UG運(yùn)動(dòng)仿真在注塑機(jī)調(diào)模裝置設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

許 穎，劉華華，雷 波

(湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌 443003)

0 引言

注塑機(jī)調(diào)模機(jī)構(gòu)是合模系統(tǒng)的一部分，在注塑機(jī)合模系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)中有最大模厚和最小模厚，最大與最小模厚的調(diào)整便是依靠調(diào)模裝置來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)模裝置的作用就是調(diào)節(jié)模板距離，同時(shí)還可以調(diào)整合模力的大小。目前常用的合模系統(tǒng)有液壓式和液壓機(jī)械式。在液壓式合模系統(tǒng)中，移動(dòng)模板的行程是由合模油缸的行程來決定的，其最大與最小模厚的調(diào)整是利用合模油缸來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)模行程是移動(dòng)模板行程的一部分，所以該合模系統(tǒng)沒有單獨(dú)的調(diào)模裝置。但對(duì)于液壓機(jī)械式合模系統(tǒng)，如具有代表性的液壓肘桿式合模系統(tǒng)，因?yàn)闄C(jī)械肘桿機(jī)構(gòu)的工作位置固定不變，移動(dòng)模板行程不能調(diào)節(jié)，所以為了安裝不同厚度的模具，擴(kuò)大注塑機(jī)的生產(chǎn)范圍，必須單獨(dú)設(shè)置調(diào)模裝置。

1 調(diào)模裝置

(1) 螺紋肘桿式調(diào)模裝置：該調(diào)模裝置是通過調(diào)節(jié)肘桿的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)模具厚度和合模力的調(diào)整，這種調(diào)模裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、調(diào)節(jié)方便，但螺紋要承受合模力，合模力不宜過大，調(diào)整范圍有限，多用于小型注塑機(jī)。

(2) 動(dòng)模板間大螺母式調(diào)模裝置：該調(diào)模裝置是通過調(diào)節(jié)螺母使動(dòng)模板間距離發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模具厚度的調(diào)節(jié)和合模力的調(diào)整。這種調(diào)模裝置增加了一塊動(dòng)模板，增加了開合模移動(dòng)部分的重量，多用于中小型注塑機(jī)上。

(3) 油缸螺母式調(diào)模裝置：該調(diào)模裝置是通過調(diào)節(jié)合模油缸外圓柱面上的螺紋，使合模油缸沿拉桿向前或向后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模具厚度和合模力的調(diào)整。這種形式調(diào)整方便，主要適用于中小型注塑機(jī)上。

(4) 拉桿螺母式調(diào)模裝置：該調(diào)模裝置是形式比較多的一種，可以采用齒輪調(diào)?；蜴湕l調(diào)模。調(diào)模裝置安裝在后模板上，通過改變后模板的固定位置來實(shí)現(xiàn)模具厚度和合模力的調(diào)整。這種調(diào)模裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整比較方便，但要求在調(diào)整過程中4個(gè)螺母調(diào)節(jié)量保持一致，否則會(huì)因受力不均導(dǎo)致模板發(fā)生歪斜，因此同步精度要求較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。此類調(diào)模裝置在小型注塑機(jī)中可采用手輪驅(qū)動(dòng)調(diào)模，在中、大型注塑機(jī)中采用普通電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)或伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)模，其調(diào)整量則以標(biāo)尺、電子尺或計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。

齒輪調(diào)模裝置(如圖1所示)和鏈條調(diào)模裝置(如圖2所示)都可以運(yùn)用于液壓肘桿式合模系統(tǒng)中。齒輪調(diào)模裝置傳動(dòng)平穩(wěn)性好、精度較高、強(qiáng)度高、噪聲低、傳動(dòng)功率大、效率高，但對(duì)應(yīng)用環(huán)境和潤(rùn)滑條件要求較高，且不適合灰塵較多以及距離較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動(dòng)，制造和安裝精度要求高。鏈條調(diào)模裝置對(duì)應(yīng)用環(huán)境的要求一般，可用在高溫、重載、低速、塵埃較大的環(huán)境中，并且適合較遠(yuǎn)兩軸間的傳動(dòng)。兩者相比，鏈條調(diào)模成本低，但壽命較短；齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)，但要求制造和安裝精度高，成本高。

圖1 齒輪調(diào)模裝置 圖2 鏈條調(diào)模裝置

2 鏈條調(diào)模裝置的設(shè)計(jì)過程

本文運(yùn)用UG軟件以液壓雙曲肘合模系統(tǒng)中的鏈條調(diào)模裝置為例進(jìn)行整體三維實(shí)體建模、裝配及運(yùn)動(dòng)仿真分析，并借助分析結(jié)果對(duì)該裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖3為運(yùn)用UG設(shè)計(jì)液壓雙曲肘合模系統(tǒng)中鏈條調(diào)模裝置的流程。首先運(yùn)用UG軟件的三維建模功能設(shè)計(jì)鏈條調(diào)模裝置的零件，對(duì)整個(gè)合模系統(tǒng)的零件進(jìn)行建模；然后運(yùn)用UG軟件的裝配功能進(jìn)行鏈條調(diào)模裝置的裝配，這需要將整個(gè)合模系統(tǒng)按實(shí)際要求虛擬裝配到位，并通過全面分析判斷裝配過程中是否存在偏差，如果有較大偏差，則需要對(duì)相應(yīng)的零件進(jìn)行修改；如果沒有偏差，再運(yùn)用UG軟件中的運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)鏈條調(diào)模裝置進(jìn)行校調(diào)，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)其開、合模狀態(tài)，觀察虛擬運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的各零部件是否存在干涉，如果存在干涉，則需要對(duì)裝配過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新修正；如果不存在干涉，則最后借助UG軟件虛擬仿真的結(jié)果對(duì)鏈條調(diào)模裝置進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)、尺寸更加精準(zhǔn)。

圖3 運(yùn)用UG設(shè)計(jì)液壓雙曲肘合模系統(tǒng)中鏈條調(diào)模裝置流程

2.1 鏈條調(diào)模裝置零件設(shè)計(jì)

鏈條調(diào)模裝置中主要包括合模系統(tǒng)中的三板(即定模板、移動(dòng)模板和后模板)、肘桿以及鏈傳動(dòng)中的鏈輪、鏈條等，其中三板和肘桿的設(shè)計(jì)在合模系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)時(shí)完成，鏈輪、鏈條和鏈輪螺母在該調(diào)模裝置中的設(shè)計(jì)較復(fù)雜也最重要，利用UG軟件按照鏈傳動(dòng)的實(shí)際參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)鏈板和外鏈板三維模型，設(shè)計(jì)主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪的三維模型，繪制鏈條的安裝軌跡線，其長(zhǎng)度為鏈條節(jié)距的倍數(shù)，從動(dòng)鏈輪與拉桿之間依靠鏈輪螺母連接，如圖4所示。

圖4 鏈條調(diào)模裝置零件三維建模

2.2 鏈條調(diào)模裝置裝配并仿真調(diào)試

利用UG軟件的裝配功能，將所有設(shè)計(jì)并創(chuàng)建好的三維實(shí)體模型組合在一起(如圖5所示)，再通過該軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，調(diào)試該裝置。

圖5 鏈條調(diào)模裝置UG裝配示意圖

鏈條調(diào)模裝置是鏈傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)的組合形式，調(diào)模時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)4個(gè)固定在拉桿上的從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過4個(gè)拉桿末端的鏈輪螺母旋轉(zhuǎn)，使后模板前后移動(dòng)，用以調(diào)整模具間的距離實(shí)現(xiàn)調(diào)模，控制拉桿的彈性變形量，達(dá)到控制合模力的目的。從而避免合模力不足導(dǎo)致模具離縫，發(fā)生注射過程中塑料溢漏現(xiàn)象，同時(shí)也避免合模力過大致使模具變形，制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和不必要的能量消耗，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短。在調(diào)模過程中要保證4個(gè)從動(dòng)鏈輪的步調(diào)一致，保持4個(gè)鏈輪螺母調(diào)節(jié)量一致。

2.3 對(duì)鏈條調(diào)模裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化

調(diào)模裝置作為合模系統(tǒng)中的一個(gè)部分，再加上調(diào)模裝置的校調(diào)在實(shí)際工作過程中運(yùn)用的并不頻繁，因此基本上都與合模系統(tǒng)一起進(jìn)行整體設(shè)計(jì)分析。通常情況下，大批量生產(chǎn)時(shí)使用的模具相對(duì)固定，模具厚度很少發(fā)生改變，調(diào)模裝置啟動(dòng)次數(shù)也相對(duì)較少。小批量生產(chǎn)時(shí)，涉及到的模具種類較多，模具厚度變化較大，依靠調(diào)模裝置擴(kuò)大產(chǎn)能，調(diào)模裝置啟動(dòng)次數(shù)較多。特別是對(duì)于小批量生產(chǎn)，液壓雙曲肘合模系統(tǒng)中的調(diào)模裝置起著至關(guān)重要的作用，會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以考慮運(yùn)用UG軟件對(duì)鏈條調(diào)模裝置進(jìn)行單獨(dú)的輔助設(shè)計(jì)，用以解決生產(chǎn)中的部分問題。

UG軟件中的運(yùn)動(dòng)仿真是基于時(shí)間的一種運(yùn)動(dòng)形式，鏈條調(diào)模裝置在指定的時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)指定該時(shí)間段中的步數(shù)，從而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，可以比較準(zhǔn)確地模擬分析出所設(shè)計(jì)的鏈條調(diào)模裝置的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況。UG軟件中的干涉、測(cè)量和跟蹤功能可以用于檢查鏈條調(diào)模裝置在運(yùn)動(dòng)仿真過程中的動(dòng)態(tài)干涉和最小間隙，可以跟蹤鏈條調(diào)模裝置中各零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得鏈條調(diào)模裝置的特定運(yùn)行位置，有助于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。

鏈條調(diào)模裝置中的鏈傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于鏈傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)仿真中可以分別跟蹤各個(gè)鏈板及鏈輪螺母的位置，檢驗(yàn)其速度和加速度，并通過對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的干涉檢測(cè)檢查該裝置中相關(guān)零部件有可能出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)干涉，比如對(duì)鏈傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)進(jìn)行干涉檢查時(shí)，需要先分別定義兩組檢查實(shí)體，然后在動(dòng)畫中啟動(dòng)干涉檢查，定義該裝置在發(fā)生干涉時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生干涉的部位會(huì)按給定的顏色顯示出來。利用測(cè)量功能可以定義鏈傳動(dòng)調(diào)模裝置中的一組幾何對(duì)象的極限距離，如鏈輪螺母在拉桿上的移動(dòng)距離等，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)激活測(cè)量檢查和暫停功能，便可以動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量的距離值，當(dāng)該裝置運(yùn)動(dòng)超出極限范圍時(shí)會(huì)自動(dòng)停止而產(chǎn)生預(yù)警提示。運(yùn)動(dòng)仿真中的追蹤功能可以在鏈條調(diào)模裝置虛擬運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)步驟中創(chuàng)建一個(gè)復(fù)制的指定幾何對(duì)象，用于分析查看該裝置中某個(gè)指定零部件的運(yùn)行軌跡。

綜上所述，運(yùn)用UG軟件中的運(yùn)動(dòng)仿真可以將鏈條調(diào)模裝置中各零部件之間可能產(chǎn)生的干涉、測(cè)量所得的極限距離以及追蹤各零部件指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是否符合設(shè)計(jì)預(yù)期等真實(shí)地呈現(xiàn)出來，可以根據(jù)分析結(jié)果為設(shè)計(jì)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員優(yōu)化零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

注塑機(jī)是一種綜合性較強(qiáng)的機(jī)電一體化設(shè)備，各個(gè)機(jī)構(gòu)都有著非常重要的作用，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)調(diào)模裝置進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，可以從零件的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)修改和鏈條調(diào)模裝置的虛擬裝配中看到各零部件之間存在的問題，能夠大大簡(jiǎn)化合模系統(tǒng)中調(diào)模裝置的設(shè)計(jì)過程，大幅度降低工作量。同時(shí)，也可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為解決問題提供重要的參考依據(jù)。