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摘要：本文基于模具实际生产的特点，以外壳主体件模具为对象，综合应用Pro/Engineer、CAD等软件进行产品造型，模具分模、拆铜公、出碰数图、数控加工，然后及时完成改模、放模，形成先进一体化模具制造流程。应用于多个中小型电器生产企业，自创完整的新产品数据库，有利于产品的更新换代，效益明显，推广价值高。

关键词：模具；一体化；分模；铜公；碰数图；应用

1 概况

模具是工业生产中的重要工艺装备。目前，我国塑料模具设计、分析与制造主要依赖设计人员的经验和制模师傅的技能，设计合理与否、制品有无缺陷只有通过试模才知道，使得模具的制造周期长、成本高。而在当今激烈的电器市场竞争中，凡是涉及到用模具生产的产品，上市的周期要求都非常短，如何缩短交付时间，降低模具成本，提高模具质量是每个模具企业不断追求的目标。

要是能在模具设计、制造过程中采用先进的设计、分析与制造（CAD/CAE/CAM）一体化技术手段，综合应用CAD/CAM软件，引进先进的加工设备，不断提高模具标准化程度，以提高模具的制造水平及制品质量，模具企业即可完成目标。

本文基于模具实际生产的特点，以榨汁机塑胶外壳主体件为对象，利用Pro/Engineer软件分别作为开发和分析平台，结合当今中国注塑模具制造情况，对目前运用最多的注塑模具进行设计、分析、制造（CAD/CAE/CAM）一体化的实践操作研究。综合应用Pro/Engineer、CAD等软件进行产品造型，模具设计及分模、拆铜公、出碰数图、数控加工，然后及时完成改模、放模，形成先进一体化模具制造流程。

2 模具制造生产过程

模具生产全过程是指根据制品零件的形状、尺寸要求，制造出结构合理、寿命较长、精度较高、能批量生产出合格的相应零件制品的模具的过程。

一、产品造型及分析

如图1所示为用Pro/E软件绘制的榨汁机整体结构的三维模型。该款产品由欧洲设计师负责外观设计，我们负责结构设计、模具制造及产品生产，其相关的安全标准符合欧盟CE要求。产品主要功能要求：1）同步电机作为驱动源，电能转变为机械能，齿轮带动转动轴，榨汁头将果汁榨出。（如柑，桔子等）；2）用5KG的力垂直按压榨汁头时，器具可正常工作。产品可手动压榨，也可电动压榨。3）榨汁机主机摆放平稳，在15°斜面上不会倾倒，滑动。

如图2所示为榨汁机外壳主体件的三维模型的造型，主体件是榨汁机的主要外观件，外观要求没有拉花、压花、气泡、气纹、披锋等现象，要求具有一定的强度、刚度，耐腐蚀性良好，同时还必须满足绝缘性。为此，生产企业选用塑件材料为ABS，收缩率为0.6﹪。

塑件的主要特点：

（1）塑件侧凹和侧孔多，结构复杂

塑件主要料位由三个前模滑块和前模、后模形成的封闭型腔组成，外观表面要求细纹路，手感好，合模线位要光滑过渡，不能有刮手现象。

前模部分：由图2所示，Ⅰ位需要圆角过渡，上内模出主要料位，包R；Ⅱ处有横向骨位高3.5mm，长为9 mm，与传动轴零件互配，起旋转固定作用，此处为改模的重点位置。

后模部分：Ⅲ处为一圈止口配位，由活动推板推出，保证塑件外观整洁美观，Ⅳ处是长条深孔Φ26 X 80 mm，位于塑件的中心，装传动轴零件，作长条特制活动推管结构。扣位Ⅴ处，高为3 mm，宽为9 mm，由活动斜滑块出模。

滑块1部分：Ⅵ处属前模滑块1的料位，注射前先放入透明水镜塑件，固定好位置，特别注意控制好封胶位，也是改模的重点位置。滑块2部分：Ⅶ处属前模滑块2的料位，滑块2与滑块1配合，形成哈夫模结构，重点控制好夹口线。滑块3部分：出扣位Ⅷ处，高为3 mm，宽为9 mm，此处于手柄上盖相配。

为完成以上部位的成型，多处采用侧向抽芯滑块及斜顶块活动镶件机构，需要严格控制顺序开模及合模，运动精确，模具结构相当复杂。

（2）塑件尺寸公差与精度要求高

该塑件壶口处直径150mm，总长（连同包手柄处）为230mm，总高140mm，其精度等级为2级，公差符合GB/T14486-93标准。

二、模具结构设计（附图一：总体结构图）

2.1 分型面和型腔数量的确定

分型面定义：能把工件明确分成两部分的曲面，由一个或多个曲面特征组成，这些特征可被重新定义，修改或删除。投影面积大的分型面放在左、右滑块的合模面上，注意要增强侧向合模锁紧力，而将投影面积小的分型面作为上、下模分型面，本模具为典型的哈夫模具结构。

根据所用注射机的工艺参数，并考虑实际模具结构复杂，脱模机构动作多，决定采用单腔塑件模具结构。

2.2型腔型芯的结构

（1）型腔的结构设计：本设计采用嵌入式型腔结构。将一个整体型腔嵌入到定模固定板中，嵌入的型腔定模材料为738H，硬度为42HRC。

（2）型芯的结构设计：本模具中型芯也采用嵌入式结构，材料为S136，硬度为50HRC。其内部有多处镶拼结构，目的是优化加工工艺，改良装配工艺，并预留改模空间。

2.3侧向分型抽芯机构设计

抽芯机构的设计是该产品模具设计的重点。由于内、外侧凹比较多，为使模具结构紧凑，提高模具使用寿命，设计过程精心布置，采用一对定模侧向抽芯滑块哈夫结构成型，另外有一个辅助定模小滑块成型手柄料位。滑块内部结构复杂，加工难度大，采用了普通机加工、数控加工、电火花等综合加工方法。动模有一处活动斜顶推块成型小扣位。

2.4浇口设计

浇口是浇注系统的关键部分，根据材料ABS流动性的特点，为避免在零件表面出现进料痕，保证进料均匀，采用侧浇口进料，浇口位置选在中间部位 顶部凹弧的骨位处，浇口的厚度取1.0mm。

2.5导向机构设计

本模具选用标准模胚DH4550，定模固定板厚度230mm，动模固定板厚度70mm，推板垫块高度150mm，采用导柱和导套机构导向，导柱、导套的布置方式均为标准布置，有关尺寸及布置形式按模架资料。

2.6冷却系统设计

为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模型芯内及左右大滑块均开设了水道。冷却水道孔径采用Φ8mm钻头加工，横向穿过模板，纵向分层排布；而动模型芯采用铍铜隔片大孔冷却，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀。

2.7脱模机构设计

本模具塑件的动模顶出主要采用推板推出，推板周边有2°的斜度，控制动模推板与斜顶块同步完成动作，推板顶杆直径30mm。另外，浇注系统中的冷凝料开模时通过中间骨位的活动推管一起推出。

2.8模具工作过程

开模时，动模部分向左移动，模具从动模和定模分型面分开，弹簧作用力使定模滑块在导滑槽内向外滑动，直至滑块与制件完全分开，完成侧向抽芯动作。制件包在型芯上随动模继续后移，直至注塑机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推板与推管共同作用，将制件从型芯上推出。合模时，复位弹弓和外置预复位机构的作用下，先将动模顶针板退回到原位，动模斜顶块2复位；定模侧向抽芯滑块向内移动复位，最后由定模斜面将定模滑块锁紧。

三、模具分型设计（3D分模制造）

分模：就是将型腔以不同的出模方式和方向把它分解成若干部分，以达到拼合为一整体型腔，能按序分开，取出注塑产品的一种合理设计。

3.1 分模的具体步骤和方法：

（1）在[零件]模块中调出分模的零件，选择[编辑]︱[设置]检查单位，确定该主体塑件的单位为公制。

（2）利用[分析]︱[几何]→[拔模检测]检查零件出模，确定分型线，对没有出模角度的部分进行拨模处理。

（3）进入[制造]︱[模具型腔]模块，选[模具模型]→[装配]→[工件]首先装入工件，然后按排位图装入参考零件（主体塑件）。

（4）明确放缩水的坐标，与二维模具图排位塑件中心位置数一致，该ABS塑件收缩率为0.6％。

（5）在[装配]窗口条件下，根据参考零件的特征，创建分型面，把分型面当作一个Ref-Surface零件操作，方便以后作铜公、镶件。

（6）在[制造]模块下，单击模具体积块分割按钮→[两个体积块]，选用所构建的分型面对工件分割，形成上、下内模实体。

（7）采用直接创建体积块方式生成行位滑块SL1，SL2，SL3：（a）先根据排位图尺寸，造出滑块的总体形体，选择[模具模型]→[创建]→[体积块]→[草图]；（b）然后通过修改，以及Trim功能对总体积块修改；（c）使用[模具元件]→[抽取]，形成实体。如下图

3.2 分模时应注意的问题：

（1）利用[拔斜检测]检查上、下模、行位出模畅顺，无倒扣现象。

（2）检查产品已放缩水，产品的位置与排位图必须一致，行位、上、下模的尺寸大小与模图一样；检查上、下模的基准坐标必须在同一个角。

（3）检查各插穿位，枕位角度要大于3°，特殊情况下，不得低于1°，而且完全重合，便于挥模，封胶。

（4）枕位封料宽度应在5mm以上，内模尽量避免出现尖角、薄片。

3.3铜公（电极）制造

电极制造是塑料注射模加工重要的环节，应用在：内模中一些加工不到位（直角位）的地方；比较窄、比较深的槽坑；表面精度要求高的曲面；加工时容易断刀的地方。

3.3.1 铜公拆分原则：（应综合考虑铜公制造各项工序的要求）

1.CNC加工铜公有足够的强度和刚性，加工不变形，加工过程不弹刀，减少不必要的清角。尖角薄片必须尽量避免，要有加强措施。

2.内模枕位面和料位面要分开在不同铜公上，枕位铜公在文件名后加“P”。

铜公非蚀面要有足够避空，直角避空位3-5mm，对细小骨位时，0.5-1mm，以免强度不够。

3.铜公设计时要考虑加工误差等问题，用过头设计，铜公的临界边需延伸2mm；分段铜公需叠加设计。

4.铜公基准坐标一般以所蚀料位最高点；特殊情况可在根部平面；相对基准块分中，特殊情况必须注明碰数平面。

5.基准块跟内模基准坐标方向倒角，以EDM方位。

3.3.2铜公设计基本方法：

1.直接产生实体，然后使用[拔斜]，[圆角]等功能使其与料位完全一致。（实用于骨位铜公）

2.拷贝上、下模的料位表面，使用曲面功能得到一个封闭曲面，最后形成实体，完成基准设置。

以定模内腔为例，分析铜公电极制造：如图7 示意

（1）调出装配图。

（2）选[创建]-[新零件]在提示后输入铜公名称。

（3）选[修改]编辑铜公实体，根据铜公设计方法完成铜公设计。

3.铜公拆好后，还需做好检查工作：a.检查铜公不能与内模有干涉；b.检查铜公不能有倒扣，有一定的出模角；c.检查铜公坐标分中；d.检查铜公有EDM（电火花加工）方向的倒角。

3.4 碰数图（电极工程图）设计：

EDM加工为模具加工的后期工序，碰数图看似简单，实则至为重要，必须做到准确无误，以定模内腔为例，分析碰数图的制作过程：

（1）将整套模的铜公整理好，作层分开，明确碰数图的数量，EDM料位不遗  漏，保留记录。

（2）文件名为模号+EDM1的Drawing文件，Format格式上选A3-EDM。

（3）使用[增加视图]产生三个视图，a）主视图，以分模面为前面，b）侧视面，c）立体图。

（4）使用层功能隐掉无需出现的零件，原则是铜公不重叠，铜公上的倒角位置明确，而且必须保存隐层状态。

（5）在主视图上利用坐标系，标出内模（行位）基准坐标系标数，铜公坐标必须为碰数基准，保留两位小数。

（6）在侧视图方向，规定高于Z轴零点基面的值为正值，反之为负值，使用注释功能在主体图上指出被蚀零件的碰数基准面Z=0。

（7）最后检查铜公号是否正确，输出DWG文件，打印。

四、生产结论

该款榨汁机产品在合同期内，模具制造顺利地完成多次产品认证的相关改造，配合廉江市红橙节企业接单任务，短时间内即形成大规模生产，出口欧美市场，受到公司和客户的好评。

应用一体化模具制造技术，从产品造型，到模具设计，制造，以及跟进改模，形成完整数据库，有利于产品的更新换代，适合于中小型电器生产企业自创新产品，配合湛江地区产业发展，效益明显，推广价值高。

参考文献：

[1]塑料模具设计手册编写组.《塑料模具设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]洪惠良等.《塑料成型工艺与模具设计》（第二版）.北京：中国劳动社会保障出版社，2016.

[3]周旭红等.《注塑模具设计教程》.北京：清华大学出版社，2016.