建模功能分模在一體化課程塑料成型模具設(shè)計中的應(yīng)用

段緒峰

摘? 要 塑料成型模具設(shè)計是模具專業(yè)一體化課程體系中的重要一環(huán)，對該課程的教學(xué)不僅體現(xiàn)在對塑料模具結(jié)構(gòu)和工作原理的了解，還應(yīng)對設(shè)計軟件具備一定的操作熟練度。以塑料成型模具設(shè)計一體化教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個任務(wù)實施為例，應(yīng)用UG軟件的建模功能進(jìn)行產(chǎn)品縮水、補(bǔ)面、抽取幾何特征、分模和創(chuàng)建型腔與型芯兩個下層文件，完成塑料模具的模仁設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞 塑料成型模具設(shè)計；一體化課程；UG；建模功能

中圖分類號：G718.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0037-03

0? 引言

UG中的注塑模向?qū)В∕old Wizard）是塑料模具設(shè)計用得最多的模塊，能快速進(jìn)行產(chǎn)品修補(bǔ)和創(chuàng)建型腔與型芯。除此之外，UG強(qiáng)大的建模功能也能方便完成產(chǎn)品上缺口的修補(bǔ)和分模。模具專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)塑料模具設(shè)計時，這兩種方法都需要掌握并融會貫通。一體化課程教學(xué)教師在教學(xué)過程中處于組織者的地位，要充分發(fā)揮學(xué)生是主體、教師是主導(dǎo)的作用。在任務(wù)實施過程中可能會出現(xiàn)各種各樣的問題，一體化課程教學(xué)要求教師不僅要有豐富的理論知識講授專業(yè)理論課，還必須擁有高超的操作技能指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)，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(xùn)設(shè)備情況，然后根據(jù)一體化課程的特點，編寫一體化課程教學(xué)任務(wù)設(shè)計與教案。教師不但主導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方向、內(nèi)容、進(jìn)程、結(jié)果和質(zhì)量，還發(fā)揮引導(dǎo)、規(guī)范、評價和糾正的作用，所以對于一體化課程教學(xué)要求，一體化教師不但需要有過硬的專業(yè)理論知識和高超的實訓(xùn)技能，還要有相當(dāng)強(qiáng)的課堂教學(xué)掌控能力。

課程任務(wù)是學(xué)生在熟悉UG三維設(shè)計軟件并能掌握建模功能操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行該任務(wù)的學(xué)習(xí)，掌握塑料模具設(shè)計的方法。本文以塑料成型模具設(shè)計一體化教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個任務(wù)為例，介紹一體化教學(xué)實施。

1? 以小組為單位制訂分模方案

為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和責(zé)任感，在任務(wù)實施前對學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)學(xué)生能力的不同組隊。設(shè)計能力強(qiáng)的與設(shè)計能力弱的學(xué)生搭配，如果一個小組全是設(shè)計能力弱的學(xué)生，這個小組將很難完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也不高。學(xué)習(xí)任務(wù)完成后要進(jìn)行總結(jié)評價，要求學(xué)生具有比較強(qiáng)的語言表達(dá)能力，在分組時均勻分配語言表達(dá)能力比較強(qiáng)的學(xué)生，在實施總結(jié)與評價這個環(huán)節(jié)時能夠取得更好的效果。除了學(xué)生合理分配，每個小組選一個合適的組長也很關(guān)鍵，組長的組織能力直接關(guān)系到這個小組能否保質(zhì)保量地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

1.1? 定義產(chǎn)品坐標(biāo)系

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

1.2? 定義產(chǎn)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(chǎn)品比模腔實際尺寸小的量，因此，在設(shè)計模具時必須考慮產(chǎn)品的縮水量并把它補(bǔ)償?shù)侥＞叩南鄳?yīng)尺寸中去。通過“插入→偏置縮放→縮放體”，完成對產(chǎn)品的縮放。

1.3? 抽取產(chǎn)品幾何特征

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

1.4? 定義工件坯料

用來創(chuàng)建分模后的模仁零件，在實際模具設(shè)計中應(yīng)綜合參照產(chǎn)品模型的邊界尺寸大小、結(jié)構(gòu)特征、外形形狀、模腔數(shù)量和經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(chǎn)品工件坯料的創(chuàng)建。

1.5? 創(chuàng)建型腔與型芯

完成產(chǎn)品幾何特征抽取與工件坯料的創(chuàng)建后，通過“插入→組合→求差”，得到減去產(chǎn)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(wù)

1）啟動UG軟件，打開塑料產(chǎn)品文件2.prt，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(qū)域把“均勻”設(shè)為1.005，單擊“點對話框中”按鈕，輸入（0，0，0），完成對產(chǎn)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(shè)置”命令，設(shè)定第10層為工作圖層。

5）選取“菜單→插入→關(guān)聯(lián)復(fù)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(guān)聯(lián)”“刪除孔”復(fù)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(biāo)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(fù)選框，“投影方向”選擇“垂直于面”，產(chǎn)品上中間孔被修剪曲面封閉。

7）采用上兩步的方法修補(bǔ)其他孔，封閉所有的孔和槽。

8）選取“菜單→插入→關(guān)聯(lián)復(fù)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(nèi)部的五個平面，點擊“應(yīng)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(shè)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(fù)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(chǎn)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(jié)束”選擇“對稱值”，“距離”設(shè)60 mm，“布爾”選“無”，完成拉伸曲面創(chuàng)建。

13）選取“菜單→插入→修剪→修剪片體”命令，以上一步驟創(chuàng)建的拉伸曲面為目標(biāo)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(chuàng)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(shè)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(shè)為-25 mm，結(jié)束距離設(shè)為40 mm，對“布爾”選擇“無”，完成工件創(chuàng)建。

18）選取“菜單→插入→組合→求差”，選取工件為目標(biāo)體，產(chǎn)品零件為刀具體，在【求差】中勾選“保存工具”，創(chuàng)建減去特征。

19）選取“菜單→插入→修剪→拆分體”，以工件為目標(biāo)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(shù)”，移除工件參數(shù)。

21）選取“菜單→格式→圖層設(shè)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(yùn)動”選取“距離”，把“距離”設(shè)為40 mm，對“結(jié)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(dǎo)航器”中選中“2.1”，單擊鼠標(biāo)右鍵，選取“WAVE”，選取“新建級別”，先選取下面的零件，文件名設(shè)為“2.1core”；再選取上面的零件，文件名設(shè)為“2.1cavity”。創(chuàng)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(jié)束語

許多教師認(rèn)為一體化教學(xué)不難，無非是理論與實訓(xùn)相結(jié)合，在教學(xué)環(huán)節(jié)中將理論教學(xué)和實訓(xùn)教學(xué)交替進(jìn)行即可。但一體化教學(xué)的實施并不簡單，有很多環(huán)節(jié)需要把控，有很多因素需要考慮，譬如：如何充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣？如何讓學(xué)生在資訊準(zhǔn)備階段比較全面地設(shè)想實訓(xùn)情況？如何讓學(xué)生在動手操作階段有意識地回顧參考書上相關(guān)的內(nèi)容，以便解決問題？怎樣提高學(xué)生對相關(guān)問題進(jìn)行總結(jié)以及尋找相關(guān)解決方案的能力？

在本任務(wù)的一體化教學(xué)實施過程中，雖以組為單位，通過分析產(chǎn)品圖樣，討論問題、歸納總結(jié)，共同完成塑料模具設(shè)計方案的制訂，提高團(tuán)隊協(xié)作能力及綜合素質(zhì)，但在任務(wù)實施過程中要求每一個學(xué)生都必須獨立完成分模設(shè)計。在一體化教學(xué)任務(wù)實施過程中，教師要進(jìn)行全程跟蹤觀察并給予詳細(xì)記錄，隨時了解每一個學(xué)生的任務(wù)實施情況，及時解決UG建模功能分模過程中出現(xiàn)的不當(dāng)操作，為后續(xù)的評價環(huán)節(jié)提供第一手資料。通過這一系列環(huán)節(jié)，在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下將一體化教學(xué)正常地進(jìn)行下去。在整個教學(xué)過程中，教師可以積累寶貴經(jīng)驗，為今后一體化教學(xué)實踐奠定一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]北京兆迪科技有限公司.UG NX8.5模具設(shè)計教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：3.

[2]劉紅光，胡仁喜，劉昌麗.UGNX10.0中文版機(jī)械設(shè)計從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016：9.