唐新考，陈学翔

（1.河源技师学院，广东河源517300；2.佛山市高明区高级技工学校，广东佛山528500）

1 食品饮料瓶吹塑模具结构分析

食品饮料大多采用中空容器进行包装，其中塑料瓶由于便于保存饮料产品，饮料厂商进行大规模生产和运输，可回收率高等优点被广泛应用于食品饮料包装行业。由于饮料生产过程中需要进行杀菌保证饮料产品的保质期，饮料在生产灌装过程中将饮料提高到一定的温度再进行灌装，在业内称为热灌装的形式，对于食品饮料热灌装中空瓶目前使用PET材料以提高热灌装时候瓶子的结构稳定性，食品饮料瓶如图1所示。

图1 食品饮料瓶

为了实现食品饮料瓶的艺术设计与使用功能统一，食品饮料外形设计工程师需要将瓶子的设计成具有一定的美感，结构工程师或者模具设计工程师需要考虑食品饮料瓶后续生产的成形工艺性。所谓成型工艺性就是食品饮料瓶在热灌装过程中能够保持瓶型稳定性，热灌装冷却后不出现较大的变形甚至是后续运输过程中受力下的破裂等情况发生。因此在食品饮料瓶的外观经常会看到结构设计师有意将外形设计成规则或不规则凹陷或凸起，从而提高瓶子的结构强度和节省PET原材料投入，吹塑模具型腔如图2所示。

图2 食品饮料瓶吹塑模具型腔

2 吹塑模具多轴编程工艺设计

食品饮料瓶吹塑模具型腔试验模具大多数采用铝合金材料，生产1～2万食品饮料瓶进行受力测试和灌装试验，产品试验验证合格后才开始进行大规模生产，食品饮料瓶吹塑模具型腔多轴编程加工工艺如表1所示。

表1 食品饮料瓶吹塑模具型腔多轴加工工艺表

3 吹塑模具多轴编程

（1）编写食品饮料瓶吹塑模具粗加工程序。

使用NX12.0加工模块内的刀路编写加工程序，使用刀具φ12mm超硬高速钢平底刀，切削深度1.5 mm，刀具转速6，500转/min，刀具进给1，800mm/min，如图3所示。

图3 型腔粗加工

（2）编写食品饮料瓶吹塑模具二次粗加工程序。

使用刀具：φ6mm超硬高速钢平底刀，刀具转速8，000转/min，刀具进给1，800mm/min，如图4所示。

图4 二次粗加工

（3）编写食品饮料瓶吹塑模具二次粗加工程序。

使用刀具：φ8mm超硬高速钢平底刀，刀具转速7，500转/min，刀具进给1，500mm/min，如图5所示。（4）编写食品饮料瓶吹塑模具半精加工程序。

图5 二次粗加工

使用刀具：φ4mm超硬高速钢球头刀，刀具转速9，000转/min，刀具进给1，200mm/min，步距0.15mm，如图6所示。

图6 半精加工

（5）编写食品饮料瓶吹塑模具清角加工程序。

使用刀具：φ4mm超硬高速钢球头刀，刀具转速9，000转/min，刀具进给1，200mm/min，步距0.15mm，如图7所示。

图7 清角加工

（6）编写食品饮料瓶吹塑模具精加工程序。

使用刀具：φ4mm超硬高速钢球头刀，刀具转速9，000转/min，刀具进给1，200mm/min，步距0.15mm，如图8所示。

图8 精加工

（7）编写食品饮料瓶吹塑模具定轴精加工程序。

模具型腔左右两边有约1mm球体凸台使用3轴加工无法完全加工到位，因此对刀具轴进行倾斜使用球刀对凸台内部的轮廓特征进行加工。使用刀具：φ4mm超硬高速钢球头刀，刀具转速9，000转/min，刀具进给1，200mm/min，步距0.15mm，如图9所示。

图9 定轴精加工

4 吹塑模具多轴仿真

（1）DMU60 5轴机床运动结构。

由于实际加工使用德国德玛吉生产的DMU60 5轴加工中心，该机床是一款经济型5轴立式加工中心，主轴倾斜型B轴与旋转工作台绕C轴组合，主要应用在医疗、航空航天、模具工业、精密制造等行业。B轴具有-120至+30°摆动范围，可选配转速18，000转/min的主轴，机床选配德国海德翰iTNC530上具有碰撞监控，使得机床运转更安全。该机床具有结构设置方式简单、灵活，同时具备主轴倾斜型与工作台倾斜型机床的优点。机床主轴可通过旋转为水平状态或垂直状态进行立、卧转换，再配合工作台分度对工件实现五面体加工，如图10所示。

图10 DMU60 5轴机床和运动结构简图

（2）VERICUT多轴仿真。

VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统，由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成。可对5轴加工机床进行数控加工过程仿真，进行NC程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误。VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。

VERICUT仿真软件需要在项目树内按照树状结构设置好仿真所需的数控系统，进行仿真机床，夹具，毛坯，设置坐标系，刀具和数控程序等基本条件，如图11所示。

图11 VERICUT软件项目树

VERICUT仿真软件能在NC程序的驱动下进行仿真，对包括加工工件、夹具、刀具、刀柄、主轴和机床之间的碰撞进行检查，如果发生碰撞会在提示栏出警报信息，如果没有发生碰撞就会按照程序完成仿真验证程序正确性，如图12所示。

VERICUT仿真软件对数控程序完成仿真后可以对加工后的效果进行三维动态呈现，验证吹塑模具加工程序的正确性，如图13所示。

图13 仿真后结果

5 结束语

本文分析了吹塑模具的基本结构和数控多轴加工编程工艺，对于分型面附近存在倒扣的中空吹塑模具采用了定轴加工的方式将倒扣部分曲面加工到位，详细介绍了吹塑模具编程思路和基本流程。以VERICUT仿真软件为基础经过仿真验证了吹塑模具编程的合理性以及多轴加工碰撞检查，为提升吹塑模具多轴加工安全性和成品质量打下基础。