基于UG NX10.0的20 L桶盖模具设计与数控加工

胡梅1,2， 袁明新1， 朱红萍3

（1.江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212000；2.江苏省张家港中等专业学校机械工程部，江苏张家港215600；3.沙洲职业工学院机械动力系，江苏张家港215600）

摘 要：为了避免桶盖塑件脱模后因填充不足、熔接痕等缺陷而造成的低成型率，文中进行了南京红桔20L桶盖模具的数字化设计和加工。先借助UG NX10.0对桶盖进行三维设计，并将其导入MoldWizard模块来完成桶盖注射模的设计；然后运用UG NX10.0中的CAM功能对桶盖模的型腔零件进行辅助编程，获取加工的刀路轨迹并通过后处理生成加工代码；最终进行了模具零件的快速辅助制造。加工产品表明，基于数字化的桶盖模设计不仅有效，而且有助于缩短该注塑模的设计制造周期，降低生产成本。

关键字：桶盖；注射模；模具设计；数控加工

0 引言

塑料桶一直以质轻、不易碎等性能而受到广大用户的喜爱。南京红桔20 L塑料桶是张家港锦华模具有限公司主要产品，由于目前对该产品设计仍以人工为主，在进行模具设计时，尤其对密封性要求较高的桶盖模设计时需要多次试模、修模，耗费了很多的人力和时间，且桶盖塑件脱模后还经常会出现因填充不足、熔接痕等缺陷而造成低成型率，提高塑料桶盖模的设计制造效率成为企业的当务之急[1]。随着CAD/CAM技术的发展，近年来塑料模的数字化设计得到了快速发展[2]。张璐等[3]基于Pro/E平台对注射模模架进行了智能设计系统的开发与研究，提高了设计效率。闫志旭等[4]采用SolidWorks进行了防尘圈的注射模参数化设计，减少了设计人员的重复性工作。陈进武等[5]采用MoldFlow软件实现了遥控器盖塑件的优化设计。上述研究都验证了注射模数字化设计的有效性和快速性。为此，文中基于UG开展了南京红桔20 L塑料桶盖的模具设计，并进行了数控加工，而实验结果也进一步验证了桶盖模具数字化设计的有效性。

1 塑件的分析

图1 南京红桔20L塑料桶盖图

图1为企业的南京红桔20 L塑料桶盖，其中图1(a)为基于UG所构建的三维造型[6]。该产品的塑件材料采用PP（聚丙烯），大批量生产，收缩率取1.5%。由图1(b)可知，塑件外形尺寸为φ75×22.5 mm，主体的厚度为2 mm，圆柱侧面均匀分布着8根R1.8 mm的防滑圆柱，内部有螺纹结构，总体结构适于注塑成型[7]。

图2 桶盖注射模

1.定位环 2.主流道衬套 3.顶板 4.定模座板 5.动模座板 6,9,10,12.齿轮固定板 7.齿轮轴 8,11,14.齿轮 13.液压泵

表1 桶盖注塑模型腔零件的数控加工工艺方案

2 料桶盖注塑模的设计

根据企业桶盖产品的生产批量、尺寸大小，以及注塑设备的分析，该料桶盖模采用一模四腔的布局方式。考虑到产品外观要求，设计时分型面选择在桶盖的底部水平面上，浇口选择潜伏式[8]。盖内又有螺纹结构，其脱模方式采取齿轮传动的旋脱，模具总体采用二板式结构[9-10]。

将图1（a）中料桶盖三维造型图导入到UG NX10.0的MoldWizard模块中，选择该塑件的成型材料，明确相应的收缩率、坐标系和脱模方向，设置好该塑件毛坯大小、完成型腔的布局，通过型腔区域的提取、修补面及分型面的创建，完成型腔的自动分型，再通过浇注系统、冷却系统、脱模机构和标准件等设计，最终完成该料桶盖模的设计，得到此桶盖模的三维图，如图2(a)所示，生成的装配图如图2(b)所示。

3 基于UG NX10.0的模具型腔零件的数控加工

图3 型腔零件

一般模具生产规模属于单件小批量类型，由于模具成型零件上具有很多曲面及不规则表面，在具体加工中经常采用数控加工方式来完成。文中利用UG NX10.0软件中丰富的加工策略[11-12]对红桔20 L桶盖注塑模的型腔零件进行编程，通过模拟加工过程来自动检测是否过切及撞刀，极大地方便了编程人员对该成型零件的合理数控编程和加工，提高了编程的效率。

图3为该注塑模的型腔零件即凹模。文中设计的塑件外形大小为φ75 mm×22.5 mm，模具采用一模四腔，结构较复杂，有螺纹成型结构，故型腔外形尺寸确定为228 mm×228 mm×39 mm，有潜伏式浇口，型腔内的8根防滑槽不能直接铣削得到，需采用电火花加工，因此需要另外加工电极。各处孔的尺寸均可用铣刀直接加工得到，型腔内的倒扣则需使用T槽刀。

根据型腔零件的结构特点和加工要求，拟订了桶盖注塑模型腔零件的数控加工工艺方案[13]，如表1所示。

由于型腔主体为凹槽，在加工策略选择上，采用直径为20 mm、圆角为0.4 mm的飞刀通过UG“型腔铣”加工策略进行整体粗加工，凹槽内下刀时采用螺旋式下刀，螺旋直径取150%的刀具直径，斜坡角为8°，螺旋起始高度为1 mm。在选择好粗加工切削区域后，“刀轨设置”中选择切削模式为跟随周边以减少跳刀来优化刀路[14-15]，步距选择75%的刀具直径，每刀切削深度选择0.4 mm。然后进行切削参数的设置，在封闭区域和开放区域设置好进刀参数，并根据数控加工工艺方案设置主运动和进给运动的相关数值，然后通过刀轨设置检查刀轨是否完善，如图4所示。

最终在“过切检查”中验证程序是否正确，检查无误后，进入“型腔粗加工”后处理模式，把生成的机床可识别的代码文件在数控车间的MCV—L850型加工中心上进行加工，如图5所示，最终顺利完成了该型腔零件的制造，如图6所示。检测结果表明所加工的零件完全符合加工要求。

图4 刀轨设置

图5 型腔加工

图6 加工好的型腔零件

4 结语

针对红桔20 L桶盖在制模过程中经常需要人工不断试模、修模，既耗时又费力，成本高、周期长，且桶盖塑件脱模后经常还会出现因填充不足、熔接痕等缺陷而造成低成型率的不足，文中对桶盖模做了数字化设计。利用UG NX10.0软件进行了桶盖的三维造型、注射模设计、型腔加工模型的建立、数控加工刀路轨迹的获取以及加工程序的生成，并最终在数控加工中心上成功实现了型腔的成品制作。该过程不仅有效验证了模具数字化设计的有效性，而且减轻了技术员的设计和编程工作量，缩短了产品设计和制造周期，减少了模具生产企业的制造成本，提高了塑料产品的质量和企业的经济效益。

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（编辑 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

中图分类号：TQ 320.66

文献标志码：A

文章编号：1002－2333（2017）07－0072－03

作者简介：胡梅(1978—)，女，硕士研究生，高级讲师，主要研究领域为模具设计与制造；袁明新(1978—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究领域为机器人技术、人工智能、复杂系统的智能优化；朱红萍（1978—），女，硕士，主要研究领域为模具设计与制造。

通信作者：袁明新，[e-mail]。

收稿日期：2016-12-08