《模具制造》2023年第1期

发 罩 内 板 工 装 孔 设 计 变 更 方 法

李 兵，戴长征，熊 瑞

（一汽-大众规划模具制造科，广东佛山 528000）

【摘要】针对模具常见孔造型或位置的设计变更问题，提出了一套相对完善的改进方法与

思路，该方法阐述了如何通过AutoCAD软件分析模具工艺及结构，然后结合现场实际情

况，逐步分析模具在各个工序对孔实现的功能，最后利用模拟数据建立改进方案并完成工

装孔的设计变更，解决新项目车型自动化装配问题，提高了生产效率，降低了返修成本。

关键词：AutoCAD；模具工艺；设计变更；工装孔

中图分类号：TG385.2 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.006

Design Change Method for the Tooling Hole

of Inner Plate of Hair Hood

Li Bing，Dai Changzheng，Xiong Rui

(FaW-Volkswagen Planning Mould Manufacturing Department, Foshan,Guangdong 528000,CHN)

【Abstract】In view of the design change problem of die common hole shape or position, put

forward a set of relatively perfect improvement methods and ideas. This method describes how to

analyze the die process and structure through AutoCAD software, and then combined with the

actual situation of the site, gradually analyze the function of the mold to the hole in each process.

Finally, the simulation data is used to establish an improvement scheme and complete the design

change of tooling holes, so as to solve the automatic assembly problem of new project models,

improve production efficiency and reduce repair costs

Key words：AutoCAD; die process; design change; tooling hole

1 引言

以某品牌新车型发罩内板工装孔设计变更为例，

通过AutoCAD软件辅助分析并结合调试实际情况进

行改进，总结新车型模具项 目调试阶段工艺改进标

准化流程，形成设计变更指导书，为后续类似工装孔

改进优化提供参考。

2 问题现状

图1所示为某新车型发罩内板在白车身装配后，

发罩内板前端对应两个工装孔与总装车间装夹勾头

存在匹配干涉，因此，进行整体白车身表面电泳时产

生晃动，导致工装孔型面变形和表面刮蹭（见图2），返

修率达100%，严重影响自动化装配效率。先后多次

调整装夹勾头形状，无明显效果，故需要将发罩内板

两处工装孔进行设计变更，增强工装孔的成形刚性，

提高生产效率。

图1 装夹示意图 图2 变形缺陷样图

3 改进思路

为提高工装孔区域的成形刚性并避免装夹干涉，

·冲 模 技 术·

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《模具制造》2023年第1期

需要改变工装孔造型，才能同时满足生产要求。提高

制件工装孔刚性，最直接有效的方式就是在拉伸成形

工序加强板料的塑性变形程度，或者改变冲孔工艺做

成冲翻孔。因此，可通过加深发罩内板工装孔在拉伸

工序的拉伸深度来提高孔周围的板料的成形刚性，同

时随着孔深度的增加，亦可避免装夹勾头与孔表面干

涉问题（见图3）。

图3 变更效果样图

4 设计变更流程

4.1 OP20拉伸工序

常见工装孔在设计时均会考虑到支撑强度问题，

所以，一般设计为翻边孔。此车型模具冲翻孔的成形

工艺由拉伸、冲孔、翻边3道工序分别完成，主要成形

就在拉伸工序。如图4所示，根据AutoCAD数据模拟

分析得出，在工装孔凸模凸包拉伸成形极限高度为

4.5mm（共两处），制件拉伸减薄率不能超过料厚的

20%，否则将出现拉裂缺陷。

图4 OP20工装孔凸模工艺结构图

如图5所示，拉伸凹模图示位置A处（圆环区域）

型面需补焊后再数控机加工，最大变化量为 0.7mm。

为调整工装孔拉伸成形的进料阻力分布均匀，提高拉

伸成形裕度，故增大凹模具口R角并过渡，凹变化区

域及量值如图5所示，共两处。

图5 OP20工装孔凹模工艺结构图

4.2 OP30修边工序

OP30工序为内板修边工序，如图6所示，对于工

装孔凸模原就为铸件空开的型面，在该序处于非工作

区，理论上没有影响。但在该工序下模两工装孔位置

设计有零件传感器，用于实现自动化生产时检测零件

是否放置到位的功能，故需根据实际情况调整传感器

与零件间距即可（一般不超过8mm）。对于压料板则

可直接根据更改后的拉伸件进行干涉去量。

图6 OP30工装孔凸凹模工艺结构图

4.3 OP40修边工序

OP40工序也为内板修边工序，对于设计变更位置无

工艺要求，并属于非工作区域。但是也需将该序工装孔

位置凸凹做随型处理，才能保证制件与模具的服帖性。

通过AutoCAD软件辅助分析，可以看出在增加工装孔凸

模外圈轮廓后，在工艺孔位置存在局部多量（见图7），

ϕ40

ϕ40

ϕ56

A

ϕ40

ϕ40

图7 OP40工装孔凸模工艺结构图

·冲 模 技 术·

·22·

《模具制造》2023年第1期

但是多量面积不大，可通过手工研修去量，对于上模

压料板则研修去量，并空开保证通过性即可。

4.4 OP50冲孔工序

OP50 工 序 为 工 装 孔 内 圆 的 冲 孔 工 序 ，根 据

AutoCAD 数据得知，由于冲孔周围的型面发生变化

（共两处）。如图8所示，下模模具冲孔凹模套外轮廓

向外 5.7mm 的区域进行补焊，最大补焊量为 4.4mm，

冲孔凹模套底部增加 5mm 垫片，用于保证凹模套标

准件的快换功能，但是在焊后加工时需注意防转槽

的躲避。

图8 OP50工装孔冲孔凹模套工艺结构图

对于上模底板凸模固定座配合面底面（共两处）

降铣4.5mm来保证冲裁刃口合理合入深度，压料板镶

块型面可通过数控机加去量（见图9）。注意冲孔凸凹

模为防止冲孔带料等问题，其压料面需做强压处理，

孔区域着色率要求达到95%以上，可在调试压机根据

更改后的拉伸件进行着色研修。

图9 OP50工装孔凸模工艺结构图

4.5 OP60翻孔工序

OP60 工序中两处工装孔均采用翻孔工艺，若是

普通定位孔（如：制件定位孔和测量基准孔等）将不

用考虑采用此工艺。但在整车电泳时，该制件两工

装孔起到支撑发罩总成的作用，则对其有一定支撑

强度要求，故均需设计为翻边孔，来保证制件位置精

度、尺寸精度及刚性。如图 10 所示，根据 CAD 模拟

数据得知，OP60压料板最大变化量为4.5mm，但为保

证 该 区 域 着 色 率 ，则 按 照 翻 边 轮 廓 周 圈 直 径 为

ϕ60mm 的型面进行补焊，再按照新加工数模加工型

面及翻边轮廓。

图10 OP60工装孔压料板工艺结构图

对于翻边凸模（见图11）则是在凸模固定座底部

增加 5mm 垫片，翻孔凹模按照加工数模降铣型面

4.5mm，根据凸模顶部原有R为30mm，则需要将翻孔

凹模口R角倒角30mm用作随形。根据现场实际情况

微量调整冲翻孔冲裁间隙，保证无开裂、毛刺等缺陷，

最终件试用装车确认无误，即完成此次工装孔设计变

更。以上则为一套完整关于孔的设计变更指导方法

和思路。

图11 OP60工装孔凸凹模工艺结构图

5 结束语

好的轿车从冲压开始，在新车型项目整车调试期

间，冲压单件不仅要满足各项尺寸、匹配精度等，还要

满足后续车间多个工序自动化匹配装车效率，因此，

在模具调试期间经常会收到后续车间反馈和抱怨，提

出部分关于孔的造型或位置的更改需求。为此，本文

结合AutoCAD软件进行辅助理论分析，再结合实际调

试情况，进行工装孔造型的设计调整，详细的阐述了

常见孔造型的更改思路、流程及注意事项，为后续新

车型类似孔的设计变更进提供参考，提高工作效率及

自身品牌影响力。

·冲 模 技 术·

·23·

《模具制造》2023年第1期

塑料制品真空注射成型工艺技术研究*

李海林，李有兵

（广州城建职业学院，广东广州 510925）

【摘要】为提升塑料制品在注射成型生产中的质量，拓展塑料制品应用朝大型化精密化方

向发展，分析总结了当前真空注射成型技术的应用现状，阐述了真空注射工艺的核心技术

问题，在此基础上开发设计出了一种具有自主知识产权，可在普通注塑机上实施真空注射

工艺生产的抽真空工艺装备，解决了常规真空注射生产时真空阀容易堵塞、抽真空效果不

明显等生产问题，降低了生产制造成本，实现了真空注射成型的稳定生产。

关键词：真空注射成型；模具结构；抽真空装置

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.007

Research on Vacuum Injection Molding Technology of Plastic Products

Li Hailin，Li Youbing

（Guangzhou City Construction College，Guangzhou，Guangdong 510925，CHN）

【Abstract】In order to improve the quality of plastic products in injection molding production

and expand the application of plastic products to the direction of large-scale precision

development. This paper analyzes and summarizes the current application status of vacuum

injection molding technology，based on this，a kind of vacuum process equipment with

independent intellectual property right is developed and designed，which can be used in the

production of vacuum injection molding on the common injection machine，the invention solves

the problems such as the vacuum valve is easy to jam and the vacuum effect is not obvious in the

conventional vacuum injection molding production，reduces the production cost，and realizes

the stable production of the vacuum injection molding.

Key words：vacuum injection molding；mold structure；vacuum extraction unit

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塑料注射模技术

1 引言

塑料来源广泛、价格相对较低，拥有各种优异的

性能，被称为国民经济四大材料之一，广泛应用于社

会的各行各业。在塑料制品中有85%是通过注射成

型实现的，其工艺过程是将颗粒状或粉状塑料从注塑

机的料斗送入加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为

粘流态熔体，在注塑机柱塞或者螺杆的作用下，熔体通

过注塑机喷嘴注射入模具型腔，经过一定时间的保压、

冷却定型后，将模具分型，获得所需形状的成型塑件。

参 考 文 献

[1] 戴长征，刘泽宇. 德系后盖外板成形极限（FLD）缺陷分析

与处理[J]. 模具制造，2021，21（05）：1~5

[2] 赵子海，刘英堂，邵林江，王伟，吴进强，王健.侧围外板基准

孔冲翻孔模结构改进[J]. 模具制造，2020，20（06）：11~13

第一作者简介：李兵，男，1987年生，模具维修技

工，主要从事项目模具调试与维修工作，具有11年工

作经验，精通复杂模具疑难问题的优化调整。

（收稿日期：2022-09-09）

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* 教育部高等学校科学研究发展中心《虚拟仿真技术在职业教

育教学中的创新应用》专项课题，课题编号ZJXF2022065。

·塑料注射模技术·

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《模具制造》2023年第1期

这种工艺不仅适用于全部热塑性塑料，而且也适用

于部分流动性较好的热固性塑件的成型。由于融熔

塑料在高温高压高速状态充填至模具型腔，型腔中的

大部分气体来不及排出而不可避免地卷入到塑料融

体中，并以气孔形式存留于塑料制品内，引起塑件的

开裂或严重的翘曲变形，限制了大型塑料制品在行业

中的使用。

2 真空注射成型技术优势与研究现状

真空注射是指在注射成型工艺开始之前，预先

或同步将模具型腔中的气体抽离，使模具型腔处于

一定的真空度下，然后将熔融的塑料熔体在一定的

注射压力下填充入模具的型腔之中，经保压冷却定

型后得到所需塑件的过程。相对于传统的注射工

艺，该工艺主要有以下技术优势：一是能有效排除模

具型腔中气体对注射成型造成影响，避免塑件产生

气孔气泡现象，消除塑件成型缺陷，在传统注射成型

工艺中，在填充时间内，模具型腔内的气体无法全部

排除，剩余的气体就会残留在塑件的内部，造成塑件

缺陷，同时由于内部残留气体的阻力，使得填充阻力

增大，容易出现填充不足等缺陷，在大型塑料生产中

表现更是如此；二是能够有效的降低注射时的注射

压力，提升注射速率，降低塑件内部内应力，减少了

塑件的翘曲变形甚至开裂，同时也减少成型周期，提

升了生产效率。

目前，塑料制品的注射成型一般是依靠模具排气

机构进行排气[1]

，常用的排气机构形式有以下几种：一

是利用分型面排气，在分型面上距离塑件的外围轮廓

10mm左右的部位设置专用排气槽；二是利用各成型

零件间的镶拼间隙排气，一般将塑件结构上的深腔或

窄槽等部位在模具中设计为组合形式；三是利用推出

机构的间隙排气，塑件经模具成型后需推出机构如顶

杆等将塑件从模具中顶出，这些顶出活动零件与成型

零件需有一定配合间隙。虽然在模具中通过这些排

气机构的设置能有效的解决模具型腔气体的残留问

题，但是对于大型复杂的塑料制品，由于其内部错综

复杂的结构特征，使得模具的型腔也异常复杂多变，

从而造成气体通道排气不顺畅，在注射生产时容易出

现各种成型质量问题。

为了进一步优化注射成型工艺，提升塑件的质

量，应用真空注射工艺是解决上述问题的有效方法之

一，虽然当前国内外对真空注射尤其是真空压铸做了

很多的研究，但真正用于实际生产的并不多见，究其

原因主要有以下几点：一是当前用于成型复杂塑料制

品的专用真空注射设备少，大多是用于形状简单的真

空吹塑设备与真空吸塑设备；二是生产企业主观应用

意识不强，因为抽真空设备在实际生产中容易出现技

术故障，尤其是真空阀因为熔融塑料或者合金的吸入

而造成堵死，使得生产中断，影响企业的生产效率。

是否有效提高在真空注射生产时设备的技术稳定性，

成为该技术在注射行业应用是否普及的关键。

真空注射技术的核心是对模具型腔内气体的进

行抽离，使熔融塑料在一定的真空度环境下进行注射

生产，目前主要的真空抽气方式有以下两种形式[2]

。

（1）将整副模具进行整体密封，然后在密封装置

上设置抽真空口，如图 1 所示。将模具的定、动模部

分在合模状态下装入注射成型设备中，然后在模具

外围设计真空箱，并在真空箱上设置抽真空口，利用

真空泵、真空罐等设备通过密封装置上的真空口对

模具实施抽真空。这种方法最大的优势是无需在模

具中设计专门的抽真空结构，只需要将模具与真空

箱进行密封，不足之处在于抽真空管道并没有与模

具直接接触，对大型复杂塑料制品的模具型腔抽气

效果不明显。

图1 模具整体密封外部抽真空

1.真空箱 2.模具动模部分 3.注塑机动模板 4.注塑机定模架板

5.模具定模部分 6.抽真空口 7.真空箱调节片

（2）直接在模具内部抽真空，如图2所示。模具放

置于注塑机中，将抽真空管道与模具成型零件上设置

的抽真空口相连接，对模具型腔实施抽真空，该方法

是将模具型腔进行局部密封，直接在模具内部设置抽

真空装置。此方法的技术优势在于能高效快速的完

成对模具型腔的抽真空，能有效保证模具型腔内真空

度的要求，不足之处是塑料熔体容易随抽真空口进入

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《模具制造》2023年第1期

抽真空系统中，造成真空系统堵死，同时与顶出机构

密封的装置容易磨损损坏。在文献[3]中介绍了在以

下几种模内抽真方法及装置：①利用顶杆间隙实现模

内抽真空，此方法是直接在模具的顶杆部位设计抽真

空口，虽然装备简单但容易出现密封问题；②利用多

个抽真空口对模具抽真空，该方法是在模具的型腔内

部设置多个抽真空口，分别进行抽真空，虽然能保证

模具的抽真空效果，但是，模具相对复杂，活动零件处

的密封装置容易损坏；③利用挡料装置进行模内抽真

空，此方法是在模具中设计挡料装置对模具型腔进行

密封，虽然能有效提升模具密封装置寿命，但模具结

构相对复杂，生产制造成本高；④利用真空抽气阀抽

真空[4]

，此方法是在模具中设计专用的真空抽气阀，该

专用阀由连接座、排气阀，检测阀等多个零件组成，抽

真空生产时能够起通气阻料的作用，不足之处是模具

结构复杂，制造成本高，出故障后维修不方便。

图2 模具内部抽真空

1.注塑机动模固定板 2.模具动模座板 3.方铁 4.动模板

5.注塑机定模固定模板 6.成型零件 7.模具定模座板

8.定模板 9.抽真空管道 10.推板固定板 11.推板

3 真空注射工艺的关键技术剖析

真空注射工艺一般有以下两种形式[5]

：一种是先

抽再注，当模具合模后先对模具型腔进行抽真空，当

模具型腔内的真空度到达一定要求后再进行注射生

产；另一种是边抽边注，当模具分型面在闭合前的瞬

间，对模具型腔抽真空同步进行注射生产。无论哪种

工艺方式，其关键技术有以下几点。

（1）模具密封。

当采用模具整体密封时，需要对模具与外围密封

箱进行整体密封，一般是用橡胶圈对模具动、定模座

板与密封箱的接触部位进行密封，对模具内部一般不

做密封处理。当采用模具型腔局部密封时，主要涉及

的密封部位是模具的进料口、分型面及推出机构，目

前一般采用橡胶圈对上述位置进行密封，这种密封方

法对模具分型面与推出机构是行之有效的，只是模具

进料口一般处于高温状态下，容易引起橡胶卷的硫

化，从而影响密封效果。

（2）抽真空装置。

抽真空装置性能的可靠性与稳定性是真空注射

生产能否稳定进行的关键[3]

，抽真空装置一般由电动

机、真空泵、真空罐、过滤器、接头、真空阀等零件组

成。在抽真空时，要能有效快速的使模具型腔中的气

体经抽真空管道进行抽离，还要能阻止熔融的塑料进

入抽真空系统，一般会在抽真空装置的外部设计保护

装置。

（3）控制与通信。

PLC控制抽真空装置生产运行，一般电动机主轴

与真空泵主轴通过带传动相连，真空泵与真空罐通过

真空管道相接，真空罐与真空阀通过真空管道接口相

接，真空阀前端接口与模具抽真空口相连，最后安装

各种辅助装置，如真空表、传感器等，在合模信号的驱

动下，由PLC控制电机启动并带动真空泵运行，对真

空罐内实施抽真空，当真空罐内真空度空达到一定要

求，经传感器反馈信息给PLC输入端，再由PLC输出

端信号控制真空阀的开启，此时对模具型腔开始实施

抽真空，当检测模具型腔真空度达到一定要求，再由

传感器反馈信息给PLC输入端，最后由PLC通信控制

注射设备启动注射生产全流程。

4 模内模外组合抽真空工艺

笔者与东莞运豪集团合作开发设计了具有自主

知识产权的塑料制品真空注射工艺方案，采用密封箱

对模具整体密封，其工艺流程如图3所示。外围抽真

空设备主要由过滤器 22、真空阀 23、真空阀接头 24、

真空罐26、真空泵28，电机29等组成，安装流程是将

模具定模侧固定在密封箱定模4内，模具动模侧固定

在密封箱的动模11内，抽真空接口盒18与密封箱抽

真空口17、模内抽真空管16通过螺钉连接，再通过真

空管与外围的抽真空设备相连接。整个工艺装备的

密封方案是：在模具与密封箱的分型面上设置密封圈

进行密封；在注塑机喷嘴1与模具主流道衬套2的接

触处涂上树脂油，利用其接触压力对模具进料口进行

密封；在注塑机顶杆12的外径处设置密封圈13对推

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《模具制造》2023年第1期

出机构进行密封；在模具型腔末端或深腔部位设置排

气塞21对模内抽真空口进行通气阻料隔离。

工作过程：当模具、密封箱及外围抽真空设备与

注塑机安装连接完毕后，启动合模信号后，注塑机动

模固定板移动使模具及密封箱合模并触发合模终端

位置行程开关，由行程开关提供输入信号给 PLC，再

由PLC控制驱动电机29启动运行，由电机轴通过传送

带带动真空泵进行抽真空，当真空罐26内的真空度达

到设定值要求后，真空罐检测传感器提供输入信号给

PLC，由PLC控制真空阀开启，当真空阀阀门打开后通

过抽真空接口盒18对模具型腔及密封箱进行抽真空，

当模具真空度达到要求后，密封箱检测传感器反馈输

入信号给PLC，由PLC通过数据通信控制注塑机开始

注射，经过保压、冷却、开模、顶出等流程后完成一个

工作周期。

本工艺方案中因为在模具型腔中设置了专用排

气塞，一般可以用专用排气钢替代，所以，对模具抽真

空时，不需要对真空截止阀的关闭时刻进行准确的控

制，通过排气塞的隔离作用，在排出模具型腔内空气

的同时能有效防止熔融塑料通过抽真空管进入真空

截阀，避免造成生产故障，提升了系统工作的稳定

性。采用同时同步对模具型腔及模具外围密封性实

施抽控真空，保障了抽真空的实施效果，无需对模具

的活动顶出零件进行密封设置，简化了模具结构。可

以直接在普通注塑机上进行安装与调试，极大的降低

的真空注射生产成本。

图3 模内模外组合抽真空工艺

1.注塑机喷嘴 2.主流道衬套 3.密封圈 4.密封箱定模 5.模具定模板 6.型腔 7.推杆 8.密封圈

9.型芯 10.模具动模板 11.密封箱动模 12.注塑机顶杆 13.密封圈 14.推板 15.推板固定板

16.模内抽真空管 17.密封箱抽真空口 18.抽真空接口盒 19、25.真空表 20.温控接口 21.排气塞

22.过滤器 23.真空阀 24.真空阀接头 26.真空罐 27.真空管 28.真空泵 29.电机

5 结论

真空注射工艺能极大的提升塑件的品质，不仅能

使塑件向更加大型化复杂化及精密化的方向发展，而

且还能使注射时所需的压射力更低，有效地节省了电

能损耗，实现绿色注射成型。自主研发的模内模外组

合抽真空工艺能在普通注塑机上实施真空注射成型

生产，具有广阔的应用前景。

参 考 文 献

[1] 张辈钦. 抽真空注塑模具设计及应用研究[J]. 科技创新与

应用，2020，（08）

[2] 李海林. 真空压铸工艺与锌合金高真空压铸技术研究[J].

模具制造，2013，（12）

[3] 刘斌等. 注射模模内抽真空装置剖析与应用[J]. 模具工业，

2009，35（8）

[4] 万里等. 压铸用高真空控制系统的开发与应用[J]. 特种制

造和有色合金，2010，（7）

[5] 徐纪平主编. 压铸工艺与模具设计[J]. 北京：化学工业出版

社，2009.

第一作者简介：李海林，男，1980年 9 月生，湖南

人，高级工程师，研究方向：模具CAD/CAE/CAM技术、

机械设备结构与控制技术。

（收稿日期：2022-09-04）

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多型腔U形扣注射模浇口排列布置与禁忌

高俊丽，袁开波，文根保

（中国航空工业航宇救生装备有限公司，湖北襄阳 441000）

【摘要】U形扣注射模结构设计并不算复杂，由于该注射模结构对于多型腔排列布置没有

规避浇注系统的禁忌，造成成型的三分之二的U形扣产生了填充不足和缩痕等缺陷。对

于多型腔分流道长度不等的型腔排列，是需要反复计算浇口的平衡值，通过改变浇口截面

和浇口长度的计算，并以计算数据为依据进行反复的浇口修理，以便达到塑料熔体流量的

平衡，但这样做是得不偿失的。该案例就是一种警示，对于多型腔注射模的排列布置，一

定要注意浇口截面的平衡值的计算。若在制订模具结构方案就注意到多型腔的排列布置

浇口的平衡性，采用了等分流道长度的排列布置，就能完全避免浇注系统布置的禁忌。

关键词：U形扣；多型腔；排列布置；平衡值；禁忌

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.008

Arrangement and Taboo of Multi-Cavity

U-Shaped Buckle Injection Mold Gate

Gao Junli，Yuan Kaibo，Wen Genbao

（Avic Aerospace Life-Support Industies. Ltd., Xiangyang，Hubei 441000，CHN）

【Abstract】The structure design of the U shaped buckle injection mold is not complicated.

Because the injection mold structure does not avoid the taboo of the pouring system for the

arrangement of multi-cavity, two-thirds of the U shaped buckle has defects such as insufficient

filling and shrinkage marks. For the multi-cavity shunting length of different cavity arrangement,

it is necessary to repeatedly calculate the balance value of the gate, by changing the gate section

and gate length calculation, and to calculate the data as the basis for repeated gate repair, in

order to achieve the balance of plastic melt flow, but this is not worth the loss. This case is a

warning, for the arrangement of multi-cavity injection mold, we must pay attention to the

calculation of the balance value of the gate section. If we pay attention to the balance of the

arrangement and arrangement of the gate of the multi-cavity in the formulation of the mold

structure scheme, we can completely avoid the taboos of the arrangement of the pouring system

by using the arrangement and arrangement of the equal length of the runner.

Key words: U buckle；multi-cavity；arrangement；equilibrium value；taboo

1 引言

对于多型腔U形扣注射模设计，除了需要进行U

形扣的形体和模具结构方案可行性分析之外，还必须

注意不同的多型腔和分流道距离所造成浇口截面积

不平衡的问题。因为，一旦出现多型腔浇口不平衡的

问题，所加工的大部分U形扣会产生填充不足和缩痕

的缺陷。因此，需要引起模具设计者的特别注意。

2 U形扣的形体要素分析

U形扣形体分析，如图1a所示，U形扣三维造型，

如图1b所示。U形扣分型面Ⅰ-Ⅰ，如图1a所示。U

形扣形体上存在着平行开闭模方向2×1×1×1×2.02°×

·塑料注射模技术·

·28·

《模具制造》2023年第1期

1.4mm和2×R0.7×3mm的凸台要素，以及外观要素，如

图1所示。材料为ABS+30%PC，收缩率为0.3%~0.6%。

图1 U形扣形体要素分析

a——U形扣形体要素分析 b——U形扣造型

注： 表示为凸台要素 表示塑件的型面应有“外观”要求

3 U形扣注射模结构可行性方案分析

U形扣在注射模中为竖立摆放位置，对于U形扣

的内型，可以采用动模型芯进行成型，外形可以采用

定模型腔进行成型；对于平行开闭模方向的2×1×1×

1×2.02°×1.4mm凸台要素，可以在动模型芯中加工出

的型腔获得。平行开闭模方向的2×R0.7×3mm凸台要

素，可以采用镶嵌件进行成型；对于外观要求，由于其

壁厚仅为1mm，可以分型面Ⅰ-Ⅰ为脱模面，以及在U

形扣内型面上设置点浇口的注射模结构加以解决。

4 注射模结构设计

U形扣注射模结构由模架、浇注系统、冷却系统、

脱U形扣和脱浇注系统冷凝料机构、回程机构、成型

构件（含定、动模型芯和定模镶嵌件）和导向构件等组

成。U形扣注射模采用了一模六腔，分型面Ⅰ-Ⅰ，如

图2a所示。

21.2

2×1

10°

I

I

1

3

.4

22.1

2.02°

1

1

3

5

R

R8.1

1.4

2.1

10°

2×R0.7

（a） （b）

1

图2 U形扣注射模结构

a——U形扣注射模结构二维设计 b——U形扣注射模型芯三维造型

1.动模垫板 2.动模型芯 3.动模板 4.脱件板 5.定模型芯 6.定模板 7.定模垫板 8.定位圈 9.浇口套

10.拉料杆 11.模脚 12.推杆固定板 13.推件板 14.动模座板 15.回程杆 16.弹簧 17、19.导套 18.导柱

20.定模镶嵌件 21.顶杆 22.内六角螺钉 23、27.冷却水接头 24、28.螺塞 25、29“. O”形密封圈 26.U形扣

（a） （b）

5 6 7 8 9 10

4

3

2

1

14

13

12

11

16

15

Ⅰ

0.8

14.6

Ⅰ

1.2

19

18

17

21

22

D D

1

20

26 25 24 23

出水

进水

出水

进水

B

A

C

C

A

B

1

29 28 27

动模部分俯视图 定模部分仰视图

0.5

6×1.9

A-A B-B C-C

D-D

·塑料注射模技术·

·29·

《模具制造》2023年第1期

4.1 模架

如图2a所示，由动模垫板1、动模板3、脱件板4、

定模板6、定模垫板7、定位圈8、浇口套9、拉料杆10、

模脚11、推杆固定板12、推件板13、动模座板14、回程

杆15、弹簧16、导套17、19、导柱18、顶杆21、内六角螺

钉22等组成，模架是注射模各种机构、系统和构件组

装的平台和基础件。

4.2 成型构件

包含有动模型芯2、脱件板4、定模型芯5和定模

镶嵌件20，成型构件是成形U形扣的关键零部件。由

于塑料热胀冷缩的特性，所有成型构件的成型尺寸都

必须是 U 形扣尺寸+U 形扣尺寸×平均收缩率 4.5%。

并且平行开闭模的型面必须有1°～1°30'拔模斜度。

（1）动模型芯。如图2a所示，它是成型U形扣26

内形的关键零件，为了能成型2处凸台要素，需要在其

上加工出2×R0.7×3mm和0.5×0.5×0.7mm的型槽。

（2）定模型芯。如图2a所示，它是成型U形扣26

外形的关键零件，在其上需要加工出1.9×1.3×1.5mm

定模镶嵌件20的安装孔。

（3）脱件板。如图2a所示，它除了具有脱注射模

中的 U 形扣 26 作用之外，还具有成型 U 形扣 26 分型

面Ⅰ-Ⅰ的10°斜面作用。

（4）定模镶嵌件。如图2a所示，合模时注入塑料

熔体可成型 2×R0.7×3mm 凸台要素 3mm 的深度，定、

动模的开启可以实现对凸台要素的抽芯。

4.3 冷却系统

如图2a所示，由于U形扣26在连续加工过程中，

塑料熔体将热量传递给成型构件，导致模具的温度不

断地升高，使得U形扣26出现过热失去机械性能而报

废。因此，需要对注射模成型构件设置冷却系统。冷

却系统是在模具的定、动模板和定、动模型芯中加工

出流道，在流道的端头处加工出管螺纹并安装有螺塞

24、28和冷却水接头23、27，在定、动模板和定、动模型

芯的结合处加工安装“O”形密封圈 25、29的槽，其目

的是防止冷却水的泄漏。

（1）定模冷却系统。如图2a所示，冷却水接头23

流入，经模具中的流道从冷却水接头23流出，从而将

热量带走起到降温的作用。

（2）动模冷却系统。如图2a所示，冷却水接头27

流入，经模具中的流道从冷却水接头27流出，从而将

热量带走起到降温的作用。

4.4 回程机构

如图2a所示，由回程杆15和弹簧15及推杆固定

板12与推件板13组成，当注塑机的顶杆退回后，弹簧

16的弹力恢复可将推杆固定板12、推件板13、回程杆

15与顶杆21回复到初始位置。由于注射模持续注射

加工时间久后弹簧16会出现失效，使得脱模机构不能

完全恢复到原始位置，会造成注射模运动干涉发生。

之后可利用定、动模合模时，定模板 6 推动着回程杆

15使得脱模机构完全回复到原始位置，从而使得注射

加工可以无限循环自动进行。

4.5 导向构件

如图2a所示，定、动模之间开启和闭合运动的定位

与导向，是依靠导套17、19和导柱18的配合精度进行的。

5 U形扣的注射模脱模机构的设计

定模部分开启后，由于U形扣塑料熔体的冷却凝

固，使得收缩的U形扣紧紧包裹在动模型芯上，需要

采用脱模机构将 U 形扣顶脱动模型芯。由于 U 形扣

壁厚仅1mm，加上U形扣外观的要求，需要采用脱件

板顶着U形扣的分型面Ⅰ-Ⅰ进行脱模。

（1）U形扣注射模闭模状态：如图3a所示，定、动

模的闭合，当塑料熔体注入定、动模形成的模腔时，塑

料熔体冷却凝固即可成型U形扣11。

（2）U形扣注射模开模状态：如图3b所示，当定模

被打开后，成型的U形扣11整个外形被开启，因塑料

冷却过程中的收缩使其被紧紧包裹在动模型芯2上，

U形扣11需要通过脱模机构的顶出才能实现脱模。

（3）U形扣脱模状态：如图3c所示，当注塑机顶杆

推动推件板16、顶杆固定板15、顶杆3和脱件板5时，

脱件板5可将U形扣11顶脱动模型芯2。

6 U形扣注射模浇注系统冷凝料的设计

注射模能够脱注塑件还不够，还必须能脱浇注系

统冷凝料，只有如此才能实现注射加工的连续循环自

动加工。

（1）U形扣注射模闭模状态：如图4a所示，定、动

模的闭合，当塑料熔体通过浇口套9中的主流道和动

模型芯2与定模型芯5之间的分流道及点浇口注入模

腔，冷却凝固即可成型U形扣19。

·塑料注射模技术·

·30·

《模具制造》2023年第1期

（2）U形扣注射模开模状态：如图3b所示，当定模

被打开后，成型的U形扣19整个外形被开启，在拉料

杆 10 端头 Z 字钩的拉动下可将浇口套 9 中的主流道

中冷凝料拉出。

（3）U 形扣和冷凝料脱模状态：如图 3c 所示，当

注塑机顶杆推动推件板 13、顶杆固定板 12、顶杆 17

和脱件板 5 及拉料杆 10 时，拉料杆 10 可将动模型芯

2 的分流道及点浇口中冷凝料推出模具的分流道和

点浇口。同时，脱件板 4 可将 U 形扣 19 顶脱动模型

芯2。

图3 U形扣注射模脱模机构

a——U形扣注射模闭模状态 b——U形扣注射模开模状态 c——U形扣脱模状态

1.动模垫板 2.动模型芯 3.顶杆 4.动模板 5.脱件板 6.定模型芯 7.定模板 8.定模座板 9.定位圈

10.定模镶嵌件 11.U形扣 12.模脚 13.弹簧 14.回程杆 15.顶杆固定板 16.推件板 17.动模座板

图4 塑件与浇注系统冷凝料脱模机构的设计

a——U形扣注射模闭模状态 b——U形扣注射模开模状态 c——U形扣和冷凝料脱模状态

1.动模垫板 2.动模型芯 3.动模板 4.脱件板 5.定模型芯 6.定模板 7.定模座板 8.定位圈

9.浇口套 10.拉料杆 11.模脚 12.顶杆固定板 13.推件板 14.动模座板 15.回程杆 16.弹簧

17.顶杆 18.内六角螺钉 19.U形扣 20.浇注系统冷凝料

8

7

6

5

4

3

2

1

9

10

11

12

13

14

15

16

17

（a） （b） （c）

（a） （b） （c）

8

7

6

5

4

3

2

1

9

10

11

12

13

14

19

20

18

17

16

15

0.8

1.2

14.6

·塑料注射模技术·

·31·

《模具制造》2023年第1期

7 多型腔U形扣注射模浇口平衡值BGV设计

的禁忌

一模多型腔成型的塑件，可以提高注塑件加工

的效率。一模多型腔有型腔相同和型腔不同的形

式，分流道长度也有相等和不相等的形式。一模不

同多型腔和分流道长度不等状态下成型的注塑件，

一般存在着填充不足和缩痕等缺陷，因为在型腔不

同或型腔分流道长度不等的情况下，进入型腔中熔

体流量不平衡性便容易产生这些缺陷。需要通过调

整浇口的截面尺寸与深度，可以使注入的熔体流量

达到平衡。

7.1 分流道长度不相等的形式

如图5所示，这是分流道长度不等的形式，很明显

型腔 A、B 的分流道长度是相等的，长度为 50/2mm=

25mm。型腔C、D分流道长度及型腔E、F分流道长度

是相等的，长度为 50/2mm+40=65mm，但与型腔 A、B

的分流道长度是不等的。在点浇口截面积相同的情

况下，塑料熔体充模时存在着一种特点，即塑料熔体

总是容易注入阻力小的型腔，难以注入阻力大的型

腔。如此，往往型腔A、B能被填充得饱满，型腔C、D

及型腔E、F则出现填充不足和缩痕等缺陷。处理方

法是以浇口平衡计算为依据进行浇口截面的修理，目

的是使多型腔塑料熔体流量达到平衡。有的干脆将

C、D、E 和 F 点浇口堵住，不使用 C、D、E 和 F 型腔，势

必造成浪费。

图5 多U形扣型腔注射模浇口不等距的设计

1.主流道 2.分流道 3.点浇口 4.冷料穴

（1）多型腔浇口平衡值BGV计算法[1]

。

BGV = F

LrLg

[1]

（1）

式中 BGV——多型腔浇口平衡值

F——第n个型腔的浇口截面积，mm2

Ly——第n个型腔所流经的流道长度，mm

Lg——第n个型腔的浇口长度，mm

如图 5 所示为 U 形扣多型腔不等长分流道注射

模，根据公式（1），求第 A、B 型腔的浇口平衡值。已

知：如图5示的U形扣为王字形六型腔排列，点浇口椭

圆截面的长轴半径为0.6mm，短轴半径为0.4mm，Lg＝

14.6mm，浇 口 椭 圆 截 面 积 为 3.14 × 0.6 × 0.4mm≈

0.75mm2

。

F1的浇口截面积为 0.75mm2

，Lr（1，2）= 50

2 = 25mm，

Lg=14.6mm，则：

BGV1，2 = = ≈ 0.01 F

LrLg

0.75

25 ×14.6

第C、D腔与E、F腔的浇口平衡值也应该是0.01。

改变浇口截面积平衡值方法：如式（2）所示：

F = BGV LrLg

[2] （2）

已知：第 C、D 腔的 Ly=40+25=65mm，Lg=14.6mm，

BGV=0.01，则第C、D腔的浇口截面积F3,4为：

F3,4=0.01× 65×14.6≈1.18mm2

F3,4=3.14×R 长×R 短

[3] （3）

式中 R 长——长轴半径，mm

R 短——轴轴半径，mm

F3,4——第C、D腔的浇口椭圆截面积，mm2

第 C、D 腔的浇口截面长、短轴半径：由公式 3

得：R 长×R 短=1.18÷3.14≈0.38mm2

=0.76×0.5mm，其长

直径为ϕ1.52+0.01

0 mm，短直径为ϕ1.0+0.01

0 mm。

同理，第E、F腔的浇口截面长、短轴半径：R 长×R 短

=1.18÷3.14≈0.76×0.5mm。其长直径为ϕ1.52+0.01

0 mm，

短直径为ϕ1.0+0.01

0 mm。

（2）修理点浇口截面。由于浇口截面为惰圆形

孔，需要制成ϕ1.52+0.01

0 ×ϕ1.0+0.01

0 ×14.6mm的椭圆形电极

来进行加工。如果仍会出现填充不足和缩痕等缺陷，

则还需要反复修理点浇口截面尺寸。

（下转第35页）

4

2

1

2 2

50

40 40

C

3

A

E F

3

B

D

·塑料注射模技术·

·32·

《模具制造》2023年第1期

热塑性橡胶模具设计及成型工艺的研究

张莉莉，孙先伟，姚 晗

（中国华录·松下电子信息有限公司，辽宁大连 116023）

【摘要】介绍了热塑性橡胶材料的应用，并通过橡胶盖制品充填模拟及材料性能分析，对模

具顶出系统的结构进行了优化改善；同时通过模具设计制造及成型生产的研究和实践，详

细分析总结了注射工艺参数、模具表面粗糙度等因素对制品脱模的影响规律，提出了橡胶

模具加工制造中的要点注意事项，为此类制品的模具设计和生产制造积累了宝贵的经验。

关键词: 热塑性；弹性体；橡胶模具

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.009

Research on Design and Molding Process of Thermoplastic Rubber Mold

Zhang Lili，Sun Xianwei，Yao Han

（China Hualu Panasonic AVC Networks Co., Ltd., Dalian，Liaoning 116023，CHN）

【Abstract】This paper introduce the application of thermoplastic rubber materials. Through the

filling simulation of rubber cover products and the analysis of material properties. Optimized and

improved the structure of the mold ejection system. At the same time, through the mold

manufacture and research of molding production，summarize the influence of injection process

parameters, mold surface roughness and other factors on product in detail. Give the suggestion of

the key points for attention in the processing and manufacturing of elastomer mold, which has

accumulated valuable experience for mold design and production of such products.

Key words: thermoplastic; elastomer；rubber mold

1 引言

热塑性弹性体是一种具有接近橡胶的弹性，同时

可以像通用塑料一样容易成形的材料。在注射成型

中相对容易使用，并显示出橡胶材料和塑料材料都具

有的典型优势。根据用途可以从很多系列中选择，成

形工序也很短，因为可以再利用，所以，不仅是成本上

的优势，从环境保护的观点来看也是备受瞩目的新一

代成形材料，在食品、医疗、杂货、日用品、家电、汽车

相关、玩具等非常广泛的领域被采用。

热塑性弹性体有6大类：苯乙烯嵌段共聚物，TPS

（TPE-s）、热塑性聚烯烃弹性体，TPO（TPE-o）、TPV热

塑性硫化橡胶（TPE-v 或 TPV）、热塑性聚氨酯，TPU

（TPU）、热塑性共聚酯，TPC（TPE-E）、热塑性聚酰胺，

TPA（TPE-A）、TPZ未分类热塑性弹性体。

本文将通过我公司的一款新的橡胶盖模具设计

制造及成型生产的研究和实践，详细分析总结了热塑

性橡胶材质模具的设计制造要点及成型工艺性。

2 橡胶盖模具结构方案

（1）制品要求。

树脂材料 TPC，ED-27N，制品表面麻纹加工，麻

纹型号AN42W-B，如图1所示。

图1 橡胶点

7.2

8.1

ϕ2.4

麻纹型号：

AN412W-B

·塑料注射模技术·

·33·

《模具制造》2023年第1期

（2）制品CAE分析。

使用MoldFlow软件对制品数据进行3D仿真模拟

充填分析（见图2），浇口参数设定：1点潜伏浇口，浇口

直径ϕ0.5mm。

图2 仿真模拟充填分析

从分析结果可以看出制品平均壁厚3.0mm左右，

尽管体积收缩率较大但是表面凹痕并不明显。

（3）模具顶出系统结构设计。

橡胶制品模具顶出变形和平衡问题非常重要。

由于橡胶是软质材料，所以顶出变形不能以“0”为目

标，而是需要在满足制品外观品质、制品尺寸性能要

求的基础上，改善影响模具脱模的不利因素。如图3

所示，此副模具对顶出系统结构进行了改进，在顶出

系统与动模取付板间追加垫板，使顶出系统高度大大

降低，提高模具精度和稳定性，保证顶出平衡性，避免

制品在顶出过程中可能会出现的偏转、变形等问题。

图3 模具结构

1.动模座板 2.垫板 3.顶固垫板 4.顶固板

5.动模型腔 6.动模板 7.定模板 8.定模型腔 9.定模座板

3 橡胶制品品质影响因素的分析

为了生产出高品质的橡胶制品，从以下几个方面

进行了深入研究：

（1）注射工艺参数的影响：在试模过程中调整各

相关成型条件参数进行试验，研究结果表明采用较低

注射温度和较低的模温以及高压快速保压工艺，能够

大大改善制品脱模提高制品质量精度。推荐成型条

件参数如表1所示。

表1 成形参数

（2）模具表面粗糙度对制品脱模的影响。针对制

品脱模变形的问题，制定了一系列行之有效的改善方

案，并使用砂纸在型芯的拔出方向上进行手工处理。

研究结论表明：与一般的树脂材料不同的是，TPC 这

种材料易粘附在模具型腔表面，在离型时易形成真

空，脱模阻力增大，而使型腔表面变粗糙离型阻力会

减少。同时，模具型腔要尽量采用放电加工方式、表

面不需要抛光，也有利于制品脱模。

4 模具加工制造中的要点事项

（1）浇口位置及形式的选择。

如图4所示，A浇口情况下，由于喷射可能会导致

浇口周围出现问题，所以推荐使用图中B或C的浇口

方式。同时应减小多腔模具浇口点直径差异，以保证

各型腔树脂充填平衡性。

图4 浇口位置

1 2 3 4 5 6 7 8 9

射出成形

料筒温度℃

螺杆温度℃

喷嘴温度℃

模具温度℃

冷却时间s

E系列

160~220

160~230

170~240

20~40

10~40

ES系列

C系列

S系列

150~210

160~220

170~230

20~40

10~40

EA系列

180~220

200~240

220~250

40~60

10~30

A

B

C

平面 断面

·塑料注射模技术·

·34·

《模具制造》2023年第1期

（2）对于橡胶材料的模具，成型生产中制品表面

易出现流痕等成型缺型，制品表面推荐梨地或麻纹

加工。

（3）根据制品形状的不同，有时仅用顶出销不能

很好地脱模，可以参考使用推板顶出和空气顶出的脱

模方式。

（4）材料容易出毛刺，模具各分型面及配合表面

要注意保证加工配合精度;排气槽加工深度时，确保

0.01~0.02mm以下。

5 结束语

文中所述模具结构简单，制造成本低，同时，分析

研究了橡胶注塑成型模具的成型条件，以及橡胶制品

模具加工制造中的要点注意事项，为此类制品的模具

设计和生产制造积累了宝贵的经验。

参 考 文 献

[1] 屈华昌．塑料成型工艺与模具设计[M]．北京：北京机械工

业出版社出版，2000．

[2] 王敏杰，宋满仓. 模具制造技术[M]. 北京：电子工业出版

社，2004．

[3] 中国模具设计大典委员会. 中国模具设计大典[M]. 南昌：

江西科学技术出版社，2003.

第一作者简介：张莉莉，女，1977年生，从事模具

设计工作。

（收稿日期：2022-10-20）

（上接第32页）

7.2 分流道长度相等的形式

如图6所示为“O”字形6型腔排列，A、B、C、D、E、F

6处型腔的分流道和点浇口的长度均为相等，点浇口

截面和长度完全相等，加上型腔又相同，便不会产生

填充不足和缩痕等缺陷。

图6 多U形扣型腔注射模浇口等距的设计

1.主流道 2.分流道 3.点浇口

由此可见该注射模采用王字形6型腔排列的分流

道长度不相等，造成浇口截面积平衡值不等，会产生

C、D、E和F型腔的U形扣填充不足和缩痕等缺陷，这

应该就是浇注系统布置的一种禁忌。

8 结束语

U形扣模具结构不算复杂，但对于多型腔排列布

置由于没有规避浇注系统布置的禁忌，造成了成型的

U形扣会产生填充不足和缩痕等缺陷，需要反复计算

浇口截面积平衡值和修理浇口截面，是一种得不偿失

的浇注系统布置。该案例起到了一种警示作用，对于

多型腔注射模的排列布置，一定要注意浇口截面积平

衡值的合理性布置和计算。

参 考 文 献

[1] 文根保，陈小兵，文莉，史文. 现代注塑模结构设计实用技

术[M]. 北京：机械工业出版社，2014.

[2] 文根保，文莉，史文. 复杂注塑模具设计新方法及案例[M].

北京：化学工业出版社，2017.

[3] 文根保，文莉，史文.罩壳内抽芯与内外组合对合模设计[J].

2017，（9）：50~54

第一作者简介：高俊丽，女，1981 年 10 月生，汉

族，湖北枣阳人，本科，高级工程师，从事模具设计制

造和管理工作。

（收稿日期：2022-10-21）

?????????????????????????????????????????????????????????????????????

60°

B C

1 2 D

3

F E

3

A 2

ϕ70

·塑料注射模技术·

·35·

《模具制造》2023年第1期

塑封压机自动刷模机构设计及应用

班友根，丁丽成

（安徽飞悦芯科智能设备制造有限公司，安徽马鞍山 243000）

【摘要】塑封压机自动清模机构主要应用于塑封压机中的塑封模具自动清扫吸尘，通过在

压机立柱上面安装直线导轨，并设置有清模机构往返行走，清模机构上下各有高速振动刷

单元、气吹单元和真空吸尘单元，通过高速振动刷，刷动剥离附着在模具上的废料，同时，

通过气吹及真空吸尘达到清扫目的，从而减少人工工作量，提高生产效率，避免人身伤害。

关键词：塑封压机；清模机构；高速振动；真空吸尘

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.010

Design and Application of Automatic Mold

Brushing Mechanism for Molding Press

Ba Yougen，Ding Licheng

(Anhui Feiyuexinke Intelligent Equipment Manufacturing Co., Ltd., Maanshan,Anhui 243000,CHN)

【Abstract】Automatic mold cleaning mechanism of plastic sealing press is mainly used in

automatic cleaning and vacuuming of plastic sealing mould in plastic sealing press. It installs

linear guide rail on the column of the press, and sets the mold cleaning mechanism to travel back

and forth. The upper and lower parts of the mold cleaning mechanism have high-speed vibration

brush unit, air blowing unit and vacuum vacuuming unit. At the same time through air blowing

and vacuum cleaning to achieve the purpose of cleaning, so as to reduce the manual workload,

improve production efficiency, avoid personal injury.

Key words: molding press; mold cleaning mechanism; high speed vibration; vacuum cleaning

1 引言

随着芯片封装技术的不断提高以及封装厂家

对产品质量和产量的不断追求，对封装设备自动化

程度要求也越来越高。为了增加效率、节约成本，

现有的塑封模具也越做越大，现有塑封压机在封装

生产过程中，需要在每一次塑封完产品后，对安装在

压机台面的模具型腔进行表面的清洁工作，目前常

规的做法是人工手持毛刷和气枪对模具型腔上下表

面进行水平刷动和气吹清扫。由于目前封装工艺过

程中，模具型腔面因静电吸附的问题，会导致其表面

的微小灰尘难以有效清除很明显，这种方式不但效

率低，而且过热的两个分型面还很容易烫伤操作工

人的手或胳膊，而塑封压机自动清模机构通过增加

机械装置实现对模具表面进行高速振动刷扫，刷动

剥离附着在模具上的废料，并通过气吹以及与外部

大功率风机相连的真空机构实现真空吸尘，从而达

到模具表面的自动清扫目的。

2 塑封压机自动清模机构结构设计

2.1 机械结构的整体设计

整机结构采用模块化结构设计，即机械结构由单

元模块组合而成，分别是由本体部、行走部、集尘部组

成，本体部中又包括：高速振动刷单元、气吹单元和真

空吸尘单元，各单元均可作为通用机构，提高了整机

的标准化程度，最大程度的满足安装维护需求。清模

机构安装时，先通过在压机立柱上面固定行走导轨，

再将清模机构本体部插入至行走导轨中即可实现清

模机构的安装作业，而且针对不同的工艺需求，通过

·塑料注射模技术·

·36·

《模具制造》2023年第1期

更换及调整本体部中部分零件即可实现品种快速更

换的目的，系统设计的执行元件采用步进马达+旋转

编码器反馈以及气动元气件的方式，总体结构示意

图，如图1所示。

2.2 高速振动刷单元、气吹单元和真空吸尘单元

结构设计

塑封压机自动清模机构高速振动刷单元采用的

是利用高速振动发生器实现振动刷线性往复运动，从

而达到对模具分型面的清扫工作，通过调整振动发生

器内部气压缓冲可以实现不同频率的振动，振动发生

器可以实现非常准确的启动及停止运转，而且内部活

塞经过特殊表面处理，运转寿命非常长久。如图2所

示，气吹单元是通过设置上下2组气吹组件实现对模

具表面的吹气动作，气吹组件上面根据模具型腔的排

布设置有多组喷嘴，而且气吹组件在上下方向和左右

方向可以进行一定范围的调整，这样可以最大程度的

保证的模具表面的除尘效果。真空吸附单元是通过

设置 2 组分别用毛刷和硅橡胶围边等组成的吸附组

件，吸附组件与外部的集尘器相连，通过集尘器产生

的负压，实现对模具分型面的灰尘等杂物的吸附功

能，避免灰尘及杂物进入压机台面其他位置，保证压

机设备的洁净。

2.3 行走部结构设计

行走部包括清模机构的行走导轨及行走导轨依

附在压机立柱的固定组件，清模机构通过安装在立柱

上面的行走导轨，实现在压机内部直线行走，同时为

了适应客户的多种模具需求，安装在立柱的固定组件

可以上下调整安装位置，初始安装时，针对不同模具，

确认完模具的上模厚度（UH），开模尺寸（OH）后，就

可以计算出固定组件的安装位置（RH）如图3所示，在

通过安装位置（RH）进行固定组件的安装，固定组件

分为上下2组固定环。

图1 总体安装结构图

高速振动刷单元、气吹单元和

真空吸尘单元上下各一组

塑封压机立柱

塑封压机模具（上模）

塑封压机模具（下模）

本体部

高速振动刷单元

气吹单元

真空吸尘单元

行走部

图2 本体部结构示意图

喷嘴

毛刷

硅橡胶围边

气吹单元

真空吸尘单元

高速振动刷单元

高速振动发生器

固定锁扣

振动刷

固定锁扣

气吹组件可实现

左右调整角度

上下范围调整

·塑料注射模技术·

·37·

《模具制造》2023年第1期

图3 行走部调整示意图

1 2 3

4 5

安装位置RH

上模厚度UH

开模尺寸OH

下模厚度

RH（安装位置）-UH（上模厚度）+OH（开模尺寸）/2-80

安装位置RH

-10mm

记号

螺钉固定 2mm

25mm

2.螺钉固定

1.螺钉固定

3.螺钉松开

导轨固定

贴合

高度

调整后

固定

安装位置RH

2.4 集尘器结构设计

集尘器是将清模机构清扫过程中模具表面的灰

尘杂质等，通过鼓风机产生的负压将其吸附并排出，

鼓风机安装在集尘箱上，集尘箱内部集成空气滤清

器，如图4所示。

图4 集成部安装示意图

3 电气控制系统设计

清模机构作为塑封压机的扩展功能模块而单独

开发的，所以清模机构自身需要逻辑控制系统，本

设备中是使用 PLC 来控制的，并且配备人机操作界

面用于设置动作和工艺参数。同时为了能够与压机

进行对接，清模机构自身动作由内置 PLC 控制系统

实现，位置示教及参数设定由自身上位机示教系统

完成，外部由压机发出的 IO 信号来触发清模机构的

动作。压机中针对增加清模机构装置的软件采用模

块化结构设计，可以适应大小规模不同、功能复杂

程度及现场环境各异的各种控制要求。硬件系统安

装方便，接线简单，连接可靠，为控制系统的硬件设

计提供了方便、快捷的途径，可以缩短硬件系统的

开发周期。同时具有完善的功能、稳定可靠的性

能、操作、维护的方便性。系统的 PLC 模块包括：输

鼓风机

集尘箱

空气滤清器

外接真空

吸尘单元

外接工厂

排气管

·塑料注射模技术·

·38·

《模具制造》2023年第1期

入模块、输出模块、位控模块、CPU 模块和电源模

块。使用清模机构装置的顺控程序：塑封压机开模

到达开模位置，取出成品料架，人工触发清模按钮，

压机到达清模位置，压机发出清模开始 IO 信号至清

模机构装置，清模机构按照设定程序进行清模动

作，清模动作完成，清模机构装置至初始位置，清模

机构反馈清模完成信号至压机，具体程序流程框图

如图5所示。

4 清模机构装置的动作时序设计

自动清模机构通过在模具表面的往返运动，实现

模具表面的清扫工作，其动作时序尤为重要，具体时

序图，如图6所示。

图6 时序图

LS3

终点

LS2

起点

LS1

原点

AUTO CYCLE

LS3

终点

LS2

起点

LS1

原点

清模机构

本体部

清模机构

自动模式/手动模式

清模开始

CLEANER START

电机开始

MOTOR START

电机反转

电机高速

HIGH SPEED

上模气吹

SOL1 BLOW

下模气吹

SOL2 BLOW

往复振动

SOL4 BRUSH

顶升气缸

SOL3 LIFTER

抽真空

VACUUM

ON

（ ）

ON

（ ）ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

ON

（ ）

程序初始化

开始

压机可以运行 结束运行程序

压机信号启动

运行程序

是否可以刷模

刷模机开始

刷模工作

是否刷模

完成

报警信号提示

刷模机退回

原点位置

否

否

是

是

图5 程序流程图

5 结束语

自动清模机构的应用解决了目前压机生产过程

依赖人工手动清模的局面，提高了设备的自动化程

度，实现一人多机的操作模式，在效率和产品合格率

上有较大幅度的提高。同时能实现24h不间断生产，

大大降低了工人的劳动强度，符合“以人为本”科学发

展观和《中国制造2025》国家计划。

参 考 文 献

[1] SYSMAC CS/CJ系列可编程控制器，OMRON，2013.

[2] 正旋波振荡器NETTER VIBRATION，2009.

第一作者简介：班友根，男，1988 年 10 月生，汉

族，安徽马鞍山人，机械工程师，主要从事半导体高端

装备及机器人应用的开发工作。

（收稿日期：2022-11-02）

·塑料注射模技术·

·39·

《模具制造》2023年第1期

指示灯固定架精密注射模设计

王建华

（闽西职业技术学院智能制造学院，福建龙岩 364021）

【摘要】以指示灯固定架精密塑件为例，介绍了精密注射模设计的一般流程，分析了指示灯

固定架的结构和所用ABS材料的成型工艺，使用MoldFlow软件分析成型过程中的塑料流

动情况，使用Creo软件设计出模具结构，并生成模具二维工程图。模具采用一模两腔及点

浇口进料结构，优化了模具设计过程和模具结构，缩短了模具设计周期，提高了经济效益。

关键词：指示灯固定架；注射模设计；精密注射成型；点浇口

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.011

Design of Precision Injection Mold for the Indicator Lamp Holder

Wang Jianhua

（Minxi Vocational & Technical College, Longyan，Fujian 364021, CHN）

【Abstract】Taking the precision plastic part of the indicator lamp holder as an example, the

general process of precision injection mold design was introduced, the structure of the indicator

lamp holder and the molding process of the ABS material used were analyzed, the plastic flow in

the molding process was analyzed using MoldFlow software, the mold structure was designed

using Creo software, and the two-dimensional engineering drawing of the mold was generated.

The the first mock examination with two cavities and point gate feeding structure is adopted to

optimize the mold design process and mold structure, shorten the mold design cycle and improve

economic benefits.

Key words: indicator lamp holder；injection mold design；precision injection molding；

pin-point gate

1 引言

随着电子、电信、医疗、汽车等行业的迅速发展，

塑料精密制品的应用越来越广泛，对其高精度、高性

能要求与日俱增，促使精密成型技术不断地发展，新

的技术不断地涌现。塑料精密注射成型是生产精密

塑料制品最重要的方法，它能满足制品很高精度和高

表面质量、低翘曲变形等要求。伴随着计算机 CAD/

CAE、数值模拟优化分析技术等的发展，精密注射模

具的技术也得到长足发展。通过对指示灯固定架精

密塑件的成型模具设计和制造的研究，可以深入了解

精密塑料制品的成型方法、成型工艺参数的控制、精

密注射成型设备和模具设计等知识。

2 塑件分析

该塑件的结构较复杂、精度要求较高，精度最高的

等级达到三级，属于精密塑件，塑件三维图如图 1 所

示。为了满足塑件的精度等级和使用要求，该塑件必

须采用精密注射成型[1]

。从塑件外观结构看，外表面要

求光滑无痕迹，适合采用点浇口进行注射。该塑件的

材料为ABS，ABS是一种综合性能十分良好的树脂，使

用温度范围广、抗冲击强度高，经玻纤增强后收缩率可

以达到到0.2%~0.4%，而且绝少出现塑后收缩[2]

。而精

密注射要求塑料的成型收缩率较小，而且波动范围较

小，分子量分布较窄，因此，选用ABS730塑料，该塑料

的成型收缩率较小，波动范围小，满足精密注射的要求。

·塑料注射模技术·

·40·

《模具制造》2023年第1期

图1 指示灯固定架三维图

3 注射成型MoldFlow分析

3.1 最佳浇口位置分析

把塑件的 Pro/E 造型文件保存为*.stl 的格式，调

入 MoldFow 进行分析，进行浇口位置分析，并成型条

件为：模具温度65℃、喷嘴温度235℃、材料ABS730。

分析结果如图 2 所示，图 2 中 best 标识位置即最佳浇

口位置图。为了避免影响塑件的表面质量，故选择在

塑件的内表面，具体位置如图 3 中的 A、B 两处所示。

将上述的浇口位置导入MoldFlow分析可知所选的位

置产生的气泡大多在分型面上，容易排除，同时外表

面的拼接缝数目较理想，因此浇口的位置选择是较合

理的。

图2 塑件的最佳浇口位置

图3 浇口位置

3.2 填充分析

至此，浇注系统已设计完，将上述设计的浇口位

置、成型工艺参数等结果导入MoldFlow分析：将塑件的

Z轴转到与主流道的方向一致，并正确设置型腔之间的

位置关系，在MoldFlow中得到图4所示的模型导入图。

图4 模型导入图

气孔及熔接痕的位置如图 5 和图 6 所示，由图 5

可以看出气泡大多分布在分型面及凸台部分，可以

通过分型面及侧型芯的镶块的配合间隙来排气，通

过亦可设置推杆，利用推杆的间隙来排气。由图6可

以看出熔接痕大多分布在塑件的内表面，对塑件的

表面质量影响不大。同时从分析结果也可看出之间

的冷却时间为20s，保压时间为20s，故成型周期大约

为46s。

图5 气孔的分布

图6 熔接痕

4 模具设计

4.1 基于Creo的模具分型设计

（1）分型面的选择：选择塑件截面积最大的断面

A-A，如图7所示。

图7 分型面

（2）采取便于侧抽芯机构的布局，选取如图8所示

的布局方案。

图8 型腔布局

A

B

A A

·塑料注射模技术·

·41·

《模具制造》2023年第1期

推管 推杆

推管

推杆 推管

推杆

（3）从留模方向来看，可将浇口设在塑件的内表

面，不影响塑件的外观，且塑件两侧的抽芯部分变成了

动模侧抽芯机构，模具结构更简单可靠，如图9所示。

图9 留模方向的方案图

（4）从侧向分型看，该塑件有图10中所示K1、K2两

处需进行侧抽芯。其中4个凸台的侧凹部分采用斜导

柱侧抽，而K1处由于空间受限，故采用斜推杆进行侧抽。

4.2 成型零件的设计

（1）型腔的结构形式。

由于该模具的加工精度较高，为了便于加工以达

到精度要求，该模具采用镶拼结构。从塑件的结构来

看，可采用两个镶拼块来达到要求。其具体的结构如

图11所示。

（2）型芯的结构形式设计。

由于该塑件的结构复杂、精度要求又高，故型芯

采用整体嵌入式的镶拼结构。其中大型芯采用螺钉

固定在座板上，而小型芯则采用台阶固定。主型芯的

结构如图12所示。

（3）推出机构的设计。

由于该塑件的4个凸台脱模较困难，结合模具结

构，其中3个采用推管推出，由于塑件较长，故在其它

部位采用推杆推出，因此，该模具采用的是推杆、推管

联合顶出。其中推杆推管的布置如图13所示。

4.3 模具结构设计及其工作过程

模具结构如图14所示。

定模

动模

图10 塑件需侧抽芯的位置

图11 型腔的二维图 图12 型芯的二维图

图13 推杆、推管的布置

C

C

C-C

A

B A

B

K1

K2

·塑料注射模技术·

·42·

《模具制造》2023年第1期

（1）模具工作过程。

本副模具有两个分型面，分别是主分型面，在动

定模之间；型芯固定板与流道板之间。

开模时，由于定模部分有一对启闭器，所以动定模

暂时不会分开。同时，流道板上的四个流道拉料杆钩

住了分流道的凝料，加上主流道凝料会粘在喷嘴内，因

此，定模座板与流道板也不会分开，于是模具从阻力最

小的型芯固定板与流道板之间分开，此时流道凝料被

流道拉料杆拉住，附在流道板上。此分型面的开模行

程由一对定距拉杆来控制，设计的开模行程为14mm，

当行程超过14mm时，定距拉杆便会拉住流道板，这时

模具便在主分型面上分开。分开时，首先是楔紧块与

滑块分开，然后才是斜导柱驱动滑块进行侧抽芯，抽芯

距为6mm，抽芯完成后由挡块进行定位。抽芯完之后

塑件包在动模上，由推杆、推管联合顶出，在顶出的过

程中斜推杆完成侧抽芯，抽芯距为7mm，抽芯完成后，

推杆、推管继续向上推出，推出行程为20mm，即可将塑

件顶出，这时便可通过手工取下塑件和流道凝料。

合模时，注塑机上的推杆退回，推

杆、斜推杆在复位杆的作用复位，

斜导柱驱动滑块复位，然后整个模

具逐步合上。

（2）模具特点。

该模具无论是动模还是定模，

凡是构成型腔的面对其表面粗糙

度的要求都较高，这对塑件表面质

量影响较大。因此，可更换动、定

模镶块，以保证塑件质量[3]

。该模

具结构通用性好，通过更换动、定

模镶块与滑块，便可实现其它类似

塑件的生产。对于精密注射模的

进一步应用可在互换性及通用性

上，得以充分的提高。

5 结语

利用 MoldFlow 软件完成塑件

的模流分析，得到最优的浇口位

置、合理的流道系统，并得到合理

的注射工艺参数。随后使用 Creo

软件完成分型面设计、芯腔布局、

新型芯腔结构设计、侧抽芯结构设计等等，利用EMX

模架库将设计的各个零件有序结合在一起。设计过

程中巧妙地结合使用 MoldFlow、Creo 软件及模架库

EMX，充分利用三者的优点，优化了模具设计过程及

模具机构，提高了设计效率。

参 考 文 献

[1] 邱丽雅. 精密继电器壳注射模优化设计[J]. 宁波职业技术

学院学报, 2014，（18）：91~94

[2] 张玉叶，龚伟. Pro/E的Nokia6300手机外壳注塑模具设计

[J]. 科技资讯，2011，（34）：67~68

[3] 张跃. 基于Creo与MoldFlow电子手表外壳注射模设计[J].

模具制造，2022，22（07）：29~33

作者简介：王建华，女，1984年生，福建福州人，闽

西职业技术学院，讲师，硕士，研究方向：材料成型技

术、智能制造技术。

（收稿日期：2022-11-07）

图14 模具结构

1.推板 2.导柱 3.推杆 4.型芯固定板 5.弹簧 6.型芯镶块

7.型腔固定板 8.中间板 9.定模座板 10.浇口套 11.拉料杆

12.型芯 13.型腔镶块 14.定距拉杆 15.型芯 16.侧型芯

17.滑座 18.推板导套 19.导柱 20.动模座板

9

8

7

6

5

4

3

2

1

10 11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

·塑料注射模技术·

·43·

《模具制造》2023年第1期

LED 塑 料 透 镜 组 注 射 模 设 计

黄克荣

（百家丽（中国）照明电器有限公司，江苏仪征 211400）

【摘要】通过分析塑料透镜组的结构工艺性和浇注系统方案，对塑件进行了优化设计。将

热喷嘴置于塑件中心得到最优的充模过程。通过控制模温，改善其保压过程。采用定模

推件板脱模，简化了模具结构。通过传统的注射成型工艺，生产出我司壁厚差异最大的

LED透镜组。该模具设计可为同类型模具提供参考。

关键词：透镜组；结构工艺性分析；保压过程；模具温度；脱模机构；注射模

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.012

Design of Injection Mold for LED Plastic Lens Group

Huang Kerong

（Beghelli China Co., Ltd., Yizheng, Jiangsu 211400, CHN）

【Abstract】By analyzing the structure of the plastic lens group and the gating system, the design

of the plastic parts is optimized. The optimal filling process is obtained by placing the hot nozzle

in the center of the plastic part. The holding process is improved by controlling the mold

temperature. The mold structure is simplified by using stripper plate in the fixed half of mold for

demoulding. Through the traditional injection molding process, we have produced the LED lens

group with the largest difference in wall thickness. The design of the mold could provide

reference for the same type of injection mold.

Key words: lens group; structure process analysis; holding process; mold temperature;

demoulding mechanism; injection mold

1 引言

LED塑料透镜作为一种光学塑件，有严格的几何

精度与光学性能要求，通常通过注射成型或注射压缩

成型来加工。大量研究人员对聚合物光学塑件的成

型优化进行了研究，但仍存在着对单一目标进行工艺

参数优化的局限性[1]

。

将数个单独的LED透镜整体设计成透镜组后，由

于其壁厚差异大，充模过程复杂，保压补缩困难，成型

难度很大，文献[2]采用注射压缩成型工艺加工LED透

镜组，能够满足透镜的光学精度及生产要求，但该工

艺对成型复杂塑件有一定的限制[3]

。

针对透镜厚度变化大而引起的收缩问题，文献

[4]基于塑件各部位收缩率不同，提出了一种精密模

具型腔的设计方法，以满足对透镜曲面几何精度的

超高要求。

针对厚壁透镜冷却时间长、复杂透镜壁厚差大的

特点，文献[5、6]介绍了多层注射成型工艺，该工艺可

有效缩短生产周期、提升塑件质量。

目前未见对LED透镜组进行传统注射成型工艺

和注射模具设计研究的报道。现介绍一副LED透镜

组的注射模具设计，通过优化充模路径、控制模温取

得良好效果。

2 塑件结构工艺性分析

2.1 塑件结构

图1所示为4个LED透镜组合而成的透镜组结构

·塑料注射模技术·

·44·

《模具制造》2023年第1期

件，材料为PMMA，外形尺寸53×52×13.8mm。该塑件

最外侧有一圈凸缘，其厚度为3.2mm，上有深度0.7mm

的密封圈槽。侧壁厚度缓慢变化，最大壁厚 2.4mm，

位于中心轴线处，最小壁厚1.4mm位于转角处。顶部

平面壁厚 2mm，沿中心轴线均匀布置 4 个 LED 透镜，

中心轴线上2个LED透镜的最小距离是9.8mm。中心

轴线上的局部断面如图2所示。LED透镜断面如图3

所示。其最大壁厚7.3mm，底部最小壁厚0.75mm，顶

部直径为ϕ14.9mm的圆内设有15个间距0.9mm、高度

0.5mm的细小棱镜。

图1 透镜组结构件

图2 最大侧壁厚度处的局部断面

图3 LED透镜断面

2.2 塑件结构工艺性分析

该件壁厚不均且差异大，4个7.3mm厚的LED透

镜分别被2mm的薄壁包围，模具设计重点是优化其充

模过程和保压过程。

LED 透镜顶部的细小棱镜，需设计镶件以便于

加工模具零件，由于其齿高小，齿距密，如何使镶件

表面达到高等级镜面所需的表面粗糙度，是本模具

的制造难点。经评估，采用镜面磨削，钻石膏抛光的

加工工艺。

LED透镜底部壁厚小，从成型工艺性和模具加工

工艺性方面考虑，宜设计镶件以便于加工和排气。

3 模具设计

3.1 浇注系统设计

3.1.1 浇注系统方案初选

（1）方案一：从凸缘侧壁以侧浇口方式进料。因

塑件壁厚不均匀且凸缘、侧壁、顶面的壁厚均远小于

4 个 LED 透镜的壁厚，会出现以下问题：①在充模阶

段，熔体前锋流到顶部平面后，因壁厚差异大，熔体前

锋流速差异大，且会形成多股料流交汇，不能避免困

气[7]

、气痕、熔接线等外观缺陷[8、9]

；②在保压阶段，无

法对 4 个 LED 透镜进行有效保压，会产生缩痕、缩孔

等外观缺陷[10]

，还会导致塑件几何误差大、光效差。

因此，该方案不能满足要求。

（2）方案二：从顶部外表面中心进料，将不均匀壁

厚对充模阶段的不利影响降到最低。为满足塑件外

观及功能要求，需选用针阀式热喷嘴，模具成本较

高。热喷嘴中心距 LED 透镜边缘的最小距离是

4.9mm，大于其壁厚的2倍，亦不能对LED透镜进行良

好的保压补缩。考虑到顶部外表面的4处细小棱镜面

的模具镶件，型腔板中心开设热喷嘴孔后，这4个镶件

固定困难，且型腔板中心强度不足，模具寿命低。故

不能采用此方案。

（3）方案三：从顶部内表面中心以热喷嘴进料，同

样能将壁厚不均匀对充模阶段的不利影响降到最低，

还能避免方案二中型腔板中心强度不足的问题。该方

案型芯中心的温度较高，对LED透镜的保压补缩效果

比方案二好，但仍不能解决对LED透镜的保压补缩问

题，且热喷嘴的安装空间不足。也不能采用此方案。

以上3种方案均不能满足要求，但方案三效果最

好，拟采用此方案并对塑件进行优化设计以解决保压

效果不好和热咀安装空间不足的问题。

3.1.2 塑件设计优化

与塑件设计师沟通后，在塑件中心内表面上增设

一个组合圆锥台，其大端直径6mm，高度8mm，如图

4所示。

1.6

2.4

13.8 3.2

1.1 0.7

9.8

2

ϕ14.9

14×0.9=12.6

0

7

.5

2

.3

3

ϕ4.5

ϕ6

R0.4 R0.4

·塑料注射模技术·

·45·

《模具制造》2023年第1期

图4 塑件中心优化设计前后对比图

a——优化前 b——优化后

3.1.3 浇注系统方案确定

选用带鱼雷体开放式热喷嘴，浇口置于所增设圆

锥台的小端中心。圆锥台与 LED 透镜的最小距离

1.9mm，小于其壁厚2mm，且此处型芯温度较高，可得

到较好的保压效果。但受制于热喷嘴安装孔，4 个

LED透镜最小壁厚处不能由型芯镶件成型，加大了模

具加工难度，可能会出现排气不良的问题。经评估，

采用高速CNC镜面加工，钻石膏抛光的加工工艺，可

达到模具表面粗糙度要求。考虑到此处最小壁厚

0.75mm的高度很小，两侧斜度大，且PMMA需要慢速

充模，型腔内此处的气体能被熔体前锋推出，出现排

气不良的概率小，可以进行尝试。因此，确定采用该

方案，如试模时出现因塑件收缩导致的精度问题，再

按上述文献[4]的原理对模具型腔面进行调整。根据

预测生产量，选择1模1腔结构。

3.2 脱模方案设计

按塑件外观需求，可在外圈凸缘上设置推出零

件。根据塑件结构及浇口位置，推出零件在定模侧。

塑件被推离型芯后，被机械手取出。

定模推出可选用推件板和推块两种方案。推件

板方案，外力推动推件板使塑件脱离型芯，模具结构

简单，闭合高度小，能在60t注塑机台上使用，也利于

设计冷却系统。由于模具尺寸小，各模板的热膨胀差

异量也小，不会对推件板结构的使用寿命造成不利影

响。但由于推件板镶块与塑件周圈侧壁接触，机械手

取件所需的力较大。推块方案，需采用倒装式模具结

构[11]

，多个推块由带牙推杆连接到推板上，外力推动

推板使推块推动塑件离开型芯；模具结构较复杂，闭

合高度高，需适配较大的注塑机。综合考虑，采用推

件板结构。

为便于机械手从推出零件上取出塑件，将位于推

出零件上的高度由3.2mm减小到1.8mm，以减小塑件

脱离推出零件所需的脱模力。加大塑件凸缘侧壁脱

模斜度，在边缘处增加倒圆角以利于塑件脱模，凸缘

部分修改前后对比如图5所示。

图5 塑件凸缘优化设计前后对比图

3.3 冷却系统设计

（1）热源分析。

模具有2个热源：热喷嘴和塑件。热喷嘴位于型

芯内，会升高型芯中心温度以利于4个LED透镜的保

压补缩，但会延长冷却时间。塑件4个LED透镜处的

热量高，会使模具型腔表面该处温度偏高，会利于4组

细小棱角的成型，但冷却时间会较长。

（2）冷却系统设计目标。

凹模与塑件接触面积小，自身体积大，散热条件

好，能设计较充分的冷却通道。在注射和保压阶段，

需要凹模有较高的温度以便塑件更好地复制模具表

面上的4组细小棱镜。

型芯与塑件接触面积大，被塑件包围部分体积

小，散热条件差，且难以设计较充分的冷却通道。因

此，型芯表面温度高于凹模型腔表面温度，塑件外表

面会先于内表面冷却固化[12]

，这利于得到高质量的4

组细小棱镜。

因此，冷却系统设计的重点即简化成更好地利于

4组细小棱镜的成型和缩短冷却时间。

（3）凹模冷却通道。

凹模上设计图6所示的2组直径分别为ϕ8mm和

ϕ5mm冷却通道，接入90℃热水，使模具型腔表面温度

接近PMMA的玻璃化温度，以利于细小棱镜的成型。

图6 凹模冷却通道

10°

R0.5

R0.2

92

91

°

°

3.2

1.8 1.4

R0.3

R1

R0.1

R0.1

95° 93°

（a） （b）

9.8 1.9 ϕ6

8

·塑料注射模技术·

·46·

《模具制造》2023年第1期

（4）型芯冷却通道。

型芯上设计截面为2×7mm长圆形的冷却通道，其

与热喷嘴安装孔的最小距离是 3.35mm。如图 7 所

示。型芯材料选用W400 VMR，50~52HRC，其热导率

较高，100℃时为32.1W/（m·K）。

图7 型芯冷却通道

（5）推件板镶块冷却通道。

推件板镶块上设计图8所示的1组直径ϕ6mm的

冷却通道，通过推件板镶块和型芯配合锥面的热传

导，带走型芯的部分热量。为达到较好的热传导效

果，两件间的配合须较紧密，为避免这两件在配合锥

面处出现拉伤，将配合锥面设计成40°锥角，推件板镶

块选用M340 ISOPLAST材料，54~56HRC。

图8 推件板镶块冷却通道

3.4 模具结构及其工作过程

模具结构如图9所示。开模时，在圆形拉模扣组

件 11 和塑件对型芯 7 包紧力的共同作用下，首先从

Ⅰ-Ⅰ处分型，开模 10mm 后，塑件完全脱离凹模 15，

并包紧在型芯 7 上。此时，在锁模扣组件 12 的控制

下，从Ⅱ-Ⅱ处分型，塑件开始脱离型芯 7；该面分型

10mm后，在锁模扣组件12的控制下，推件板13停止

运动，塑件停留在推件板镶块14内。继续开模，机械

手取出塑件。

图9 模具结构

1.动模板 2.导柱 3.导套 4.导柱 5.热流道组件板

6.定模板 7.型芯 8.隔热板 9. 定位圈 10.热喷嘴组件

11.圆形拉模扣组件 12.锁模扣组件 13.推件板

14.推件板镶块 15.凹模 16.棱镜镶件

4 结束语

通过对该透镜组的结构工艺性分析，找出模具设

计的重点。选择了合适的浇口位置，最大限度地降低

了熔融塑料流速差异所造成的不良后果。对塑件进

行了优化设计，缩短了浇口到LED透镜之间的薄壁长

度；并提高该处的模温，获得了良好的保压补缩效果，

试模样件达到设计需求。模具经批量生产验证，成型

周期60s，生产过程稳定，是我司采用传统注射工艺生

产的壁厚差异最大的透镜组，可为同类塑件的模具设

计提供参考。

参 考 文 献

[1] 刘军辉，陈新度. 聚合物光学塑件注射工艺参数优化综述

[J].模具制造，2020，20（2）：59~62.

[2] 陈新欣，杜遥雪，周阳等. 透镜组注射压缩成型工艺优化与

光学性能分析[J]. 塑料科技，2018，46（7）：97~101

[3] 沈洪雷，袁毅，薛露等. 注射压缩工艺参数对厚壁塑件成形

质量的影响[J]. 机床与液压，2018，46（4）：9~12

[4] 刘军辉，林泽钦，陈新度. 聚合物光学透镜精密模具型腔的

设计方法[J]. 塑料，2019，48（1）：78~81

[5] 摘编. 厚壁光学元件的多层注塑成型工艺[J].橡塑机械时

代，2014，309（9）：45~48

[6] Christian Maier，Josef Giessauf，Georg Steinbichler.Efficient

Production of Thick-Walled Parts[J].Kunststoffe International，

2013，（9）

8

7

6

5

4

3

2

1

9

10

11

12

13

14

15

16

Ⅱ-Ⅱ

Ⅰ-Ⅰ

·塑料注射模技术·

·47·

《模具制造》2023年第1期

侧向抽芯机构和哥林柱干涉的解决方案

宋晓红，雷书星，纪勇兆

（大连亚明汽车部件股份有限公司，辽宁大连 116046）

【摘要】针对压铸模侧向抽芯机构与压铸机哥林柱干涉问题，通过工厂实际应用归纳总结

了4种不同的解决方案，并分别介绍了每个方案的应用背景、特点及适用范围。

关键词：抽芯机构；压铸模；压铸机哥林柱；斜导柱；油缸

中图分类号：TG249 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.013

The Solution on Interference between Side Core-Pulling

Mechanism and Corinthian Colum

Song Xiaohong，Lei Shuxing，Ji Yongzhao

（Dalian Yaming Automotive Parts Co., Ltd., Dalian, Liaoning 116046，CHN）

【Abstract】In view of the interference problem of the side core-pulling and the corinthian

colum of the die casting machine，four different solutions are summarized through the practical

application in the factory. This article introduces the application background, characteristics and

application scope of each scheme respectively.

Key words: core-pulling mechanism；die-casting die；the die bars；inclined guide；cylinder

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压铸模技术

1 引言

随着汽车行业的轻量化和高性能化的发展，汽车

压铸件的功能集成度越来越高、复杂程度越来越大。

压铸件往往需要多个侧向抽芯机构的成型，本文针对

压铸模侧向抽芯机构与压铸机哥林柱发生干涉的问

题进行了描述，并提出了四种解决方案，同时介绍了

各方案的特点和使用范围。

2 侧向抽芯机构介绍

侧向抽芯机构有很多种，一般都采用斜导柱抽芯

机构和液压油缸抽芯机构。斜导柱抽芯机构一般应

用在抽芯力小、抽芯行程短的小抽芯上。液压油缸抽

芯机构传动平稳，抽芯力大，抽芯距离长，抽芯动作不

受开模时间的影响而是由压铸机配备的整套液压装

置通过单独的程序控制的，所以，也会有生产节拍长、

效率低和对压铸机配置要求较高的特点，此结构适用

于中大型模具。

表1介绍了液压油缸抽芯机构，以及机构各个组

成元件的功能及其工作过程。

[7] 李镔，邝幸胜，叶榕伟等. 非常规厚度塑件成型工艺研究[J].

模具制造，2021，21（11）：46~49

[8] 马兆强，王传奇. 基于Mouldflow的汽车座椅护板模具优化

设计[J]. 模具工业，2022，48（3）：55~60

[9] 张莉莉，张卫鑫. 精密光学透镜注射模设计及工艺的研究

[J]. 模具制造，2017，17（7）：33~35

[10] 蔺福志，王亚，刘超逸. 基于Mouldflow软件的汽车高光件

缩痕原因分析[J]. 模具技术，2021（9）：72~79

[11] 吕宏贵，张同斌. 倒装式注射模设计[J]. 模具制造，2022，

22（1）：33~35.

[12] 黄克荣. 调节模温改善圆柱缩孔问题[J].模具工业，2014，

40（4）：58~60

作者简介：黄克荣，男，1973年生，汉族，江苏靖江

人，高级工程师，主要从事模具项目管理工作。

（收稿日期：2022-10-28）

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·压铸模技术·

·48·

《模具制造》2023年第1期

表1 抽芯机构的组成

3 问题描述

图1所示为汽车空调压缩机壳体，压铸件投影面

积11,850mm2

，选取420t压铸机。由图1可见，压铸件

具有以下特点：①结果复杂，侧面均有凸起和凹坑；

②压铸件为近似圆形结构，浇道进料口搭接位置可调

空间大。

图1 压铸件-壳体

模具结构设计时，最多的使3个侧向抽芯机构的

运动方向沿着水平方向或者垂直方向，如图2所示，这

时天侧抽芯的运动方向倾斜30°，抽芯油缸组件与压

铸机哥林柱发生干涉，无法开模，需要设计一种新方

案解决干涉问题。

4 侧向抽芯机构与哥林柱干涉问题的解决方

案及其特点

4.1 旋转铸件方向

将铸件在模具型腔中以一个合适的角度进行旋

转，如图2中的铸件旋转140°，得到图3所示的状态。

此时，4个侧向抽芯机构能够全部避让哥林柱，一般保

证抽芯机构与哥林柱距离≥50mm。

图2 侧向抽芯机构与哥林柱干涉

图3 方案一简图

1.压铸机哥林柱 2.液压油缸组件

方案的特点及适用范围：模具套板、模脚、推板

和推杆固定板尺寸增大，模具镶块和模具套板不平

行，制造难度加大，模具制造的综合成本显著提高。

此方案一般适用于铸件尺寸较小的中小型模具，中

大型模具制造费用会有大幅增加，不适用此方案。

同时，压铸件外形结构需要有调整浇道进料口搭接

位置的空间。

4.2 斜导柱抽芯机构的应用

斜导柱抽芯机构具有结构紧凑、占用空间小的

特点。开模时，依靠压铸机的开模力和固定在定模

上的斜导柱，将动定模开模方向的运动转变为抽芯

机构抽芯方向的运动。合模时，斜导柱驱动侧向抽

芯复位。对比常规的液压油缸抽芯结构，这种抽芯

30°

1

2

组成

元件

成型

元件

运动

元件

传动

元件

限位

元件

锁紧

元件

功 能

成型与模具分型推出

方向不一致的侧方向

形状特征。

例如简图中组件5。

带动成型元件在模框

导滑槽内运动的元件，

即抽芯后端。

为运动元件提供运动

动力的元件。

例如简图中的组件1。

运动元件开模以后停

留在所要求的位置上，

能够顺利取出铸件。

模具动定模合模后，锁

紧运动元件，防止压铸

过程中涨型力使运动

元件后撤。

1

2

3

4

5

6

7

8

1.抽芯油缸组件 2.抽芯后端

2.动模框 4.动模芯 5.抽芯前端

6.楔紧板 7.定模框 8.定模芯

·压铸模技术·

·49·

《模具制造》2023年第1期

结构节省了为抽芯后端提供动力的运动原件所占用

的空间，从而解决抽芯机构与压铸机哥林柱干涉的

问题，如图4所示。

图4 方案二简图

1.压铸机哥林柱 2.抽芯后端限位及弹簧锁位组件

3.抽芯后端 4.斜导柱 5.抽芯前端

斜导柱抽芯机构的动作与模具开合模过程同步，

没有单独的抽芯运动时间，既斜导柱抽芯机构的生产

节拍短、效率高，易实现自动化操作，经济效益好。

方案的特点及适用范围：斜导柱抽芯机构由于受

斜导柱长度的限制，抽芯行程不易太长,仅适用于小型

侧向分型机构、抽芯行程短、抽芯前端型面简单和抽

芯力小的情况。双斜导柱抽芯机构由于增加了导柱，

抽芯驱动力更大，可以适用于较大的侧向分型机构，

但是仍然具有抽芯行程短的特点。

4.3 双油缸抽芯机构的应用

将液压抽芯机构的传动元件由单个液压油缸更

改为相对于抽芯方向对称布置的两个液压油缸，利用

两个油缸中间的空间避让压铸机哥林柱来解决干涉

问题，如图5所示。

图5 方案三简图

1.压铸机哥林柱 2.双油缸组件 3.抽芯后端 4.抽芯前端

方案的特点及适用范围：抽芯运动方向没有改

变，但是结构更加复杂，适用于抽芯行程短的较大型

和有较高稳定性要求的侧向抽芯机构。

4.4 内置油缸结构的应用

将液压油缸镶嵌在抽芯后端内部，使机构中的运

动元件和传动元件合为一体，节省了液压油缸组件占

用的空间，从而解决抽芯机构与压铸机哥林柱干涉的

问题，如图6所示。

方案的特点及适用范围：此结构紧凑，仅适用于

中大型和水路结构简单的侧向抽芯机构。

图6 方案四简图

1.压铸机哥林柱 2.内置油缸的抽芯后端 3.抽芯前端

5 结束语

压铸模开发过程中，通过调整压铸件的布置改变

侧向抽芯方向、通过将单油缸更改为双油缸抽芯机

构、通过结构紧凑的内置油缸抽芯机构和斜导柱抽芯

机构来节省空间避让哥林柱。经过工厂实际生产检

验，以上4种方案都得到了很好的应用效果。

参 考 文 献

[1] 江昌勇，沈洪雷，姜伯军等. 压铸成形工艺与模具设计[M].

北京：北京大学出版社，2018.

[2] 谭广宇，传海军，安海吉等. 一种大型压铸模双油缸抽芯机

构. CN210755096U[P]，2020.

[3] 黄伯有. 基于UG NX 8.0的电暖扇后壳注射模设计[J]. 模

具工业，2019，45（2）：4

[4] 孙豹，侯志杰，司维，于德水. 一种压铸模具的抽芯结构，

CN216607186U，2022.

[5] 钟江静，滕琦. 机架注射模五侧抽芯机构设计[J]. 模具工

业，2010，（2）:4

第一作者简介：宋晓红，女，1986年生，汉族，黑龙

江齐齐哈尔人，助理工程师，大学本科，从事铝合金汽

车零部件的压铸模具设计。

（收稿日期：2022-10-21）

1

2

3

4

1

2

3

1

2

3

4

5

·压铸模技术·

·50·

《模具制造》2023年第1期

淬 火 工 件 火 后 加 工 方 法 的 研 究

崔 巍，孙松涛，程景龙，吴 凯，田 丹

（一汽模具制造有限公司，吉林长春 130011）

【摘要】通过对模具材料、结构功能、热处理范围及硬度的加工性进行系统分析和研究，结

合试验和经验积累的方法，解决了冷冲模表面淬火、整体淬火和烧焊件难以实现无人监控

加工、研修量大的问题。总结出实现成本可控、质量稳定的汽车冷冲模淬火工件火后的高

精度加工的数控编程方法。

关键词：淬火工件；火后加工；表面淬火；整体淬火；烧焊；数控编程

中图分类号：TG659；TG142 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.014

Research on Processing Method for

Machining Workpiece after Quenching

Cui Wei，Sun Songtao，Cheng Jinglong，Wu Kai，Tian Dan

（Faw Tooling Die Manufacturing Co., Ltd., Changchun，Jilin 130011，CHN）

【Abstract】 Through to the material of die, structure and function,heat treatment range,

machining property of system analysis and research, solved the problem of no worker monitor

and heave workload die repair for the die after surface quenching,integral quenching and weld.

Making the use of the NC programming and machining for cost control and even quality,high

precision machining after quenching and summarythe method of NC programming.

Key words: workpiece；machining after quenching；surface quenching；integral quenching；

weld；NC programming

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模具制造技术

1 引言

汽车冷冲模是目前汽车行业生产汽车车身件的

主要装备。具有批量成本低，效率高，产品一致性好

的优势。为实现产出数万乃至十几万件的使用寿命，

需要在拉伸、修边、翻边整形序的各自主要功能部位

设计出不同材料的镶块、凸凹模等模具零件，并为提

高硬度和耐磨性进行热处理。为达到少研修和不研

修的目的，我公司采用的是半精加工留量淬火再精加

工的工艺路线，并严格保证加工精度。同时，为减少数

控用工数量和加工成本，数控加工采用无人监控的自

动加工方式完成，这对数控编程提出了很高的要求。

2 模具材料热处理与加工性分析

2.1 汽车冷冲模淬火分类

汽车冷冲模成形部位材料主要分为铸件和锻件

两大类。为提高材料使用性能，包括后期在调试匹配

阶段进行更改的烧焊性能，内部普遍具有Cr、Si、Mn、

Mo、V等多种合金元素。从淬火后材料数控加工性角

度来分类，淬火工艺主要分为表面淬火和整体淬火。

铸件分为铸钢件和铸铁件，均为表面淬火的热处理工

艺，锻件都是钢件，大部分材料的淬火手段相对固定，

少部分材料既可以表面淬火又可以整体淬火。还有

少数厂家以在模具功部位，即铸件本体铣坡口烧焊的

工艺方法达到与淬火工艺相同的目的。同样，从材料

数控加工性角度来分类，这里把这种工艺和实施修改

烧焊工艺的工件和部位纳入到火后加工的一类，称之

·模具制造技术·

·51·

《模具制造》2023年第1期

为烧焊类。

2.2 表面淬火分析

汽车冷冲模成形部位表面淬火硬度通常为 55~

60HRC，具体淬火方式有感应淬火、火焰淬火和激光

淬火。通常火后加工对象为留量0.5mm半精加工后的

感应淬火、火焰淬火工件，达到淬火硬度的淬火层深

度不小于1mm。表面淬火的范围一般都在拉伸模凸

R、修边模刃口和翻边整形模的翻整功能部位等处，未

经加工的淬火部位与周边未淬火部位相比，颜色较

深；加工后的淬火部位与周边未淬火部位相比，显得

光亮，钢件的亮度对比铸铁件明显。表面淬火范围需

在编程前根据模具功能部位预判，有时会通过结构实

体、加工数模、DL图和工艺方案等设计工艺数据分析。

2.3 整体淬火分析

整体淬火硬度通常为58~62HRC，整体淬火的工

件因受材料成本和淬火设备限制体积都不大，因此，

所有整体淬火工件都是镶块，由锻件毛坯加工到留量

0.5mm 后进行整体淬火。如有大面积或整体使用的

情况也都是在设计上采用由镶块拼接的结构实现。

整体淬火件材料成本、加工成本和研修调试成本较

高，一般在要求强度和耐磨性要求较高的修边有小

孔、小R和翻边整形的小翻孔、深腔翻边、小凸包、小R

的产品部位设置整体淬火镶块。大面积或整体使用

一般在料厚大于2mm的厚板料模具的拉伸、二次拉伸

和修边序。未经加工的整体淬火镶块与周边未淬火

部位相比，通体颜色较深；加工后的整体淬火镶块与

周边未淬火部位相比，显得光亮，在相同加工参数条

件下，其光亮程度要明显高于表面淬火部位。

2.4 烧焊分析

烧焊是由焊芯材料融化在工件上堆积而成，受焊

芯材料等多种因素影响，其硬度范围下限低于表面淬

火，上限可视为达到表面淬火硬度上限。目前，受烧

焊部位和形状制约，多数烧焊由手工完成，存在烧焊

量不均，烧焊范围差异较大的特点。激光烧焊由机床

执行程序完成，不存在以上问题，但四周局部仍需手

工烧焊补充处理。

2.5 加工性分析与编程研究方法

为实现汽车冷冲模淬火硬度 55~62HRC 通过无

人监控的自动加工方式完成，并达到少研修和不研修

的标准。需要按模具结构功能和淬火工艺分类，对模

具材料、热处理范围及硬度的加工性，结合试验和经

验积累进行系统分析和研究，制定刀具的和机床合理

的使用参数，才能实现成本可控、质量稳定（包括质量

缺陷和检测精度和表面质量）的冷冲模淬火工件火后

的高精度加工，如图1所示。

图1 淬火工件编程研究要素、方法和目标

3 拉伸模型面表面淬火区的编程加工

拉伸模是制件成形的关键一序，在各序中对型面

精度和表面质量加工要求最高的。目前，我公司执行

的是完成自动加工后保证大部分型面满足按检测基

准±0.03mm，同时接刀处断差不大于 0.02mm，产品区

尽量无接刀的标准。在型面面积较大的工件上要达

到这样的精度，一般需要D30精加工刀连续加工4～8

小时，刀片的最大磨损量，一般在球头刀刀尖位置保

证在 0.02mm 以内。在表面淬火的拉伸模上，加工淬

火硬度通常为55~60HRC的凸R时，刀具的磨损速度

要比加工非淬火快3～5倍，通过试验表明，加工余量

越小，磨损速度的差距越小；而且，加工余量越大，淬

火区域的的让刀量越大，通常在加工余量0.1mm的情

况 下 ，经 常 会 出 现 检 测 高 度 高 于 附 近 非 淬 火 区

0.005～0.01mm 的淬火区型面；这对型面整体检测合

格非常不利，即便检测合格，也会相对加大研修调试

的工作量。显然，要满足加工要求需要在淬火部位进

行合适余量的预加工，即拉伸淬火区加工。

预加工余量的计算和试验是解决火后型面加工

质量与成本这对矛盾的关键，需要找到正常加工过程

各因素的单项极限并把握叠加效应，找到综合影响的

平衡点。

3.1 拉伸淬火区加工余量的设定

首先，根据刀具磨损加工实验，拉伸淬火区加工

留给精加工的余量越小越好。但是，由于拉伸淬火区

加工的刀具磨损、区域对策略应用的限制这两个因素

的影响，其实际加工的刀刃状态和轨迹的光顺程度决

少研修、不研修的加工质量

少监控、无人监控的自动加工

淬火硬度 刀具选用 防崩处理 策略

进给

结构功能 加工量 留量 转速

材料

·模具制造技术·

·52·

《模具制造》2023年第1期

定了加工出的型面质量远达不到与精加工一致的水

平。所以，拉伸淬火区加工余量的设定要保证实际加

工中精加工时有加工余量。

通常，汽车冷冲模型面加工范围在 1～3m，以型

面最大的，长约3m、宽约1.5m、高约1m的轿车侧围凹

模为例，拉伸淬火区加工与型面精加工的时间跨度一

般可达到48h，按温度变化1℃，工件1m距离的变化量

0.01mm 的经验公式计算，如果设定为室温 20℃的恒

温车间能保证工件温度变化在1℃范围内，取最大值

1℃，则受温度影响，型面长度方向最大变化量为

0.03mm，宽度方向最大变化量为 0.015mm，高度方向

最大变化量为0.01mm。数控机床自动测刀长度误差

范围通常在 0.001～0.005mm，主要影响高度方向，按

拉伸淬火区和型面精加工取自动测刀长度误差的极

值计算可形成 0.01mm 的加工误差，再与精加工球头

刀刀尖位置最大磨损量0.02mm和高度方向受温度影

响最大变化量为 0.01mm 累积计算，高度方向最大相

差 0.04mm。由以上计算可以得出结论，理论上拉伸

淬火区加工余量最小为 0.04mm。在实际加工中，机

床加工型面需要在三轴联动的运动过程中执行编程

公差0.005mm的精加工程序，还有工件的自然时效导

致微量变形。所以，在编程时在理论计算的基础上需

要再加0.01mm的冗余量来保证批量生产的一次加工

合格率。拉伸淬火区加工余量的设定为0.05mm。这

样就可以最大限度降低精加工时淬火区对刀具的磨

损，延长刀具使用时间，这对于大型覆盖件的精加工

编程分区是非常重要的有利条件。

3.2 拉伸淬火区范围提取

以PowerMILL编程为例，需要将表面淬火区即凸

R的曲面提取到单独的层里，其中，压料圈轮廓上方的

凸 R 为空开，不需淬火，所以不提取。可以在 CATIA

加工数模中提取，通过Exchange数据转换生成一个单

独的dgk文件，再用PowerSHAP打开处理。也可以在

完 整 的 转 换 完 成 的 加 工 数 模 dgk 文 件 中 通 过

PowerSHAP提取到一个层中，再将其存出一个单独的

dgk文件。

3.3 淬火区的编程加工

拉伸淬火区加工余量设定为 0.05mm，与火前留

量0.5mm间有0.45mm的加工量。为保证拉伸模一次

加工合格率，增加留量0.2mm淬火区程序。在这里，

将留量 0.2mm 程序归类为半精程序，将留量 0.05mm

程序归类为超半精程序，如图 2 所示。在 PowerMILL

中用提取的凸R生成已选曲面边界，用三维偏置策略

计算半精和超半精淬火区程序，选用D30日立精加工

球头刀，为降低成本，半精程序选用磨损0.05mm以内

旧刀片。根据试验数据，自动加工时，需按刀具磨损

时间换刀。拉伸淬火区程序排在型面加工的最前面。

图2 侧围拉伸淬火区按程序时间换刀加工

4 修边模表面淬火区的编程加工

修边模淬火区为修边刃口，由于淬火后材料变

脆，在加工型面时，容易在型面轮廓相交的刃口造成

崩刃的现象，所以在有轮廓的淬火件加工中，要先加

工型面，后加工轮廓。在加工型面时，轮廓的 0.5mm

余量并不能保证崩刃后不缺量，所以需要在型面加工

的最前面进行淬火区型面的预加工。型面加工完再

后加工轮廓。

4.1 淬火区型面的编程加工

与拉伸淬火区加工余量相同，修边型面淬火区加

工余量的设定为0.05mm。修边型面精度和表面质量

与拉伸模型面相比加工要求不高，为提高加工效率，

D30 和 D20 球直接沿刃口带 6mm 宽的范围进行留量

0.05mm 超半精程序加工，ϕ10mm 球头刀增加留量

0.2mm半精程序，保证全部按轨迹切点在轮廓上的参

考线用三维偏置策略在轮廓外侧起刀单向顺铣，外侧

保留两刀轨迹，称之为挑刃口。

切点在轮廓上的参考线要保证光顺，求取这条

参考线过程较为复杂，在PowerMILL中将数模中的轮

廓线生成参考线，再将开放的参考线在型面外侧连

接闭合，用此参考线生成接触点边界，转换成相应刀

具余量的接触点转换边界，将此边界生成参考线，最

后将参考线用 Bezier 功能在参考线取点作出光顺曲

线，将原参考线删除，得到策略需要的参考线，如图3

所示。

·模具制造技术·

·53·

《模具制造》2023年第1期

图3 侧围修边挑刃口轨迹

4.2 淬火区修边轮廓的编程加工

修边轮廓上下模间隙按制件料厚的比例计算，一

般为0.03～0.06mm。目前，我公司执行的是完成自动

加工后保证大部分轮廓满足检测基准±0.01mm，并且

无加工竖纹以取消研修轮廓表面工作。这需要在轮

廓精自动加工时使用新刀，同时考虑到实际加工时的

让刀量，提高一次加工合格率，轮廓精加工程序的余

量设定为-0.01mm，并有检测程序保证加工合格。

淬火轮廓的精加工主要有径向分层、轴向分层、

径向单层和插铣策略。通过试验，按现有刀具加工淬

火件的能力和特点，径向分层适用于D20合金端铣刀

轮廓去大量；轴向分层适用于D10以下合金端铣刀小

孔和锐角小R处轮廓去大量；D30镜面铣刀插铣适用

于精加工，D10合金端铣刀以下R角插铣适用于非锐

角小R处轮廓去大量；径向单层适用于小R处轮廓精

加工。在有ϕ10mm以下镜面铣刀的情况下，可用R角

精插取代径向单层程序。

淬火轮廓的精加工的编程步骤：

（1）立轴。R角采用插铣策略，使用D10三刃立铣

刀 ，-0.01 加 工 ，RTCP：R 角 小 刀 轮 廓 轴 向 分 层

（D10），-0.01加工。

（2）平坦区整体轮廓留量0径向分层D20程序，陡

峭区留量0.1等高半补精铣。

（3）整体轮廓留量0，精插铣，分长短刀。

（4）陡峭区：球刀留量 0 等高精,或插铣精留量 0,

往复走刀（两者任选其一）。

（5）整 体 轮 廓 D30 镜 面 铣 超 精 加 工 ，光 刀 余

量-0.01 加工，超精插铣 L120mm 插铣一遍，L200mm

插铣2遍,分长短刀（为提高一次加工合格率，允许轮

廓中间接刀，但在接刀处进刀和撤回不许快速贴轮廓

面通过，接刀重叠3~5刀）。

（6）超硬刀（16、20）R角一刀精加工（接刀），-0.01

加工。

（7）R 角小刀一层精加工（D10 先顺后逆,仅铝板

料轮廓使用），-0.01加工，超硬刀。

（8）立轴：R角采用插铣策略，暂时使用D6三刃立

铣刀，-0.01加工（R角插铣跨步0.2）RTCP：R角小刀轮

廓轴向分层（D6及以下），-0.01加工。

（9）R角小刀一层精加工（D6及以下先顺后逆,仅

铝板料轮廓使用）-0.01加工，超硬刀。

（10）D4球轴向分层。

（11）D20刀轮廓检测程序，留量0。

D30刀无法加工的小轮廓、轮廓底部与毛坯连接

的斜轮廓，用D20或D16超硬刀轴向分层代替D30插

铣精加工，如图4所示。

图4 淬火轮廓精加工

5 翻边整形淬火区的编程加工

翻边整形模对型面精度和表面质量加工要求介

于拉伸和修边之间，型面的翻边整形功能区淬火，为

降低加工成本，不需编制单独的淬火区程序。

5.1 淬火区型面的编程加工

当翻边R角≤R2时或为尖角时，加工型面时会出

现崩齿现象，这是特殊部位由工件淬火脆性导致的一

种需烧焊补救的质量缺陷。要采用特殊编程加工手

段，以减小工件切削受力的办法来避免这一现象的出

现。试验表明，先用D20球刀用三维偏置策略沿凸R

上切点铣至凸 R 下切点可解决这一问题。其参考线

的求取方法与修边型面淬火区相同。尖角时需挑刃

口，处理方法与修边模相同。同样，要将按照先加工

型面后加工轮廓，挑刃口和小R角程序在型面程序的

最前面的顺序使用程序。

5.2 淬火区翻边轮廓的编程加工

翻边轮廓一般较深，一般先用 D20 超硬刀留量

0.05mm三维轮廓加工，加工不到的位置用D30球摆角

·模具制造技术·

·54·

《模具制造》2023年第1期

加工。精加工如D20超硬刀够长则使用轮廓策略，如

D20超硬刀不够长则用D30球以型面方式立轴或摆角

加工，也可以用D30镜面铣精插。

6 整体淬火的编程加工

整体淬火的镶块硬度较高，加工型面时使用球头

刀，对刀具的磨损较大，在编程时，有单独的转速进给

和分层层深参数。在执行自动加工时，换刀时要自动

测刀，如不同程序连续使用一把刀，会导致因刀尖磨

损导致过切，使工件型面缺量的情况发生。通过实验

表明，在10min以内的程序加工后不换刀，也有这种情

况发生。所以，整体淬火自动加工程序需严格保证程

序换刀。在模具局部采用整体淬火镶块时，整体淬火

镶块要按镶块边界放大5mm先加工。整体淬火镶块

的轮廓和翻边尖角处也要挑刃口，并且要有留量

0.2mm 的半精程序，翻边 R 角≤R2mm 时与翻边表面

淬火处理方式相同，这两类程序要在型面程序的最前

面。整体淬火镶块的修边轮廓加工除需将 R 角插铣

用轴向分层代替，其余与表面淬火修边轮廓相同，但

D8刀无法加工的小轮廓一般在数控加工时作基准后

用线切割加工。整体淬火镶块的翻边轮廓与表面淬

火编程加工方式相同。

在修边模的加工中，凹模套装配后高出型面的部

分需要重回数控加工，凹模套也是整体淬火件，但其

加工方式不同，是由D20镶片球头刀平坦区行切，陡

峭区等高的策略由现场监控加工完成的。

7 烧焊类的编程加工

烧焊类一般加工余量较大，粗加工需用D30日立

精加工球头刀利用磨损 0.05mm 以内旧刀片留量

0.2mm 单向保持顺铣，在平缓区，用三维偏置螺旋加

工，在陡峭区用参考线控制轨迹接近于等高轨迹，与

挑刃口相同，始终保持顺铣从高到低加工。在铣坡口

或激光烧焊的情况下，烧焊区的范围在理论范围扩大

30mm。不铣坡口时，烧焊区的范围在理论范围扩大

50mm，如图5所示。

图5 烧焊区粗加工轨迹

8 结束语

随着市场竞争和技术进步的发展，低成本、轻量

化的结构设计在汽车冷冲模具得到越来越广泛的应

用，修边翻边功能逐步融合到后序，淬火工件的结构

会越来越复杂，设置会越来越灵活，这会给热处理和

加工带来更大的难度。并且，模具生产过程中加工

自动化、调试少人化、快产出已成为行业竞争中的制

高点。

淬火变形控制和形状限制等难题在国内热处理

技术和设备未取得根本性技术突破的情况下，稳定

可靠的淬火后数控编程加工技术能最大限度的保证

工件精度，是立足现有条件达到这一制高点的可靠

途径。

参 考 文 献

[1] 傅建军. 模具制造工艺[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[2] 穆云超. 模具材料与热处理[M]. 北京：机械工业出版社，

2010.

第一作者简介：崔巍，男，1981年生，吉林白山人，

编程高级工程师，主要从事模具编程工作，一汽模具

制造有限公司工程师。

（收稿日期：2022-10-28）

声明：为实现科技期刊编辑、出版发行工作的电子化，推进科技信息交流的网络化进程，扩大作者学术交流

渠道，本刊现已加入《中国学术期刊（光盘版）》、“万方数据资源系统（ChinaInfo）数字化期刊群”、“中文科技期

刊数据库”。因此，向本刊投稿并录用的稿件，将一律由编辑部统一纳入以上系统提供信息服务。其作者著

权使用费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意，请在来稿时声明，谢谢合作与支持！《模具制造》编辑部

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·模具制造技术·

·55·

《模具制造》2023年第1期

复材壁板工装双龙门协同加工技术研究

李世新，李玉杨，闫宝强，范喜祥，李 巍

（中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西西安 710089）

【摘要】针对大型复材壁板工装双龙门协同加工技术进行了研究，实现壁板工装精准协同

加工，减少机床停机时间。通过对壁板工装制定双龙门协同加工方案，进行数学建模，寻

求加工过程的最优解，选择最合理的加工策略及加工顺序，对加工难点以及加工工艺流程

和加工方法进行了分析，利用数学建模，从双主轴粗加工效率、双主轴精加工效率、双主轴

加工曲面分割、程序加工策略4个方面进行研究。

关键词：复材壁板工装 ；加工策略 ；双龙门协同数控加工 ；工艺方案

中图分类号：TG659 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.015

Research on Collaborative Processing Technology

of Double Gantry Doors for Composite Wall Panel Tooling

Li Shixin, Li Yuyang, Yan Baoqiang, Fan Xixiang, Li Wei

（Avic Xi'an Aircraft Industry Group Company Ltd., Xi'an, Shanxi 710089，CHN）

【Abstract】This paper studies the double-gantry collaborative processing technology of largescale composite wall panel tooling to realize precise collaborative processing of wall panel

tooling and reduce machine downtime. By formulating a double-gantry collaborative processing

plan for the wall panel tooling, conducting mathematical modeling, seeking the optimal solution

of the processing process, selecting the most reasonable processing strategy and processing

sequence, and analyzing the processing difficulties, processing process and processing methods,

using mathematical modeling is carried out from four aspects: the efficiency of dual-spindle

roughing, the efficiency of dual-spindle finishing, the division of surface for dual-spindle

machining, and the strategy of program machining.

Key words：composite wall panel tooling; processing strategy; double-gantry collaborative cnc

machining; process plan

1 引言

伴随着航空用复合材料零件的大型化、复杂化、

高精度化的发展趋势，大型复合材料模具工装在未来

复合材料模具中的占比会越来越高，而此类模具需要

在五坐标双龙门数控加工中心进行加工，大型复材壁

板工装制造经验缺乏，制造过程中需攻克的技术难点

非常多，模具的加工质量及加工效率取决于机床设备

及各种加工参数的合理运用。本文基于五坐标双龙

门数控加工中心进行大型壁板成型工装双龙门协同

加工技术研究，旨在最大化利用机床设备，提高工装

加工效率及加工质量。

（1）加工效率：合理规划双主轴加工元素，合理安

排加工顺序，确保减少加工过程中机床停机现象。

（2）加工质量：在双主轴同时加工的前提下，如何

保证工装加工精度及型面流线度。

面对大型复材壁板工装双龙门协同加工中存在

的上述突出问题，对加工难点以及加工工艺流程和加

工方法进行了分析，利用数学建模，从双主轴粗加工

效率、双主轴精加工效率、双主轴加工曲面分割、程序

加工策略4个方面进行研究。

·模具制造技术·

·56·

《模具制造》2023年第1期

2 加工难点

2.1 复材壁板工装的加工技术要求

（1）型面公差±0.1mm。

（2）孔位公差±0.1mm。

（3）工作型面粗糙度Ra3.2μm。

（4）工作型面流线。

2.2 加工技术难点

（1）壁板工装双主轴加工如何消除阶差。

（2）壁板工装双主轴加工如何保证加工精度。

3 加工工艺流程

加工工艺流程如图1所示。

图1 加工工艺流程示意图

4 加工方法

（1）双主轴同向加工。

（2）加工过程便于工人更换刀片。

（3）减少加工震纹。

（4）降低加工阶差。

（5）定时校正加工原点。

（6）减少加工时C摆减速。

（7）减少加工过程中主轴停机。

以下从双主轴粗加工效率、双主轴精加工效率、

双主轴加工曲面分割、程序加工策略 4 个方面进行

研究。

5 双主轴粗加工效率

研究内容及措施：

确定电主轴沿Y向加工过程中，粗加工效率实际

参数值α（m2

/h），计算公式如下：

α = S/t （1）

t = t1 + t2 （2）

t1 = 2L×Y×H/（F×D×d） （3）

t2 = [S-L×Y]/（F×D×d） （4）

确定机械主轴沿Y向加工过程中，加工效率实际

参数值β（m2

/h），计算公式如下：

β = S/t' （5）

t' = t1'+t2' （6）

t1' = 2L×Y×H'/（F' × D × d'） （7）

t2' = [S-L×Y]×H'/（F'×D×d'） （8）

式中 S——大型复材壁板成型工装型面面积

t——电主轴粗加工总时间

t'——机械主轴粗加工总时间

t1——电主轴粗加工减速部分加工时间

t2——电主轴粗加工恒速部分加工时间

t1'——机械主轴粗加工减速部分加工时间

t2'——机械主轴粗加工恒速部分加工时间

L——大型复材壁板成型工装型面周长

Y——加工过程中主轴提前减速距离

F——电主轴恒速粗加工进给

F=3,000～3,500 S=3,000

F'——机械主轴恒速粗加工进给

F=3,000～3,500 S=2,000

D——粗加工切宽

H——电主轴最大粗加工余量

d——电主轴最大粗加工切深

H'——机械主轴最大粗加工余量

d'——机械主轴最大粗加工切深

在该计算过程中认为主轴沿 Y 向加工过程中的

减速为线性减速。

6 双主轴精加工效率

研究内容及措施：

确定电主轴沿Y向加工过程中，精加工效率实际

参数值α（m2

/h），计算公式如下：

α = S/t （9）

t = t1+t2 （10）

t1=2L×Y（/ F×D） （11）

t2=[S-L×Y]（/ F×D） （12）

确定机械主轴沿Y向加工过程中，精加工效率实

际参数值β（m2

/h），计算公式如下：

β = S/t' （13）

双主轴程序

铣削策略 双主轴开粗

双主轴半精、

精加工

确定双主轴

加工区域划分

确定及校正

找正原点

·模具制造技术·

·57·

《模具制造》2023年第1期

t' = t1'+t2'+t3' （14）

t1' = 2L×Y/（F'×D） （15）

t2' = [S-L×Y]/（F'×D） （16）

式中 S——大型复材壁板成型工装型面面积

t——电主轴精加工总时间

t'——机械主轴精加工总时间

t1——电主轴精加工减速部分加工时间

t2 ——电主轴精加工恒速部分加工时间

t1'——机械主轴精加工减速部分加工时间

t2'——机械主轴精加工恒速部分加工时间

t3'——整体加工过程中机械主轴头在型面拐

点处累计减速时间

L——大型复材壁板成型工装型面周长

Y——加工过程中主轴提前减速距离

F——电主轴恒速精加工进给

F=4,000 S=4,000

F'——机械主轴恒速精加工进给

F'=3,000 S'=3,000

D——加工切宽

在该计算过程中认为主轴沿 Y 向加工过程中的

减速为线性减速。

C摆如在型面拐点处摆动幅度较大，导致机械主

轴头减速明显，计算时需考虑整体加工过程中机械主

轴头在型面拐点处累计减速时间。

7 双主轴加工曲面分割

通过分别计算电主轴加工效率实际参数值α及机

械主轴加工效率实际参数值β，可以确定工装最终加

工曲面的分割比例，计算公式如下：

S1=S×α/（α+β） （17）

S2=S×β/（α+β） （18）

式中 S1——电主轴加工曲面面积

S2——机械主轴加工曲面面积

通过 CATIA 中的 Product Engineering Optimizer

模块中的优化命令可以快速将给定曲面进行任意比

例的分割，如图2、图3、图4所示。

8 程序加工策略

编程时，通过设定共用找正原点，电主轴加工由B

位置向C位置加工，机械主轴加工由A位置向B位置

加工。

图2 曲面优化分割命令

图3 曲面优化分割效果图

图4 曲面优化分割数据

如图5所示，工件加工时沿Y向加工，整体进给方

向沿X向，方便工人更换刀片，控制由于刀片磨损引

起的阶差，根据实际加工过程中刀片磨损量测算，每

更换一次刀片，磨损量大约为0.04mm，由工人在加工

过程中添加刀补，并依次减小刀补直至为0，确保更换

新刀片后，型面接平流线，提高表面加工质量。

·模具制造技术·

·58·

《模具制造》2023年第1期

图5 双龙门协同加工曲面分割图

工件半精加工时采用大直径刀具（例如 40R6、

32R5），大切宽大切深（切宽 20mm，切深 1.5mm）进行

法向加工，以此提高加工效率同时确保精加工时型面

余量均匀。

工件精加工时采用小直径刀具（例如 20R2、

16R1.6），大切宽小切深（切宽3mm, 切深0.3mm）进行

法向加工，确保加工精度及效率，电主轴精加工转速

进给参数可以提高至F=5,000，S=5,000，切宽3mm；机

械轴精加工参数可以提高至 F=4,000，S=3,000,切宽

3mm。

法向加工时限制C摆转动幅度，并在后置处理器

中设置抬刀高度，这样可以减少法向加工时型面内产

生的刀纹，降低钳工后续打光量，但是会影响局部型

面加工效率。

型面内无法法向加工区域，优先选用小直径球头

刀具（16R8、10R5）进行清根加工，刀具轴向严禁垂直

与型面，保证与型面成一定夹角（20°～35°），切深

0.3mm,切宽 0.3mm，且加工时需提前添加刀补，保证

与法向加工面接平流线。

型面局部有拐角的区域，编程时影响将高速铣功

能打开，程序参数中设定拐角减速比率及减速距离，

提高型面拐角加工质量，避免产生过切现象。

在粗加工、半精加工、精加工完成后利用激光跟

踪仪对型面精度进行检测，实时修订加工方案。由于

工件尺寸较大，需要加工多个工作日，为了降低加工

误差，每天检查并核对加工原点，并参照实际加工时

接刀距离进行人工补偿，提高整体型板加工的精度及

表面加工质量。

9 加工效果及结论

通过对复材壁板工装双龙门协同加工技术进行

研究，进行数学建模，寻求加工过程的最优解，选择最

合理的加工策略及加工顺序，最终实现壁板工装精准

协同加工，减少机床停机时间。同时在双主轴协同加

工的前提下，保证了工装加工精度及型面流线度（见

图6）。

图6 复材壁板工装实际加工效果图

参 考 文 献

[1] 胡颖晓. 狭长异型铝型材双龙门协同数控加工工艺研究[J].

制造技术与机床，2016，（9）：87~90

[2] 朱光明，吴艳玲. 双龙门大扭矩机械主轴五轴联动数控机

床关键技术[J]. 金属加工（冷加工），2011，（2）：4~5

[3] 袁硕. 数控机床切削控制对机械加工精度的影响[J]. 河南

科技，2019，（31）：59~61

[4] 潘永刚. 机械零件数控加工精度的保障策略分析[J]. 科学

技术创新，2019，（35）：167~168

[5] 徐一楠. 提高数控机床机械加工效率的方法研究[J]. 科技

创新与应用，2018，（7）：92~93

[6] 吴国君，孙焕军，刘钢棒，张颖，杨平. 实现高效数控加工的

途径与过程控制[J]. 模具制造技术，2008，（2）：60~66

[7] 赵俊花，李丽，李玲玲，李聪波. 面向高效节能的复杂曲面

分区数控铣削加工优化方法[J]. 中国机械工程，2004，30

（1）：64~70

[8] 史永丰，张育浩，程婷，徐保文，林岗山. 基于空间多边形三

角剖分的曲面分割求交算法[J]. 图学学报，2019，40（3）：

447~451

[9] 张伟文，杨福祥，刘志伟. 基于曲面划分的刀具路径规划设

计[J]. 机械工程师, 2016，（9）：125~127

第一作者简介：李世新，男，1991年6月生，汉族，

河南灵宝人，本科，工程师，毕业于机械设计制造及其

自动化专业，从事模具制造工作。

（收稿日期：2022-09-08）

曲面S1 曲面S2

机械主轴加工坐标系

电主轴加工坐标系

·模具制造技术·

·59·

《模具制造》2023年第1期

基于UGNX12.0冰墩墩模型的5轴数控加工实例

叶增良

（河源职业技术学院机电工程学院，广东河源 517000）

【摘要】为了分析冰墩模型零件的可加工性，使用的加工设备是现代制造业主流5轴智能

数控加工设备，制定合适于本案例的加工工艺方案，基于主流编程加工软件NX12.0设置加

工刀轨，刀具轴线控制和其他参数，以典型零件5轴加工冰墩模型为例，安排合理的工艺方

案，编写用于实际加工的刀路轨迹，运用多轴联动方式生成刀轨，仿真处理采用当前主流

仿真软件，在实际制造过程中，验证本案例所编排的工艺和刀具路径方案是比较合理的，

从而保证了该零件的尺寸公差要求，符合典型5轴零件的加工制造。

关键词：加工工艺；5轴联动机床；冰墩墩模型;刀具路径;工艺方案

中图分类号：TG659 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.016

Five-Axis NC Machining Example

of Ice Pier Model Based on UGNX12.0

Ye Zengliang

（Heyuan polytechnic Institute of Mechanical and Electrical Engineering,

Heyuan, Guangdong 517000）

【Abstract】To Bing Dwen Dwen model component analysis for parts processing technology,

processing equipment USES a double turntable five-axis linkage CNC machine tools, to

formulate appropriate in this case the processing scheme, based on the mainstream programming

software NX12.0 set machining tool path and cutter axis control parameters, such as to Bing

Dwen Dwen model of five axis machining parts, for example, reasonable arrangement of process

scheme, writing for the actual processing knife road track, using multi-axis linkage way to

generate tool path, using the current mainstream simulation software simulation processing, in

the actual handling process, this case to verify orchestration process and tool path scheme is

reasonable, to ensure that the components of the dimensional tolerance requirements, in

accordance with typical five axis parts processing and manufacturing.

Key words: the processing technology; five axis linkage machine tool; bing dwen dwen model; tool

path; process plan

1 引言

5轴数控机床是一种技术含量及加工精度都非常

高的一种现代化数控加工设备，专门用于加工复杂零

件的一种设备。它对于一个国家的军事、航空航天、

医疗、精密加工制造等行业有着非常重要的作用。随

着科学技术的发展，产品的更新速度与日俱增，机械

和模具零件的加工越来越复杂，测量精度要求越来越

难，结构形式多样化，加工造型工艺复杂化，制造时间

非常漫长，表面质量要求高，一般的机械加工设备出

来的零件质量难以得到保证。5轴数控加工作为一种

现代制造工具，其优点是，一次装夹便可完成多面加

工，避免了刀具的零线速度加工，从而保证所加工零

·模具制造技术·

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《模具制造》2023年第1期

件的表面质量，可以使刀具的有效切削刃得到加强，

可以加工正常3轴数控机床难以加工的陡峭侧壁，因

为5轴数控机床的转台可以任意摆动加工角度，而对

一些直身表面，它能利用该刀的侧切削刃进行直接加

工，因而提高所加工零件的效率。本文所介绍的的零

件（冰墩墩模型）就是利用企业通用主流工业软件

NX12.0 进行数控程序编制，运用仿真软件进行仿真

后，再由5轴数控机床实现加工的过程。本案例通过

零件模型介绍了NX12.0软件对复杂零件的联动加工

技术。通过刀具轴线策略相对于驱动体刀具轴线控

制，设定刀具的前倾角和侧倾角，通过改变球头的零线

速度切削来改变刀具的夹持方式，且加工表面的质量

可以控制得很好，从而达到更高的表面加工光洁度。

2 冰墩墩模型零件的工艺分析

图1显示了一个冰墩墩的模型图。该零件大小为

ϕ65.5×80mm，材料为硬铝 6061，选用尺寸为ϕ70×

85mm圆柱形毛坯，该零件模型由大量复杂的表面拼

接而成，形成一个复杂的自由曲面，需要创建多个加

工辅助面，并投射到待加工的零件表面，在实际生产

中，待加工面的精细度要求很高，所选择的工具及其

参数必须合理，才能保证部件的表面外观，并编写出

合理的5轴加工工艺路线。

图1 冰墩墩模型

3 冰墩墩模型零件CAM

3.1 毛坯的装夹方式

首先用5轴机床自带的三爪自定心夹具固定在机

床A轴转台上，再把需要加工的零件毛坯固定在三爪

卡盘上，本案例采用的是圆柱形毛坯，毛坯材料为工

业用铝料。

3.2 数控加工刀具的选择

接着在NX12.0的建模模块中先分析零件模型曲

面结构，考虑到数控机床以及零件加工性价比等综合

因素，分别创建刀具直径为ϕ10mm、ϕ4mm 的立铣刀

用 于 零 件 粗 加 工 ，R3mm、R2mm、R1.5mm、R1mm、

R0.5mm 的球头铣刀用于零件的曲面精加工，所用刀

具均是使用带涂层硬质合金刀具。具体如表1所示。

表1 刀具表

3.3 加工零件的顺序

（1）定轴粗加工。在+YC轴上选用“型腔铣”为方

法进行零件的粗加工，选用立铣刀，其直径为D10mm，

并设置其他参数，刀具切削参数如表2所示。

表2 刀具切削参数

通过表2具体参数，生成刀具路径如图2所示。

图2 冰墩墩模型粗加工

序号

1

2

3

4

5

6

7

名称

硬质合金立铣刀

硬质合金立铣刀

硬质合金球头铣刀

硬质合金球头铣刀

硬质合金球头铣刀

硬质合金球头铣刀

硬质合金球头铣刀

规格型号

D10×30×d10×75×4F

D4×12×d4×50×4F

D6×R3×12×d6×50×2F

D4×R2×6×d4×50×2F

D3×R1.5×5×d3×50×2F

D2×R1×4×d4×50×2F

D1×R0.5×4×d4×50×2F

序

号

1

名称

立铣刀

型号

mm

D10

切削

方式

跟随周边

每刀切削

深度/mm

0.5

方法

型腔铣

余量

mm

0.15

转速

转/min

8,000

进给

转/min

4,000

·模具制造技术·

·61·

《模具制造》2023年第1期

（2）复制第一步粗加工的刀路，选择-YC轴向，进

行型腔铣开粗，生成刀具路径轨迹。

（3）定轴局部半精加工。采用型腔铣半精加工，

选用立铣刀直径为ϕ4mm，用“跟随部件”的方法，每刀

切深为 0.3mm，为提高加工效率，必须修剪外部多余

刀具路径轨迹，创建矩形框曲线作为修剪边界，进行

修剪，留下所需要的刀具路径轨迹，预留0.1mm余量，

并设置其他参数，刀具切削参数如表3所示。

表3 刀具切削参数

通过上表具体参数，生成刀具路径如图3所示。

图3 冰墩墩脚部模型半精加工

（4）继续复制前一步刀路，选择-YC 轴向型腔铣

开粗，生成刀具路径。

（5）冰墩墩零件半精加工。选择 R4mm 球头铣

刀，工序选择用“可变轮廓铣精加工”，驱动方式选择

用“曲面”。预留0.1mm余量。并设置其他参数，刀具

切削参数如表4所示。

表4 刀具切削参数

通过表4具体参数，生成刀具路径如图4所示。

图4 冰墩墩模型半精加工

（6）冰墩墩模型精加工。选用工序为“可变轮廓

铣精加工”，选择 R2mm 球头铣刀，并设置其他参数，

刀具切削参数如表5所示。

表5 刀具切削参数

通过表5具体参数，生成刀具路径如图5所示。

图5 冰墩墩模型精加工

（7）冰墩墩模型腿根部精加工，选用工序为“可变

轮廓铣精加工”，选择R0.5mm球头铣刀，并设置其它

参数，刀具切削参数如表6所示。

表6 刀具切削参数

序

号

1

名称

球头

铣刀

型号

mm

R4

刀轴

选择

相对于

驱动体

步距

mm

0.2

侧倾

角度

5

切削

模式

螺旋

前倾角

°

0

转速

转/min

8,000

进给

转/min

3,000

序

号

1

名称

球头铣刀

刀轴

选择

相对于失量

步距

mm

0.1

侧倾角

°

30

切削

模式

螺旋

前倾

角度

0

转速

转/min

12,000

进给

转/min

2,000

序

号

1

名称

球头铣刀

刀轴

选择

相对于驱动

步距

mm

0.05

侧倾角

°

20

切削

模式

螺旋

前倾

角度

0

转速

转/min

12,000

进给

转/min

2,000

序

号

1

名称

立铣刀

型号

mm

D4

切削

方式

跟随部件

每刀切削

深度mm

0.3

方法

型腔铣

余量

mm

0.1

转速

转/min

10,000

进给

转/min

3,000

·模具制造技术·

·62·

《模具制造》2023年第1期

通过表6具体参数，生成刀具路径如图6所示。

图6 冰墩墩根部精加工

4 仿真加工

前期工艺方案及刀具路径确定好的，再通过工业

主流多轴加工操作仿真软件HuiMaiTech，将前面编制

好的程序用 NX12.0 后处理器，输出 NC 代码，再导入

到工业主流多轴加工操作HuiMaiTech仿真软件中，以

车间实际环境来仿真操作加工，必须指出的是，仿真

软件HuiMaiTech须与实际用于加工的机床的每个参

数配置相对应，可以有效的验证编制的程序代码，通

过工业主流多轴加工操作仿真软件HuiMaiTech的操

作仿真，可以验证实际加工误差（如超差、撞机等失

误）。该软件所有动作均与真实机床一样，通过仿真

软件系统内部计算，可以预判机床不正确操作、NC代

码错误、夹具刀具安装错误等，提前预知准备好的加

工程序是否可行，本文的模拟加工利用了这一特点对

零件程序进行验证加工。

5 实物加工

通过仿真软件HuiMaiTech对零件程序进行仿真

后，将后处理出来的程序代码通过DNC在线传输软件

传输到5轴数控机床上进行加工，根据实际机床的参

数配置，可以进行高效的切削加工，在实际加工中并

未出现如刀具过切、干涉、碰撞等错误。加工出的零

件通过三次元检测设备进行检验后，各方面质量、尺

寸公差、表面粗糙度等均符合零件预设的要求。具体

加工实物如图8所示。

图8 实际加工实物模型

6 结语

随着科技的高速发展，多轴联动数控机床已成为

众多加工制造类企业最为重要的一种加工利器，多轴

联动智能制造机床在现代工业中发挥着无可撼动的

作用，优势越发显著。通过对这个案例的加工，使用

传统数控加工的方法必须进行多次装夹，装夹以及摆

正较准在整个加工时间中占很大比例，所以加工效率

非常低，加工成本较高。而采用5轴加工该零件，只需

要一次装夹便可完成整体加工，从加工时间、成本、效

率来讲都是非常好的。

参 考 文 献

[1] 宋理敏. 异形体的五轴联动数控加工[J]. 机床液压，2014，

42（8）：59~61

[2] 寇文化. UG8.0数控铣多轴加工工艺与编程[M]. 北京：化

学工业出版社，2015.

[3] 吕辉. 基于 UGNX8.5 人体模型的五轴数控加工[J]. 模具

制造，2017，（12）：74~77

[4] 李东君. 基于 UGNX6.0 充电器模具型腔的五轴数控加工

[J]. 模具制造，2010，（11）：6~11

[5] 高长银. UGNX8.5多轴数控加工典型案例详解[M]. 北京：

机械工业出版社,2013.

作者简介：叶增良，男，1987年生，汉族，广东河源

人，硕士，实验师，高级技师。主要从事模具设计及制

造技术研究、教学工作。

（收稿日期：2022-10-30）

·模具制造技术·

·63·

《模具制造》2023年第1期

数智化精准测量在汽车模具制造上的开发与应用

孙敬国，韩红建，张武权，郑 坤，田 丹

（一汽模具制造有限公司，吉林长春 130011）

【摘要】二次开发CAM软件和数控系统宏程序，加装在线测量系统与编程软件对接，形成

机床-网络-计算机-软件实现互通，对模具加工部位自动在线测量、提取数据、分析、计算、

生成测量报告，提升加工中心自动化率，降低操作者劳动强度，减少人为参与，同比人工测

量效率提升1倍，保障人员、设备、工件安全，提升模具自动化加工数字化管理。

关键词：宏程序；在线测量；自动化；汽车模具

中图分类号：TG659 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.017

Application of Automatic On-Line Inspection System

in Large-Scale Automobile Die Manufacturing

Sun Jingguo，Han Hongjian，Zhang Wuquan，Zheng Kun，Tian Dan

（Faw Tooling Die Manufacturing Co., Ltd., Changchun，Jilin 130011，CHN）

【Abstract】 Secondary development of CAM software and CNC system macro program,

installation of online detection system and programming software docking, formation of machine

tools, networks, computers, software to achieve interoperability, automatic online measurement of

die processing parts, data extraction, analysis, calculation, generation of detection reports,

improve the automation rate of the processing center, reduce the labor intensity of operators,

reduce human participation, compared with the same period of manual inspection the efficiency

of measurement is doubled to ensure the safety of personnel, equipment and workpieces, and

improve the digital management of die automatic processing.

Key words: macro program；online measurement；automation；automobile die

1 引言

随着工业智能化的提出，数控加工技术正朝着智

能化的方向快速发展（见图1）。汽车模具数控单件生

产加工质量精度控制技术在模具数控加工智能化发

展中占据重要的地位。大型汽车模具数控加工完成

后，精确及时的监测工件加工状态，不仅有助于提高

生产效率，还可以降低模具制造周期。因此，通过数

控机床在线测量技术精确掌握和控制汽车模具制造

公差和误差尤为重要。

为了保证工件的加工质量，并进一步提高数控加

工自动化程度，汽车模具数控自动加工完成后，需要

对工件进行2D结构面，异型轮廓、斜楔安装面、键槽，

3D型面、RPS点等内容进行全面自检。

图1 汽车覆盖件模具数控加工中心机群

2 背景

2.1 人工打表测量效率低

汽车模具数控自动加工完成后，对加工精度测

量，通过打表的方式对重点加工面进行测量，需要1人

单独操作，手工校对基准圆（见图2a），根据操作者经

·模具制造技术·

·64·

《模具制造》2023年第1期

验不同，校准时间也不同，校正完成后，对加工部位进

行打表测量（见图2b），由于汽车模具工件尺寸较大，

加工部位多，操作者需要在工件上进行作业测量（见

图3），测量过程中容易造成上下工件的危险，同时操

作繁琐、随意性大、过渡测量造成测量误差大、测量时

间过长，占机率增加，人为参与错误率高，造成测量结

果部分失真的现象。

（a） （b）

图2 人工测量

a——手工校对基准圆 b——对加工部位测量

图3 在工件上人工监控测量

2.2 光电程序点位测量效率低

为了避免上述现象，在NC编程技术方面进行开

发，以测量程序的方式进行输出，利用数控设备功能，

采用单步执行的方式，配合光电测量装置（见图4），测

量全过程人工辨别手动插入方向对模具零件半自动

化测量（见图5），通过观察操作面板显示数值，手动填

写测量表，这种测量方法，虽然提高了测量效率、精

度，减少随意性，同时避了过渡测量和遗漏测量的可

能性，但是仍然没有解脱操作者的劳动强度，由于操

作者实际操作经验参差不齐，测量过程仍然存在危

险、繁琐、误差大、占机率长、错误率高、测量装置损耗

大，工件划伤等现象。

2.3 数据整理繁琐

不管手动打表还是采用程序化单步执行对工件

进行测量的方式，均需要操作者手动操作设备的同时

观察测量部位和操作面板数值的变化状态，同时还需

要将测量值分别填写在标准表格和工件上（见图

7a）。面对复杂模具产品人工手动测量（见图6），加工

部位较多，测量繁琐，占机时间长，人工测量数据填写

不规范（见图7b）、错误率高，数据真实性差。

图4 光电传感器测量 图5 全过程监控测量

图6 复杂的模具部件

（a） （b）

图7 人工手动测量

a——人工测量并填写数据 b——数据填写不规范

2.4 小结

模具数控加工的程序化、自动化、无人化加工已

经实现，数控加工技术及制造能力接近世界先进企业

的加工水平，面对先进的数控加工中心以及复杂的汽

车模具，数控自动加工完成后，如果还采用人工对工

件加工精度进行测量，必然不能发挥自动化、无人化

的加工技术优势。

小型数控加工中心设备加工小型零件的自动在

线测量已经实现，但是在2,500×5,000mm的大型龙门

加工中心上实现数智化测量系统在国内还尚属首次，

因此，如何实现测量，如何检出加工后模具精度，如何

降低劳动强度，如何减少占机率，如何自动生成测量

·模具制造技术·

·65·

《模具制造》2023年第1期

精度报告，减少填写数据的繁琐，提高测量数据测真

实性是本次课题主要研究的技术内容。

通过对标，跟踪先进加工技术的发展方向，与自动

在线测量专业技术交流和学习，与设备厂家及设备维

修技术人员沟通，对设备系统研究和评估，改造数控设

备控制系统，对CAM软件二次开发，升级数控系统宏程

序，调试机床-网络-计算机-软件互通实现对大型汽车

复杂模具自动在线测量，节省人工，减少占机率，提升测

量效率，自动生成测量报告，达成课题需求的开发思路。

3 开发预期目标

（1）自动测量需求。根据加工数模对汽车模具加

工部位进行形位公差的测量，包括平面、垂直面、复合

角度面、轮廓面、圆柱、曲面等，测量数据与三维设计

实体理论数据对比得出误差值，根据模具差异化制造

标准自动判定，最终形成数字测量报告。

（2）自动识别。升级数控系统宏程序，通过标准量

规校正，自动识别机床精度误差，自动补偿机床精度。

（3）精准定位。可快速调机、精准确定工件位置。

（4）测量范围。机床行程内任意距离内均可测量。

（5）实用性。根据加工数模或实体，基于CAM编

程软件二次开发软件，自动生成测量程序。

（6）规范性。采用基准量规对测量系统进行标

定，自动完成对工件的测量。

4 技术措施

（1）跟踪技术发展。跟踪先进加工技术的发展方

向，与自动在线测量专业企业技术交流和学习，收集

整理资料，制定自动在线测量流程。

（2）技术交流。与设备厂家及设备维修技术人员

交流，对设备系统研究和评估，需要改造部分系统，加

装部分硬件。

（3）软件开发。对模具CAM软件二次开发，实现

自动排序采点仿真、安全抬刀、测量点信息列表、测量

功能模块、拓展功能模块以及后处理模块。

（4）开发机床测量控制系统和硬件。二次开发数

控系统宏程序与编程软件、测量系统软件对接，实现

机床-网络-计算机-软件互通，对工件加工部位测量，

自动提取数据、分析、计算、生成测量报告。

（5）总结完善。总结测试结果，完善调整宏程序

测量计算方法。

（6）实施推广应用。整理测试数据，编制技术文

件及操作规范，形成标准，培训推广应用。

5 精准测量工作流程

制定测量流程如图8所示，根据流程开发自动在

线测量系统，利用数控自动编程的加工数模或实体，

根据工艺要求，生成机床可识别的测量程序，对汽车

模具零件的重点加工部位如型面、RPS 点、平衡台面

等结构进行自动测量。

图8 自动在线测量流程

6 测量系统的开发与实施

6.1 测头相关技术参数

在线测量装置部分技术参数如表1所示。

表1 技术参数

测量对应数据实体

测量工件

导入表单

比较结果

生成不合格点

测量程序

提取测量点

输出测量程序及表单

导入测量程序

按程序实施测量

输出测量结果

存档

工作测量完成

测量装置校正

数控加工

N

Y

主要应用

传感器方向

测针触发力

采用50mm测针 低触发

力方向

测针触发力

采用50mm测针 高触发

力方向

重复精度

温度

密封

重量

含电池

不含电池

加工中心用工件检测测头

5向 ±X ±Y ±Z

XY 0.5N 50gf

Z 5.85N 585gf

XY 0.9N 90gf

Z 5.85N 585gf

1.0μm

最大平均值2sigma（2σ）

工作 +5℃至50℃

存储 -10℃至70℃

IPX8（BS 5490, IEC529）1个大气压

260g

240g

·模具制造技术·

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《模具制造》2023年第1期

6.2 设备安装环境

在线测量系统安装环境如表2所示。

表2 在线测量系统安装环境

6.3 数智化测量系统工作过程

加工中心在线测量装置，3维触发式工件测量测头，

采用光学信号传输，根据测量流程在大型数控加工中心

上实现工件找正和工件测量，如图9所示。主要有两部分

组成（见图10），一部分测量装置，即信号发射装置，一部

分为接收装置，负责机床-网络-计算机-软件实现互通。

图9 在线测量工作原理（引用网络图片）

图10 发射和接受装置

6.4 智能测量编程软件的开发

基于 CAM 编程软件系统，通过对编程软件的二

次开发，形成仿真模型、安全高度、自动测量点的提

取，信息列表等核心功能主功能模块。

（1）仿真模型。根据需要选择列表中对应机床的

测针规格（见图11）。

图11 模拟及安全高度

（2）安全高度。根据输入的被测量实体或加工数

模，建立包容块，即被测量数据的最高点，按最高点抬

起指定数值（见图11）。

（3）测量点信息列表。包含测量点的“序号”、“X/

Y/Z理论值”、“测量点类型”3类信息（见图12）。

图12 测量点信息列表

（4）核心功能模块。工件测量基准坐标系模块，

加工与工件同一个坐标系；工件测量基准点模块，在

数模上选取工件加工基准，设定自动在线测量系统测

量基准；点测量功能模块，可任意选取或指定点的选

取，上下模同点、同位、同顺序检测，测量结果法向偏

差值；点编辑功能，可在测量点信息列表中，选中点后

删除测量点。

（5）文件输出模块。根据被测量工件的工艺方

案，对工件被测量部位进行拾取、编辑、确认，最终输

出（见图13）数控设备可识别的自动在线测量宏程序

指令代码（见图14）。

图13 输出设定

安装环境

内容

数控机床厂家

数控机床型号

数控机床生产日期

数控系统厂家

数控系统型号

测量功能开通情况/G31高速跳转信号

待测工件是否有3D图档

待装机台是否做过激光干涉仪（镭射）年校及校正时间

其它准备事项：机床电气柜的钥匙及电路图说明书。

要求

新日本工机

SNK

2017.9

FANUC

FANUC-31I

已开通

有

每3个月

加工中心主轴

光学中心线

测针 接口装置

工件

90°

PSU3

电源

装置

（可选）

PSU3

电源

装置

（可选）

数控机床

控制器

数控机床

控制器

·模具制造技术·

·67·

《模具制造》2023年第1期

图14 宏程序指令

6.5 测量宏程序的开发

根据自动在线测量开发流程和机床控制系统环

境及测量系统，制定宏程序标准，开发测量宏程序植

入数控系统（见图15），驱动数控机床机床实施自动测

量、计算并输出实测值和偏差值。

图15 宏程序片段

6.6 数智化测量数据报告标准化

同步数据接收完成后，输出报告（见图16a），如果

需要具体测量部位偏差报告单，需要将测量源数据返

回测量软件中，同步生成具体测量部位指示图，主要

用于工件装配和调试（见图16b）。

（a） （b）

图16 在线测量报告

a——在线测量报告 b——测量部位报告

7 数智化精准测量系统的推广应用

7.1 测量装置的精确标定

测量装置的测量精度主要取决于设备与测量装

置的安装精度，在对工件自动测量前，需要最大化消

除设备精度、测量装置与主轴配合精度、主轴锥孔精

度等偏摆误差，所以测量前需要采用基准球量规，对

测量装置进行基准校正（见图17），自动补偿设备返向

间隙等相关精度，最大化提高工件的测量精度。

图17 基准校正

7.2 接收数据软件开启

软件通过自动搜寻信号开启“接收”按钮，自动接

收测量宏程序输出的相关数据（见图18），完成自动测

量任务，同步数据自动接收完成，如图19所示。

图18 自动在线测量

7.3 生成报告

同步数据接收完成后，输出生成 EXCEL 版电子

报告，将测量数据返回，如图19所示，测量软件根据模

具差异化的制造技术标准，自动判定加工偏差合格

率，同步生成电子版测量报告，如图16所示。为搭建

工件偏差数据库模具数字化孪生技术奠定基础。

图19 数据接收和处理

·模具制造技术·

·68·

《模具制造》2023年第1期

TD 技 术 在 汽 车 模 具 中 的 应 用

林金海

（福建船政交通职业学院，福建福州 350007）

【摘要】以汽车轮罩外板为例，利用TD技术对其模具进行重新开发，解决了制件的拉毛开

裂等质量问题。阐述了TD技术相对于其它表面热处理技术的优点。

关键词：TD；轮罩外板；模具

中图分类号：TG659；TG142 文献标识码：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2023.01.018

The Application of TD Technology in Automobile Die

Lin Jinhai

（Fujian Chuanzheng Communications Technology College, Fuzhou, Fujian 350007, CHN）

【Abstract】Taking the outer plate of automobile wheel cover of a company as an example, the

die is redeveloped by TD technology, it solves the quality problem of the parts such as pulling

and cracking. The advantages of TD technology compared with other surface heat treatment

technologies are described.

Key words: TD; wheel cover outer plate; die

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?

?

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模具材料及热处理技术

1 引言

随着汽车行业的快速发展，汽车外覆盖件的造

型越来越复杂，质量要求也越来越高，而保证这些造

型和质量的基础是汽车模具，所以，汽车模具质量的

8 结束语

数智化精准测量在模具制造上的开发的成功应

用，可直接应用于各类汽车模具的数控自动加工生产

制造。创新改善常规检测流程，通过二次开发 CAM

软件和数控控制系统宏程序指令，自动识别加工数模

RPS 等基准点，上下模同点检测，对加工部位全维度

形位公差功能；自动采点模拟仿真，消除潜在碰撞风

险以及红外线感应区的遮挡；标准程序测量，消除人

为误差，检测数据自动采集；快速测量，减少人工参

与，消除设备、工件、人员安全隐患；测量结果，图形示

意，简洁清晰，标准统一；自动测量，自动生成电子版

测量报告，反馈加工精度并对装配进行指导。

数智化在线测量系统的实现，大幅提高大型汽车

模具的加工效率与制造精度，提高模具单件加工质量，

提高操作人员、设备、刀具、工件的安全性，降低模具的

制造成本，降低劳动强度，提高自动化率，对比手动测

量，自动在线测量效率提高1倍，减少无效加工设备占

用率，缩短模具制造周期，提升汽车模具加工制造能力。

参 考 文 献

[1] 孙竹.数控机床编程与操作[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2] 华茂发.数控机床加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3] 陈海洲. 数控铣削加工宏程序及应用实例[M]. 北京：机械

工业出版社，2006.

[4] 孙敬国. 数控激光测刀控制系统的二次开发与应用[J]. 汽

车工艺与材料，2015，（9）

第一作者简介：孙敬国，男，1978年生，吉林长春

人，汉族，本科，一汽模具制造有限公司，高级工程师，

主要研究方向：模具自动化加工及宏程序开发，模具

数控加工编程及模具数控刀具技术。

（收稿日期：2022-10-28）

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·模具材料及热处理技术·

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《模具制造》2023年第1期

好坏至关重要。模具特别是拉伸模具长期生产后的

主要失效模式是零件拉毛（冲压件表面拉伤）。拉毛

的根本原因是模具与零件接触表面硬度不够或者表

面粗糙度不够好，为了解决该问题，需要对模具零件

表面的硬度进行提高，而TD技术就是最有效最经济

的提高模具表面硬度的方法。

2 轮罩外板生产现状

H-20 为海狮车型后轮罩外板，目前生产该制件

需要3道工序：①落料→②拉伸→③剖切。②工序生

产时制件频繁拉毛，图1所示为制件拉毛图片，图2所

示为拉伸模下模。

每生产 100 件至少有 20 件拉毛，不良率 20%以

上，模修维修多次仍未能解决拉毛问题，这种生产状

态持续半年，属于公司重大技术难题。

图1 轮罩外板拉毛

图2 轮罩外板拉伸模下模

3 轮罩外板拉毛原因分析

（1）模具凸凹模硬度不够。

（2）模具凸凹模光洁度不够，抛光后生产不到100

件模具发热继续拉毛。

（3）该模具使用模具寿命已有15年以上，冲次30

万以上，模具老化。

综合以上原因，本人制定新的冲压工艺方案：将

原来①、②工序合并为一道工序（拉伸、切角）并且重

新开发一副新模具，制件材质及毛坯尺寸不变。

4 重新开发新模具

由原来3副模具改为2副模具，大大提高了效率

及节约了公司的人力和设备成本，但是新模具调试阶

段也存在拉毛甚至开裂现象，图3为新模具图，图4为

制件拉毛图。

图3 H-20新制模具图

图4 新模具制件拉毛图

拉毛问题处理：由于压料面拉毛严重，金属材料

流入阻力加大，最后造成制件开裂，所以，先解决拉毛

问题，一开始模具制造厂家反复抛光都未能解决拉毛

问题，后面提出热处理方案以提高模具本体硬度，热

处理后制件还是反复拉毛。最后提出做TD处理，TD

模具表面超硬化处理技术，采用金属碳化物扩散覆层

·模具材料及热处理技术·

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