基于UG的底座結(jié)構(gòu)件注射成型模具設(shè)計

楊太德，王 洋

（1.連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇連云港222006；2.亞普汽車部件股份有限公司油管分廠，江蘇揚(yáng)州225009）

近年來,塑料模的數(shù)字化設(shè)計得到了快速發(fā)展。UG是一款融合了實(shí)體造型、曲面造型和線框模技術(shù)的大型CAD/CAE/CAM軟件，利用UG可以進(jìn)行模具的設(shè)計、分析并自動編制加工程序。圖1所示塑件是某款家用臺燈上的底座結(jié)構(gòu)件，材料為PC，該塑件屬于較典型的深腔不對稱盒形類零件?；赨G NX 10.0 Mold Wizard設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、適應(yīng)大批量生產(chǎn)、安全可靠、高效率的注射模，加工中需要解決的設(shè)計難點(diǎn)是型腔布局、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)置、冷卻水道的布置等諸多方面。

圖1 塑件

由于PC塑料密度小，成型溫度范圍寬，水敏性強(qiáng)，流動性差，因此，加工前物料必須干燥處理[1]117。模具一般應(yīng)通過加熱控制在90℃～110℃[2]14，澆注系統(tǒng)以大尺寸、短流程為優(yōu)選方案[3]228。

1 型腔布局

1.1 定義型腔、型芯的插入工件

通過參考點(diǎn)方式，修改工件的尺寸，x軸方向以底面中心點(diǎn)對稱且總長為190mm；y軸方向以底面中心點(diǎn)對稱且總長為180mm；z軸方向總長為175mm，如圖2所示。

圖2 工件尺寸的定義

1.2 型腔布局

考慮到經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)效率及客戶要求，塑件采用一模四腔。通過線性型腔布局，獲得如圖3（a）所示的型腔布置方式。該方案左右兩側(cè)的塑件由于充模路徑不同致使充模時間有差異，影響塑件的成型質(zhì)量。通過型腔布局變換，可以獲得如圖3（b）、3（c）所示的兩種型腔布置方式。如圖3（b）所示的方案，充模路徑最長，塑料熔體流動性下降最多，塑件容易出現(xiàn)冷疤或充填不足現(xiàn)象，不利于不對稱深腔類塑件成型。如圖3（c）所示的方案，深腔部分充模路徑最短，充模壓力和熔體流動性下降最少，是合理的型腔布局方案[4]。

圖3 型腔布置

2 型腔、型芯設(shè)計

2.1 塑件U形槽的補(bǔ)片

利用包容體工具，創(chuàng)建長方體塊。通過修剪體及布爾差運(yùn)算，完成塑件上U形槽的補(bǔ)片，如圖4所示，把補(bǔ)片體定義到型芯。

圖4 塑件槽的補(bǔ)片

2.2 塑件孔的補(bǔ)片

利用曲面補(bǔ)片工具，對塑件上的方孔、圓孔、長圓形孔補(bǔ)片，如圖5所示。

圖5 塑件孔的補(bǔ)片

2.3 塑件表面分析

通過模具分型工具→檢查區(qū)域，對未定義的區(qū)域根據(jù)特征分別指定到型腔和型芯。型腔表面區(qū)域定義的結(jié)果如圖6（a）所示,型芯表面區(qū)域定義的結(jié)果如圖6（b）所示。

圖6 型腔、型芯表面區(qū)域定義

2.4 定義型腔、型芯區(qū)域

定義型腔、型芯區(qū)域設(shè)置時創(chuàng)建區(qū)域和創(chuàng)建分型線；通過有界平面創(chuàng)建分型面；編輯分型面和曲面補(bǔ)片，把曲面補(bǔ)片添加為分型面。通過上述步驟，所定義的型腔如圖7（a）所示，所定義的型芯如圖7（b）所示。

圖7 型腔、型芯

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 模架的選用

一模四腔的模仁鑲塊尺寸380mm×360mm×175mm，因此在模架庫中選擇LKM_SG CI5560，A板厚180mm，B板厚70mm的標(biāo)準(zhǔn)模架。

3.2 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)產(chǎn)品特征，采用頂管及頂桿連合頂出，在深型腔處另設(shè)置一組小頂桿。因?yàn)槭且荒Ｋ那?，因此，頂桿、頂管布置時要選擇“塑件_prod_*”為目標(biāo)位置，拉料桿布置時要選擇“塑件_layout_*”為目標(biāo)位置。頂桿的長度需要根據(jù)型芯表面到推桿底板上平面的距離來確定。推出機(jī)構(gòu)各零件的尺寸見表1。

表1 推出機(jī)構(gòu)零件尺寸 單位：mm

通過頂桿后處理，對頂管、頂桿的頂面進(jìn)行修剪。經(jīng)過修剪處理后，頂出機(jī)構(gòu)與型芯工作表面平齊。設(shè)計的模具推出機(jī)構(gòu)如圖8所示。

圖8 推出機(jī)構(gòu)

3.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

為了適應(yīng)型腔、型芯整體鑲拼的結(jié)構(gòu)，同時考慮到水路的密封及深型腔處的冷卻效果，動、定模兩側(cè)的冷卻水路分別采用疊層式的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵摦a(chǎn)品推出機(jī)構(gòu)的零件比較多，因此冷卻水路的布置空間相對有限。僅憑設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，容易出現(xiàn)冷卻水路與推出機(jī)構(gòu)相互干涉致使模具報廢的現(xiàn)象。利用所建立的3D模型，很方便觀察冷卻水路與推出機(jī)構(gòu)之間的相對位置關(guān)系。該產(chǎn)品所采用的冷卻系統(tǒng)如圖9所示。模架A板、B板與型芯、型腔鑲塊之間還需要采用密封圈密封，保證冷卻水路不泄漏，密封裝置如圖10所示。

圖9 冷卻系統(tǒng)

圖10 冷卻系統(tǒng)的密封裝置

3.4 型腔、型芯鑲塊的數(shù)控加工

型腔、型芯采用整體鑲嵌式的結(jié)構(gòu)，如圖11所示。型腔、型芯鑲件與A板、B板之間采用H7/m6的配合，用M10的螺釘?shù)跹b。

圖11 型腔、型芯鑲件

采用加工中心加工型腔、型芯時，為了實(shí)現(xiàn)順利加工，采取的工藝措施如下。

（1）選用內(nèi)噴式刀桿，實(shí)現(xiàn)深腔排屑。

（2）采用分層飛刀加工，避免加工過程出現(xiàn)振刀。

（3）采用6000r/min以上的轉(zhuǎn)速，0.12mm/r小進(jìn)給進(jìn)行最后的精加工，以保證加工表面的質(zhì)量。

（4）采用3D探針加工過程中的關(guān)鍵尺寸測量。

4 結(jié)論

根據(jù)底座結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用UG NX 10.0 Mold Wizard工具設(shè)計了一模四腔的注射成型模具。文章詳細(xì)介紹了模具設(shè)計流程與設(shè)計方法，提高了模具設(shè)計的可靠性，縮短了模具開發(fā)周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。