現(xiàn)代化的模具生產(chǎn)中，隨著塑件結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也設(shè)計(jì)得越來(lái)越復(fù)雜。一套復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和加工，往往需要集結(jié)多種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)加工方法。在現(xiàn)代的模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，通常運(yùn) 用Pro/ENGINEER、NX和MasterCAM等先進(jìn)的CAD/CAM軟件先進(jìn)行產(chǎn)品的3D圖形設(shè)計(jì)，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，確定模具型腔、分模面，生成模具型腔實(shí)體圖、工程圖，最后根據(jù)模具型腔的特點(diǎn)，擬定數(shù)控加工工藝，輸入加工參數(shù)，生成刀具路徑，生成加工程序并輸送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化加工。模具制造的主要工作流程如下。

　　(1)建立或獲取客戶的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型;

　　(2)在產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行面向制造的設(shè)計(jì);

　　(3)根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)果，選配合適的模架，設(shè)計(jì)必要的電極，生成生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)模型和圖樣;

　　(4)數(shù)控編程部門根據(jù)模具的設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行工藝分析，選擇合適的加工方式;

　　(5)編制型芯、型腔和電極及鑲塊加工的程序;

　　(6)數(shù)控加工后，同步進(jìn)行型腔、型芯的電加工;

　　(7)進(jìn)行必要的研配、拋光和安裝等工作，即可進(jìn)行試模。

　　一、產(chǎn)品分析及模具結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示為一對(duì)高跟鞋底，材料為PVC，收縮率為25‰。鞋底的形狀較為復(fù)雜，全部由曲面構(gòu)成，曲面之間的圓角半徑小，過(guò)渡圓滑。

　　首先用Pro/ENGINEER軟件繪制了零件的3D圖形，從注塑、加工及經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，一模設(shè)計(jì)出一對(duì)鞋底，采用標(biāo)準(zhǔn)模架，精度要求較高，材料選用模具鋼。模具排位設(shè)計(jì)2D工程圖如圖2所示，圖中標(biāo)注了后模銅公的中心到模具中心的尺寸。

　　高跟鞋底的形狀很復(fù)雜，表面粗糙度要求也很高，前、后模的分模線不能明顯。但鞋底的尺寸精度要求并不高，且鞋跟的部位看似復(fù)雜，但實(shí)際上也和Z方向平行，不影響脫模。故模具中也沒(méi)有復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)及鑲件，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。模具的分型面是復(fù)雜曲面，模具設(shè)計(jì)時(shí)，如何繪制分型線和分型面是此套模具的難點(diǎn)。必須明確屬于前、后模部分的曲面。為保證脫模時(shí)，塑膠留后模，將鞋跟部位設(shè)計(jì)在后模，為便于鞋跟部位的電火花加工，須將此部位設(shè)計(jì)成通孔，鞋跟的底部的三個(gè)小圓柱采用鑲件。

　　二、前模圖形處理

　　此塑件我們用MasterCAM進(jìn)行分模。依次點(diǎn)擊File/Converters/IIGS/Read file選項(xiàng)，讀入鞋底的3D圖形文件，將圖形乘以塑膠材料的縮水率25‰，在前視圖將零件旋轉(zhuǎn)180°，將分屬前、 后模的曲面配置不同的顏色，前后模分模圖如圖3所示。

　　由于鞋底的分模線為復(fù)雜的3D曲線，首先要確定分型線，將3D分模線向YOZ坐標(biāo)平面投影，得到圖4中的分型線，將分型線向兩邊延伸繪制模具的分型面。將屬于前、后模部分的曲面分別復(fù)制到前、后模部分，并用鞋底的外形曲線去裁剪模具分型面，得到圖4 的分型面。

　　根據(jù)前模數(shù)控加工工藝的要求，繪制了前模相應(yīng)的切削曲線及加工邊界。如圖5所示為設(shè)計(jì)好的前模加工3D圖。

　　繪圖進(jìn)行了分層管理，分為七層，第1層標(biāo)注了前模的尺寸，第2層partsurface繪制了鞋底模具的分型面，第3層surfaceforcut繪制了前模加工曲面，第4層curve繪制了前模的繪圖曲線，第10層curveforcut繪制了2D編制刀路時(shí)要使用的曲線及加工邊界，為了保 護(hù)已加工好的前模型腔，避免后續(xù)工序誤傷到已加工面，將鞋底曲面沿Z 方向升高0.3mm，即第13層checksurface的前模檢查面，第15層surfacet繪制了前模的3D曲面。層管理圖如圖6所示。前模加工2D曲線及邊界圖如圖5中。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在前模XY 方向的中心處，分型面頂部前面的一部分平面的Z方向尺寸為0.0mm。

　　三、前模加工工藝分析

　　此模具前模成型鞋底的上表面，光潔度要求較高，結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，加工時(shí)有以下的難點(diǎn)。

　　(1)前模零件體積較大，重量大，加工余量大，加工時(shí)間長(zhǎng)，工件和刀具發(fā)熱大，刀具損耗多。

　　(2)前模曲面為凹面，曲面復(fù)雜，曲面間圓角過(guò)渡圓滑，倒角半徑較小，難于清角加工，要采取合適的數(shù)控工藝。

　　(3)因零件體積大，而鞋底模具價(jià)格不高，若設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行清角，成本很可觀，應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)銅電極。

　　(4)鞋模的尺寸要求不高，加工的重點(diǎn)是分型面，前模型腔曲面為凸面，分型面和前模曲面成直角相交，但為降低成本，前模沒(méi)有設(shè)計(jì)銅公進(jìn)行清角加工。數(shù)控加工時(shí)要盡量采用小刀清角，清角加 工時(shí)，為保證前模圖中的型腔曲面和分型面四周相交處的加工質(zhì)量，須規(guī)劃設(shè)計(jì)不同的加工范圍，編程時(shí)同時(shí)變化加工角度。

　　(5)鞋底的分型面為復(fù)雜曲面，如圖5中所示，A和B處的凹圓弧半徑較小，須設(shè)計(jì)專門刀路進(jìn)行清角加工。

　　(6)為了保護(hù)已加工好的前模型腔，避免后續(xù)工序誤傷到已加工面，將鞋底曲面沿Z方向升高0.3mm。

　　(7)因前模頂面是曲面，數(shù)控加工時(shí)可加工出和后模相對(duì)應(yīng)的半個(gè)流道，為后續(xù)加工提供方便。

　　(8)數(shù)控加工時(shí)要盡量采用小刀清角，確實(shí)加工不到的部分可在數(shù)控加工完畢后采用手工打磨清角。

　　在通用設(shè)備加工出340×290×110 的標(biāo)準(zhǔn)毛坯，要求保證上下面的平行度及四周面之間的相互垂直度。選擇相互垂直的三個(gè)面作為加工和定位的基準(zhǔn)面，為便于辨認(rèn)基準(zhǔn)，要打上字碼。在零件的底面鉆四個(gè)孔并攻牙M12，用螺釘固定在布滿孔陣的裝夾固定板上，再將裝夾固定板用壓板固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上進(jìn)行加工。

　　四、前模型腔加工刀路

　　(1)由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)模架，前模毛坯的外形已經(jīng)在通用機(jī)床上加工好，這里只需要加工前模的型腔和分型面。首先選取Φ25R5鑲合金刀粒圓鼻刀，進(jìn)給率1000mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率2000mm/min，主軸轉(zhuǎn)速S=2000轉(zhuǎn)/min。用3D曲面挖槽刀路對(duì)前模型腔曲面粗加工。Z方向每刀下刀步距0.5mm，加工余量0.35mm。由于使用的VMC850的機(jī)床，所以采用了Φ25的刀具，若機(jī)床的規(guī)格大，采用大直徑的刀具更為合適。此處為保證刀具的強(qiáng)度，這個(gè)刀路刀具的裝夾長(zhǎng)度為60.0mm。

　　(2)繼續(xù)選取Φ25R5鑲合金刀粒圓鼻刀，將最大深度和最小深度都設(shè)置成0.0mm，用3D曲面挖槽刀路精加工分型面前后兩個(gè)平面。加工余量0.0mm。

　　(3)如圖5中所示，分型面A處圓角較小，并且和前模曲面之間的距離很小，第一步工序的粗加工所使用的刀具直徑大，留下了較大的加工余量。這里選取Φ10合金球頭刀，用直紋銑削刀路對(duì)分型面的A部位的粗加工。

　　(4)繼續(xù)使用選取Φ10的合金球頭刀，用曲面精加工平行銑削刀路半精加工前模曲面。加工余量為0.14mm，加工角度45°。

　　(5)為保證鞋底前模型腔曲面和分型面四周相交處的加工質(zhì)量，選取Φ8平底合金刀，分別選取圖5中的Chain1～chain4，同時(shí)變化加工角度。

　　用曲面精加工平行銑削刀路對(duì)前模右部鞋底的右后部、左后部、右前部和左前部進(jìn)行清角加工，加工余量為0.16mm。選取Φ8平底合金刀，用曲面精加工平行銑削刀路對(duì)前模左底的左前部清角加 工，加工余量為0.16mm。

　　(6)選取Φ8平底合金刀，分別選取圖5中的Chain5～chain8，同時(shí)變化加工角度。用曲面精加工平行銑削刀路對(duì)前模左部鞋底的右后部、左后部、右前部和左前部進(jìn)行清角加工，加工余量為0.16mm。

　　(7)使用選取Φ12 的合金球頭刀，用曲面精加工平行銑削刀路精加工前模曲面。加工余量為0.0mm，加工角度45°。

　　(8)打開(kāi)第2、3、4、10和13 層，關(guān)閉其他層。分別選取圖5中的Chain1～chain4，同時(shí)變化加工角度。 選取Φ6平底合金刀，用曲面精加工平行銑削刀路對(duì)前模右部鞋底的右后部、左后部、右前部和左前部進(jìn)行清角加工， 加工余量為0.0mm。

　　(9)選取Φ6平底合金刀，分別選取圖5中的Chain5～chain8，同時(shí)變化加工角度。用曲面精加工平行銑削刀路對(duì)前模左部鞋底的右后部、左后部、右前部和左前部進(jìn)行清角加工，加工余量為0.0mm。 前模層管理圖如圖6所示。

　　前模加工模擬效果圖如圖7所示。

　　五、前模加工注意事項(xiàng)

　　(1)前模成型的是塑件的外表面，表面粗糙度要求高，型芯的材料比較硬，加工時(shí)要謹(jǐn)慎，減少差錯(cuò)，不能輕易燒焊。

　　(2)編寫刀路之前，須將圖形中心移動(dòng)到系統(tǒng)默認(rèn)坐標(biāo)原點(diǎn)，最高點(diǎn)移動(dòng)到Z 原點(diǎn)，并將長(zhǎng)邊放在X 軸方向，短邊放在Y 軸方向，基準(zhǔn)位置的長(zhǎng)邊向著自己。

　　(3)加工前必須檢查工件的裝夾方向與計(jì)算機(jī)中的圖形方向是否一致，在模具中的排位是否正確，裝夾具是否妨礙加工，前后模的方向是否相配。

　　(4)檢查加工所用的刀具是否齊全，裝夾長(zhǎng)度是否符合要求，校表分中的基準(zhǔn)是否正確。

　　(5)前模加工的刀路大致順序：大直徑刀粗加工→小直徑刀粗加工和清角→大直徑刀精加工→小直徑刀清角和精加工。

　　(6)前模材料硬，應(yīng)盡量用鑲合金刀粒的大直徑刀具進(jìn)行加工，不要用太小的刀，小刀容易彈刀。刀具直徑大、剛性好、經(jīng)濟(jì)耐用。粗加工通常先用刀具(圓鼻刀)，精加工時(shí)盡量用圓鼻刀或球頭刀，因圓鼻刀足夠大，有力，而球刀主要用于曲面加工。

　　(7)前模粗、精加工時(shí)，通常要限定刀路范圍，一般系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)以刀具中心產(chǎn)生刀具路徑，而不是刀具邊界范圍。所以實(shí)際加工區(qū)域比所選刀路范圍單邊大一個(gè)刀具半徑。合理設(shè)置刀路范圍，可以 優(yōu)化刀路，避免加工范圍超出實(shí)際加工需要。

　　(8)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公，以粗加工和半精加工為主，輔以局部曲面精加工。

　　(9)前模的粗加工一般優(yōu)先選取鑲合金刀粒的大直徑圓鼻刀，采用3D曲面挖槽刀路進(jìn)行加工(留0.35mm的余量)。

　　(10)半精加工一般選取鑲合金刀粒的刀具(或合金刀)，采用等高外形刀路進(jìn)行加工(留0.2mm的余量)。

　　(11)精加工一般選取鑲合金刀粒的球頭刀(尺寸小時(shí)選小直徑整體球頭刀)，采用平行銑削來(lái)進(jìn)行加工(留0.1mm的余量)。

　　(12)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0.2mm~0.5mm，以便電火花加工。設(shè)計(jì)前模時(shí)，可以將模具型腔表面朝正向補(bǔ)正0.2mm～0.5mm，編寫刀路時(shí)，將一般將分型面的加工余量設(shè)為0.0mm。

　　(13)前模碰穿位、擦穿位可留余量0.1mm，用于前后模裝模時(shí)，采用鉗工加工。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　使用Pro/ENGINEER、NX和MasterCAM等先進(jìn)的CADCAM軟件，對(duì)產(chǎn)品先進(jìn)行的3D實(shí)體圖的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)塑件，合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，進(jìn)行前、后模分模設(shè)計(jì)，繪制模具零部件和型芯的3D實(shí)體圖，擬定數(shù)控加工工藝，編寫加工程序，生成刀具路徑，輸送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化加工，最后進(jìn)行模具裝配、試模等，這些加工步驟是現(xiàn)代化模具生產(chǎn)的過(guò)程和發(fā)展趨勢(shì)，它改變了傳統(tǒng)的模具制造手段，有效地縮短了模具制造周期，大大提高了模具的質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率。