基于UG 軟件技術設計注塑模具的研究

李祥偉

（湖南省郴州技師學院，湖南 郴州 423000）

1 UG 軟件概述

1.1 UG 軟件

UG 軟件能夠成功地對產品造型、裝配和加工流程進行數字化設計，從而可以解決產品開發、模具設計問題。UG 軟件中的一項主要功能是創建虛擬的塑膠模具設計、加工平臺，可用于模擬和驗證虛擬產品、模具設計與制造流程。在采用計算機設計和制造的過程中，可以通過UG CAD 軟件設計模具的三維模型并進行檢測，根據計算機測試的結果進行優化設計。它的CAD/CAM 系統具有人機交互功能，插件應用的功能比較強大，即使面對多種復雜的實體和形狀，也可以輕松完成模具的數字化設計。目前，UG 軟件可以用于脫模方向、模具布局、開口和修孔、分型線和面、鑲件和側芯、型芯和型腔鑲件等塑料模具設計。UG 軟件設計中有自動檢測工具、標準模架零件的集成庫，因此，設計主要模具結構時，可以自動更新相關模具零部件。

1.2 UG 的設計功能

UG 以其強大的功能成為目前世界上最流行的模具設計軟件之一，它最大的優點是實現了“分模”的功能，這為應用UG 軟件進行塑料模具的設計奠定了基礎。模具設計中，最重要的工序是“分?！?。UG 軟件主要有3種分模的方法：自動、手動以及半自動分模。其中，半自動分模在模具設計中的應用最廣泛，主要是通過軟件內置的模具自動分割工具條來進行人工操作，整個過程也因此可以稱為“形狀定向”。模塊庫中包含在模具及制造行業中常用到的模框庫和標準件庫，用戶在軟件使用中可靈活地從庫中調取標準件，模具零件設計的流程被大大簡化，設計效率進一步得以提升，使生產具有高難度設計的復雜模具成為可能。

2 UG 軟件的主要分模方法

2.1 手動分模法

手動分模是運用手動工具創建動態模芯、鑲件等，然后在使用“拆分”的模塊上創建出所要求規格的標準模架，是直接設計模板、導向件、緊固件等零件的主要方法。手工分模靈活適用，但對設計工作人員所具備的職業素質和工作經驗要求甚高。另一種方法是使用Mold Wizard 特有的標準模架工具，其自動加載標準模架零件和其他標準件，或者使用插件功能來進行和簡化手動分模設計的過程。插件化建模模塊是國際公認且行之有效的一個簡化人工設計建模方式的工具，可以迅速根據模具結構類型快速開發適合產品特性的插件化設計，從而有效改進產品，使產品設計更有效率。

2.2 半自動分模法

半自動分模使用建模環境中的各種工具和命令來創建分型面、修復斷孔和拆分模具型芯，然后使用分模工具中的區域分析工具對模型的動態和固定形狀區域進行分析。Auto Split 工具補充了建模環境中缺失的分模功能，拆分效率得以進一步提升。半自動拆分方法允許在不分模的情況下，使用形狀向導工具對模具進行初始化操作。

2.3 全自動分模法

全自動分模是指在設計模具時，通過利用Mold Wizard 中預設的分模工具達到全自動分模的目的。但是，如果UG 中加載的產品模型之前沒有進行時初始化，那么，就無法使用分模工具中提供的型腔和型芯定義命令進行全自動拆分。根據具體型號劃分動、定模芯，然后使用形狀向導添加默認形狀框和默認零件工具來完成默認形狀框。在全自動分割模具的設計過程中，也可以使用加載相關的外部開發模具框架和標準零件。

3 運用UG 軟件設計注塑模具的注意事項及對策

3.1 頂針的加載過程中遇到的問題和解決方法

（1）當頂針具有相同的直徑，但它們所處高度不同，無法同步進行裝載。頂針的直徑大小相同但是它們在模具腔中的相對放置的高度不同時，不能確保能夠同時加載到所有的頂針。這是因為，如果同時裝載了所有頂針，這些頂針就會被系統設置為同名，在后續的頂針加工操作中，便無法精確區分它們的切邊高度，所以不能同時裝載幾種不同高度位置上的頂針。這可以防止頂針在相同高度位置時產生相同的命名，導致無法進行后續處理。為避免此問題，在使用全自動拆分方法時，請在后處理界面的設置中選取“另存為非重復部分”的這個選項。

（2）在放置頂針操作中，位置坐標務必要確認重置為0.5 或0，這樣的設置也是為了更加方便對頂針孔位置進行加工。設置負載頂針器的參數具體的操作及步驟方法如下：點擊標準件庫圖標，然后選擇頂出器的廠家、頂出器類型和頂出器放置、頂出器放置點法、頂出器相關參數的最佳選擇。在后續的后處理中，可以自動將頂桿切割出芯面，從而可以將頂桿長度調整得更長，例如，頂針直徑、定型、長度，完成后點擊更改。更改完成后，單擊“應用”，出現“拾取點”對話框，允許設置頂針的坐標。拖動將頂針移動到X 或Y 方向的目標位置，調整檢測間隔，使頂針主要放在坐標值0.5 或0的末端，重新添加頂針。而同樣高度的0.5 或1 高度可以直接使用復制模式。如果要貼裝不同的頂針，需要對項目進行重新選擇，然后設置好不同的頂針參數，重新對頂針貼裝的位置進行選擇。

3.2 注射器裝配問題及解決方法

在安裝針筒總成前，首先，要明確針筒和司筒的規格及選用原則。司筒的直徑要在內控直徑和筒的外徑之間，并應符合頂針現有標準規格。如不能，可考慮按尺寸進行定制。特別要注意的是，在司筒裝上后出現需要用后處理指令切割司筒管，但是司筒針卻無法切割的問題，導致司筒針頭與塑料孔徑之間不相互匹配。有效的解決方法是首先將套筒銷定義為機加工零件，使用裝配命令中的鏈接功能，在連接對話框中選擇“主體”作為處理的“類型”，并從套筒上選擇銷頭的形狀。司筒針在穿過模具嵌件時，其中穿過部分的長度是已用到的司筒針長度，最后，再通過對司筒針加長和對司筒針進行重建的裝配步驟來專門修復該長度。

3.3 一個模具預裝多個頂針的解決方法

當使用多個頂針裝入一個模具時，手動分模模式要求在不同的預安裝位置，將多個頂針手動添加到坐標位。相對自動分模模式，在只裝入一個頂針后，軟件就會自動在其他地方自動設置裝入頂針。當要裝入的頂針的數量龐大，手動添加就會非常煩瑣，會導致操作量激增。在遇到該情況時，可以將移動距離和角度轉換的功能、線陣復制和旋轉復制這些指令進行結合使用，頂針的裝載效率會提高。相關操作界面如圖1 所示。

圖1

4 UG 軟件設計注塑模具的應用分析

4.1 設計流程

第一，需要先將塑膠產品的圖紙文件或者產品的樣品輸入到定位模塊，然后再按照模塊給定的產品圖紙要求或客戶要求的產品的具體性能、精度參數和外觀要素來創建和修改3D 實體模型樣品的數據。第二，根據所用模具件的規格、具體尺寸、坐標、材料要求等以及模具的性能參數選擇相對適合的模具規格。再根據獲得的所有3D 實體信息、模具材料自身的表面收縮率值和表面加工尺寸的精度要求來選擇型芯面尺寸和型腔面，并相應地將3D 體按一定比例放大，型芯面、型腔面等可以選擇相應的尺寸。第三，模具結構設計往往需要快速處理這些來自工藝設計和計算模塊反饋的各種信息，完成其對每件模具設備和模具產品間的三維實體模型尺寸的設計。根據可選的各種注塑件產品的物理特性和設計精度要求，再結合注塑材料本身的收縮率，選擇出合適規格的模架材質和型腔材料。第四，設計模具組件和零件，創建3D 實體模具圖。最后，完成模具整體的設計。

4.2 應用實例

利用UG 軟件的Mold Wizard 模塊設計一個基礎圓盤零件。零件結構只有一側和出口方向，型腔外有凹坑和水平型芯，便于成型和出模。

第一步，設計模具的3D 模型圖。利用軟件內置零件庫，從中選擇出符合設計要求的成品零件。根據客戶不同的設計要求再進行適當修改，最終確定三維模型圖。第二步，將圓盤零件上的3D 模型數據輸入導向模塊，確定所需要的材料、建立模型坐標系、確定材料設計過程中的收縮率等基本參數，還要做到工作坐標系與所建的模具坐標系相互準確匹配，注意設置的方向為 +ZC，分型面方向為 XC-YC。確保產品的尺寸精度符合圖紙設計要求，導向模塊系統會根據產品所能使用的材料來自動計算斷面收縮率。同時，需要考慮生產批次、有無內切刀取芯結構和外切芯結構等。初始框架設計工作完成后，需要手動選擇坐標系“自動對齊中心”，在添加模架時，啟用坐標系與初始框架坐標系之間的自動對齊功能。第三步，利用分型面的創建、分型線的創建、核心和空洞區域提取、核心和空洞創建等內建功能自動完成模具的分割，是準確快速分析模型的最關鍵。在分型面的整個創建過程中，注意要修復好零件損壞的表面，用實體來填充零件側面的孔洞，使用自動搜索的功能來創建分型線，分型線如果不是一個平滑的曲線，注意應該采取創建分型線來創建出一個連續的分型面，不能被斷開。創建型芯和型腔時，應優先注意選擇整個型腔表面或型芯區域。第四步，在設計中插入模具框架以及使用零件庫中的標準件來完成模具的核心結構。然后使用軟件模塊中的自定義框架功能，為其設計定制模具的框架，然后使用標準零件庫、裝配功能、零配件功能添加模具零件澆口套、螺栓、定位環和頂桿、標準零件等，設計模具的頂桿、滑塊和核心結構。第五步，完成設計。在完成必要的設計后，設計其他輔助系統，如澆注、冷卻系統等。

5 結語

模具是塑料制品制造的基礎，對于塑料制品的加工制造具有重要的作用。因此，在注塑模具設計過程中，設計人員首先必須能夠靈活運用模具設計軟件工具和命令，對模具結構有透徹的理解，才能夠快速、高效、合理地設計出滿足客戶要求的模具。其次，熟練的設計經驗和完善的設計方法，來源于大量的實踐經驗和工作經驗的總結，在使用UG 軟件進行模具設計時，也是一樣的。總體而言，UG 軟件相對傳統塑膠模具設計非常方便快捷，可以快速縮短塑料模具的開發時間，同時降低設計難度。因此，UG 軟件的引入使塑料模具設計更加高效和人性化。