伞头模具的制造

傅枞春 林俊杰 柯伟聪 杨开怀

（福建船政交通职业学院 机械与智能制造学院，福州 350007）

随着经济的高速发展和人们生活水平的提高，人们对生活用品的要求发生了由量到质的转变。伞作为家庭必备的生活用品，已不仅仅是单纯的避雨和遮阳用具，更是时尚和文化的象征。伞头作为伞结构的重要组成部分，是外观表现的重要部位。伞头的外形、色彩、结构、工艺和性能，均直接影响消费者对伞的选购[1]。本文从伞头模具的制造工艺入手，详细分析伞头的二维设计图、模具三维建模、数控铣削加工、钻床打孔、电火花切割制作标志（LOGO）以及磨床去毛刺等模具制造全过程及其注意事项。

1 数控铣床加工

1.1 数值计算

加工过程中，最关键的是获得零件轮廓的基点和节点坐标，也就是获得数控加工刀位点轨迹的坐标，这个过程通常称为数值计算[2]。特别需要注意的是，对于伞头模具零件关键起始点和终止点的选取需要有明确的定位尺寸。

图1为某公司伞头零件的二维设计图样。坐标计算采用人工求解和计算机软件获取相结合的方式。先根据二维零件图样上给定的尺寸和已知条件，运用代数和几何知识，人工计算相应的坐标数值，再利用AutoCAD等绘图软件对复杂曲线标记坐标的功能，从图中直接查取获得难以计算的轨迹点坐标[3]。

图1 某公司伞头的二维设计图（单位：mm）

1.2 加工程序的编制

基于伞头零件的二维设计图、模型尺寸和定位尺寸，通过UG软件重构伞头三维模型，并利用软件功能生成三视图与二维设计图进行比对，然后调整局部细节。经过调整后的三维模型就是最终伞头成品的参考模型，但因需要使用模具来成型伞头，所以需将最终伞头三维模型进行倒模布尔运算获得最终的模具，然后沿分模线分开并设计挤出部分。使用UG软件所带的加工模块导入最终模具（半），然后设置加工环境和加工方法，设置毛坯样式。采用不同的刀具参数对模具进行加工刀路编辑，设置路径和进给数值参数。通过UG刀路仿真程序进行加工模拟测试，在测试过程中需观察刀路轨迹点是否符合加工设计，特别是圆弧过渡段是否符合要求。注意刀具与毛坯在加工接触中是否给进太大，检查刀具和毛坯之间是否发生撞刀与过切情况。通过计算机的刀路自动编程模块获得刀路文件，最后根据相应的铣削加工设备的后处理程序导出机器能够识别并工作的刀路程序[4-5]。计算机自动生成相应的刀路程序并后处理成相应设备的加工程序，同时对其进行保存备份，为后续铣削加工工艺提供参考。

1.3 铣削加工前准备

先将模具毛坯表面的毛边、异物打磨干净，再将模具毛坯架上工作台，排放整齐。使用寻边器和Z轴定位器对毛坯进行碰数、分中，装好加工过程中所需的刀具并按顺序放好。打开相应的加工软件导入程序，检查无误后发送。

导入铣削设备后需要进行模拟加工。在无毛坯的铣削设备内空运行加工程序，判断加工刀路运行有无问题[6]。确定加工刀路没有问题后，方可进行模具加工。此外，根据相应的加工材料绘制该加工程序的设计加工图表，如图2所示。

图2 伞头模具的设计加工图表

1.4 模具铣削加工

做好加工前的准备工作后，即可开启机床加工。在伞头模具的设计加工图表中，按照FANUC系统数控铣床的一般操作规范加工工件坯料。初次加工过程需要密切观察加工设备状态，包括水、电、气稳定度以及冷却液存储量，观察轴移动控制是否顺畅，设备运行过程有无不良杂音（气密性），加工件材料状态是否夹紧，加工时的表面质量和材料软硬度等，加工时刀具状态、转速、抖动以及随时避免撞刀等，加工给进过程是否过切等。调整好气管、油管的合适位置，从而达到冷却加工刀具的目的。

当加工完成后，需检查模具是否有异常，如无异常，即可取出。此外，需清理干净其表面的油渍、废屑，同时保持数控铣床工作台面的清洁，以便下次使用。

2 修整加工

2.1 钻床加工

伞头模具坯料在完成铣削加工后，要使用钻床对模具坯料进行打孔。加工的孔主要有两种。一种是螺丝孔。螺丝孔的孔深一般控制在15 mm左右。开完螺丝孔后，需对其进行螺纹加工。另一种是冷却水孔。冷却水孔的孔径一般为6 mm左右，贯穿整个模仁的侧壁，以便注塑成型时确保冷却系统能够顺利工作，降低塑件的收缩率。

2.2 电火花加工

伞头上往往带有生产企业设计的标志图案。这些标志图案一般都要求有较高的尺寸精度和平整光滑的表面，通常采用电火花加工处理模具上的标志图案，加工模具上的一些细小孔洞也会用到电火花工艺[7]。可以说，电火花加工是数控铣床加工的一个很好的辅助加工工具，一定程度上可以提高生产模具的工作效率和质量。电火花加工的操作与其他数控机床类似，同样需要碰数、分中等步骤。值得注意的是，加工前对电火花加工的电极校准非常重要。

2.3 磨床加工

当模具坯料经过上述加工工序后，表面可能会产生数量不等的毛刺，所以需要使用磨床对模具的表面进行打磨处理，将毛刺等清除干净，使其达到实际生产的要求[8]。

3 伞头模具的试模

3.1 试模准备

图3为加工的伞头模具。从图3可以清楚看到，模具的分型面有明显的打磨、抛光痕迹。这是因为伞头模具分为上下模，要分别进行加工，加工误差可能会导致伞头模具合模时合模线的厚度不均匀。因此，伞头模具在数控机床加工完成后需要对其表面进行打磨、抛光等处理。经过合模检查后，可以初步判断该模具没有存在加工问题，质量合格，可装模进行试模、试生产。

图3 伞头模具

3.2 试模方法

试模是为了检查模具制造的质量，判断模具能否生产出合格产品。试模过程中最容易产生的缺陷及其可能原因见图4，可根据试模填写[9]。

图4 缺陷及原因统计记录卡

做好试模准备后，根据设计的原料所对应的工艺参数加热料筒和喷嘴，并试调加热温度，通过观察料流的方法来判断料筒和喷嘴温度是否合适[10]。具体做法是用较低的注射压力使塑料自料筒缓慢流出，如果料流光滑明亮，没有硬头、气泡、银丝，说明温度适当，可以开机试模。

压力、温度和时间通常都是采用从低到高的调节顺序，且调节顺序依次是压力、时间、温度。首先，选择在低压、低温和较长的时间条件下成型的工艺开始注射。如果制件未充满，那么先增加注射压力，当大幅提高压力仍无法充满时改变注射成型的时间，待延长注射时间仍难以充满时提升料筒温度。升温时不宜过快，应使料筒温度与塑料温度达到平衡，避免塑料局部过热产生降解。

注射成型有高速和低速两种。高速注射通常适用于壁薄且面积大的塑件，壁厚且面积小时采用低速注射。伞头塑件壁厚适中、面积不大，高速和低速注射均能充满型腔。为提高生产效率，一般采用较高的注射速率。

根据用户的不同需求，伞头塑件可使用不同的原材料。当原料黏度较高且热稳定性较差时，宜采用较慢的螺杆转速和较低的背压加料；反之，黏度低和热稳定性好的塑料，则采用较快的螺杆转速和较高的背压加料。

试模过程中应做好详细记录，将对应结果填入试模记录卡，摘录成型工艺条件及操作要点，并根据图4分析产生的缺陷、原因及改进措施，进而注明模具是否合格，以供后续生产参考。若需要返修模具，应根据产生的缺陷及原因提出具体的返修意见。

3.3 样品分析

图5是由伞头模具注塑加工成型的伞头样品。检查伞头样品可以看出，样品表面光滑，总体满足设计要求，但塑件的合模线处可以明显感受到隆起。图5中标识的部分为隆起的合模线，会影响手握伞头时的手感，有时甚至会刮手。

图5 伞头样品

伞头样品合模线处过于隆起，可以初步判断原因是伞头模具在装模后上下模产生了错位，如图6所示。模具上下模发生错位是因为模具四周表面残留有毛刺，需要处理这些毛刺才能解决上下模错位问题。此时，需要对伞头模具进行细微的修复。

图6 合模线

3.4 模具修复

针对伞头模具试模后发现的模具四周表面存在毛刺的问题，可以分两步进行修复处理。第一步采用数控铣床分别对伞头模具的上下模四周进行铣削，将其表面的毛刺处理干净。第二步采用打模机、抛光机再次对上下模进行打磨、抛光处理，使其表面平整度达到要求。

在对伞头模具进行修复后，生产的伞头样品存在的合模线过分隆起的现象已经得到明显改善，如图7所示。手握伞头样品时的手感光滑，提高了制备的伞头质量。

图7 模具修复后的制造伞头样品

4 结语

根据伞头模具的制造工艺，从伞头二维设计图出发进行三维建模重构，详细分析了数值计算、数控铣削加工、钻床打孔、电火花切割制作标志、磨床去毛刺等工艺过程及其步骤和注意事项，讨论了试模工艺过程，并对整套模具进行试模和修模。经验证，该模具结构合理，各部件运动顺畅可靠，注塑效果良好，产品成型质量好。