基于UG混合裝配的注塑模具設(shè)計

劉曉環(huán)（廣東省國防科技高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510000）

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基于UG混合裝配的注塑模具設(shè)計

劉曉環(huán)
（廣東省國防科技高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510000）

摘要：注塑模具的3D設(shè)計的方法有兩種：自底向上裝配和自頂向下裝配，在實際設(shè)計中，這兩種方法常常是結(jié)合起來使用的，即混合裝配。本文通過鼠標(biāo)下蓋的產(chǎn)品模型簡述混合裝配設(shè)計的方法和要點。

關(guān)鍵詞：注塑模具設(shè)計；自底向上；自頂向下；混合裝配

注塑模具是用于成型塑料制品的工具，利用注塑成型是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日用制品的一種重要手段，隨著計算機(jī)性能的提高和CAD技術(shù)的發(fā)展，注塑模具的設(shè)計也逐步從2D設(shè)計過渡到全3D設(shè)計。利用全3D設(shè)計模具有利于模具的干涉檢查，開模仿真，同時也可以為后續(xù)的加工編程提供3D模型。目前我國3D設(shè)計模具的主流軟件有ProE、UG、SolidWorks、Cimatron等，UG軟件因其在分模、編程和出工程圖等方面的轉(zhuǎn)換優(yōu)越而受到越來越多工廠的青睞。

3D設(shè)計的方法有兩種：自底向上（Bottom-up）和自頂向下（Top-down）。

自底向上（Bottom-up）的裝配是先設(shè)計好了裝配中的部件幾何模型，再將該部件的幾何模型添加到裝配中，從而使該部件成為一個組件。在實際的裝配過程中，多數(shù)情況都是利用已經(jīng)創(chuàng)建好的零部件直接調(diào)入裝配環(huán)境中，執(zhí)行多個約束設(shè)置，從而準(zhǔn)確定位各個組件在裝配體的位置，完成裝配工作。

自頂向下（Top-down）的裝配方法主要是基于有些模型需要根據(jù)實際情況來判斷要裝配件的位置和形狀，也就是說只能等其他組件裝配完畢后，通過這些組件來定位其形狀和位置。自頂向下裝配的優(yōu)勢在于可以利用裝配體中其他的零部件的幾何特征輔助設(shè)計。

在實際設(shè)計中，自底向上和自頂向下裝配常常是結(jié)合起來使用的，即混合裝配（Combined both Approaches）。

注塑模具是一個有多個系統(tǒng)組成的裝配體，其中每個部分又有若干個零件構(gòu)成。其設(shè)計步驟如下：分?！O(shè)計成型零件（包括側(cè)抽芯）→設(shè)計模架→設(shè)計澆注系統(tǒng)→設(shè)計頂出系統(tǒng)→設(shè)計冷卻系統(tǒng)→設(shè)置輔助零件。其中分模、成型零件、澆注系統(tǒng)這些部分都是根據(jù)產(chǎn)品的需要設(shè)計出來的，并且不同的設(shè)計師設(shè)計出來的也會有一定的差異，為了保證良好的相關(guān)性提高設(shè)計速度，適合利用自頂向下的方法。而模架、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和輔助零件等大部分都是屬于標(biāo)準(zhǔn)件，由專門的供應(yīng)商提高，在UG的標(biāo)準(zhǔn)件庫里面可以直接導(dǎo)出來，無需設(shè)計師逐個繪制，因此適合用自底向上的方法。大部分教材主要是基于UG注塑模向?qū)В╩oldwizard）的一種模具設(shè)計方法，比較死板，對于已經(jīng)具有一定基礎(chǔ)的使用者來說，其過程比較繁瑣，容易產(chǎn)生很多垃圾文件，特別是比較大型的模具，垃圾文件多了，整套模具的操作就會變得很慢，在設(shè)計中浪費了很多系統(tǒng)運算的時間。又或者由于模具在設(shè)計完畢以后客戶需要更改產(chǎn)品，此時要基于moldwizard來修改就更加困難了，因此，在注塑模具的實際操作中，經(jīng)常是基于moldwizard，結(jié)合UG的裝配和建模模塊混合進(jìn)行模具設(shè)計或者修改。

以下通過鼠標(biāo)下蓋的產(chǎn)品模型簡述其方法和要點。

步驟一：利用注塑模向?qū)?dǎo)入模型，如圖1。注意導(dǎo)入產(chǎn)品之前應(yīng)將產(chǎn)品擺放到開模方向與絕對坐標(biāo)的+Z軸方向一致。如果沒有擺正，雖然在后續(xù)中可以利用模具csys的功能定義開模方向，但此時產(chǎn)品文件中的+Z方向和總裝（top文件）的+Z方向是不一致的，容易在不同的文件操作時因為坐標(biāo)系不一致而出錯。因此，為了方便后續(xù)工作，擺正產(chǎn)品的坐標(biāo)系是明智之舉。導(dǎo)入文件后，在裝配導(dǎo)航器里面會自動產(chǎn)生以下文件，每個文件都以產(chǎn)品的名稱為前綴（如本文例子的模型名稱為cover），top表示總裝，var表示參考模型（即產(chǎn)品），cool表示冷卻系統(tǒng)，fill表示澆注系統(tǒng)，misc表示標(biāo)準(zhǔn)件（即利用moldwizard標(biāo)準(zhǔn)部件庫導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)件）會被放在該文件的裝配下，layout表示分模相關(guān)零件，如圖2。

圖1　產(chǎn)品模型

圖2　導(dǎo)入模型后自動生成的裝配樹

步驟二：定義好收縮率后利用注塑模向?qū)У姆帜９ぞ邉?chuàng)建分型面。在創(chuàng)建分型面時，要注意分型面的光順性，不夠光順的分型面，會影響加工和裝配。例如本例子如果利用自動創(chuàng)建的分型面會出現(xiàn)如圖3所示問題，必須手工創(chuàng)建，手工利用擴(kuò)大面和拉伸面創(chuàng)建的分型面如圖4所示，則光順很多。因此，掌握好建模的曲面功能對于分模是很重要的。

圖3　自動生成的分型面

圖4　手動生成的分型面

步驟三：分型。創(chuàng)建好的分型面后即可利用創(chuàng)建型芯和創(chuàng)建型腔的功能分型，該步驟要注意的是定義好產(chǎn)品的型腔面和型芯面，并且要求：型腔面+型芯面=產(chǎn)品面，如果不相等則會導(dǎo)致分型失敗。創(chuàng)建好的型芯如圖5，型腔如圖6所示。

圖5　創(chuàng)建好的型芯

圖6　創(chuàng)建好的型腔

步驟四：進(jìn)行多型腔設(shè)計，該產(chǎn)品可考慮一模兩腔。傳統(tǒng)教材該操會在分模前，利用注塑模向?qū)У男颓徊季滞瓿?，但在分模前進(jìn)行布局，如果是遇到大的模型或者是超多腔模具容易拖慢計算機(jī)速度，因此，該方法只是適合初學(xué)者。其實在UG里面，最好在分完模后，才進(jìn)行多型腔設(shè)計。方法是在裝配導(dǎo)航器中，將layout文件進(jìn)行復(fù)制，如圖7，然后黏貼在top裝配樹下，如圖8，即可得到一樣的效果，此時，要增加多少腔就復(fù)制多少個，復(fù)制多了可以刪除。復(fù)制后的layout會和原來的位置重疊在一起，可以利用【裝配】【移動組件】的功能將對應(yīng)的layout移到正確的位置即可。此方法操作靈活快速。增加多型腔后如圖9所示。

圖7　在裝配樹復(fù)制型腔文件

圖8　在裝配樹黏貼型腔文件

圖9　多型腔布局

圖10　加載模架

步驟五：加載模架，利用模架庫加載模架。加載前應(yīng)根據(jù)客戶要求選擇模架的供應(yīng)商及其類型，根據(jù)型腔型芯的長寬選擇模架規(guī)格，根據(jù)型腔的高度選擇A板厚度，根據(jù)型芯的厚度選擇B板厚度，根據(jù)頂出距離或者斜頂需要頂出的距離兩者的大值確定C板厚度。加載模架后，會在top的裝配樹下自動生成moldbase的文件，加載模架后如圖10所示。該步驟要注意的是對于一些大型的模具，經(jīng)常會用到很多非標(biāo)準(zhǔn)模架，此時，可以根據(jù)模具的具體需要，更改模架中標(biāo)準(zhǔn)件的位置和大小，更改的操作可以在調(diào)取模架的對話框中修改或者在moldbase文件下的【工具】——【表達(dá)式】中修改對應(yīng)參數(shù)，具體方法可參考相關(guān)教程，不在此處贅述。

步驟六：設(shè)計澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)包括法蘭、澆口套和流道，法蘭和澆口套屬于標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接由標(biāo)準(zhǔn)部件庫導(dǎo)入，但很多情況模具會用到非標(biāo)準(zhǔn)的法蘭和澆口套，此時，需要設(shè)計者自行繪制，也可先用標(biāo)準(zhǔn)部件庫導(dǎo)入作局部修改獲得。流道屬于非標(biāo)準(zhǔn)的部件，如果利用注塑模向?qū)У牧鞯绖?chuàng)建，難以達(dá)到預(yù)定的效果，較好的方法是直接在型腔或者型芯文件中，利用建模功能自行繪制流道實體，然后再和型腔、型芯作求差的布爾運算。完成后的澆注系統(tǒng)如圖11所示。該產(chǎn)品外觀不允許有澆口印，因而使用用潛伏澆口（潛頂針）。

步驟七：設(shè)計頂出系統(tǒng)。該零件內(nèi)側(cè)有兩處倒扣，需要設(shè)置兩個斜頂，其他用頂針頂出。頂針可以利用標(biāo)準(zhǔn)件庫導(dǎo)入，也可以自行繪制，斜頂則自己繪制比較方便。要注意的是無論是自行繪制還是利用標(biāo)準(zhǔn)庫導(dǎo)入，注意要將頂針和斜頂?shù)软敵霾糠值奈募?chuàng)建在layout的文件下，以保證多型腔的一致性。如果創(chuàng)建在top下，則又要進(jìn)行頂出系統(tǒng)的復(fù)制，這樣不但浪費時間，也容易出錯。完成頂出系統(tǒng)后如圖12所示。

圖11　澆注系統(tǒng)

圖12　頂出系統(tǒng)

步驟八：創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)可分為型腔的冷卻和型芯的冷卻，并且冷卻水經(jīng)常要通過A板進(jìn)入型腔，通過B板進(jìn)入型芯，同時還要預(yù)防和頂針、流道、螺釘?shù)攘慵a(chǎn)生干涉，與之相關(guān)的零件較多，在裝配的目錄下創(chuàng)建比較合適。常規(guī)教程都是利用moldwizard的冷卻工具創(chuàng)建冷卻管道，但這種方法創(chuàng)建的每一個冷卻管道都會產(chǎn)生一個裝配子文件，對于大型的模具是很繁瑣的，要修改時更是反應(yīng)緩慢，要想加快速度，可以直接將總裝top文件下的cool文件設(shè)置為工作部件，然后利用建模的功能，手工創(chuàng)建冷去管道的實體。建立好的型腔冷卻如圖13，型芯冷卻如圖14所示。

圖13　型腔冷卻系統(tǒng)

圖14　型芯冷卻系統(tǒng)

圖15　輔助零件

步驟九：放置其他輔助零件。其他輔助零件包括撐頭、限位塊、螺釘?shù)?，大部分都是?biāo)準(zhǔn)件，可以由標(biāo)注庫文件導(dǎo)入，相同的標(biāo)準(zhǔn)件可以經(jīng)過復(fù)制黏貼得到整套模具所需的數(shù)量，而不需要導(dǎo)入多次，繪制好后如圖15所示。

利用UG進(jìn)行模具設(shè)計具有很大的靈活性，既可利用moldwizard進(jìn)行自動設(shè)計，必要時又可以利用裝配和建模的功能手工創(chuàng)建所需的零件或者特征，這種基于混合裝配和建模的方法，為模具設(shè)計提供了更大的方便，減少了模具設(shè)計的時間，從而縮短整個模具制造的周期。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《UG NX6 中文版 標(biāo)準(zhǔn)教程》清華大學(xué)出版社.

(P-01)

UG hybrid assembly based injection mold design

中圖分類號：TQ320.52

文章編號：1009-797X(2016)12-0056-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.024

作者簡介：劉曉環(huán)（1981-），女，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，從事多年的塑料模具設(shè)計工作，后從事教學(xué)工作，專注于模具設(shè)計和制造方向的教學(xué)與研究。

收稿日期：2016-05-05