基于UG和CAD的注塑模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

陳飾勇，王立濤，劉志軍，蘇 發(fā)，何曉宏

0 引言

我國(guó)作為模具制造大國(guó)，而注塑模具在模具制造中占有很大的比例。近代注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程基本是利用UG、Pro/E等軟件進(jìn)行型腔布局、分型面設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)等環(huán)節(jié)細(xì)化。設(shè)計(jì)完成后直接導(dǎo)出二維圖，送至生產(chǎn)制造中心進(jìn)行模具加工。UG等軟件三維模具設(shè)計(jì)功能雖然齊全，而導(dǎo)出二維圖時(shí)，圖形的清晰度有所欠缺。而利用UG軟件分型設(shè)計(jì)后，導(dǎo)出型芯，型腔二維圖，再利用CAD并借助外掛燕秀工具箱做模具三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)，出圖速度快，圖樣與模型關(guān)聯(lián)性好，有利于模具生產(chǎn)的后期修改。

本文以音箱零件為例，詳細(xì)分析和探討UG平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)模具型腔快速設(shè)計(jì)、導(dǎo)出二維圖、CAD三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化的思路、方法及過(guò)程，實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與快速出圖的有效結(jié)合[1]。

1 UG三維分模設(shè)計(jì)

以音箱零件為例，以NX8.0實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)。如圖1所示，制件外形尺寸為118 mm×49 mm×11 mm；材料為ABS，收縮率為0.6%，利用Moldwizard進(jìn)行分模的全部操作。

圖1 音箱零件

1.1 初始化零件

在UG的Moldwizard環(huán)境下，需要初始化項(xiàng)目，把模具設(shè)計(jì)的文件名、保存路徑、材料以及收縮率等基礎(chǔ)信息確定。但在初始化項(xiàng)目前，需要確定零件為一個(gè)實(shí)體。零件若為片體時(shí)，可在建模模塊下，使用縫合工具，把多個(gè)片體縫合為一個(gè)實(shí)體。

1.2 設(shè)置坐標(biāo)系、工件、型腔布局

模具坐標(biāo)系的設(shè)置通常需要滿足3個(gè)條件：（1）坐標(biāo)原點(diǎn)位于實(shí)體中心；（2）分型面與XY平面必須重合；（3）零件的脫模方向與Z軸正方向必須統(tǒng)一。綜合上述3個(gè)條件，確定坐標(biāo)系位于音箱零件中心，XY平面在零件底面，Z軸正方向指向上。

工件設(shè)置即為型腔型芯尺寸的設(shè)置，工件設(shè)置尺寸通常使用經(jīng)驗(yàn)值，能滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在塑件各邊緣處增加25～30 mm即可。

為了提高生產(chǎn)效率及減少注塑廢料的產(chǎn)生，本音箱零件采用一模兩腔設(shè)計(jì)。

1.3 設(shè)計(jì)分型面

分模是注射模具設(shè)計(jì)的最重要的一環(huán)[2]，而分型面在分模中關(guān)系到模具加工困難程度、塑件外觀程度、配模及成型制件結(jié)構(gòu)等諸多環(huán)節(jié)，在分模設(shè)計(jì)中起到重要作用。分模步驟通常包括：計(jì)算型腔型芯區(qū)域、曲面修補(bǔ)、創(chuàng)建分型線、設(shè)計(jì)分型面等。

計(jì)算型腔型芯區(qū)域是UG軟件根據(jù)塑件的拔模角度與方向自動(dòng)計(jì)算型腔與型芯區(qū)域，以不同顏色顯示，個(gè)別存在未定義區(qū)域需要手工選擇其歸屬。音箱零件中間有一長(zhǎng)型大槽，需要修補(bǔ)后才能進(jìn)行分模。曲面修補(bǔ)有多種方法，最常用是“體”修補(bǔ)，“體”修補(bǔ)為系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算捕捉孔位置，給予操作者極大的方便。圖2為曲面補(bǔ)片后示意圖。

圖2 曲面補(bǔ)片

曲面補(bǔ)片完成后，開始選擇零件的分型線。分型線的選擇是產(chǎn)生分型面的基礎(chǔ)，通常是產(chǎn)品的最大輪廓線。音箱零件分型線在于底面四周環(huán)線，而零件兩端略有向下，所以此分型線被分成了多段，手工提取邊線獲得，如圖3所示。以分型線為基礎(chǔ)，利用創(chuàng)建面與拉伸面命令得出分型面。分型完成后，導(dǎo)出IGS型腔型芯圖，采取UG工程圖命令，把導(dǎo)出型腔型芯圖創(chuàng)建在二維圖里，再導(dǎo)出CAD格式二維圖。

圖3 分型線

2 CAD二維裝配圖設(shè)計(jì)

2.1 確定模架

零件分模導(dǎo)出二維圖后，為了提高繪圖的工件效率，需要使用AutoCAD外掛程序燕秀工具箱[3]，燕秀工具箱具備標(biāo)準(zhǔn)模架的調(diào)用，三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)等功能。燕秀工具箱模架廠家的選擇有龍記（LKM）、明利（MINGLEE）和環(huán)勝（EVER），囊括市面上常用模胚類型與型號(hào)。而確定模架規(guī)格尺寸與A板、B板、C板尺寸時(shí)，燕秀工具箱提供了便捷測(cè)量方法，利用屏幕光標(biāo)點(diǎn)擊內(nèi)模X、Y的長(zhǎng)度，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出模胚規(guī)格。省去了人工計(jì)算模胚的環(huán)節(jié)，操作高效與簡(jiǎn)潔。

2.2 三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定著注塑過(guò)程能否順利完成，定位環(huán)與唧咀的尺寸選擇可以采用常規(guī)尺寸，同時(shí)也能修改個(gè)別尺寸訂做非標(biāo)產(chǎn)品。選擇模架中心線上插入定位環(huán)與唧咀，模架上模板與定位環(huán)，唧咀重合位置的線條自動(dòng)消失，節(jié)省了人工去除線條的時(shí)間。定位環(huán)與唧咀插入模架后如圖4。分流道與澆口的設(shè)計(jì)需要偏移線條完成。

圖4 定位環(huán)與唧咀插入圖

開模的順暢性來(lái)源于頂出系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)[4]，頂出機(jī)構(gòu)包含推管推出機(jī)構(gòu)、推桿推出機(jī)構(gòu)、推板推出機(jī)構(gòu)等多種形式，最常用為推桿推出機(jī)構(gòu)，設(shè)置的位置自由度大。頂針的尺寸可以用光標(biāo)移動(dòng)測(cè)量方式來(lái)確定，同樣節(jié)省了人工設(shè)計(jì)的時(shí)間。但在放置頂針位置時(shí)，首要考慮條件在于對(duì)塑件安全頂出，所以頂針?lè)胖梦恢迷谒芗氖芰Φ胤健Ｋ臱、Y坐標(biāo)會(huì)出現(xiàn)小數(shù)，小數(shù)的出現(xiàn)帶來(lái)了模具加工難度的增加，使用燕秀工具箱“圓工具”命令，可以使得X、Y坐標(biāo)微調(diào)成整數(shù)。

圖5 音箱零件模具設(shè)計(jì)俯視圖

圖6 音箱零件模具設(shè)計(jì)前視圖

模具的冷卻速度直接影響到整個(gè)模具生產(chǎn)線的效率，所以冷卻系統(tǒng)是模具最重要的后期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。冷卻水路多采用“幾”字型水路，能快速把熱量帶走。確定水路中心線后，利用“水路”工具確定水路的直徑，進(jìn)水與出水的管接頭，用光標(biāo)選擇中心線與鍵盤空格鍵配合即可畫出水路。操作快速方便，需要修改水路時(shí)，可把部份水路偏移。音箱零件完整模具設(shè)計(jì)俯視圖如圖5，前視圖如圖6，標(biāo)注尺寸后即可送圖達(dá)加工部進(jìn)行模具的加工。

3 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)，從模具分型到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖，都是全部依靠模具設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與繪圖經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)師的工作年限要求很高，并且工作效率不高，修改困難。結(jié)合實(shí)際情況將UG與Auto CAD軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)過(guò)程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期設(shè)計(jì)不僅可以縮短工作時(shí)間，亦可減少操作次數(shù)。設(shè)計(jì)注射模具生產(chǎn)的塑件質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求，可更快速、便捷地實(shí)現(xiàn)制圖人員的意圖[5]。

參考文獻(xiàn)：

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［2］洪建明.NX平臺(tái)下模具型腔的快速設(shè)計(jì)與加工［J］.現(xiàn)代制造工程，2015（08）：109-113.

［3］史立峰.AutoCAD外掛程序在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.電大理工，2012（02）：23-24.

［4］冷真龍，韓雄偉，劉旭，等.礦燈槽蓋注射模具設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代制造工程，2011（06）：81-83.

［5］周建安.基于UG的手機(jī)電池扣注塑模具設(shè)計(jì)與制造［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2007（02）：114-116.