基於UG NX10.0的20 L桶蓋模具設計與數控加工

胡梅1,2， 袁明新1， 朱紅萍3

（1.江蘇科技大學機械工程學院，江蘇鎮江212000；2.江蘇省張家港中等專業學校機械工程部，江蘇張家港215600；3.沙洲職業工學院機械動力系，江蘇張家港215600）

摘 要：為了避免桶蓋塑件脫模後因填充不足、熔接痕等缺陷而造成的低成型率，文中進行了南京紅桔20L桶蓋模具的數字化設計和加工。先藉助UG NX10.0對桶蓋進行三維設計，並將其導入MoldWizard模塊來完成桶蓋注射模的設計；然後運用UG NX10.0中的CAM功能對桶蓋模的型腔零件進行輔助編程，獲取加工的刀路軌跡並通過後處理生成加工代碼；最終進行了模具零件的快速輔助製造。加工產品表明，基於數字化的桶蓋模設計不僅有效，而且有助於縮短該注塑模的設計製造周期，降低生產成本。

關鍵字：桶蓋；注射模；模具設計；數控加工

塑料桶一直以質輕、不易碎等性能而受到廣大用戶的喜愛。南京紅桔20 L塑料桶是張家港錦華模具有限公司主要產品，由於目前對該產品設計仍以人工為主，在進行模具設計時，尤其對密封性要求較高的桶蓋模設計時需要多次試模、修模，耗費了很多的人力和時間，且桶蓋塑件脫模後還經常會出現因填充不足、熔接痕等缺陷而造成低成型率，提高塑料桶蓋模的設計製造效率成為企業的當務之急[1]。隨著CAD/CAM技術的發展，近年來塑料模的數字化設計得到了快速發展[2]。張璐等[3]基於Pro/E平台對注射模模架進行了智能設計系統的開發與研究，提高了設計效率。閆志旭等[4]採用SolidWorks進行了防塵圈的注射模參數化設計，減少了設計人員的重複性工作。陳進武等[5]採用MoldFlow軟體實現了遙控器蓋塑件的優化設計。上述研究都驗證了注射模數字化設計的有效性和快速性。為此，文中基於UG開展了南京紅桔20 L塑料桶蓋的模具設計，並進行了數控加工，而實驗結果也進一步驗證了桶蓋模具數字化設計的有效性。

1 塑件的分析

圖1 南京紅桔20L塑料桶蓋圖

圖1為企業的南京紅桔20 L塑料桶蓋，其中圖1(a)為基於UG所構建的三維造型[6]。該產品的塑件材料採用PP（聚丙烯），大批量生產，收縮率取1.5%。由圖1(b)可知，塑件外形尺寸為φ75×22.5 mm，主體的厚度為2 mm，圓柱側面均勻分布著8根R1.8 mm的防滑圓柱，內部有螺紋結構，總體結構適於注塑成型[7]。

圖2 桶蓋注射模

1.定位環 2.主流道襯套 3.頂板 4.定模座板 5.動模座板 6,9,10,12.齒輪固定板 7.齒輪軸 8,11,14.齒輪 13.液壓泵

表1 桶蓋注塑模型腔零件的數控加工工藝方案

2 料桶蓋注塑模的設計

根據企業桶蓋產品的生產批量、尺寸大小，以及注塑設備的分析，該料桶蓋模採用一模四腔的布局方式。考慮到產品外觀要求，設計時分型面選擇在桶蓋的底部水平面上，澆口選擇潛伏式[8]。蓋內又有螺紋結構，其脫模方式採取齒輪傳動的旋脫，模具總體採用二板式結構[9-10]。

將圖1（a）中料桶蓋三維造型圖導入到UG NX10.0的MoldWizard模塊中，選擇該塑件的成型材料，明確相應的收縮率、坐標系和脫模方向，設置好該塑件毛坯大小、完成型腔的布局，通過型腔區域的提取、修補面及分型面的創建，完成型腔的自動分型，再通過澆注系統、冷卻系統、脫模機構和標準件等設計，最終完成該料桶蓋模的設計，得到此桶蓋模的三維圖，如圖2(a)所示，生成的裝配圖如圖2(b)所示。

圖3 型腔零件

一般模具生產規模屬於單件小批量類型，由於模具成型零件上具有很多曲面及不規則表面，在具體加工中經常採用數控加工方式來完成。文中利用UG NX10.0軟體中豐富的加工策略[11-12]對紅桔20 L桶蓋注塑模的型腔零件進行編程，通過模擬加工過程來自動檢測是否過切及撞刀，極大地方便了編程人員對該成型零件的合理數控編程和加工，提高了編程的效率。

圖3為該注塑模的型腔零件即凹模。文中設計的塑件外形大小為φ75 mm×22.5 mm，模具採用一模四腔，結構較複雜，有螺紋成型結構，故型腔外形尺寸確定為228 mm×228 mm×39 mm，有潛伏式澆口，型腔內的8根防滑槽不能直接銑削得到，需採用電火花加工，因此需要另外加工電極。各處孔的尺寸均可用銑刀直接加工得到，型腔內的倒扣則需使用T槽刀。

根據型腔零件的結構特點和加工要求，擬訂了桶蓋注塑模型腔零件的數控加工工藝方案[13]，如表1所示。

由於型腔主體為凹槽，在加工策略選擇上，採用直徑為20 mm、圓角為0.4 mm的飛刀通過UG「型腔銑」加工策略進行整體粗加工，凹槽內下刀時採用螺旋式下刀，螺旋直徑取150%的刀具直徑，斜坡角為8°，螺旋起始高度為1 mm。在選擇好粗加工切削區域後，「刀軌設置」中選擇切削模式為跟隨周邊以減少跳刀來優化刀路[14-15]，步距選擇75%的刀具直徑，每刀切削深度選擇0.4 mm。然後進行切削參數的設置，在封閉區域和開放區域設置好進刀參數，並根據數控加工工藝方案設置主運動和進給運動的相關數值，然後通過刀軌設置檢查刀軌是否完善，如圖4所示。

最終在「過切檢查」中驗證程序是否正確，檢查無誤後，進入「型腔粗加工」後處理模式，把生成的機床可識別的代碼文件在數控車間的MCV—L850型加工中心上進行加工，如圖5所示，最終順利完成了該型腔零件的製造，如圖6所示。檢測結果表明所加工的零件完全符合加工要求。

圖4 刀軌設置

圖5 型腔加工

圖6 加工好的型腔零件

針對紅桔20 L桶蓋在制模過程中經常需要人工不斷試模、修模，既耗時又費力，成本高、周期長，且桶蓋塑件脫模後經常還會出現因填充不足、熔接痕等缺陷而造成低成型率的不足，文中對桶蓋模做了數字化設計。利用UG NX10.0軟體進行了桶蓋的三維造型、注射模設計、型腔加工模型的建立、數控加工刀路軌跡的獲取以及加工程序的生成，並最終在數控加工中心上成功實現了型腔的成品製作。該過程不僅有效驗證了模具數字化設計的有效性，而且減輕了技術員的設計和編程工作量，縮短了產品設計和製造周期，減少了模具生產企業的製造成本，提高了塑料產品的質量和企業的經濟效益。

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（編輯 昊 天）

Design and NC Machining of 20L Bucket Cover Mold Based on UG NX10.0

HU Mei1,2,YUAN Mingxin2,ZHU Hongping3(1.School ofMechanical Engineering,Jiangsu UniversityofScience and Technology,Zhenjiang212000,China;2.Department ofMechanical Engineering,ZhangjiagangJiangsu SecondarySpecialized School,Zhangjiagang215600,China;3.Mechanical Power System,Shazhou Vocational College ofEngineering,Zhangjiagang215600,China)

Abstract：In order to avoid the low molding rate of plastic parts after demoulding which caused by insufficient barrel filling and weld defect,this paper carries out digital design and manufacture of 20L plastic mould of Nanjing tangerine.3D model of the lid is designed using UG NX10.0,and then put it into MoldWizard module to complete the design of injection mould cover. CAM function of UG NX10.0 is used to program cavity parts of the lid mold.Tool path of machining is obtained,and processing code is generated after postprocessing for the auxiliary mould parts manufacturing.Processing products show that cover mold design based on digital design is effective,and can shorten the mold manufacturing cycle and reduce production cost.

Keywords：bucker cover;injection mold;mould design;numerical control machining

中圖分類號：TQ 320.66

文獻標誌碼：A

文章編號：1002－2333（2017）07－0072－03

作者簡介：胡梅(1978—)，女，碩士研究生，高級講師，主要研究領域為模具設計與製造；袁明新(1978—)，男，博士，副教授，碩士生導師，主要研究領域為機器人技術、人工智慧、複雜系統的智能優化；朱紅萍（1978—），女，碩士，主要研究領域為模具設計與製造。

通信作者：袁明新，mxyuan78@163.com。

收稿日期：2016-12-08