镜片模具设计与型芯数控加工

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LED镜片模具设计与型芯数控加工

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李友余
广东机电职业技术学院(广东广州510515)

【摘要】以两个不同透明LED镜片的模具设计与制造为例，利用ug-Moldwizard与建模模 块联合进行模具的三维结构设计，创新地将同是透明但结构不一的塑件布局在一副模具 中，采用旋转浇口系统实现弹性高效生产；在UG/CAM环境下进行模具型芯的加工编程与 刀路仿真，得到一套基于IX；的注射模设计、制造一体化的完整方案，有效地提高了注射模 设计与制造的效率。

关键词: LED镜片；注射模;UG；设计与制造

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1    引言
    现代塑料模具设计与制造中，CAD计算机辅助 设计以(计算机辅助制造）是不可缺少的重要手段，不但能有效缩短模具开发周期，还能大大提高制 造、装配精度。零部件结构的合理设计，决定了模具 整体制造成本和零件后续的加工工艺，特别是成型零 件的加工"本文以两个结构不同的1^0镜片为例， 分析其独特的塑件信息,采用UG软件进行模具设计， 对模具型芯进行了数控加工工艺分析、刀路轨迹仿 真,从而提高模具制造生产效率，实现了模具CAD/CAM的一体化。
  T' d( x) N) R/ G2    塑件结构与成型工艺分析
    图1所示为拟进行模具设计的两个LED镜片A、B 塑件，塑件要求透明、无缩痕、无熔接痕等缺陷，属于结构精密、外观透明件，原料为聚碳酸酯(PC)。因为 属于配合件，所以要求尺寸精准，主要表面光滑无毛刺，无顶出痕迹。塑件六外形尺寸:57.1x53.2x6.9mm， 塑件B外形尺寸:
    该塑件尺寸要求精准，外观要求无顶出痕迹和熔 接痕，批量生产。根据PC塑料的物理特性、塑件的结 构特点等因素，巧妙采用“1+1”布局方式节约模具开 发和生产成本。塑件A侧浇口进浇和塑件B潜伏浇 口进浇能有效解决塑件表面瑕疵，设计成局部滑块侧 抽芯机构完成塑件B的单边0.4mm的侧凹,利用旋转浇口镶件结构方便根据生产计划需要选择那个模腔生产，脱模时推杆均匀作用于塑件A的外边缘、塑件B 的中间将塑件推出，最大程度地减少塑件顶出痕迹。 以上正是该模具的设计关键所在。
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3    模具结构设计方案
7 _$ q7 i  S, r6 @; w! I     作为模具上取出塑料件和浇注系统凝料的可分离的接触面，分型面的位置设计对塑料件的脱模和美观程度有直接影响。一般取塑料件外形最大轮廓处设计分型面，利用110获取塑件的最大轮廓线即可做出分型面，分型面位置如图2中白色线条所示。

  ]& m1 H5 b/ ?- `  e* c3.1    浇注系统设计
- ]9 ^: P$ T' U* B6 n! |    综合考虑本模具的“1+1”布局方式(见图3),结合 两个塑件的特色,针对平板类的塑件人选择避开中间 凸台的侧浇口（见图如），在四周开设排气槽，能够较好的充填减少熔接痕等表面瑕疵;针对圆柱形的塑件 8选择潜伏浇口（见图仙），底部开设推杆同时排气, 有效的满足整个塑件的充填和避免外边缘的痕迹。
+ b8 F# p' b2 ~( i& v    为了更灵活的满足生产的需求，在主流道底部采用了转浇口系统(见图5)，可以通过便捷的旋转镶件 (椭圆虚线内的半透明圆柱体），釆用定位珠(椭圆虚 线内的小圆柱体)卡住镶件的底孔即可实现分浇道的 切换，进而方便生产塑件A或者B。

- Y4 y, R6 E2 N3.2    成型零件设计
    选定上述分型线并创建分型面，然后分型，对其进行移除参数、分割、抽取和布尔运算等，并在型腔分型面开设深度为0.02mm的排气槽。生成如图6所示的组合型芯、型腔及其镶件。

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3.3    侧抽芯机构设计
    为使塑件8从模具中顺利脱模，采用组合型芯的 结构，对其两侧0.4mm的凹穴处设计侧向抽芯机构, 通过开模运动和斜导柱作用实现分离。考虑到抽芯 安全距离，其中抽芯距设计为6mm，斜导柱倾角为 18°楔紧块的角度为20°侧抽芯结构如图7所示。

+ j) k" I1 C6 B4 ]3.4    顶出系统设计
8 C9 s+ I1 C4 Y! V- e5 B: @- Y# X    为了尽可能减少透明塑件留下的顶针印痕迹，综 合考虑塑件的结构和浇道的布局，选取塑件A的外边 缘、以及分浇道均匀布局直径为5mm的推杆，结合塑件B的底部直径恥18mm，设计出对应尺寸的头部兼镶件的推杆，如图8所示。
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3.5    冷却系统设计
    因熔体注射的温度为280℃〜320℃，一般模温为80℃，需要设置模具冷却系统。为提高冷却效率和使型腔表面温度分布均匀，在冷却系统的设计中遵循 了以下两个原则:一是合理确定冷却管道直径、中心距及与型腔壁的距离；结合塑件八的结构特点,直接在侧面穿过动、定模的固定板，在型芯上加工U形水路，冷却水孔直径为8mm ；二是降低进水与出水的温度差， 比如可通过改变冷却管道的排列形式或减小冷却回路 的长度;并注意干涉及密封等问题，若必须通过镶块， 则应加镶套管密封，也不能通过其他孔道等;进出水管 接头应尽可能设在模具同一侧，宜设在注塑机背面，同 时做好密封。对于塑件B,考虑小型芯和滑块机构， 采用在型芯的下方的模框上钻水路孔然后再穿入型 芯，通过O型密封圈实现两者间的密封，如图9所示。
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" m2 c' E/ N: S+ B1 X: ]3.6    模具整体结构设计
1 K5 I7 ^5 t" s- [    结合模具的分型方式，型芯以及侧抽芯的大小, 选用标准大浇口模架，规格为CI-2530-A60-B80-C80, 图10为调入标准模架后的动定模，为了提高模具成型 精度，在模架上增加了边锁(图10中白色圆圈内），也 保证了生产的安全，图11为模具的装配图。
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3.7    模具工作过程
$ ]* a* v4 _7 V* }, w1 K    模具安装在卧式注塑机上,将模具定位圈1与注塑机喷嘴吻合,滑块6在斜导柱5的引导下合模，楔紧块4进一步压紧后，塑料熔体在一定的注射压力作用 下，通过喷嘴沿浇注系统均匀地注射到模具的型腔中，并将型腔中的气体从排气槽和滑块6相配合的间隙中排出，熔体在型腔中冷却成型，完成注射过程，开模时，模具定模部分固定在注塑机的定模连接板不动,斜导柱5固定在定模上也不动,动模部分在注塑机带动下移动，滑块6上的斜面与楔紧块4分开,使其沿开模方向运动的同时沿斜导柱5做侧向抽芯运动，当滑块移动到侧抽芯距5时，滑块被底部的定位珠7定位，完成开模动作，然后由注塑机的液压系统带动顶 杆推动模具的顶针垫板和顶针固定板，推动全部顶杆运动，将留在动模上的塑件推出，然后由复位杆18复 位，最后模具合模时，动模向前移动，滑块6在斜导柱 5的拨动下，克服圆柱定位珠7的限制作用下合模复 位，并由边锁实现精定位，完成一次注射成型周期。 当要实现单个塑件生产时，只需要旋转转浇口镶块 17,通过拨珠14的定位，进而挡住熔体流入另外一个 浇道，实现按需生产。

* x- |* h; |9 g8 c$ `- O    UG/CAM模块是一套集成化的数字化制造和数 控加工应用解决方案，能够把三维模型的几何信息根 据工艺要求自动通过计算转变为数控机床加工0代 码，驱动机床完成对塑件的加工|61。进人加 工环境，在程序编制之前，首先设计数控加工工艺，结 合待加工的模具型芯(见图12)，分析零件结构可知模 具型腔的数控加工工艺设计的主要内容包括:加工区 域、加工刀具、主轴转速（转/min)、进给速度（mm/ min)、背吃刀量(mm)，具体参数如表1所示。

# K0 V. d, r, I# P, N: g4.2    NC程序设计
& ~% ~' T1 V; u0 f; M, ?    加工模坯选用P20模具钢材，尺寸为120x 120mm，该型腔结构较为复杂，需要经过多工序铣削加工完成，在UG CAM中，按表I的工序顺序创建加工 方法完成型腔的粗加工、精加工和分流道加工。其生 成的刀路轨迹如图13所示。
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5    结论
" l. I# I2 y8 |* Y2 w, |7 ~6 P    针对两个结构不一的透明镜片塑件表面要求无馆 接痕，无顶出痕，塑件尺寸精准的问题，提出了一种高 效生产的模具设计方法，并用UG/CAM模块进行了加工编程，具有以下2个创新点:①巧妙的将两个结构不 一的透明镜片塑件进行“1 + 1”布局，设计旋转浇口装 置，可以实现根据需求灵活高效生产;②采用组合式型 芯设计，方便了侧抽芯机构的实现，同时也降低了模具 成本。
! z# S+ _# Z6 J    UG软件建模与Moldwizard模块联合对复杂模具结构设计，思路清晰，操作方便。在模块进行模具的数控加工，不仅能轻松的编制各种表面曲面 形状复杂的成型零件的数控加工程序,还可以通过可视化功能在屏幕上显示刀具轨迹，模拟刀具的真实切 削过程，为成型零件的数控加工提供一套完整的设 计、分析和制造方案，真正实现了模具设计、制造的有机一体化。塑料模设计制造的数字化，提高了设计、 生产效率，缩短模具研发周期。

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