随着社会快速发展，塑料制品的结构也日趋复杂，精度要求越来越高，传统的设计方法已无法满足社会的需求。为了适应模具丁业的快速发展，提高产品竞争力，模具CAD/CAM一体化技术已成为塑料制品设计与制造的核心技术。本文以Siemens NX mold wizard为平台，以生产实际中的某复杂壳体的注塑模具设计与制造为例阐述CAD/CAM技术在塑料模具设计与制造中的应用。
1 塑件产品分析
塑件产品3D建模如图1所示，该塑件为大批量生产，材料为ABS，外观要求光亮、无飞边、流痕及分模线，并要求塑件具有一定的机械强度和耐磨性，易于加工成型。塑件的成型性能如表1。
图1 壳体零件三维建模图
表1 ABS的主要工艺参数
2 基于NX平台的壳体零件注塑模具设计
2.1 成型零件设计
基于NX Mold wizard平台设计模具的流程如图2所示，首先是一布局模具的型腔，结合塑件比较复杂，生产批量大的特点，采用平衡式布置和一模两穴的布局结构；其次是分模，分模的合理程度直接决定模具的成型效率和塑件的质量，因此，分模是注塑模具设计中最关键的步骤；由于塑件比较复杂，分模时只能采用手动分模方式，对塑件上的开放破孔需利用建模模块中的曲面和实体工具进行修补，对于塑件内扣采用成型推杆斜顶的方式来完成。上述关键问题解决后就可以按照NX Mold wizard平台设计模具的流程来完成其余设计步骤，并创建出整体嵌入式型芯和型腔，如图3所示。
图2 NX Mold wizard平台设计注塑模具流程图
图3 分型后的整体嵌入式型芯和型腔
2.2 塑件质量的CAE分析
依据平衡式布置原理确定了浇注系统排布情况，并在模具设计之前对注射成型的流道比进行校核。如果设计出的流道比比塑料允许使用的流道比大，注射成型便有可能发生充模不足或制品缺料的现象，利用Moldflow进行填充区域的充模分析结果如图4所示。可看出塑料熔体完全填充塑件的整个区域，没有冷料缺陷，说明流动比完全满足要求；气穴的位置如图5所示，主要集中在斜顶部位和分型面附近，可自然消除，对塑件质量影响不大；熔接痕的位置如图6所示，可见熔接痕结果比较理想，浇注系统设计较合理，壳体的内表面为非观赏面，允许有少量熔接痕，并且熔接痕可通过提高模具温度和增加保压，尽早进行保压切换等办法消除。
图4 充填区域分析图
图5 气穴位置分析图
图6 熔接痕位置分析
2.3 模架选用及后续处理
依据成型零件的尺寸，采用合理的模架，此次设计选用龙记模架，型号为DCI 2125型，其参数如表2所示。选择合适的浇注系统来完成注射过程，同时还要为模具选择浇口套、推杆、复位杆、定位圈、紧固件、支撑件等标准件，最终设计好的三维注塑模具装配模型如图7所示。
表2 模架的主要参数
图7 模具的三维模型图
3 模具数控仿真加工
模具的制造主要是加工整体嵌入式型芯、型腔和镶件以及各种类型的孔加工等，运用NX CAM模块当中的平面铣、型腔铣、固定轴轮廓铣和点位加工等方法，一般都可达到成型零件的数控铣削要求。NX CAM模块的主要操作步骤为加工工艺分析、创建刀具轨迹和后置处理。下面以壳体型芯的数控加工为例来说明NX CAM平台加丁的具体过程：(1)粗铣上端面：选择mill planar，切削模式选择“往复”方式，平面直径百分比为75%，毛坯距离为3mm、每刀深度为1mm、余量为0.2mm。(2)精铣上端面：选择mill planar，切削模式选择“往复”方式，平面直径百分比为50%，毛坯距离为1mm、每刀深度为0.5mm、最终底面余量为0.1mm。(3)创建粗加工操作：选择mill contour，刀具设置D12R2，方法为MILL ROUGH，刀轨的切削模式选择为跟随周边，平面直径百分比为50%，全局每刀深度1mm、安全距离为3mm、余量为0.1mm。(4)创建精加工操作：选择mill contour，模式为CAVITY MILL，刀具设置Ba11R8，方法MILL SEMI FINISH，步距为刀具直径的50%，每刀深度0.5mm、部件底部面余量0、内外公差为0.01mm、检查安全距离3mm，仿真加工刀轨如图8所示。
图8 型芯精加工仿真加工刀轨图
4 结语
基于Siemens NX CAD/CAM和Moldflow为平台，以实际生产中的某复杂壳体塑件为例，介绍了模具设计及其成型零件的加工工艺分析、制定和设计过程，完成了该塑件注塑模具的设计和数控加工，缩短了模具的设计和制造周期，降低了模具的研发成本，大大提高了模具的加工精度，对生产实践有很好的指导作用。
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