿真加工
 
MasterCAM软件能够进行数控自动编程,但是数控编程之前的加工工艺分析和规划必须由用户自行完成。本模具型腔、型芯的加工可采用粗加工→半精加工→精加工→辅助加工的加工工艺。以粗加工为例,其刀具路径生成步骤如下:①在主功能区依次单击Toolpaths 和Surface 命令;②在主功能区选择粗加工; ③选择加工方式为平行铣削加工;④系统提示区显示Select Drive Surface,则窗选整个手机,在主功能区选Solids ,将Surface后的Y改为N,用鼠标单击屏幕中的注射模型芯,选取整个实体,点击Done/ Done ; ⑤确定刀具参数及生成刀具路径。在Tool Parameters 空白区域单击鼠标右键,选GetTool From Library , 从刀库中直接选取1号圆头铣刀,点击Surface Parameters 标签, 设置安全高度Clearance 、退刀高度Retract 、进给高度Feed等参数。点击平行铣削粗加工参数,设置好最大步距,如图4。点击确定和主菜单中的Done,完成刀具路径生成,在工作区中出现曲面铣削刀具路径,如图5所示,其加工效果见图6 。
 
刀具路径生成后,可以得到刀心轨迹文件,经过后置处理就可得到数控加工程序。部分程序如下:
 
O0000
( PRO GRAM NAME - 9. 6. 6)
(DATE = DD - MM - YY - 03 - 06 - 05 TIME = HH :MM- 21 :57)
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
/ N104G91G28Z0.
/ N106G28X0. Y0.
/ N108G92X0. Y0. Z0.
(16. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. -1 L EN. - 1 DIA. - 16. )
N110T1M6
N112G0G90X0. Y0. A0. S50M5
N114G43H1Z60.
N116Z40. 982
……
N2896G91G28Z0.
N2898G28X0. Y0. A0.
N2900M30
%
 
四、结束语
 
(一)以手机外壳为例,完成了从模具设计到数控铣加工的全过程。MasterCAM 等CAD /CAM一体化软件在模具行业中的应用,大大提高了模具设计制造效率,取得了显著的经济效益。
 
(二)利用MasterCAM数控铣不一定能完成所有的加工,有时还得借助模具制造常用工具——线切割及电火花来完成部分加工。
 
(三)为了最大程度提高模具制造效率,减少模具修改时间, CAE软件也被广泛应用到模具设计制造分析过程中,如著名的Moldflow软件,随着模具工业的飞速发展,模具CAD /CAE /CAM一体化。