基于Cimatron E的殼體塑件快速分模技術(shù)的應(yīng)用

林 娜， 林明山， 林智峰

(1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系, 福建 漳州 363000；2. 南靖萬(wàn)利達(dá)科技有限公司, 福建 南靖 363601)

基于Cimatron E的殼體塑件快速分模技術(shù)的應(yīng)用

林 娜1， 林明山1， 林智峰2

(1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系, 福建 漳州 363000；2. 南靖萬(wàn)利達(dá)科技有限公司, 福建 南靖 363601)

通過(guò)對(duì)殼體塑件產(chǎn)品進(jìn)行了分析，介紹運(yùn)用Cimatron E軟件進(jìn)行塑件快速分模的基本流程，對(duì)脫模方向的自動(dòng)確定、分型線和分型面的生成方法進(jìn)行了分析，并對(duì)快速分模技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

Cimatron E軟件；快速分模技術(shù)；分型面；成型零件

塑料是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電、電器、儀表等產(chǎn)業(yè)。塑料制品的廣泛應(yīng)用使注塑模具得到了迅猛發(fā)展，以塑料作為制造材料的零部件70%以上需要依靠模具成型來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)和制造的要求也越來(lái)越高［1］。當(dāng)今，模具生產(chǎn)技術(shù)水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一［2］。分模設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，依靠以經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)方法往往由于塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性，導(dǎo)致其實(shí)現(xiàn)的困難，或不合理的分模設(shè)計(jì)直接影響后續(xù)的模具總體設(shè)計(jì)及零件加工、注塑工藝以及產(chǎn)品的成形質(zhì)量，為此 CAD/CAM 軟件成為模具設(shè)計(jì)的重要輔助工具。Cimatron E是一款面向模具行業(yè)的實(shí)用性工具，該軟件的分模設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的快速分模技術(shù)可智能化進(jìn)行拔模角分析、收縮率設(shè)置、分模線設(shè)計(jì)、分模面設(shè)計(jì)、分模面縫補(bǔ)、凸凹模零件輸出等功能，與其他CAD/CAM軟件相比，具有很強(qiáng)的復(fù)雜曲面處理能力，分模效率高，容錯(cuò)性好，分模失敗幾率小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以顯著提高模具設(shè)計(jì)的水平和效率，縮短新產(chǎn)品模具開發(fā)周期，降低制品生產(chǎn)成本并可激發(fā)模具工程設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新思維的能動(dòng)性。以下通過(guò)來(lái)自工廠較為復(fù)雜的殼體塑件模具設(shè)計(jì)實(shí)例介紹這方面技術(shù)。

1　模工藝分析

圖1為來(lái)自工廠的一殼體塑件，材料為ABS，壁厚1.6 mm，零件的包容尺寸為128×85×25 mm3，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其中有：4①個(gè)外徑為φ8 mm帶有φ4 mm孔徑、高度為7 mm的螺釘柱。3②個(gè)碰穿孔，其中一個(gè)碰穿孔中側(cè)向帶2個(gè)小凸臺(tái)需要對(duì)稱斷開，分模時(shí)應(yīng)采用手工處理斷開面；另2個(gè)依靠系統(tǒng)自動(dòng)斷開即可，在模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)將之設(shè)計(jì)為鑲件。3③個(gè)具有裝配關(guān)系的扣鉤孔，這3個(gè)孔需要側(cè)向分型，在模具設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)滑塊抽芯。1④個(gè)支撐柱并設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，分型時(shí)候要分配好這些斷開面，以利于下一步的零件加工。

分型面的選擇是模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到模具成型零件的結(jié)構(gòu)、尺寸精度、表面質(zhì)量、飛邊大小、脫模難易和制造成本［3］。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，選擇零件輪廓最大面的底面作為分型面。根據(jù)上述分析，采用Cimatron E軟件制定分模設(shè)計(jì)的主要的流程為：進(jìn)入分模環(huán)境-建立分模項(xiàng)目-讀取工件-快速斷開分模曲面-創(chuàng)建側(cè)向分型面-創(chuàng)建側(cè)抽芯零件曲面-創(chuàng)建分型面-分析并附屬分型面零件-創(chuàng)建零件毛坯并切出模具部件（型腔、型芯、滑塊）。

2　建分型面

2.1建立分模項(xiàng)目

進(jìn)入Cimatron E軟件快速分模設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行分模參數(shù)設(shè)置，在參數(shù)設(shè)置時(shí)應(yīng)選擇“分型面裝配”則可以把整個(gè)分模文檔加載到模具總體設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性的參數(shù)化設(shè)計(jì)。接下來(lái)為選擇放置的布局坐標(biāo)系，把零件加載進(jìn)來(lái)，如圖2所示。在坐標(biāo)系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將軟件默認(rèn)放置于零件幾何中心位置，該位置不符合分型面選擇原則，需要把工件坐標(biāo)系調(diào)整到分型面（零件底面）上（如圖2所示），使零件坐標(biāo)系移動(dòng)到分型面位置。

圖1　殼體塑件

2.2快速斷開分模曲面

塑件的不合理的脫模方向、分型線設(shè)計(jì)和分型面形狀會(huì)導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)的失?。?］。Cimatron E軟件的快速分模技術(shù)關(guān)鍵在于能進(jìn)行智能化的分模設(shè)計(jì)，主要包括模具脫模方向的自動(dòng)確定、模具分型線和分型面的自動(dòng)生成三個(gè)方面。這三方面的內(nèi)容是后續(xù)模具詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是影響模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、注塑模成本以及模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度的關(guān)鍵因素。利用快速分模技術(shù)中的快速斷開分模曲面功能，可以自動(dòng)快捷完成型腔、型芯、側(cè)向抽芯等曲面的斷開操作。

采用Cimatron E軟件中模具設(shè)計(jì)向?qū)У墓ぞ邨l-分模/新的開模方向，并采用 “依拔模角分析”的角度命令中輸入理想的拔模角度，軟件可智能地在所要斷開的曲面方向上大于該拔模角度的曲面都被分配到這個(gè)方向的集合里，如圖3所示。接下來(lái)可根據(jù)模具設(shè)計(jì)理念對(duì)成型零件曲面沿著Z軸不同方向分配至相應(yīng)位置，若有些曲面沒(méi)有被分配到相應(yīng)位置，則需要通過(guò)手工調(diào)整完成分配或是系統(tǒng)分析可能產(chǎn)生倒扣的面，留待后面處理。圖4為進(jìn)行Z軸正方向的型腔曲面、Z軸副方向的型芯曲面）及與Z軸垂直方向（即第三方向）的側(cè)向分型曲面分析結(jié)果。

2.3創(chuàng)建側(cè)向分型面

從圖 1所示的部件底面可以看出該塑件側(cè)向分型位置有3處側(cè)凹部位，這是零件裝配的扣鉤孔、四方孔中有2處凸出部位，也是本設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。這些曲面已被系統(tǒng)分析可能產(chǎn)生倒扣的面而未能分配（如圖4中所示），現(xiàn)在需要根據(jù)這些側(cè)凹部位特點(diǎn)進(jìn)一步完成側(cè)向分型，把側(cè)向分型的面分割出來(lái)并分配到相應(yīng)地方。依模具設(shè)計(jì)原則，扣鉤孔位置的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)采用滑塊分型，所以設(shè)計(jì)時(shí)先分割滑塊位置的面。圖5為分割出來(lái)6個(gè)側(cè)分型面，將這些分割出來(lái)的曲面分配到第三方向的滑塊上。圖6為四方孔中有2處凸出部位的6個(gè)面所斷開而成的上、下兩部分曲面，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將上部分未分配的面分配到型腔上、將下部分未分配的面分配到型芯上。最后軟件智能地將其余未分配的曲面（被系統(tǒng)分析為可能倒扣的面）分配到型芯上。此時(shí)通過(guò)軟件自帶的分析系統(tǒng)進(jìn)行遍歷分析，零件上的所有曲面都已被分配到開模方向上，至此三個(gè)分型方向全部完成創(chuàng)建。

2.4創(chuàng)建側(cè)抽芯零件曲面

由圖1可看出零件的側(cè)向是一個(gè)開放面，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)開合模，對(duì)于大的側(cè)凹部位與成型塑件的接觸面積較大，抽拔時(shí)的摩擦阻力較大［5］。然而斜滑塊合模時(shí)鎖緊力較小，對(duì)于投影面積較大的大型塑料制品，可將塑料制品投影面積大的分模面作為動(dòng)、定模的分模面，而將投影面積較小的分型面作為側(cè)向分型面，否則斜滑塊的鎖緊機(jī)構(gòu)較大或因鎖模不緊而產(chǎn)生飛邊［6］。因此，在滑塊設(shè)計(jì)上要盡量使其體積小些。為了保證塑件表面質(zhì)量，同時(shí)要求機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)要有較好的平穩(wěn)性，設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少滑塊體積，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將側(cè)向分型位置3處側(cè)凹部位的相關(guān)曲面分離出來(lái)。據(jù)此在側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)側(cè)抽芯曲面從零件中分離出來(lái)，還需要?jiǎng)?chuàng)建滑塊的側(cè)抽芯零件曲面（如圖7所示），該處設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理與否將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖2　坐標(biāo)系設(shè)置

圖3　開模方向擬定示意圖

圖4　成型零件分配結(jié)果

圖5　側(cè)向分型面設(shè)計(jì)

圖6　四方孔凹處抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7　開放面抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5創(chuàng)建分型面

分型線決定了分型面的形狀和復(fù)雜程度，在創(chuàng)建分型面之前需要根據(jù)分模方向先創(chuàng)建分型線，Cimatron E軟件在這方面具有智能化的操作功能，其系統(tǒng)中的“分型面零件”工具可以實(shí)現(xiàn)分型面創(chuàng)建過(guò)程中的統(tǒng)一管理，具有高效快捷的功能。使用“分型面零件”命令時(shí)切記應(yīng)隱藏型腔和滑塊，只顯示型芯以便于準(zhǔn)確操作，從而將型芯方向的所有曲面都輸入到分型面零件上，然后再把型芯隱藏（注意：一定要隱藏），就可以用輸入到“分型面零件”的這些曲面做分型面。

創(chuàng)建內(nèi)分型面時(shí)，則零件內(nèi)部所有的孔（內(nèi)分型面）都自動(dòng)采用曲面閉合，圖8和圖9為采用相應(yīng)的工具分別把零件側(cè)向開放孔及滑塊位置的側(cè)向開放孔進(jìn)行曲面閉合。

圖8　側(cè)向開放面曲面閉合

圖9　滑塊位置側(cè)向開放孔曲面閉合

創(chuàng)建外分型面，基于幾何實(shí)體自動(dòng)生成分型線和分型面的方法，提取最大邊環(huán)的方法效率較高也相對(duì)準(zhǔn)確些，但對(duì)于有自由曲面的塑件，則需要剖分三角面，會(huì)對(duì)分型線和分型面的生成效率和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響［4］。在本例中，有兩處圓弧不宜采用自動(dòng)生成的方法，需要通過(guò)手工創(chuàng)建來(lái)完成，圖10為先在零件一側(cè)創(chuàng)建一條組合曲線，再通過(guò)掃掠命令創(chuàng)建分型面，最后用同樣方法創(chuàng)建其余3個(gè)方向的外分型面創(chuàng)建結(jié)果。

創(chuàng)建滑塊側(cè)抽芯的外分型面。把第三個(gè)分模方向（滑塊）曲面顯示出來(lái)，然后創(chuàng)建組合曲線，并以此組合曲線創(chuàng)建沿X軸負(fù)方向的掃掠曲面（如圖11所示）?，F(xiàn)在所有的內(nèi)外分型面及側(cè)向抽芯的曲面都設(shè)計(jì)完成，則可以通過(guò)相應(yīng)的命令將三曲面輸入到分型面零件的型芯上。

圖10　外分型面創(chuàng)建

圖11　側(cè)向抽芯的曲面創(chuàng)建

2.6附屬分型面零件并分析結(jié)果

附屬分型面是顯示各個(gè)分模方向的曲面及分型面零件，軟件可將分型面附屬到相應(yīng)的分模方向上，在采用軟件相關(guān)命令時(shí)應(yīng)注意確保默認(rèn)選項(xiàng)“忽略已附加的零件面和分型面”是選中的，并選擇所有曲面，接著采用“自動(dòng)附件” （軟件根據(jù)可用的分模方向自動(dòng)將分型面零件的曲面分屬到相應(yīng)的分模方向上）功能來(lái)完成，最后應(yīng)檢查附屬結(jié)果（如圖 12所示）。該軟件還可以自行分析檢查分型合理性，任意選擇一個(gè)分型曲面，通過(guò)預(yù)覽若未發(fā)現(xiàn)在分型曲面上有警示顯示，表明沒(méi)有不合理分型的問(wèn)題。

3　創(chuàng)建模具主要零件

創(chuàng)建型腔毛坯。在軟件的相應(yīng)菜單命令下，根據(jù)塑件的總體尺寸設(shè)計(jì)毛坯尺寸。毛坯的放置位置應(yīng)置于裝配主坐標(biāo)系下，創(chuàng)建結(jié)果如圖13所示。

圖12　附屬分型面檢查結(jié)果

圖13　毛坯的創(chuàng)建

切出模具部件。選擇軟件中分模向?qū)е械摹扒谐?dāng)前” 工具，選擇“選取目標(biāo)零件”選項(xiàng)，選取上一步做的上模毛坯為目標(biāo)零件，通過(guò)切除操作得到型腔零件，如圖14-a）所示。同樣方法，得到型芯14-b）和滑塊14-c）零件。

圖14　各成型零件設(shè)計(jì)結(jié)果

4　結(jié) 語(yǔ)

（1）根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先對(duì)塑件的工藝性進(jìn)行分析，進(jìn)而采用Cimatron E軟件設(shè)計(jì)了塑件的成型零件，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化、智能化。同時(shí)，Cimatron E軟件是一個(gè)CAD/CAM集成的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)完成之后方可對(duì)復(fù)雜零件NC加工進(jìn)行編程。

（2）針對(duì)塑件側(cè)向的開放面，本案例采用斜滑塊側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。為了防止滑塊體積過(guò)大和簡(jiǎn)化滑塊的結(jié)構(gòu)，則在塑件內(nèi)部扣鉤孔、四方孔中有2處凸出部位從側(cè)向分型的面分割出來(lái)設(shè)計(jì)成獨(dú)立機(jī)構(gòu)附屬于滑塊。

[1] 郝洪艷.基于 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的按鍵注塑模具設(shè)計(jì)[J].塑料科技,2008,36(12):66-69.

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[6] 林明山，林 娜. 萬(wàn)用表上殼體注塑模具設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè),2012,38(8):42-45.（責(zé)任編輯：季 平）

Application of Quick Split Technology for a Plastic Parts Based on Cimatron E

LIN Na1， LIN Ming-shan1， LIN Zhi-feng2

（1. Department of Mechanical Engineering， Zhangzhou Institute of Technology， Zhangzhou 363000， China；2.Nanjing Wanlida Tech.CO.，LTD， Nanjing 363601， China）

By analyzing the technological characteristics of plastic part， the mold design plan was put out. Base on the quick split technology of Cimatron E software， the mold design of part was elaborated， the parting direction， the parting line and parting surface generation approach was analyzed. Moreover， the application of the quick slipt technique was summarized.

Cimatron E software； quick split technology； parting surface； mold parts

TG241；TQ320.662

A

1673-1417（2015）04-0022-06

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.04.0005

2015-09-20

漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技項(xiàng)目資助（ZZY1404）

林 娜（1983—），講師，碩士，主要從事材料力學(xué)行為及材料成型方面研究。