塑料模具加工工艺探讨

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　　摘  要：随着我国塑料模具加工技术的快速发展，多种机械工序和加工工艺，开始被应用到塑料模具的加工制造中。当前气体辅助成型、热流道、电火花与高速铣削等技术，是塑料模具加工使用的主要技术，也是决定塑料模具外观形状和质量的重要技术。文章主要探讨塑料模具的加工工艺，对不同塑料模具加工技术展开分析，并提出未来塑料模具生产的发展趋势。
　　关键词：塑料模具;加工工艺;探讨;发展趋势
　　中图分类号：TQ320.52      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0100-02
　　Abstract： With the rapid development of plastic mold processing technology in our country， a variety of mechanical processes and processing technology have been applied to the processing and manufacturing of plastic mold. At present， gas-assisted molding， hot runner， EDM and high-speed milling are the main technologies used in plastic mold processing， and they are also important technologies to determine the appearance shape and quality of plastic mold. This paper mainly discusses the processing technology of plastic mold， analyzes the different processing technology of plastic mold， and puts forward the development trend of plastic mold production in the future.
　　Keywords： plastic mold; processing technology; discussion; development trend
　　前言
　　当下塑料产品品种繁多，不同塑料加工有着不同的塑料模具，而塑料模具加工工艺也多种多样。现阶段我国所生产出的塑料模具，通常包括挤塑模、吹塑模、真空吸塑膜、热塑性塑料注射模、热固性塑料注射模、热固性塑料压塑模等分类，不同塑料模具之间的组合使用，可以满足多种塑料产品的生产制造。本文重点研究塑料模具加工复杂程度，以及不同模具加工工艺的特征与差异性。
　　1 塑料模具结构及制作流程
　　1.1 塑料模具的组成结构分析
　　塑料模具结构分为浇注系统、热流道系统、冷却系统、导向定位零件、推出机构与排气系统等部分，不同模块在注塑过程中具有不同功能。（1）浇注系统。浇注系统一般由主流道、分流道、冷料穴、浇口等组成，其能够将熔融后的塑料，由注射机喷嘴引导至型腔的流道部位，主要负责塑料引流作业。（2）热流道系统。热流道系统是区别于冷流道系统的模具结构，通常由噴嘴、分流板、控温箱及附件组成。在使用热流道系统注塑的过程中，可以利用加热装置进行流道内部持续加热，以保障熔融塑料始终保持液体状态，从而有效节约塑料原料与缩短生产周期。（3）冷却系统、导向定位零件与推出机构。塑料模具冷却系统包含冷却水道、加热组件及模具温度控制器，其主要作用在于控制模具温度、减少脱模变形和提高塑件质量。所以冷却水道在塑料模具中的位置，会对注塑成品的壁厚、形状产生影响，通常其会被设置在热传导困难的地方。而导向定位零件、推出机构等构件，则负责塑料铸件的位置确定、导向与导出工作，能够辅助塑料模具完成生产。（4）排气系统。排气系统是将塑模内型腔、芯腔的空气，以及塑料模具注射成型中挥发出的气体，排出模外的装置。该系统在塑料模具分型面上开设排气槽，或者利用模具、型芯之间的间隙进行排气，以尽可能保证型腔注塑工艺的顺利开展。
　　1.2 塑料模具一般制作流程
　　当前市面上使用的主流塑料模具，主要由轴类、板类、异形类零件组成，因此对塑料模具的加工制造，也就是对各种模具零件的加工。首先轴类模具零件包含一系列凹模、凸模，其加工工艺流程为：下料→模胚锻造→退火→车铣→淬火→研顶尖孔→冷挤压成型→粗磨→机械精加工→渗碳→淬火→研磨抛光→装配等。
　　其次，上模板、下模板、固定板、垫板等板类零件的加工，通常分为以下几个加工步骤：下料→模胚锻造→退火→铣削→机械粗加工→淬火→退火→机械精加工→线切割→电火花→研磨抛光→装配等。而在完成各塑料模具零部件加工后，要根据不同零件的性能，进行零件、零件之间的装配，包括热嘴、发热管、针板与分流板装配，以及上下模架导柱、导套孔安装。因此对于塑料模具的加工生产，需要CNC车铣加工、线切割加工、机械加工、电火花加工、模具抛光、气体辅助成型与热流道等技术的结合，才能实现塑料模具中各组成结构的生产制作。
　　2 多种塑料模具加工工艺研究
　　2.1 塑料模具加工的热处理工艺
　　塑料模具要具有一定的硬度、耐磨性，才能在多种塑料制品注塑生产的过程中，始终保持其形状、尺寸的稳定性。现阶段塑料模具加工使用的主要材料，包括渗碳钢（OCr4NiMoV（LJ）钢）、淬硬钢和预硬钢等，不同钢材有着不同的物理、化学性质，在加工制作中的热处理方式也存在差异。首先渗碳钢由铬、镍、钼、钒等元素组成，为钢含碳量较低的塑性材料，其加热锻造温度、退火温度分别为1200℃、650℃，可以在热处理过程进行冷挤压成型，来完成塑料模具型腔结构的加工生产。 　　之后淬硬钢作为含碳量、合金性较高的钢材，可以在高温淬火后大幅度提高其硬度，常常用于制作尺寸适中、结构复杂和精度高的塑料模具，且有着较强的韧性、耐磨性。在淬硬钢塑料模具制造过程中，需经历一系列模胚锻造、退火、机械加工、淬火、研磨抛光流程。特别对形状较复杂的淬硬钢模具，应在机械粗加工过程中进行热处理，控制模具腔体的加热、冷却速度，然后对塑料模具回火、研磨抛光，才能将塑料模具外形结构、变形等误差，控制在0.05%范围内。而预硬钢塑料模具的热处理工艺，要在模具材料热加工后，对其车削、铣削、钻孔、雕刻和精锉等操作，精加工后便可以直接投入使用。
　　2.2 塑料模具加工的CNC数控车铣工艺
　　数控机床在塑料模具加工中的应用，需要用到多种装夹工具、刀具等，在进行铣刀、虎钳及卡盘的装夹固定后，就可以开始某一塑料模具的车铣作业。所以数控铣削的加工流程，主要包括加工对象分析、加工方案制定、加工工艺及装备的安置、数控程序编制等，不同塑料模具加工流程的配合，可以完成对模具平面、曲面与轮廓的铣削工作。
　　利用CNC数控程序编程，开展塑料模具加工的工艺如下：（1）编程加工前应根据塑料模具图纸，进行加工毛坯尺寸的测量，并调整好数控设备加工参数，选择正确的铣刀、虎钳和卡盘等完成装夹，以准备对塑料模具展开加工。（2）利用CAXA制造工程师2013r5软件，进行模具加工操作，包括构件平面轮廓的正面铣削、反面铣削，以及曲面轮廓的线切割?30工艺加工，加工过程中预留0.03mm抛光设置。（3）之后检查塑料模具尺寸是否符合要求，并使用砂纸、油石或抛光膏等，去除模具上残留的毛刺、倒棱边。通过使用CNC数控车铣工艺，进行塑料模具的加工与生产，可以有效提高不同结构组件的耐用性、加工精度，并解决传统加工工艺存在的问题。
　　2.3 塑料模具加工的高速铣削工艺
　　高速铣削技术（HSM）为型腔模具加工的主要方式，其通常采用CAD/CAM集成设计与制造系统，进行模具结构的自动编程与加工。所以在对塑料模具高速铣削加工时，需要数控系统、机床系统两方面组件的支持，数控系统的缓冲寄存器、控制回路及插补方式，可以有效控制塑料模具的尺寸、表面质量与几何精度。而在高速铣削机床系统方面，应选用耐磨性、热稳定性、抗冲击性与机械性能优良的材料，进行铸铁、合金钢等材料的切削加工。对于具有复杂型面结构模具的加工，主要包括粗铣（粗加工）、半精铣（半精加工）、精铣（精加工）等流程。
　　（1）粗铣。模具粗加工主要在于去除多余材料，所以其应选择小切削用量、高切削速度、高进给率的方式，进行塑料模具几何轮廓的加工。当前使用复合刀具材料对模具工件的切削加工，应顺着规划的刀路进行分层内螺旋铣削，铣削时刀具要以圆弧形式，来完成加工路径连续光滑的切入、切出，这样能够保证模具拐角处的自然过渡。而在塑料模具型芯加工的过程中，应先从模具外部水平下刀，刀具切削进给量要尽可能大，切入、切出工件时采用倾斜式切削，切削后模具体积非常平整自然。
　　（2）半精铣。在粗铣加工建構起模具的几何轮廓后，就可以对其展开半精加工。粗加工过程中由于铣刀半径的限制，会有部分钢材没有被切削，这会出现一定的几何轮廓凸起。因此半精加工会针对粗加工造成的凸起，作出进一步曲线（Zig-Zag）铣削加工，沿着塑料模具轴线进行往复切削，从而有效减少铣削加工的空程问题。而在塑料模具半精加工前，需要准确测算剩余的最大加工余量，并制定合适的刀心加工轨迹，比如凹槽、拐角等半径大小。通过利用CAD/CAM集成设计与制造软件，可以制定出合理的半精加工策略，对模具工件轮廓、表面进行平整的切削加工。
　　（3）精铣。精加工是高速铣削加工的最终流程，其要在模件半精加工基础上，对塑料模具出形状、尺寸及表面平滑度，作出进一步切削与打磨操作。精铣加工主要采用刀路交叉的切入、切出方式，沿塑料模具结构径向进行往复铣削，铣削曲面的曲率半径大于刀具半径，以尽可能保证进给方向时圆弧的过渡自然。现阶段对塑料模具的高速铣削精加工，通常包含等高精加工、螺旋等高精加工、三维偏置等加工工艺，多种加工策略的混合使用，可以有效确保工件切削的高精度、平滑，并完成对模具表面精度、加工时间的控制。
　　最后探讨塑料模具加工中的抛光工艺。模具抛光技术也被称为镜面加工，一般使用油石、砂纸、羊毛轮、抛光膏等，对模具表面凸部进行抛光操作。对那些表面质量要求较高的模具，则需运用流体抛光、电解抛光、超精研抛等方式，对其表面进行抛光，以满足塑料模具表面平整度、光滑度及几何精度的要求。
　　3 结束语
　　塑料模具作为塑料制品生产的工具，主要包含凹模基板、凸模基板、凹模组件、凸模组件、凹模卡板口凸模卡板等构件，可用于机械制造、航天航空、电力、仪表等行业产品的生产。在开展塑料模具加工制作时，工程人员应根据客户对塑件产品的要求，进行模具结构、工艺资料与制造流程等的设计，并结合多种加工工艺进行塑料模具的铣削与打磨，才能完成不同模具产品的制作。
　　参考文献：
　　[1]王宏亮.塑料模具加工工艺的发展趋势[J].工程塑料应用，2014（04）.
　　[2]许浩，苏东艳.浅析塑料模具材料的选用及发展[J].科技与创新，2018（17）.
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