CN101920440A - 滚塑机模具快速制造工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种滚塑机模具快速制造工艺，包括利用金属板材数控渐进成型技术、表面积获得、材料选择、厚度选择、纹路制作与控制、测量泄压孔制作、法兰边制作、模具框架制作、锁紧装置制作。利用金属板材数控渐进成型技术作为制造模具的核心，实现模具的大部分机械特性。板材直接无模成型相对铸造无需考虑伸缩比，直接由塑料产品要求尺寸产生模具，并由数控无模成型设备得出表面积，作为滚塑原料投料量依据。由于利用一台数控无模成型设备可以完成滚塑机滚塑模具制造中的大部分工艺步骤，制造中的自动化、精度、效率、柔性水平大幅度提高，成本也明显低于传统制造工艺。

Description

滚塑机模具快速制造工艺
技术领域
本发明新型涉及一种滚塑机模具快速制造工艺，具体地说是利用金属板材数控渐进成型技术，将4mm厚度以内各类金属板材速将制成滚塑机所需的滚塑模具的工艺。
技术背景
目前，公知的滚塑模具制作方法主要采用钢板焊接模、铝合金焊接模及铝合金铸模三种类型，其中尤以铝合金铸模的应用最能保证滚塑制品的质量。但是铝合金铸模有以下缺点：工艺繁琐难度大且成本高。工艺包括木模制作、人工装配木模，真空重力铸造、模具CNC加工、电火花加工，钳工抛光、制作皮纹等工序。质量难以保证，铸造时很难保证毛坯表面没有气孔。铸模收缩率不宜确定，表面积难以精确获得，对塑料产品大小，加料量不好控制。铝合金因强度不高，模具壁厚是钢模3-4倍，总体传热性能不及钢模。从模具设计到得到实物一般需要几个月甚至更长，周期和费用高。模具的形状结构设计受复杂程度制约。加工设备和机床多且昂贵。目前工业界还没有一种适用于滚塑机模具快速制造工艺。
发明内容
本发明新型的目的是设计一种利用金属板材数控渐进成型技术快速制造滚塑机模具的先进工艺。
按照本发明提供的技术方案，一种滚塑机模具快速制造工艺包括以下步骤：
A、生成模型：根据滚塑机模具的上、下模的形状，用三维CAD系统设计所述滚塑机模具的上、下模轮廓模型，并在上、下模轮廓模型的边缘添加法兰的模型，在法兰上设置定位销或榫槽的模型，在上模轮廓模型上设置用于形成测量泄压孔的凸台的模型；最后生成滚塑机模具的三维CAD模型；
B、调整参数：根据滚塑机模具上对用于增加摩擦力的纹路的要求，调整数控无模成型设备中的成型压头10的直径大小和旋转轨迹步距；
C、生成CNC语句：根据所述三维CAD模型和旋转轨迹步距，在CAM系统上生成三维CAD模型的CNC语句，再将三维CAD模型的CNC语句分别输入支持数控渐进成型技术的数控无模成型设备；
D、成型：将选定的金属板材固定在数控无模成型设备的加工台面12上，并使所述成型压头10水平围绕在金属板材上对应于三维CAD模型中最高点的垂直轴线旋转，对金属板材进行数控渐进成型过程，最终使金属板材分别形成上、下模具主体；
E、加固模具：根据滚塑机模具的尺寸和高度，制造模具框架，以加固上、下模具主体；
F、锁紧模具：制作弹簧锁紧装置，并固定在模具框架上，通过弹簧锁紧装置锁紧上、下模具主体的法兰，使上、下模具主体闭合，形成滚塑机模具。
所述数控无模成型设备包括底座13、分别安装在底座13左右两侧的两对立柱14，立柱14由两根柱脚和一根顶部横梁15构成，底座13上设置有X轴向导轨，X轴向导轨上设置有可在其上移动的X轴向平台，X轴向平台上固定加工台面12，两对立柱14的顶部横梁15上设置有Y轴向平台，Y轴向平台上设置有Y轴向导轨，Y轴向导轨上设置有Z轴向丝杠16，Z轴向丝杠16上安装有成型压头10；X轴向导轨为两根，通过螺钉固定连接在Y轴向平台的两侧，Y轴向导轨的两内侧设置有Y轴向丝杠；由于具有X、Y、Z三个方向的运动机构，具有对不同金属板材进行成型的功能，X、Y、Z三轴方向在计算机控制下实现X、Y、Z三个方向的运动机构联动，成型压头10相对于加工台面12的三维运动为数控渐进成型过程。
在生成模型时：将三维CAD模型沿高度方向分层，形成若干层二维断面轮廓数据；
在成型时，根据这些二维断面轮廓数据，从三维CAD模型的顶层开始利用成型压头10逐层对金属板材进行数控渐进成型过程；所述数控渐进成型过程为：在数控无模成型设备的计算机控制下，成型压头10先走到对应于三维CAD模型中最高点垂直投射于金属板材加工面的位置，该位置为数控渐进成型过程的起点；然后按照第一层断面轮廓数据，以走等高线的方式，对金属板材实施成型加工；在金属板材加工面上形成第一层轮廓面后，成型压头10再压下一个设定的旋转轨迹步距，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓面；如此重复直到整个金属板材成型完毕，形成上、下模具主体。
在数控渐进成型过程中，调整成型压头10的直径大小和旋转轨迹步距，在所述金属板材上产生纹路。
在数控渐进成型过程中，在所述金属板材上形成用于预留做测量泄压孔的凸台。
弹簧锁紧装置的受力点作用于模具框架，模具框架将锁紧力传递至法兰，上、下模具主体无受力。
滚塑机模具包括上、下模具主体，位于上模具主体上的凸台及位于凸台上的测量泄压孔，位于上、下模具主体边缘的法兰及位于法兰上的定位销或榫槽，以及插在凸台的测量泄压孔中的用抱箍固定的泄压测量管，附属在模具主体外部用来加固和锁紧模具主体的模具框架，固定在模具框架(9)上的用来闭合并锁紧上、下模具主体的弹簧锁紧装置。
本发明利用金属板材数控渐进成型技术作为制造模具的核心，实现模具的大部分机械特性。金属板材直接无模成型相对铸造无需考虑伸缩比，直接由塑料产品要求的尺寸产生模具，并由CAD\CAM系统得出表面积，作为滚塑原料投料量依据。金属板材的材料可选镀镍板、铝合金、碳钢、不锈钢，厚度选择最大可达4mm。纹路可由无模成型过程中产生并可控。由数控无模成型设备生成法兰定位销或榫槽，法兰可由成型边沿加工而成，曲面法兰则可将成型件切割制作。模具框架用方管或H型钢制作，结合模具和框架配套弹簧锁紧装置。
本发明的优点是：使用金属板材数控渐进成型技术，由模具的三维CAD模型经快速成型制造，几小时即可得到实物，相比于其它加工方法，本发明所述方法的周期和费用都大大降低；模具的形状结构设计不受制约，采用金属板材数控渐进成型技术可以制作其它加工方法所不能制作的复杂结构，因而柔性更大；单台设备即可完成，加工设备相对于传统的机床加工更为经济节能；加工过程全自动，只有后处理时需人工操作；没有气孔、粗糙等质量问题；成型无收缩率，表面积可以精确获得，因而加料量和壁厚很好控制，消耗的原材料、能源大幅降低。其特征在于：用一台数控无模成型设备加工实现模具的大部分机械特性。因此是一种低碳、低成本的滚塑机模具快速制造工艺。
附图说明
图1为数控无模成型设备示意图。
图2为用于设置泄压测量孔的凸台示意图。
图3为法兰、定位销或榫槽的示意图。
图4为模具框架配套弹簧锁紧装置的示意图。
图5为模具纹路制作与控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明新型的具体内容做进一步说明。
所述滚塑机模具快速制造工艺包括以下步骤：
A、生成模型：根据滚塑机模具的上、下模的形状，用三维CAD系统设计所述滚塑机模具的上、下模轮廓模型，并在上、下模轮廓模型的边缘添加法兰7的模型，在法兰7上设置定位销或榫槽6的模型，在上模轮廓模型上设置用于形成测量泄压孔的凸台3的模型；最后生成滚塑机模具的三维CAD模型；
B、调整参数：根据滚塑机模具上对用于增加摩擦力的纹路11的要求，调整数控无模成型设备中的成型压头10的直径大小和旋转轨迹步距；
C、生成CNC语句：根据所述三维CAD模型和旋转轨迹步距，在CAM系统上生成三维CAD模型的CNC语句，再将三维CAD模型的CNC语句分别输入支持数控渐进成型技术的数控无模成型设备；
D、成型：将选定的金属板材固定在数控无模成型设备的加工台面12上，并使所述成型压头10水平围绕在金属板材上对应于三维CAD模型中最高点的垂直轴线旋转，对金属板材进行数控渐进成型过程，最终使金属板材分别形成上、下模具主体2；
E、加固模具：根据滚塑机模具的尺寸和高度，制造模具框架9，以加固上、下模具主体2；
F、锁紧模具：制作弹簧锁紧装置8，并固定在模具框架9上，通过弹簧锁紧装置8锁紧上、下模具主体2的法兰7，使上、下模具主体2闭合，形成滚塑机模具。
所述数控无模成型设备包括底座13、分别安装在底座13左右两侧的两对立柱14，立柱14由两根柱脚和一根顶部横梁15构成，底座13上设置有X轴向导轨，X轴向导轨上设置有可在其上移动的X轴向平台，X轴向平台上固定加工台面12，两对立柱14的顶部横梁15上设置有Y轴向平台，Y轴向平台上设置有Y轴向导轨，Y轴向导轨上设置有Z轴向丝杠16，Z轴向丝杠16上安装有成型压头10；X轴向导轨为两根，通过螺钉固定连接在Y轴向平台的两侧，Y轴向导轨的两内侧设置有Y轴向丝杠；由于具有X、Y、Z三个方向的运动机构，具有对不同金属板材进行成型的功能，X、Y、Z三轴方向在计算机控制下实现X、Y、Z三个方向的运动机构联动，成型压头10相对于加工台面12的三维运动为数控渐进成型过程。
在生成模型时：将三维CAD模型沿高度方向分层，形成若干层二维断面轮廓数据；
在成型时，根据这些二维断面轮廓数据，从三维CAD模型的顶层开始利用成型压头10逐层对金属板材进行数控渐进成型过程；所述数控渐进成型过程为：在数控无模成型设备的计算机控制下，成型压头10先走到对应于三维CAD模型中最高点垂直投射于金属板材加工面的位置，该位置为数控渐进成型过程的起点；然后按照第一层断面轮廓数据，以走等高线的方式，对金属板材实施成型加工；在金属板材加工面上形成第一层轮廓面后，成型压头10再压下一个设定的旋转轨迹步距，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓面；如此重复直到整个金属板材成型完毕，形成上、下模具主体2。
使用时，由产品的三维CAD模型添加法兰7定位销或榫槽6和测量泄压孔凸台3，结合纹路要求在CAD系统上生成模具上、下模CAD模型，再在CAM系统中生成数控无模成型设备的CNC语句，这样使模具的大部分结构可一次性成型，缩短了生产周期。
由CAD\CAM系统得出表面积，作为滚塑原料投料量依据，省去了传统铝合金铸模工艺复杂的膨胀系数计算。
金属板材根据塑料原料、滚塑环境和复杂程度可选镀镍板、铝合金、碳钢、不锈钢，厚度选择最大4mm，比传统铝合金铸模工艺更薄的模具壁厚可以使导热速度更快。
将尺寸合适的金属板材放入数控无模成型设备中的加工台面12上执行加工工作。
在数控渐进成型过程中调整成型压头10尺寸和轨迹步距产生可控纹路，这样可一方面提高成型效率另一方面产生滚塑模具必须具有的粗糙度。
在数控渐进成型过程中形成凸台3预留做测量泄压孔，可用抱箍4固定泄压测量管5，凸台3可以加强泄压孔的强度，也使得测量管5可以固定。
由数控无模成型设备生成法兰7、定位销或榫槽6，平面的法兰7可由成型边沿加工而成，对于曲面的法兰则将成型件切割制作。这样法兰7、定位销或榫槽6和模具主体2之间是完全同一块金属板，无焊接，提高了模具强度。
根据模具分型面尺寸和高度，用方管或H型钢制造模具框架9，以增加模具的强度。制作弹簧锁紧装置8将其两端分别定位在分形面两端的模具框架9上，使受力点作用于模具框架9，模具框架9将锁紧力传递至法兰7上，锁紧上、下模具主体2，使上、下模具主体2不受力，不会导致模具主体2变形的可能。
根据要求在上、下模具主体2内喷涂脱模剂。
滚塑机模具的制造使用金属板材的数控渐进成型技术。从顶层开始逐层对金属板材进行局部塑型加工。在模型顶部板材加工面形成第一层轮廓面后，成型压头10再压下一个旋转轨迹步距(设定高度)，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓曲面。如此重复直到整个金属板材成型完毕。
本发明可用于制造哈壳式滚塑机模具、穿梭式滚塑机模具、垂直式滚塑机模具、独立转臂式滚塑机模具、固定转臂式滚塑机模具、哈壳式滚塑机模具及摇摆式滚塑机模具等。

Claims (7)

1.一种滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
A、生成模型：根据滚塑机模具的上、下模的形状，用三维CAD系统设计所述滚塑机模具的上、下模轮廓模型，并在上、下模轮廓模型的边缘添加法兰(7)的模型，在法兰(7)上设置定位销或榫槽(6)的模型，在上模轮廓模型上设置用于形成测量泄压孔的凸台(3)的模型；最后生成滚塑机模具的三维CAD模型；
B、调整参数：根据滚塑机模具上对用于增加摩擦力的纹路(11)的要求，调整数控无模成型设备中的成型压头10(10)的直径大小和旋转轨迹步距；
C、生成CNC语句：根据所述三维CAD模型和旋转轨迹步距，在CAM系统上生成三维CAD模型的CNC语句，再将三维CAD模型的CNC语句分别输入支持数控渐进成型技术的数控无模成型设备；
D、成型：将选定的金属板材固定在数控无模成型设备的加工台面12(12)上，并使所述成型压头10(10)水平围绕在金属板材上对应于三维CAD模型中最高点的垂直轴线旋转，对金属板材进行数控渐进成型过程，最终使金属板材分别形成上、下模具主体(2)；
E、加固模具：根据滚塑机模具的尺寸和高度，制造模具框架(9)，以加固上、下模具主体(2)；
F、锁紧模具：制作弹簧锁紧装置(8)，并固定在模具框架(9)上，通过弹簧锁紧装置(8)锁紧上、下模具主体(2)的法兰(7)，使上、下模具主体(2)闭合，形成滚塑机模具。
2.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于：所述数控无模成型设备包括底座13、分别安装在底座13左右两侧的两对立柱14，立柱14由两根柱脚和一根顶部横梁15构成，底座13上设置有X轴向导轨，X轴向导轨上设置有可在其上移动的X轴向平台，X轴向平台上固定加工台面12(12)，两对立柱14的顶部横梁15上设置有Y轴向平台，Y轴向平台上设置有Y轴向导轨，Y轴向导轨上设置有Z轴向丝杠16，Z轴向丝杠16上安装有成型压头10(10)；X轴向导轨为两根，通过螺钉固定连接在Y轴向平台的两侧，Y轴向导轨的两内侧设置有Y轴向丝杠；由于具有X、Y、Z三个方向的运动机构，具有对不同金属板材进行成型的功能，X、Y、Z三轴方向在计算机控制下实现X、Y、Z三个方向的运动机构联动，成型压头10(10)相对于加工台面12(12)的三维运动为数控渐进成型过程。
3.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于，在生成模型时：将三维CAD模型沿高度方向分层，形成若干层二维断面轮廓数据；
在成型时，根据这些二维断面轮廓数据，从三维CAD模型的顶层开始利用成型压头10(10)逐层对金属板材进行数控渐进成型过程；所述数控渐进成型过程为：在数控无模成型设备的计算机控制下，成型压头10(10)先走到对应于三维CAD模型中最高点垂直投射于金属板材加工面的位置，该位置为数控渐进成型过程的起点；然后按照第一层断面轮廓数据，以走等高线的方式，对金属板材实施成型加工；在金属板材加工面上形成第一层轮廓面后，成型压头10(10)再压下一个设定的旋转轨迹步距，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓面；如此重复直到整个金属板材成型完毕，形成上、下模具主体(2)。
4.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于：在数控渐进成型过程中，调整成型压头10(10)的直径大小和旋转轨迹步距，在所述金属板材上产生纹路(11)。
5.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于：在数控渐进成型过程中，在所述金属板材上形成用于预留做测量泄压孔的凸台(3)。
6.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于：弹簧锁紧装置(8)的受力点作用于模具框架(9)，模具框架(9)将锁紧力传递至法兰(7)，上、下模具主体(2)无受力。
7.如权利要求1所述的滚塑机模具快速制造工艺，其特征在于：滚塑机模具包括上、下模具主体(2)，位于上模具主体(2)上的凸台(3)及位于凸台(3)上的测量泄压孔，位于上、下模具主体(2)边缘的法兰(7)及位于法兰(7)上的定位销或榫槽(6)，以及插在凸台(3)的测量泄压孔中的用抱箍(4)固定的泄压测量管(5)，附属在模具主体(2)外部用来加固和锁紧模具主体(2)的模具框架(9)，固定在模具框架(9)上的用来闭合并锁紧上、下模具主体(2)的弹簧锁紧装置(8)。
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