基于UG和Moldflow的塑料頭蓋模具設計分析

林良鈞

摘 要：現代模具設計方式與過去相比，不僅能有效提高模具設計的精確性，還將模具設計與制作時間大大減少。本文以塑料頭蓋模具設計為例，對UG和Moldflow在塑料頭蓋模具設計過程中的具體應用進行分析，以便于相關人員進行參考。

關鍵詞：UG；Moldflow；塑料頭蓋；模具設計

在模具實際制作前，通過Moldflow軟件分析和模擬模具設計方案，有效替代具體的試模流程，以達到一次性試模生產出合格產品的目的。在實際生產過程中，合理運用UG和Moldflow，能夠精確、高速實現分模目標，在極大程度上便利了塑料模具的設計工作。本文以塑料頭蓋模具設計為例，逐步進行分析和論述。

1 繪制三維模型

為使繪制三維模型過程更加便利，可通過AutoCAD先繪制零件邊界輪廓以及部分邊界軌跡，之后引入到UG軟件內，以繪制完成塑料頭蓋模具的三維模型。在進行三維造型過程中，要及時修正和完善模具的個別尺寸，以便于順利獲得有助于模具設計的產品形狀，要確保這部分尺寸的變化對產品使用要求沒有影響。

在UGCAD中將塑料頭蓋模具的3D模型設計完成后，通過Moldflow進行注塑CAE分析。第一步，通過UG軟件將.stp格式文檔導出來，第二步就要在Moldflow軟件工程中選用雙層面網格劃分導入CAE模型，反復進行網格修復以及缺陷處理操作，使匹配百分比達到相關標準要求，以便于進行Moldflow數值模擬分析。[1]

2 流動分析

三維模型繪制完成后，進行IGS文件格式轉換，之后導人到Moldflow中進行模擬流動分析。與此同時，要針對模型進行網格劃分并進行成型材料的適當選擇。

本文所介紹的制件是一個材質為ABS的頭蓋，要求具有美觀的外表面，避免存在顯著的流痕和澆口痕等問題。在進行模具設計過程中，應對制件用途、裝配要求與模具制造工藝性等進行綜合分析和研究。這里選擇側邊緣為澆口部位。在進行模擬分析的基礎上，綜合考慮制件的尺寸輪廓較大及注射壓力平衡等因素，決定采用兩個型腔對稱分布的方式。

通過模擬結果可以看到，該方式具有良好的充填效果，從制件較小的注射壓力區域可以體現出來。這是因為兩個型腔對稱分布，各型腔都能在同一時間內充滿，并能保證補料的均衡性以及制件性能和尺寸的一致性，同時也能有效平衡注射壓力。[2]

通過Moldflow分析，獲得鎖模力與時間關系的曲線，由這條曲線可以看出，最大鎖模力為2000千牛出現在1.50秒（見表1）。同時，也獲得注射壓力與時間關系曲線，從這條曲線可以看出，最大注射壓力為75.5MPa，時間也恰好在1.50秒（見表2）。

3 模具設計

通過Moldflow分析將模具澆口等位置合理確定好后，就可以采用UG軟件中的MoldWizard模塊來設計模具結構。

3.1 型芯和型腔創建

首先，調用零件，同時進行MoldWizard裝配體結構的創建，在頂先定義的裝配體中增加一個原始模型文件，并進行產品坐標系以及材料收縮率的設置。其次，對實體進行必要的曲面修補工作，然后將鑲塊尺寸大小合理確定，將所需毛坯從庫中調取出來，并運用分模功能進行分模線識別。再次，進行薄體創建并從模型延伸到工件外部，以促使分模面的形成。同時進行型腔和型芯面的識別，并將相應薄體提取出來。最后，對工件拷貝體進行修剪，進行型芯和型腔創建。

3.2 調入模架

根據Moldflow分析結果，采用一模兩腔方式，并根據據此方式進行布局。同時對制件的分型情況進行分析，在模架庫中選擇美國DME單分型面模架。當使用推件板來作為出件機構時，模具的分型面應處于推件板和型腔之間的位置。如果調入模架時，分模面位置不合理，要通過UG的裝配功能進行有效調整，將正確位置確定下來。

3.3 澆口與流道設計

運用MoldWizard，澆口與流道操作能夠有效進行常見澆口和流道形式的創建，在設計過程中可以對已有澆口進行直接調用，也能自行創建澆口。澆口和流道在UG中被看做一個零件來進行管理，可以從具體情況出發適當修改澆口的參數，因為UG設計中各零件之間具有非常強的關聯性，部分改變會引起整體隨之改變，將其共同保存起來，為模具設計和修改提供方便。在此，可以按照Moldflow中的分析結果，完成流道和澆口的設置和創建。

從Moldflow分析結果得出，最大鎖模力是2000千牛，最大注射壓力為75.5MPa。考慮到ABS材料的成型工藝性，將融體溫度、模具溫度、料筒溫度、噴嘴溫度、分別確定為160℃左右、65℃左右、200℃左右、175℃左右。同時，模具厚度設計為360毫米。將各項因素綜合考慮后，選用SZ—1000/300臥式螺桿式注塑機。

4 繪制工程圖

通過UG中的Drafting工程圖模塊進行二維圖創建，然后通過UG中的CGM格式把二維工程圖導人到AutoCAD中。

所繪制的二維圖能夠在零部件的普通加工制造過程中直接應用，但對于需通過數控加工的部件，就要把零件三維模型轉到UG的Manufacturing制造模塊中，進行數控編程。對于需通過電極加工的部件要轉到Electrode電極設計模塊中進行電極設計。

5 結語

文章通過UG和Moldflow進行流動分析并模具設計提供指導，這種利用三維軟件來進行塑料模具設計的方式，使模具設計人員徹底擺脫過去復雜而繁瑣的繪圖和計算工作，在提高設計效率的同時，還減少了相應的成本，在一定程度上提高了企業的經濟效益。

參考文獻：

[1]汪俊輝.基于STL模型注塑模CAE表面網格劃分技術的研究[D].寧波大學，2017.

[2]張麗.基于UG和Moldflow注塑模設計和CAE實例分析[D].湖北工業大學，2017.

[3]趙鵬展.基于UG MoldWizard的老人手機內殼注射模具設計[J].機械管理開發，2016，31（1）：30-31.