塑料模具設(shè)計(jì)的塑件擺正方法探討

陳瑞兵

（東莞理工學(xué)校，廣東東莞 523470）

1 引言

模具設(shè)計(jì)在分型時(shí)，分型面會(huì)選擇塑件橫截面尺寸最大的位置。同時(shí)，為了更好地脫模，塑件通常會(huì)將側(cè)壁進(jìn)行拔模處理。而分型面的常見類型通常有3種：平面、曲面以及階梯面。當(dāng)模具設(shè)計(jì)師拿到塑件后，需要第一時(shí)間將塑件擺正處理，才能進(jìn)行后面的工作。這些拔模面、特殊分型面、曲面外觀等復(fù)雜情況的組合出現(xiàn)，使擺正操作難度加大。通過UG 軟件的應(yīng)用，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，依次介紹常見的幾種擺正方法，這些方法不局限于UG 軟件，只要掌握好操作思路，在其它3D軟件中一樣適用。

2 法向定位法

2.1 塑件特征介紹

常見的塑件是由平頂與側(cè)壁組成的，這類塑件的特點(diǎn)是外觀面的局部位置有與“XY平面”相平行的平面，而其分型面也為平面，同樣與XY平面平行，如圖1所示。對(duì)于這類塑件，通常只需要確定出某一個(gè)平面的法向方向，就可以確定出+Z方向了。

2.2 Z軸方向的確定

點(diǎn)擊菜單中的“格式”|”WCS”|”定向”命令，彈出“CSYS”對(duì)話框，如圖2所示?！绢愋汀窟x擇“自動(dòng)判斷”；【定義CSYS 對(duì)象】選擇圖1 中的平面1、平面2、平面3均可，此時(shí)可以在塑件上看到一個(gè)彩色的工作坐標(biāo)系，如圖3所示。該坐標(biāo)系的+Z軸就是“所選平面”的法向方向，它垂直于“所選平面”。

若選擇的是圖1中的平面3，坐標(biāo)系的Z軸應(yīng)該是向下的，此時(shí)只需要點(diǎn)擊“CSYS”對(duì)話框的確認(rèn)。然后點(diǎn)擊菜單中的“格式”|”WCS”|”顯示”命令，將工作坐標(biāo)系顯示出來(lái)，再雙擊塑件上的工作坐標(biāo)系，使其處于“動(dòng)態(tài)”調(diào)整狀態(tài)，接著雙擊一下Z軸上的黃色箭頭，就可以讓Z軸向上了，如圖4所示。

2.3 X、Y軸方向的確定

在確定好Z 軸方向后，還需要調(diào)整+X 軸與+Y 軸的方向，雙擊塑件上的“工作坐標(biāo)系”，使其處于“動(dòng)態(tài)”調(diào)整狀態(tài)，點(diǎn)擊一下X軸上的黃色箭頭，接著選擇塑件上的短邊，使箭頭的矢量方向與短邊直線方向一致，如圖5所示。這一操作過程的原理是在單獨(dú)確定X/Y/Z軸矢量方向時(shí)，UG軟件中“工作坐標(biāo)系”的原點(diǎn)是不移動(dòng)的，而且若選擇的直線與Z 軸方向保持垂直，也不會(huì)影響到Z軸方向。

2.4 移動(dòng)對(duì)象

前面所描述的過程只是將“工作坐標(biāo)系”相對(duì)于“產(chǎn)品”對(duì)齊，但實(shí)際上“塑件”相對(duì)于“絕對(duì)坐標(biāo)系”仍然是斜的。接著點(diǎn)擊菜單欄中的“編輯”|“移動(dòng)對(duì)象”命令，此時(shí)彈出“移動(dòng)對(duì)象”窗口對(duì)話框，如圖6所示。

【對(duì)象】選擇當(dāng)前的塑件；【運(yùn)動(dòng)】選擇“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】點(diǎn)擊“CSYS對(duì)話框”按鈕，彈出“CSYS”對(duì)話框，在類型一欄中選擇“動(dòng)態(tài)”，再點(diǎn)擊確定；【指定終止CSYS】點(diǎn)擊“CSYS 對(duì)話框”按鈕，在彈出的“CSYS”對(duì)話框中的類型選項(xiàng)一欄選擇“絕對(duì)CSYS”，點(diǎn)擊確定；【結(jié)果】選擇“移動(dòng)原先的”，最后點(diǎn)擊“確定”，就可以看到塑件的位置已經(jīng)發(fā)生了變化。

2.5 工作坐標(biāo)系恢復(fù)至絕對(duì)坐標(biāo)系的位置

由于UG軟件中“絕對(duì)坐標(biāo)系”是看不到的，因此，為了驗(yàn)證“塑件”是否已經(jīng)與“絕對(duì)坐標(biāo)系”對(duì)齊了，可以點(diǎn)擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設(shè)置為絕對(duì)”命令，最終的結(jié)果如圖7所示。原理解釋：開始時(shí)將“工作坐標(biāo)系”與“塑件”對(duì)齊，這時(shí)“工作坐標(biāo)系與塑件”都是不正的，然后利用“移動(dòng)對(duì)象”命令，以與塑件相關(guān)聯(lián)的“動(dòng)態(tài)工作坐標(biāo)系”的方位作為參考，將塑件移動(dòng)到“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上。

3 “骨位”擺正法

3.1 塑件特征介紹

有時(shí)遇到的塑件形狀結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，“骨位”也非常多，例如圖8所示的塑件。整體上看，仍然是外凸內(nèi)凹的特征結(jié)構(gòu)。一般情況下，要保證塑件在開模后應(yīng)保留在動(dòng)模部分，因此，可以初步判斷出+Z軸脫模的大致方向，讓外凸的表面朝向+Z方向，讓內(nèi)凹的槽及腔體朝向-Z方向。

3.2 通過骨位找正Z軸矢量

塑件中總會(huì)出現(xiàn)一些較小的特征，它們由于尺寸小，有使用、裝配和成型要求，并未進(jìn)行拔模處理。因此，可以沿著預(yù)判的+Z方向進(jìn)行觀察，在塑件的周圍尋找特殊的骨位的邊線，如圖9所示。可以發(fā)現(xiàn)這類塑件存在了大量的與預(yù)判+Z 軸方向一致的邊線，那么就可以考慮利用這些邊線來(lái)進(jìn)行擺正。

點(diǎn)擊菜單欄中的“格式”|“WCS”|“原點(diǎn)”命令，將“工作坐標(biāo)系”的原點(diǎn)，移動(dòng)至“骨位邊線”的端點(diǎn)上；然后點(diǎn)選一下坐標(biāo)系中Z 軸方向的黃色箭頭，接著選擇“骨位”上的豎邊，使坐標(biāo)系的Z 軸矢量方向與豎邊對(duì)齊；同時(shí)，可以看到該骨位的豎邊與橫邊是垂直的，也可以嘗試一同將X 軸或Y 軸與橫邊對(duì)齊，如圖10所示。

3.3 脫模方向的驗(yàn)證操作

前面的操作只是預(yù)判，方向是否真的正確還需要進(jìn)行檢驗(yàn)。點(diǎn)擊菜單欄上的“分析”|“形狀”|“斜率”命令，彈出“矢量”對(duì)話框，【類型】選擇ZC 軸，并確定。在新彈出的“面分析-斜率”對(duì)話框中，設(shè)置【最小值】：-0.1；設(shè)置【最大值】：0.1；并窗選整個(gè)塑件，最后點(diǎn)擊確定，如圖11所示。

3.4 驗(yàn)證分析

通過“斜率”分析后，從+Z向-Z方向觀察，可以看到顏色一致；而從-Z向+Z方向觀察，其內(nèi)部表面的云圖分析顏色也是一致的；最后在觀察一下周圍，看看是否在“一個(gè)表面”上存在兩種顏色并存的現(xiàn)象出現(xiàn)。如果定模面與動(dòng)模面的交線處顏色不同、邊界處清晰可見，層次分明，就可以判斷+Z 方向已經(jīng)找正了，如圖12所示。

3.5 塑件移動(dòng)與坐標(biāo)系復(fù)位

前面的操作只是將“工作坐標(biāo)系”與“塑件”對(duì)齊，并通過“工作坐標(biāo)系”的Z軸方向進(jìn)行斜率分析，來(lái)判斷是否能通過此處的“骨位”對(duì)塑件進(jìn)行擺正的過程。接下來(lái)還需要將“塑件”移動(dòng)到“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上，并將“工作坐標(biāo)系”復(fù)位至“絕對(duì)坐標(biāo)系”進(jìn)行重合。點(diǎn)擊菜單欄中的“編輯”|“移動(dòng)對(duì)象”命令，同之前的步驟一樣，【運(yùn)動(dòng)】選擇“CSYS到CSYS”；【指定起始CSYS】選擇“動(dòng)態(tài)”；【指定終止CSYS】選擇“絕對(duì)CSYS”，將塑件從當(dāng)前的位置移動(dòng)至“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上；然后還需要將“工作坐標(biāo)系”一同移動(dòng)過去，點(diǎn)擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設(shè)置為絕對(duì)”命令即可。

4 “十字交叉”擺正法

4.1 塑件特征分析

當(dāng)塑件沒有與XY 坐標(biāo)平面相平行的表面，且骨位、扣位的側(cè)面都進(jìn)行了拔模處理，無(wú)法應(yīng)用前兩種擺正方法時(shí)，可以嘗試采用“十字交叉法”進(jìn)行擺正。如圖13所示，該塑件的內(nèi)部骨位較多，且假設(shè)骨位側(cè)面都進(jìn)行了拔模處理。

4.2 “十字交叉”法找正原理

在圖13 所示塑件的右下方可以看到兩個(gè)相互交叉的“骨位”，這兩個(gè)骨位都分別做了拔模。如圖14所示，顯然通過拔模后的表面，求出其兩面的交線得到的肯定不是+Z 方向。因此，要先分別求出骨位兩側(cè)面的對(duì)稱平面，然后通過兩個(gè)對(duì)稱平面求出交線，該交線即為Z 軸方向。這里特別需要強(qiáng)調(diào)的是找到的兩個(gè)骨位的拔模面必須是平整的平面才可以使用此方法，具體操作如下。

4.3 繪制對(duì)稱平面求交線

點(diǎn)擊菜單欄“插入”|“基準(zhǔn)/點(diǎn)”|“基準(zhǔn)平面”命令，彈出“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框，【類型】選擇“二等分”；【第一平面】選擇“平面1”；【第二平面】選擇“平面2”；點(diǎn)擊確定求出第一個(gè)骨位的對(duì)稱平面，并用同樣的方法求出第二個(gè)對(duì)稱平面，如圖15所示。

在三維設(shè)計(jì)軟件中，基準(zhǔn)平面看似較小，實(shí)際上是無(wú)限大的，因此，兩個(gè)相交的“基準(zhǔn)平面”一定會(huì)形成“交線”。點(diǎn)擊菜單欄“插入”|“來(lái)自體的曲線”|“求交”，【第一組】選擇面選項(xiàng)，選擇圖15 中的“對(duì)稱平面1”；【第二組】則選擇“對(duì)稱平面2”；至此交線就被求得。

4.4 移動(dòng)坐標(biāo)系找正Z軸

點(diǎn)擊菜單欄“格式”|“WCS”|“原點(diǎn)”，選擇“交線”的下方末端“端點(diǎn)”，點(diǎn)擊確定，如圖16a所示。雙擊繪圖區(qū)中的“工作坐標(biāo)系”，使其處于激活狀態(tài)，點(diǎn)擊Z軸上的黃色箭頭，并選擇“交線”，使Z 軸的矢量方向與“交線”對(duì)齊，如圖16b所示。

4.5 斜率分析

點(diǎn)擊菜單欄上的“分析”|“形狀”|“斜率”命令，【類型】選擇ZC軸。在“面分析-斜率”對(duì)話框中，設(shè)置【最小值】：-0.1；設(shè)置【最大值】：0.1；并窗選整個(gè)塑件，點(diǎn)擊確定，結(jié)果如圖17 所示，可以看到沿著Z 軸方向塑件的正面、反面的顏色不同，邊界輪廓清晰，因此，可以判斷出WCS的Z軸方向即塑件的脫模方向。

4.6 塑件移動(dòng)與坐標(biāo)系復(fù)位

上述過程只介紹了+Z軸的擺正方法，X軸與Y軸的矢量方向需要結(jié)合模具設(shè)計(jì)的實(shí)際情況去處理，這里就不再敘述了。接下來(lái)仍需要將“塑件及工作坐標(biāo)系”移動(dòng)到“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上。點(diǎn)擊菜單欄中的“編輯”|“移動(dòng)對(duì)象”命令，【運(yùn)動(dòng)】選擇“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】選擇“動(dòng)態(tài)”；【指定終止CSYS】選擇“絕對(duì)CSYS”，將塑件移動(dòng)至“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上，并點(diǎn)擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設(shè)置為絕對(duì)”命令。

5 抽取虛擬曲線法

5.1 塑件特征分析

從圖18 中可以看出，塑件的周圍都進(jìn)行了拔模，整體外觀均由曲面組成，且俯視下的外輪廓為圓形。塑件上沒有合適的“骨位、裝配位”進(jìn)行擺正，也沒有“十字交叉”的“骨位”通過求交線去擺正。

5.2 虛擬曲線找正原理

考慮到該塑件的外輪廓是由類似圓柱面生成的，因此，可以在其外輪廓表面上找到是否存在規(guī)則圓弧面，點(diǎn)擊菜單欄“分析”|“幾何屬性”，彈出“幾何屬性”對(duì)話框，將鼠標(biāo)移動(dòng)至塑件的外輪廓曲面上，觀察“曲率半徑”的變化，若曲率半徑保持不變，則判定該曲面為規(guī)則的圓弧面，如圖19所示。只有規(guī)則的圓弧面才可以通過命令抽取圓弧面的出“虛擬的中心線”，而這個(gè)虛擬的中心線就是+Z軸的準(zhǔn)方向，但還需進(jìn)行調(diào)整。

5.3 抽取虛擬曲線擺正法

點(diǎn)擊菜單欄“插入”|“來(lái)自體的曲線”|“抽取虛擬曲線”，【類型】選擇“旋轉(zhuǎn)軸”，然后用鼠標(biāo)選擇圖19中的規(guī)則圓弧面1，生成“虛擬中心線”，如圖20所示。

5.4 工作坐標(biāo)系的定位

點(diǎn)擊菜單欄“格式”|“WCS”|原點(diǎn)，將原點(diǎn)定位至“虛擬中心線”的底端“端點(diǎn)”處并確定。接著雙擊“工作坐標(biāo)系”，使其處于“動(dòng)態(tài)”激活狀態(tài)，單擊Z軸上的黃色箭頭并選擇“虛擬中心線”，使兩者對(duì)齊，如圖21所示。

5.5 斜率分析

點(diǎn)擊菜單欄“分析”|“形狀”|“斜率”，根據(jù)前面所描述的過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑件的斜率分析，分析結(jié)果如圖22所示?？梢钥闯鲋車吔缜逦?，定模面與動(dòng)模面斜率基本正確，但是，要知道該塑件是整圈都進(jìn)行了拔模，圖22中的直身面一定存在著拔模角度，所以，還需要進(jìn)行微調(diào)，使整周輪廓面的拔模角度平均。

5.6 WCS重新定位

點(diǎn)擊菜單欄“格式”|“WCS”|“原點(diǎn)”，將“工作坐標(biāo)系”原點(diǎn)放置在圖23中“曲線的中點(diǎn)處”；然后雙擊“工作坐標(biāo)系”，使其處于激活狀態(tài)，拖動(dòng)“旋轉(zhuǎn)點(diǎn)”，將X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)到“原點(diǎn)處與圓輪廓相切”的方向，如圖23所示。

5.7 微調(diào)塑件角度

點(diǎn)擊菜單欄“編輯”|“移動(dòng)對(duì)象”，【運(yùn)動(dòng)】選擇“角度”；【指定矢量】選擇圖23 中的YC 軸方向；【指定軸點(diǎn)】參考“WCS”，其XC=0、YC=0、ZC=0；【角度】以0.1、0.2、0.3、...作為調(diào)整量，通過預(yù)覽模式可以看到此處的直身面傾斜后的顏色變化，如圖24所示。微調(diào)原理及細(xì)節(jié)：以圖25a 的實(shí)體舉例，該圖形兩側(cè)的拔模角為0.5°。當(dāng)塑件歪斜左側(cè)為直身面，此時(shí)右側(cè)的拔模角變?yōu)?°，如圖25b所示；若將塑件順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1°后，右側(cè)變?yōu)橹鄙砻?，此時(shí)左側(cè)的拔模角為1°，如圖25c 所示。在UG 軟件中進(jìn)行斜率分析，直身面與拔模面的顏色是不同的，通過將塑件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，先確定出左側(cè)直身面與右側(cè)直身面塑件旋轉(zhuǎn)變化的角度范圍，然后取其中值就得到了所需調(diào)整的微調(diào)角度。

5.8 移動(dòng)對(duì)象及工作坐標(biāo)系

通過測(cè)試確定本案例中的拔模角為0.75°進(jìn)行微調(diào)后則需要繼續(xù)將“塑件和工作坐標(biāo)系”移動(dòng)至“絕對(duì)坐標(biāo)系”的位置上，移動(dòng)方法前面已經(jīng)介紹過，此處不再重復(fù)敘述。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了4種對(duì)塑件擺正的方法，目的是為了解決在模具設(shè)計(jì)時(shí)遇到塑件方位與模具設(shè)計(jì)的脫模方向不符的問題。重點(diǎn)講解了Z軸矢量方向的擺正技巧，至于X軸與Y軸的方向，要考慮模具的型腔數(shù)量、塑件布局、模具結(jié)構(gòu)等因素的影響。軟件的命令是有限的，但是思維是無(wú)限的，合理使用命令定能解決設(shè)計(jì)問題，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家有所幫助。