基于Creo的模具成型零件设计及数控仿真加工

张洪军, 胡翠雯， 何紫媚, 刘安生

（1.岭南师范学院 机电工程学院，广东 湛江524048;2.粤西机电产品设计与制造工程技术研究中心,广东 湛江524048）

0 引 言

近年来，随着数字化应用水平的不断提高，CAD/CAM集成技术的发展及图形交互编程技术的应用，使塑料制品从模型设计到模具开发及型腔仿真加工一体化成为现实[1-2]。Creo软件是目前较为流行的计算机辅助设计与制造软件之一，广泛用于机械产品的设计与制造中[3]。

手机、电脑等电子产品正向“轻、薄”型发展[4-5]，在注塑过程中对薄壁塑件的结构设计、模具结构、注塑工艺和型腔加工质量等方面提出了更高的要求[6-7]。本文以手机壳注塑模具开发为例，应用Creo基础建模模块、模具设计模块(EMX)和数控仿真加工模块对塑料模具开发过程进行了研究。

1 成型零件设计

型腔的几何形状和尺寸，决定了成品的几何形状和尺寸，型腔的加工质量决定了塑件表面的质量，型腔的结构包括凹模、凸模、滑块等[8-9]。

1.1 设计前期处理

图1 手机外壳塑件三维模型图

图2 坯料的创建

将手机外壳三维模型作为参考零件，确定手机分模的方向，分模面为手机的内表面；选择PC+ABS塑料作为手机壳材质，精度为IT6级，确定零件的收缩率，参考塑料的收缩率，取值为0.005。

1.2 创建坯料

塑料模具型腔厚度是模具结构设计的关键，尤其对中小型模具更为重要。模具型腔壁厚过大，在熔融塑料的高压作用下塑件变形，会在结合面处出现溢料间隙，从而产生溢料和飞边。对PE+ABS而言，许用溢料间隙为0.04～0.06 mm，在本设计中取0.05 mm。最大弹性变形值取塑件公差的20%。当型腔弹性变形量小于塑件的成型收缩值时，才能保证塑件能够顺利脱模。按照经验公式，坯料边长=样品边长+60 mm。设坯料为120 mm×185 mm×65 mm，毛坯结构如图2所示。

1.3 滑块分析

结合塑件的三维模型，利用Creo软件模具设计模块中的滑块命令设计壳壁上音量键和振动键侧孔、锁屏键、插卡口、充电口和耳机口孔的侧抽机构，自动检测滑块的干涉位置。生成的4个滑块如图3所示。

图3 滑块

1.4 分型面的确定

分型面是动模、定模的分界面，是模具结构设计的重要参考因素，决定了凸、凹模的结构，利用Creo中的“裙边曲面”功能生成的分型面如图4所示。

图4 分型面

1.5 凸凹模的生成

1）凸模结构生成。整体式凸模是将各个凸模与凸模固定板制成一体，结构强度高，在内表面形状简单的小型模具中广泛使用。本设计中塑件结构形状相对简单，使用整体式凸模，机械加工方便。采用Creo生成的凸模结构如图5所示。

2）凹模的结构生成。整体式凹模强度、刚度好，结构简单，塑件上不会产生拼模缝痕迹。考虑到手机壳产品的结构形状，采用整体式凹模。手机壳双型腔模具属中型模具，采用整体式凹模可使模具制造、安装方便，同时也能使模具结构达到最佳。基于Creo软件EMX模块生成的凹模结构如图6所示。凹模与定模固定板采用销钉连接。

3）材料选择及加工质量要求。凹模的成型质量影响着塑件表面的质量，因此要求凹模的表面粗糙度质量较高，取Ra0.2 μm。查阅模具材料手册选取凹模的材料是T10A钢。考虑凸凹模数控加工的工艺要求，凸模材料也选用T10A钢，淬火处理至55 HRC并进行镀铬处理，表面粗糙度取Ra1.6 μm。

对模具分模过程进行检测，分模结构图如图7所示，检测结构显示动作合理，无干涉。

图5 凸模三维模型

图6 凹模三维模型

图7 手机壳开模结构图

2 凸模NC仿真加工

由于手机壳体积较小，对注塑模具材料力学性能要求不高，且成型零件形状规则，所以选择铸造毛坯，材料为T10A钢。以凸模加工为例，介绍NC仿真加工过程。手机壳凸模毛坯尺寸为120 mm×185 mm×65 mm，毛坯表面不做任何处理。机械加工选用FANUC 0iM机床，用加工中心自带压板螺钉进行定位和夹紧。

2.1 设置加工参数

切削用量的选择是提高切削效率的重要因素，综合考虑背吃刀量、主轴转速和进给速度，以及加工精度和表面粗糙度的要求，并保证合理的刀具耐用度，设定的加工工艺参数如图8所示。

2.2 凸模数控加工及程序编制

采用Creo软件NC 加工模块生成的凸模轮廓加工轨迹图和加工程序如图9、图10所示。

采用Creo软件NC加工模块生成的凸模轮廓加工轨迹图和加工程序如图11、图12所示。

图8 刀具参数

图9 凸模轮廓铣削仿真加工轨迹图

图10 凸模轮廓铣削程序

图11 凸模表面铣削仿真加工轨迹图

图12 凸模表面铣削程序

3 结 语

本文通过Creo软件设计并制作了手机壳三维模型，选择ABS+PC作为塑料材质，设定材料收缩率为0.05 mm,选择型腔毛坯为T10A钢，确定了分型面，生成了型腔的凸凹模和侧抽滑块的结构。将凸模模型导入NC加工模块，生成了毛坯加工和凸模表面加工的数控加工程序。设计的型腔结构合理，分模动作无干涉，NC加工走刀路线合理。CAD/CAM技术的应用缩短了模具开发周期，提高了模具设计质量，对中小企业产品的开发和生产具有一定的参考价值。