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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。該軟件利用工程數據庫集成了設計、工程圖和裝配、電極設計、模具設計、數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環境下注射模的設計與加工編程。

2 模具設計

借助Cimatron E系統提供的注射模設計專家系統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是基于三維參數化實體造型的解決方案，它實現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，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化和定制成用戶自己的標準件。本例加載模架的規格為9PlatesB (190mm x246mm )，如圖3所示，在設計過程中，如果發現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，系統自動優化流道尖端結構(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，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，選用系統提供的標準流道結構，設定流道參數和尖端結構，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冷卻系統設計

Cimatron E的冷卻系統設計功能包含了一系列工具以簡化復雜的冷卻系統的設計。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；b 上蓋模具定模系統
c 上蓋模具頂出系統；d 上蓋模具裝配圖

2.6斜頂機構設計

Cimatron E頂出系統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的選用，而電參數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、電極外圍輪廓的創建、搭接延伸面設計等。系統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，系統還可以進行電極模擬加工。

4 數控編程與加工

Cimatron E在模具加工領域一直以穩定、高效、安全著稱。提供了從2.5軸到5軸的數控編程功能，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、規格以及工件材料特點，自動定義加工工藝參數，用戶可根據需要進行修改;可根據毛坯、零件的幾何特征，刀具規格，刀柄參數，機床參數進行干涉檢查，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進給速率等，通過與后置處理相結合實現樣條逼近、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的環刀)的硬質合金刀進行加工，選擇的加工方式為體積銑—環切，刀具材料為TiA1N

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