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 前言

Cimatron E軟件是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產品，目前在我國得到了廣泛的應用，尤其在模具行業(yè)。該軟件利用工程數(shù)據庫集成了設計、工程圖和裝配、電極設計、模具設計、數(shù)控編程加工等多個模塊，為模具設計、制造提供了一體化解決方案。

手機上蓋外形復雜，并有多處倒勾，是一典型注塑件。下面以此零件為例，簡單介紹Cimatron E環(huán)境下注射模的設計與加工編程。

2 模具設計

借助Cimatron E系統(tǒng)提供的注射模設計專家系統(tǒng)Mold Design，用戶可以完成完整的模具設計，包括幾何造型、分模設計、加載凸凹模、標準模架和標準件調用、非標準件設計與子裝配體設計、定位設計、冷卻、注射、頂出機構、工程圖及BOM表輸出等功能。MoldDesign是基于三維參數(shù)化實體造型的解決方案，它實現(xiàn)了模具三維設計的自動化，可完成所有單個零件、部件組件及標準件的設計和加載裝配，可以方便地將對模型分成型芯、型腔、滑塊和鑲件。

2.1幾何造型

利用幾何造型系統(tǒng)，在計算機中生成注塑制品的幾何模型，這是注射模結構設計的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復雜的表面，因此，常用曲面造型的方法來產生制品的幾何模型。Cimatron E具有強大的曲面造型及修改功能，能滿足復雜曲面的設計要求。在Cimatron E環(huán)境下，手機上蓋的設計結果如圖1所示。內腔有倒勾4處，圖1b圓圈里的部分可以用拔模檢測功能檢測倒勾。

圖1 手機上蓋的幾何模型

2.2分模設計

在注射模中，型腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制品的內表面。由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影響，制品的內外表面尺寸并不就是模具型芯型腔面的尺寸，兩者之間需要比較復雜的換算，因此，良好的分模設計直接影響著產品的最終成型。 Cimatron E提供了方便、快捷的成型收縮率輸人、拔模角分析、倒勾分析工具、模擬分模過程等一系列分模工具，與高級曲面功能無縫集成，便于復雜分型面的生成。Cimatron E的分模不必區(qū)分曲面、實體，針對存在縫隙、破面的圖素，照樣可以進行分模。

手機上蓋是一典型的殼體類零件，內腔存在4處倒勾，在Cimatron E環(huán)境中對其上、下兩個方向分模，得到型腔和型芯后，對于零件中存在的倒勾部分，利用曲面的斷開功能，先將其從整個零件中斷開，然后設置新的分模方向，將倒勾部分曲面分別附屬到新的方向上去。對于局部不合理的曲面，利用曲面斷開、導動、混合等特征指令對其進行處理，然后將其分別附屬到合適的方向上，最終輸出模具部件如圖2所示。

圖2 模具部分

2.3 標準模架調用

Cimatron E提供了強大的參數(shù)化設計的標準件生成工具，同時提供通用的標準模具庫。所有的標準件庫都可以方便快捷地優(yōu)化和定制成用戶自己的標準件。本例加載模架的規(guī)格為9PlatesB (190mm x246mm )，如圖3所示，在設計過程中，如果發(fā)現(xiàn)模架的部分模板尺寸設計有誤，可以很方便地對模架的各部分尺寸進行修改，甚至可以重載模架。

圖3 標準模架調用

2.4澆注系統(tǒng)設計

Cimatron E提供了如噴嘴、定位圈等標準件，通過載人標準件，很方便地完成如噴嘴、定位環(huán)等的定位放置。如果標準件不符合用戶的尺寸要求，通過編輯標準件參數(shù)得出用戶定制標準件。用戶只需做出流道線架，定義Cimatron E提供的標準流道形式，系統(tǒng)自動優(yōu)化流道尖端結構(有利于廢料的冷卻和斷裂)，可以根據流道草圖進行分類，高效地生成用戶要求的流道。如本例，只需確定定位圈和噴嘴的相關參數(shù)，可以從標準件庫中選取或者編輯標準件，載人模架后，畫出其線架，選用系統(tǒng)提供的標準流道結構，設定流道參數(shù)和尖端結構，流道將自動生成。澆口的設計，選定澆口的類型，此處選用側澆口。

2.5冷卻系統(tǒng)設計

Cimatron E的冷卻系統(tǒng)設計功能包含了一系列工具以簡化復雜的冷卻系統(tǒng)的設計。本例只需定義冷卻水道的平面，繪制水道的2D草圖，設定水道的直徑為勸8mm、水道端部延伸量為4mm，就可以生成3D的水道，如圖4所示。水道生成后，直接載人相關冷卻系統(tǒng)的標準件，如插銷、連接裝置、隔板、管接頭等。Cimatron E提供精確的冷卻水道設計工具，確保冷卻水道的設計，并考慮到鉆孔工具的準確形狀，包括鉆孔延伸和鉆孔尖端的特殊設計。

a 上蓋模具動模系統(tǒng)；b 上蓋模具定模系統(tǒng)
c 上蓋模具頂出系統(tǒng)；d 上蓋模具裝配圖

2.6斜頂機構設計

Cimatron E頂出系統(tǒng)設計提供了一系列豐富的工具。在本例中，首先根據斜頂位置在頂板固定板設計滑塊定位槽，然后設計了導滑塊如圖Sa所示，再根據斜頂和導滑塊設計斜頂導滑部分如圖5b所示。

3 電極設計

在模具制造過程中，金屬切削加工無法完成的狹縫、尖角或清根部位可采用電火花加工，因此必須進行電極設計。作為電火花加工的關鍵部分，電極設計的合理性影響著狹縫、尖角或清根部位、型面等特征的成型及電參數(shù)的選用，而電參數(shù)的選用直接影響加工效率。使用Cimatron E提供的電極設計模塊用戶可以完成電極設計和電極工程圖輸出，實現(xiàn)電極設計、制造、工藝圖檔信息管理的自動化，加速電極的分析、提取、生成和文檔的建立。

電極設計流程依次為抽取放電面、根據加工面抽取電極三維信息、電極毛坯設置(毛坯一般提供圓形和方形)、電極坐標系設定、電極柄設計、電極外圍輪廓的創(chuàng)建、搭接延伸面設計等。系統(tǒng)提供了放電面和電極本體放電間隙設置、新電極設計與工程圖輸出等功能，在已成型電極的基礎上，可以將其存為模板，對于相似特征的電極設計可直接調用模板。此外，系統(tǒng)還可以進行電極模擬加工。

4 數(shù)控編程與加工

Cimatron E在模具加工領域一直以穩(wěn)定、高效、安全著稱。提供了從2.5軸到5軸的數(shù)控編程功能，提供了從粗加工、半精加工、精加工到清根的全部加工策略。編程過程中，自動識別零件和毛坯，根據刀具材料、規(guī)格以及工件材料特點，自動定義加工工藝參數(shù)，用戶可根據需要進行修改;可根據毛坯、零件的幾何特征，刀具規(guī)格，刀柄參數(shù)，機床參數(shù)進行干涉檢查，保證刀具路徑的安全;提供了豐富的高速銑削(HSM)策略，比如擺線加工，圓弧連刀，隨形加工，自動分層細化余量，根據切削載荷變化自動調節(jié)進給速率等，通過與后置處理相結合實現(xiàn)樣條逼近、圓弧逼近走刀路徑，提高了加工效率和零件的表面質量。具有刀路軌跡模擬及機床仿真功能;強大的后置處理功能，根據用戶需求輸出正確的機床加工代碼。

該零件結構復雜，細小部位多。同時模具要求精度高，壽命長，所以使用了較高硬度的材料H13鋼，并且要求數(shù)控加工時做到有足夠的精度，減少手工工作量。所以選用高速加工中心銑削加工。毛坯為六方塊，六面均已光整。

先在毛坯背面加工4個螺紋工藝孔，將工件固定在墊板上，通過壓板壓緊墊板，將工件固定在機床工作臺上。加工坐標原點定在毛坯底面中心處。

粗加工使用D lOR3mm(直徑為Φ10mm拐角半徑為R3mm的環(huán)刀)的硬質合金刀進行加工，選擇的加工方式為體積銑—環(huán)切，刀具材料為TiA1N

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