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 前言

Cimatron E軟件是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，目前在我國得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在模具行業(yè)。該軟件利用工程數(shù)據(jù)庫集成了設(shè)計(jì)、工程圖和裝配、電極設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程加工等多個(gè)模塊，為模具設(shè)計(jì)、制造提供了一體化解決方案。

手機(jī)上蓋外形復(fù)雜，并有多處倒勾，是一典型注塑件。下面以此零件為例，簡單介紹Cimatron E環(huán)境下注射模的設(shè)計(jì)與加工編程。

2 模具設(shè)計(jì)

借助Cimatron E系統(tǒng)提供的注射模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)Mold Design，用戶可以完成完整的模具設(shè)計(jì)，包括幾何造型、分模設(shè)計(jì)、加載凸凹模、標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用、非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)與子裝配體設(shè)計(jì)、定位設(shè)計(jì)、冷卻、注射、頂出機(jī)構(gòu)、工程圖及BOM表輸出等功能。MoldDesign是基于三維參數(shù)化實(shí)體造型的解決方案，它實(shí)現(xiàn)了模具三維設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可完成所有單個(gè)零件、部件組件及標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)和加載裝配，可以方便地將對(duì)模型分成型芯、型腔、滑塊和鑲件。

2.1幾何造型

利用幾何造型系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)中生成注塑制品的幾何模型，這是注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復(fù)雜的表面，因此，常用曲面造型的方法來產(chǎn)生制品的幾何模型。Cimatron E具有強(qiáng)大的曲面造型及修改功能，能滿足復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)要求。在Cimatron E環(huán)境下，手機(jī)上蓋的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示。內(nèi)腔有倒勾4處，圖1b圓圈里的部分可以用拔模檢測功能檢測倒勾。

圖1 手機(jī)上蓋的幾何模型

2.2分模設(shè)計(jì)

在注射模中，型腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制品的內(nèi)表面。由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影響，制品的內(nèi)外表面尺寸并不就是模具型芯型腔面的尺寸，兩者之間需要比較復(fù)雜的換算，因此，良好的分模設(shè)計(jì)直接影響著產(chǎn)品的最終成型。 Cimatron E提供了方便、快捷的成型收縮率輸人、拔模角分析、倒勾分析工具、模擬分模過程等一系列分模工具，與高級(jí)曲面功能無縫集成，便于復(fù)雜分型面的生成。Cimatron E的分模不必區(qū)分曲面、實(shí)體，針對(duì)存在縫隙、破面的圖素，照樣可以進(jìn)行分模。

手機(jī)上蓋是一典型的殼體類零件，內(nèi)腔存在4處倒勾，在Cimatron E環(huán)境中對(duì)其上、下兩個(gè)方向分模，得到型腔和型芯后，對(duì)于零件中存在的倒勾部分，利用曲面的斷開功能，先將其從整個(gè)零件中斷開，然后設(shè)置新的分模方向，將倒勾部分曲面分別附屬到新的方向上去。對(duì)于局部不合理的曲面，利用曲面斷開、導(dǎo)動(dòng)、混合等特征指令對(duì)其進(jìn)行處理，然后將其分別附屬到合適的方向上，最終輸出模具部件如圖2所示。

圖2 模具部分

2.3 標(biāo)準(zhǔn)模架調(diào)用

Cimatron E提供了強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件生成工具，同時(shí)提供通用的標(biāo)準(zhǔn)模具庫。所有的標(biāo)準(zhǔn)件庫都可以方便快捷地優(yōu)化和定制成用戶自己的標(biāo)準(zhǔn)件。本例加載模架的規(guī)格為9PlatesB (190mm x246mm )，如圖3所示，在設(shè)計(jì)過程中，如果發(fā)現(xiàn)模架的部分模板尺寸設(shè)計(jì)有誤，可以很方便地對(duì)模架的各部分尺寸進(jìn)行修改，甚至可以重載模架。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)模架調(diào)用

2.4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Cimatron E提供了如噴嘴、定位圈等標(biāo)準(zhǔn)件，通過載人標(biāo)準(zhǔn)件，很方便地完成如噴嘴、定位環(huán)等的定位放置。如果標(biāo)準(zhǔn)件不符合用戶的尺寸要求，通過編輯標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)得出用戶定制標(biāo)準(zhǔn)件。用戶只需做出流道線架，定義Cimatron E提供的標(biāo)準(zhǔn)流道形式，系統(tǒng)自動(dòng)優(yōu)化流道尖端結(jié)構(gòu)(有利于廢料的冷卻和斷裂)，可以根據(jù)流道草圖進(jìn)行分類，高效地生成用戶要求的流道。如本例，只需確定定位圈和噴嘴的相關(guān)參數(shù)，可以從標(biāo)準(zhǔn)件庫中選取或者編輯標(biāo)準(zhǔn)件，載人模架后，畫出其線架，選用系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)流道結(jié)構(gòu)，設(shè)定流道參數(shù)和尖端結(jié)構(gòu)，流道將自動(dòng)生成。澆口的設(shè)計(jì)，選定澆口的類型，此處選用側(cè)澆口。

2.5冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Cimatron E的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能包含了一系列工具以簡化復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本例只需定義冷卻水道的平面，繪制水道的2D草圖，設(shè)定水道的直徑為勸8mm、水道端部延伸量為4mm，就可以生成3D的水道，如圖4所示。水道生成后，直接載人相關(guān)冷卻系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)件，如插銷、連接裝置、隔板、管接頭等。Cimatron E提供精確的冷卻水道設(shè)計(jì)工具，確保冷卻水道的設(shè)計(jì)，并考慮到鉆孔工具的準(zhǔn)確形狀，包括鉆孔延伸和鉆孔尖端的特殊設(shè)計(jì)。

a 上蓋模具動(dòng)模系統(tǒng)；b 上蓋模具定模系統(tǒng)
c 上蓋模具頂出系統(tǒng)；d 上蓋模具裝配圖

2.6斜頂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

Cimatron E頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一系列豐富的工具。在本例中，首先根據(jù)斜頂位置在頂板固定板設(shè)計(jì)滑塊定位槽，然后設(shè)計(jì)了導(dǎo)滑塊如圖Sa所示，再根據(jù)斜頂和導(dǎo)滑塊設(shè)計(jì)斜頂導(dǎo)滑部分如圖5b所示。

3 電極設(shè)計(jì)

在模具制造過程中，金屬切削加工無法完成的狹縫、尖角或清根部位可采用電火花加工，因此必須進(jìn)行電極設(shè)計(jì)。作為電火花加工的關(guān)鍵部分，電極設(shè)計(jì)的合理性影響著狹縫、尖角或清根部位、型面等特征的成型及電參數(shù)的選用，而電參數(shù)的選用直接影響加工效率。使用Cimatron E提供的電極設(shè)計(jì)模塊用戶可以完成電極設(shè)計(jì)和電極工程圖輸出，實(shí)現(xiàn)電極設(shè)計(jì)、制造、工藝圖檔信息管理的自動(dòng)化，加速電極的分析、提取、生成和文檔的建立。

電極設(shè)計(jì)流程依次為抽取放電面、根據(jù)加工面抽取電極三維信息、電極毛坯設(shè)置(毛坯一般提供圓形和方形)、電極坐標(biāo)系設(shè)定、電極柄設(shè)計(jì)、電極外圍輪廓的創(chuàng)建、搭接延伸面設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)提供了放電面和電極本體放電間隙設(shè)置、新電極設(shè)計(jì)與工程圖輸出等功能，在已成型電極的基礎(chǔ)上，可以將其存為模板，對(duì)于相似特征的電極設(shè)計(jì)可直接調(diào)用模板。此外，系統(tǒng)還可以進(jìn)行電極模擬加工。

4 數(shù)控編程與加工

Cimatron E在模具加工領(lǐng)域一直以穩(wěn)定、高效、安全著稱。提供了從2.5軸到5軸的數(shù)控編程功能，提供了從粗加工、半精加工、精加工到清根的全部加工策略。編程過程中，自動(dòng)識(shí)別零件和毛坯，根據(jù)刀具材料、規(guī)格以及工件材料特點(diǎn)，自動(dòng)定義加工工藝參數(shù)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改;可根據(jù)毛坯、零件的幾何特征，刀具規(guī)格，刀柄參數(shù)，機(jī)床參數(shù)進(jìn)行干涉檢查，保證刀具路徑的安全;提供了豐富的高速銑削(HSM)策略，比如擺線加工，圓弧連刀，隨形加工，自動(dòng)分層細(xì)化余量，根據(jù)切削載荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速率等，通過與后置處理相結(jié)合實(shí)現(xiàn)樣條逼近、圓弧逼近走刀路徑，提高了加工效率和零件的表面質(zhì)量。具有刀路軌跡模擬及機(jī)床仿真功能;強(qiáng)大的后置處理功能，根據(jù)用戶需求輸出正確的機(jī)床加工代碼。

該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)小部位多。同時(shí)模具要求精度高，壽命長，所以使用了較高硬度的材料H13鋼，并且要求數(shù)控加工時(shí)做到有足夠的精度，減少手工工作量。所以選用高速加工中心銑削加工。毛坯為六方塊，六面均已光整。

先在毛坯背面加工4個(gè)螺紋工藝孔，將工件固定在墊板上，通過壓板壓緊墊板，將工件固定在機(jī)床工作臺(tái)上。加工坐標(biāo)原點(diǎn)定在毛坯底面中心處。

粗加工使用D lOR3mm(直徑為Φ10mm拐角半徑為R3mm的環(huán)刀)的硬質(zhì)合金刀進(jìn)行加工，選擇的加工方式為體積銑—環(huán)切，刀具材料為TiA1N

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