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[经典资料] 镜片模具设计与型芯数控加工

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发表于 2019-7-18 17:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
LED镜片模具设计与型芯数控加工

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李友余
7 c+ J! C% r" Z1 p) S' a+ `广东机电职业技术学院(广东广州510515)   F1 n, O7 J" ?- ?+ b; W: n. u$ |  ?
【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。

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关键词: LED镜片;注射模;UG;设计与制造

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1    引言; K% U6 B: z: d  d; ?0 K' j8 v
    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。
, P+ V; \6 m0 Y7 A+ j2    塑件结构与成型工艺分析
3 e; x8 \; B4 L    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: 7.jpg
/ b4 t0 H. G& k% E+ _" V    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
; n( q" {8 a$ B4 ~% W& b     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。
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/ `6 O: K5 m( @' k% o3.1    浇注系统设计
/ w- f) s3 t/ i+ U9 E  h* d    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。' u# _( H) g+ r1 d
    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。
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3.2    成型零件设计3 R! m' D( _1 Y/ _9 `
    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。 / v1 t9 k- ~. ?1 P( r! ]/ Z7 S
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 楼主| 发表于 2019-7-18 17:31 | 显示全部楼层
3.3    侧抽芯机构设计) Y" X" z( ~! y. ~: n* F* l2 I1 y
    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。
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3.4    顶出系统设计6 W  z; ~8 E' @7 S+ B
    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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 楼主| 发表于 2019-7-18 18:26 | 显示全部楼层
3.5    冷却系统设计& n! _/ o& Y9 a. I% w! I
    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。 , Y; k1 H; |+ v
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3.6    模具整体结构设计( m. C" B. T7 t' T+ ]4 i
    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。 ' y' [0 `+ l: V1 q4 ?* ?
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 楼主| 发表于 2019-7-18 18:38 | 显示全部楼层
3.7    模具工作过程
2 L  ~- ?' e! \4 x3 }# ]    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。
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    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。 - e' y5 D4 Z) Z) @& A; j+ g3 E0 h
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1 F1 m- S$ z5 f9 d, Y4.2    NC程序设计, o! A/ I* \: K5 R
    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。 " M, ]" W) s+ b6 ]6 m
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5    结论
, V, T% }# M5 k% u* t& T  |    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。: R$ E' V1 y- t8 r) ~% h
    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。 * F7 `! |4 P# C* q+ b  m

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