建模功能分模在一體化課程塑料成型模具設計中的應用

段緒峰

摘? 要 塑料成型模具設計是模具專業一體化課程體系中的重要一環，對該課程的教學不僅體現在對塑料模具結構和工作原理的了解，還應對設計軟件具備一定的操作熟練度。以塑料成型模具設計一體化教學環節中的一個任務實施為例，應用UG軟件的建模功能進行產品縮水、補面、抽取幾何特征、分模和創建型腔與型芯兩個下層文件，完成塑料模具的模仁設計工作。

關鍵詞 塑料成型模具設計；一體化課程；UG；建模功能

中圖分類號：G718.1? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0037-03

0? 引言

UG中的注塑模向導（Mold Wizard）是塑料模具設計用得最多的模塊，能快速進行產品修補和創建型腔與型芯。除此之外，UG強大的建模功能也能方便完成產品上缺口的修補和分模。模具專業的學生在學習塑料模具設計時，這兩種方法都需要掌握并融會貫通。一體化課程教學教師在教學過程中處于組織者的地位，要充分發揮學生是主體、教師是主導的作用。在任務實施過程中可能會出現各種各樣的問題，一體化課程教學要求教師不僅要有豐富的理論知識講授專業理論課，還必須擁有高超的操作技能指導學生實訓，同時要求一體化教師掌握一體化課程的要求、重點、難點以及實訓設備情況，然后根據一體化課程的特點，編寫一體化課程教學任務設計與教案。教師不但主導學生學習的方向、內容、進程、結果和質量，還發揮引導、規范、評價和糾正的作用，所以對于一體化課程教學要求，一體化教師不但需要有過硬的專業理論知識和高超的實訓技能，還要有相當強的課堂教學掌控能力。

課程任務是學生在熟悉UG三維設計軟件并能掌握建模功能操作的基礎上，進行該任務的學習，掌握塑料模具設計的方法。本文以塑料成型模具設計一體化教學環節中的一個任務為例，介紹一體化教學實施。

1? 以小組為單位制訂分模方案

為了培養學生的團隊合作能力和責任感，在任務實施前對學生進行分組，根據學生能力的不同組隊。設計能力強的與設計能力弱的學生搭配，如果一個小組全是設計能力弱的學生，這個小組將很難完成學習任務，學生的學習興趣也不高。學習任務完成后要進行總結評價，要求學生具有比較強的語言表達能力，在分組時均勻分配語言表達能力比較強的學生，在實施總結與評價這個環節時能夠取得更好的效果。除了學生合理分配，每個小組選一個合適的組長也很關鍵，組長的組織能力直接關系到這個小組能否保質保量地完成學習任務。

1.1? 定義產品坐標系

首先要分析產品的結構，確定產品的脫模方向（坐標系的Z軸為脫模方向）和分模面（XC-YC平面設在分模面上，坐標原點設在分模面的中心），然后通過“編輯→移動對象”的方法，將產品下表面中心移到絕對坐標原點位置。

1.2? 定義產品縮水率

縮水率就是在高溫和高壓注射下，射入模腔的塑料所成型出來的產品比模腔實際尺寸小的量，因此，在設計模具時必須考慮產品的縮水量并把它補償到模具的相應尺寸中去。通過“插入→偏置縮放→縮放體”，完成對產品的縮放。

1.3? 抽取產品幾何特征

塑料產品上常存在一些封閉的通孔、通槽，在分模前必須完成修補，在邊界上開放槽側面沒有拔模角度的也需要修補。通過抽取幾何體功能，完成對產品幾何特征的抽取。

1.4? 定義工件坯料

用來創建分模后的模仁零件，在實際模具設計中應綜合參照產品模型的邊界尺寸大小、結構特征、外形形狀、模腔數量和經驗數據等方面的實際因素，確定工件的大小和形狀。通過“插入→拉伸”，完成產品工件坯料的創建。

1.5? 創建型腔與型芯

完成產品幾何特征抽取與工件坯料的創建后，通過“插入→組合→求差”，得到減去產品形狀的坯料，再通過“插入→修剪→拆分體”，將坯料分成型腔與型芯兩部分。

2? 以小組個人為單位實施任務

1）啟動UG軟件，打開塑料產品文件2.prt，產品結構如圖1所示。

2）選取“菜單→插入→偏置縮放→縮放體”，在【縮放體】中對“類型”選擇“均勻”，在“比例因子”區域把“均勻”設為1.005，單擊“點對話框中”按鈕，輸入（0，0，0），完成對產品的縮放。

3）選取“菜單→分析→測量→簡單半徑”命令，選取工件豎棱邊的圓角面，可看出“圓角半徑”為3.015 mm，可知已放縮水。

4）選取“菜單→格式→圖層設置”命令，設定第10層為工作圖層。

5）選取“菜單→插入→關聯復制→抽取幾何特征”命令，在【抽取幾何特征】對話框中對“類型”選擇“面”，“面選項”選擇“單個面”，勾選“關聯”“刪除孔”復選框。選中上表面中間的大面，抽取指定的曲面，該通孔被封閉。

6）選取“菜單→插入→修剪→修剪片體”命令，以上一步驟抽取的曲面為目標片體，中間孔的邊沿線為修剪邊界，在【修剪片體】對話框中選擇“◎舍棄”復選框，“投影方向”選擇“垂直于面”，產品上中間孔被修剪曲面封閉。

7）采用上兩步的方法修補其他孔，封閉所有的孔和槽。

8）選取“菜單→插入→關聯復制→抽取幾何特征”，在【抽取幾何特征】中對“類型”選擇“面”，“面選項”中選“面與相鄰面”，撤銷“□刪除孔”前頭的“√”。

9）依次選中內部的五個平面，點擊“應用”“是”，“面選項”選中“單個面”，選中缺口的三個面，按“確定”抽取曲面特征。選取“菜單→格式→圖層設置”，取消第一層的“√”，抽取指定的曲面如圖2所示。

10）選取“菜單→插入→曲線→基本曲線”命令，選取缺口的兩個端點建一條直線。選取“菜單→插入→曲面→有界平面”命令，選中缺口的四條邊界，按確定修復缺口。

11）在主菜單中選取“插入→組合→縫合”，縫合所有曲面。

12）點擊“拉伸”，在【拉伸】中點擊“繪制截面”，選取XOY平面為草繪平面，X軸為水平參考，在產品中間繪制一條大于工件坯料（110 mm×110 mm）的直線，單擊“完成”按鈕，在【拉伸】中對“指定矢量”選擇“YC↑”，“結束”選擇“對稱值”，“距離”設60 mm，“布爾”選“無”，完成拉伸曲面創建。

13）選取“菜單→插入→修剪→修剪片體”命令，以上一步驟創建的拉伸曲面為目標片體，以圖3所示的抽取曲面為邊界對象，在【修剪片體】中選擇“◎保留”，“投影方向”選擇“垂直于面”，完成修剪特征創建。

14）在主菜單中選取“插入→組合→縫合”，縫合所有曲面。

15）選取“菜單→格式→圖層設置”，確定第1層為工作圖層。

16）點擊“拉伸”，在【拉伸】中點擊“繪制截面”，選取XOY為草繪平面，繪制一個矩形截面（110 mm×110 mm）。

17）點擊“完成”按鈕，在【拉伸】對話框中對“指定矢量”選取“ZC↑”，把開始距離設為-25 mm，結束距離設為40 mm，對“布爾”選擇“無”，完成工件創建。

18）選取“菜單→插入→組合→求差”，選取工件為目標體，產品零件為刀具體，在【求差】中勾選“保存工具”，創建減去特征。

19）選取“菜單→插入→修剪→拆分體”，以工件為目標體，以組合后的分模面為工具體，單擊“確定”按鈕，將工件分成上、下兩部分。

20）選取“菜單→編輯→特征→移除參數”，移除工件參數。

21）選取“菜單→格式→圖層設置”命令，隱藏第10層。

22）選取“菜單→編輯→移動對象”，在【移動對象】中對“運動”選取“距離”，把“距離”設為40 mm，對“結果”選取“移動原先的”，“圖層選項”選取“原始的”。

23）選取上面的零件，使上面的零件向上移動40 mm。

24）采用同樣的方法，向下移動型芯35 mm，完成的型腔、型芯，如圖3所示。

25）在“裝配導航器”中選中“2.1”，單擊鼠標右鍵，選取“WAVE”，選取“新建級別”，先選取下面的零件，文件名設為“2.1core”；再選取上面的零件，文件名設為“2.1cavity”。創建兩個下層文件，點擊“保存”，在WAVE模式建立的下層文件保存在指定目錄中，如圖4所示。

3? 結束語

許多教師認為一體化教學不難，無非是理論與實訓相結合，在教學環節中將理論教學和實訓教學交替進行即可。但一體化教學的實施并不簡單，有很多環節需要把控，有很多因素需要考慮，譬如：如何充分調動和激發學生的學習興趣？如何讓學生在資訊準備階段比較全面地設想實訓情況？如何讓學生在動手操作階段有意識地回顧參考書上相關的內容，以便解決問題？怎樣提高學生對相關問題進行總結以及尋找相關解決方案的能力？

在本任務的一體化教學實施過程中，雖以組為單位，通過分析產品圖樣，討論問題、歸納總結，共同完成塑料模具設計方案的制訂，提高團隊協作能力及綜合素質，但在任務實施過程中要求每一個學生都必須獨立完成分模設計。在一體化教學任務實施過程中，教師要進行全程跟蹤觀察并給予詳細記錄，隨時了解每一個學生的任務實施情況，及時解決UG建模功能分模過程中出現的不當操作，為后續的評價環節提供第一手資料。通過這一系列環節，在保證教學質量的前提下將一體化教學正常地進行下去。在整個教學過程中，教師可以積累寶貴經驗，為今后一體化教學實踐奠定一定的基礎。

參考文獻

[1]北京兆迪科技有限公司.UG NX8.5模具設計教程[M].北京：機械工業出版社，2013：3.

[2]劉紅光，胡仁喜，劉昌麗.UGNX10.0中文版機械設計從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2016：9.