基于Creo 6.0陰影曲面的儀表前蓋注射模設計

羅光漢，馮少華

(武漢城市職業學院 機電工程學院，湖北 武漢 430064)

0 引言

運用Creo 6.0軟件設計模具分型面，一是通過“關閉”與“填充環”工具分別快速創建一定幾何結構破孔的邊界表面與輪廓邊線的分型面，二是通過“延伸曲面”工具快速創建輪廓邊線的延伸曲面(或裙邊曲面)。當創建具有復雜破孔或幾何結構不同的陰影曲面與聚合體積塊時，通過一定的覆蓋面選擇“凸臺”或“切口”形狀曲面，利用“變換”組中的“移動”“偏移”“編輯倒圓角”等工具，或“編輯特征”組中的“移除”工具，完成復雜破孔聚合曲面的編輯，使其易于形成相應的分型面或體積塊分型面，這有助于復雜模具分型面或模具分型體積塊的設計。創建陰影零件的陰影曲面[1-2]時，通過定義“環閉合”“關閉平面”“陰影滑塊”等相關選項，彌補陰影零件幾何結構的“缺陷”，可將“非完全拔模”陰影零件定義為“完全拔模”的陰影零件，這是成功創建陰影曲面的基本要求。因此，陰影曲面的創建不能僅以陰影零件是否具有完全拔模為條件，這非常重要。同時，對于陰影零件中非填充破孔的內環邊界，因其不能自動填充形成覆蓋面，應以一定的頂平面定義其聚合曲面，再通過曲面的移除，形成與其邊界表面完全一致的覆蓋面(或分型面)，或通過覆蓋面的偏移，形成相應破孔的型芯(型腔)側分型面。不同于破孔輪廓邊線的填充面，由于陰影曲面為完整的曲面面組且可以編輯、變換其中的聚合曲面與覆蓋面，無論是通過陰影曲面設計模具分型面，還是通過陰影曲面創建模具分型體積塊，均可應用于復雜模具的注射模具設計。

1 應用陰影曲面技術

圖1為儀表前蓋塑件[3]，其頂部主要為曲表面，設計有腰圓窺視孔、陣列孔、階梯平臺、半腰圓沉孔及其底部的矩形切口雙卡扣，圓形錐臺及其兩側的異形孔與弧形缺口等幾何結構，各側壁的拔模斜度均為2°，底部為平直表面。在儀表前蓋模具分型面設計中，除了異形孔與弧形缺口之外，其他均為可填充破孔，由于異形孔與弧形缺口具有復雜的邊界表面，創建與其邊界表面完全一致的分型面是模具設計中的一個難點。為此，本文利用陰影曲面易于創建與編輯的優勢創建滿足模具設計要求的模具分型面。

圖1 儀表前蓋塑件

運用“陰影曲面”工具，以儀表前蓋朝向為陰影零件默認方向，通過定義“陰影曲面”對話框中的“環閉合”選項，使彈出的“封閉環”菜單中的“選取環”復選項可用，同時，陰影零件的外表面顯示完整的初始陰影曲面，如圖2所示。據此，以工件的頂表面作為頂平面，定義異形孔內環邊界與矩形切口雙卡扣內環邊界的聚合曲面，而陰影零件頂部其他可填充破孔的內環邊界可形成相應的覆蓋面，將側壁外表面上的電源插座凸臺和且弧形缺口邊界作為外環邊界的一部分，再定義陰影零件的底表面或MAIN_PARTING_PLN基準平面作為關閉平面，形成的陰影曲面如圖3所示。

圖2 初始陰影曲面

圖3 工件頂部覆蓋面的陰影曲面

2 創建模具分型面

2.1 移除聚合曲面與覆蓋面

根據圖3中的陰影曲面，需將異形孔的聚合曲面和弧形缺口中的覆蓋面變換至各自的邊界表面，這是解決異形孔與弧形缺口分型面設計的最有效方法。

運用“移除”工具，移除通過聚合曲面的覆蓋面選擇的“多凸臺”形狀曲面，因異形孔的內環邊界位于該孔的內側邊線，應添加異形孔表面的3個覆蓋面。盡管移除的曲面收斂成功，但還需通過單擊“選項”卡中的“下一個”按鈕兩次，使異形孔的移除曲面收斂至儀表前蓋的頂部覆蓋面，形成與其完全一致的曲面。至于弧形缺口的覆蓋面，直接移除大弧形側的4個曲面，移除的曲面收斂至頂部覆蓋面，由此形成的曲面如圖4所示。

圖4 移除聚合曲面與覆蓋面

2.2 偏移覆蓋面與編輯圓角面

因參考模型的頂部覆蓋面為非圓曲面，且異形孔與弧形缺口為具有倒圓角曲面的多邊界表面，運用“變換”組中的“偏移”與“編輯倒圓角”工具，在保證曲面偏移不影響其他破孔的分型面以及成功創建偏移曲面的條件下，偏移通過陰影曲面的頂部覆蓋面選擇的“凸臺”形狀曲面，并排除頂部階梯平臺上的2個破孔的覆蓋面與半腰圓沉孔的3個側曲面，其偏移值為2.01 mm(參考模型的壁厚與其收縮值之和)，再選擇偏移曲面中的頂部圓角曲面，以默認圓角值2.01 mm(參考模型的頂部倒圓角值與其收縮值之和)加以確認即可，由此完成異形孔與弧形缺口分型面的設計，如圖5所示。

2.3 定義易于變換的聚合曲面

創建儀表前蓋模具分型面的關鍵是快速有效定義陰影曲面中的異形孔、矩形切口雙卡扣與弧形缺口各邊界的覆蓋面，除了以陰影零件的底表面或MAIN_PARTING_PLN基準平面作為關閉平面用于定義弧形缺口邊界的覆蓋面之外，對于異形孔、矩形切口雙卡扣內環邊界而言，排除與其內環邊界交接且聚合曲面幾何重疊的平面，根據陰影零件的幾何結構，以圓形錐臺頂表面、陰影零件的底表面或MAIN_PARTING_PLN基準平面作為頂平面，定義異形孔內環邊界與矩形切口雙卡扣內環邊界的覆蓋面，形成的陰影曲面如圖6所示。較之圖3中的陰影曲面，圖6中的2個陰影曲面的優勢在于移除的曲面可直接收斂至頂部覆蓋面。其中，以MAIN_PARTING_PLN基準平面作為頂平面，既可用于定義異形孔與矩形切口雙卡扣內環邊界的覆蓋面，也可用于定義弧形缺口、側壁上的凸臺與梯形缺口的關閉平面，其操作簡潔方便。

圖6 易于變換聚合曲面的陰影曲面

值得注意的是，以異形孔的側壁平直表面作為頂平面，可定義異形孔內環邊界的覆蓋面，而過該表面的平面與矩形切口雙卡扣的內環邊界相交，使得陰影曲面的創建失敗。對此，以半腰圓沉孔的底表面作為頂平面，定義矩形切口雙卡扣內環邊界的聚合曲面，由此形成的陰影曲面如圖7所示。

圖7 不同聚合曲面的陰影曲面

2.4 側壁底部梯形缺口的分型面

在陰影曲面的創建過程中，“關閉平面”選項的定義使得側壁底部的梯形缺口邊界形成直立覆蓋面，而“陰影滑塊”選項的功能之一就是形成投影方向的體積塊覆蓋面。通過創建這一缺口的枕位體積塊“MOLD_VOL_1”，再將其作為“陰影滑塊”的參考，可簡化梯形缺口分型面的設計，完成的儀表前蓋模具分型面如圖8所示。

圖8 模具分型面

3 創建模具體積塊

將儀表前蓋的陰影曲面直接用作分割模具體積塊的分型面，創建型芯側模具體積塊與型腔側模具體積塊。通過移除型芯側模具體積塊中的異形孔與弧形缺口“切口”體積塊曲面，形成如圖9中的模具型芯體積塊。再將其作為模具分型體積塊，通過分割型腔側模具體積塊或再次分割工件，均可形成如圖10中的模具型腔體積塊。前者采用“切口”方式定義異形孔內環邊界聚合曲面的陰影曲面，如圖6(b)與圖7所示；后者則采用“凸臺”方式定義異形孔內環邊界聚合曲面的陰影曲面，如圖3與圖6(a)所示。由此可見，異形孔與弧形缺口的分型面具有其他分型曲面沒有的特點，將其轉移到模具體積塊中進行設計，類似于通過聚合體積塊創建的模具分型體積塊[4]，較之模具分型面的設計而言，省略了曲面的偏移操作。

圖9 模具型芯體積塊

圖10 模具型腔體積塊

4 儀表前蓋模具設計

4.1 鑲件、滑塊與斜頂的模具體積塊

根據儀表前蓋的模具設計要求，頂部的陣列孔、矩形切口雙卡扣，4個螺釘孔與圓形錐臺頂部的3個小錐孔均采用鑲件結構，側壁中的電源插座孔采用滑塊結構，側壁內表面的圓角矩形環采用斜頂結構。對此，運用體積塊的拉伸建模方法，創建鑲件、滑塊與斜頂的分型體積塊“MOLD_VOL_2”，如圖11(a)所示；再通過分割工件形成相應的模具體積塊，其中，各鑲件、滑塊與斜頂體積塊如圖11(b)所示。

圖11 鑲件、滑塊與斜頂的模具體積塊

4.2 模具型芯與型腔體積塊

利用儀表前蓋的模具分型面或陰影曲面完成模具體積塊的分割，形成模具型芯與型腔體積塊，如圖12所示。

圖12 儀表前蓋模具體積塊

4.3 模具元件的分解

通過抽取各模具體積塊，形成相應的模具元件，再分別“激活”模具的型芯元件與型腔元件，運用“偏移”工具，以“展開”類型反向偏移幾何表面，形成型芯元件與型腔元件中各鑲件定位臺間寬為0.5 mm的間隙[4]，模具各元件的分解如圖13所示。

圖13 模具各元件的分解

5 結論

以一定幾何結構的參考模型為設計目標，根據其模具設計要求，創建其陰影零件的陰影曲面。其中關鍵是通過定義“陰影曲面”對話框中的“環閉合”選項，檢查陰影零件投影方向的初始陰影曲面，從而確定相關選項的定義，使其滿足陰影曲面的創建條件。同時，利用彈出的“封閉環”菜單管理器，定義覆蓋破孔內環邊界的聚合曲面，這是成功創建陰影曲面的基本方法與操作步驟。運用“編輯特征”組中的工具，移除曲面或通過曲面選擇的形狀曲面，運用“變換”組中的工具，移動曲面或偏移曲面，這些用于復雜模具設計的功能模板均具有較強的實用性。