基于UG 軟件技術(shù)設(shè)計(jì)注塑模具的研究

李祥偉

（湖南省郴州技師學(xué)院，湖南 郴州 423000）

1 UG 軟件概述

1.1 UG 軟件

UG 軟件能夠成功地對(duì)產(chǎn)品造型、裝配和加工流程進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，從而可以解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)問(wèn)題。UG 軟件中的一項(xiàng)主要功能是創(chuàng)建虛擬的塑膠模具設(shè)計(jì)、加工平臺(tái)，可用于模擬和驗(yàn)證虛擬產(chǎn)品、模具設(shè)計(jì)與制造流程。在采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，可以通過(guò)UG CAD 軟件設(shè)計(jì)模具的三維模型并進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)計(jì)算機(jī)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。它的CAD/CAM 系統(tǒng)具有人機(jī)交互功能，插件應(yīng)用的功能比較強(qiáng)大，即使面對(duì)多種復(fù)雜的實(shí)體和形狀，也可以輕松完成模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)。目前，UG 軟件可以用于脫模方向、模具布局、開(kāi)口和修孔、分型線和面、鑲件和側(cè)芯、型芯和型腔鑲件等塑料模具設(shè)計(jì)。UG 軟件設(shè)計(jì)中有自動(dòng)檢測(cè)工具、標(biāo)準(zhǔn)模架零件的集成庫(kù)，因此，設(shè)計(jì)主要模具結(jié)構(gòu)時(shí)，可以自動(dòng)更新相關(guān)模具零部件。

1.2 UG 的設(shè)計(jì)功能

UG 以其強(qiáng)大的功能成為目前世界上最流行的模具設(shè)計(jì)軟件之一，它最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了“分?！钡墓δ?，這為應(yīng)用UG 軟件進(jìn)行塑料模具的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。模具設(shè)計(jì)中，最重要的工序是“分?！?。UG 軟件主要有3種分模的方法：自動(dòng)、手動(dòng)以及半自動(dòng)分模。其中，半自動(dòng)分模在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用最廣泛，主要是通過(guò)軟件內(nèi)置的模具自動(dòng)分割工具條來(lái)進(jìn)行人工操作，整個(gè)過(guò)程也因此可以稱為“形狀定向”。模塊庫(kù)中包含在模具及制造行業(yè)中常用到的?？驇?kù)和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，用戶在軟件使用中可靈活地從庫(kù)中調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)件，模具零件設(shè)計(jì)的流程被大大簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)效率進(jìn)一步得以提升，使生產(chǎn)具有高難度設(shè)計(jì)的復(fù)雜模具成為可能。

2 UG 軟件的主要分模方法

2.1 手動(dòng)分模法

手動(dòng)分模是運(yùn)用手動(dòng)工具創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模芯、鑲件等，然后在使用“拆分”的模塊上創(chuàng)建出所要求規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)模架，是直接設(shè)計(jì)模板、導(dǎo)向件、緊固件等零件的主要方法。手工分模靈活適用，但對(duì)設(shè)計(jì)工作人員所具備的職業(yè)素質(zhì)和工作經(jīng)驗(yàn)要求甚高。另一種方法是使用Mold Wizard 特有的標(biāo)準(zhǔn)模架工具，其自動(dòng)加載標(biāo)準(zhǔn)模架零件和其他標(biāo)準(zhǔn)件，或者使用插件功能來(lái)進(jìn)行和簡(jiǎn)化手動(dòng)分模設(shè)計(jì)的過(guò)程。插件化建模模塊是國(guó)際公認(rèn)且行之有效的一個(gè)簡(jiǎn)化人工設(shè)計(jì)建模方式的工具，可以迅速根據(jù)模具結(jié)構(gòu)類型快速開(kāi)發(fā)適合產(chǎn)品特性的插件化設(shè)計(jì)，從而有效改進(jìn)產(chǎn)品，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更有效率。

2.2 半自動(dòng)分模法

半自動(dòng)分模使用建模環(huán)境中的各種工具和命令來(lái)創(chuàng)建分型面、修復(fù)斷孔和拆分模具型芯，然后使用分模工具中的區(qū)域分析工具對(duì)模型的動(dòng)態(tài)和固定形狀區(qū)域進(jìn)行分析。Auto Split 工具補(bǔ)充了建模環(huán)境中缺失的分模功能，拆分效率得以進(jìn)一步提升。半自動(dòng)拆分方法允許在不分模的情況下，使用形狀向?qū)Чぞ邔?duì)模具進(jìn)行初始化操作。

2.3 全自動(dòng)分模法

全自動(dòng)分模是指在設(shè)計(jì)模具時(shí)，通過(guò)利用Mold Wizard 中預(yù)設(shè)的分模工具達(dá)到全自動(dòng)分模的目的。但是，如果UG 中加載的產(chǎn)品模型之前沒(méi)有進(jìn)行時(shí)初始化，那么，就無(wú)法使用分模工具中提供的型腔和型芯定義命令進(jìn)行全自動(dòng)拆分。根據(jù)具體型號(hào)劃分動(dòng)、定模芯，然后使用形狀向?qū)砑幽J(rèn)形狀框和默認(rèn)零件工具來(lái)完成默認(rèn)形狀框。在全自動(dòng)分割模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也可以使用加載相關(guān)的外部開(kāi)發(fā)模具框架和標(biāo)準(zhǔn)零件。

3 運(yùn)用UG 軟件設(shè)計(jì)注塑模具的注意事項(xiàng)及對(duì)策

3.1 頂針的加載過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法

（1）當(dāng)頂針具有相同的直徑，但它們所處高度不同，無(wú)法同步進(jìn)行裝載。頂針的直徑大小相同但是它們?cè)谀＞咔恢械南鄬?duì)放置的高度不同時(shí)，不能確保能夠同時(shí)加載到所有的頂針。這是因?yàn)椋绻瑫r(shí)裝載了所有頂針，這些頂針就會(huì)被系統(tǒng)設(shè)置為同名，在后續(xù)的頂針加工操作中，便無(wú)法精確區(qū)分它們的切邊高度，所以不能同時(shí)裝載幾種不同高度位置上的頂針。這可以防止頂針在相同高度位置時(shí)產(chǎn)生相同的命名，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行后續(xù)處理。為避免此問(wèn)題，在使用全自動(dòng)拆分方法時(shí)，請(qǐng)?jiān)诤筇幚斫缑娴脑O(shè)置中選取“另存為非重復(fù)部分”的這個(gè)選項(xiàng)。

（2）在放置頂針操作中，位置坐標(biāo)務(wù)必要確認(rèn)重置為0.5 或0，這樣的設(shè)置也是為了更加方便對(duì)頂針孔位置進(jìn)行加工。設(shè)置負(fù)載頂針器的參數(shù)具體的操作及步驟方法如下：點(diǎn)擊標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)圖標(biāo)，然后選擇頂出器的廠家、頂出器類型和頂出器放置、頂出器放置點(diǎn)法、頂出器相關(guān)參數(shù)的最佳選擇。在后續(xù)的后處理中，可以自動(dòng)將頂桿切割出芯面，從而可以將頂桿長(zhǎng)度調(diào)整得更長(zhǎng)，例如，頂針直徑、定型、長(zhǎng)度，完成后點(diǎn)擊更改。更改完成后，單擊“應(yīng)用”，出現(xiàn)“拾取點(diǎn)”對(duì)話框，允許設(shè)置頂針的坐標(biāo)。拖動(dòng)將頂針移動(dòng)到X 或Y 方向的目標(biāo)位置，調(diào)整檢測(cè)間隔，使頂針主要放在坐標(biāo)值0.5 或0的末端，重新添加頂針。而同樣高度的0.5 或1 高度可以直接使用復(fù)制模式。如果要貼裝不同的頂針，需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行重新選擇，然后設(shè)置好不同的頂針參數(shù)，重新對(duì)頂針貼裝的位置進(jìn)行選擇。

3.2 注射器裝配問(wèn)題及解決方法

在安裝針筒總成前，首先，要明確針筒和司筒的規(guī)格及選用原則。司筒的直徑要在內(nèi)控直徑和筒的外徑之間，并應(yīng)符合頂針現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。如不能，可考慮按尺寸進(jìn)行定制。特別要注意的是，在司筒裝上后出現(xiàn)需要用后處理指令切割司筒管，但是司筒針卻無(wú)法切割的問(wèn)題，導(dǎo)致司筒針頭與塑料孔徑之間不相互匹配。有效的解決方法是首先將套筒銷定義為機(jī)加工零件，使用裝配命令中的鏈接功能，在連接對(duì)話框中選擇“主體”作為處理的“類型”，并從套筒上選擇銷頭的形狀。司筒針在穿過(guò)模具嵌件時(shí)，其中穿過(guò)部分的長(zhǎng)度是已用到的司筒針長(zhǎng)度，最后，再通過(guò)對(duì)司筒針加長(zhǎng)和對(duì)司筒針進(jìn)行重建的裝配步驟來(lái)專門修復(fù)該長(zhǎng)度。

3.3 一個(gè)模具預(yù)裝多個(gè)頂針的解決方法

當(dāng)使用多個(gè)頂針裝入一個(gè)模具時(shí)，手動(dòng)分模模式要求在不同的預(yù)安裝位置，將多個(gè)頂針手動(dòng)添加到坐標(biāo)位。相對(duì)自動(dòng)分模模式，在只裝入一個(gè)頂針后，軟件就會(huì)自動(dòng)在其他地方自動(dòng)設(shè)置裝入頂針。當(dāng)要裝入的頂針的數(shù)量龐大，手動(dòng)添加就會(huì)非常煩瑣，會(huì)導(dǎo)致操作量激增。在遇到該情況時(shí)，可以將移動(dòng)距離和角度轉(zhuǎn)換的功能、線陣復(fù)制和旋轉(zhuǎn)復(fù)制這些指令進(jìn)行結(jié)合使用，頂針的裝載效率會(huì)提高。相關(guān)操作界面如圖1 所示。

圖1

4 UG 軟件設(shè)計(jì)注塑模具的應(yīng)用分析

4.1 設(shè)計(jì)流程

第一，需要先將塑膠產(chǎn)品的圖紙文件或者產(chǎn)品的樣品輸入到定位模塊，然后再按照模塊給定的產(chǎn)品圖紙要求或客戶要求的產(chǎn)品的具體性能、精度參數(shù)和外觀要素來(lái)創(chuàng)建和修改3D 實(shí)體模型樣品的數(shù)據(jù)。第二，根據(jù)所用模具件的規(guī)格、具體尺寸、坐標(biāo)、材料要求等以及模具的性能參數(shù)選擇相對(duì)適合的模具規(guī)格。再根據(jù)獲得的所有3D 實(shí)體信息、模具材料自身的表面收縮率值和表面加工尺寸的精度要求來(lái)選擇型芯面尺寸和型腔面，并相應(yīng)地將3D 體按一定比例放大，型芯面、型腔面等可以選擇相應(yīng)的尺寸。第三，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往需要快速處理這些來(lái)自工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算模塊反饋的各種信息，完成其對(duì)每件模具設(shè)備和模具產(chǎn)品間的三維實(shí)體模型尺寸的設(shè)計(jì)。根據(jù)可選的各種注塑件產(chǎn)品的物理特性和設(shè)計(jì)精度要求，再結(jié)合注塑材料本身的收縮率，選擇出合適規(guī)格的模架材質(zhì)和型腔材料。第四，設(shè)計(jì)模具組件和零件，創(chuàng)建3D 實(shí)體模具圖。最后，完成模具整體的設(shè)計(jì)。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

利用UG 軟件的Mold Wizard 模塊設(shè)計(jì)一個(gè)基礎(chǔ)圓盤零件。零件結(jié)構(gòu)只有一側(cè)和出口方向，型腔外有凹坑和水平型芯，便于成型和出模。

第一步，設(shè)計(jì)模具的3D 模型圖。利用軟件內(nèi)置零件庫(kù)，從中選擇出符合設(shè)計(jì)要求的成品零件。根據(jù)客戶不同的設(shè)計(jì)要求再進(jìn)行適當(dāng)修改，最終確定三維模型圖。第二步，將圓盤零件上的3D 模型數(shù)據(jù)輸入導(dǎo)向模塊，確定所需要的材料、建立模型坐標(biāo)系、確定材料設(shè)計(jì)過(guò)程中的收縮率等基本參數(shù)，還要做到工作坐標(biāo)系與所建的模具坐標(biāo)系相互準(zhǔn)確匹配，注意設(shè)置的方向?yàn)?+ZC，分型面方向?yàn)?XC-YC。確保產(chǎn)品的尺寸精度符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，導(dǎo)向模塊系統(tǒng)會(huì)根據(jù)產(chǎn)品所能使用的材料來(lái)自動(dòng)計(jì)算斷面收縮率。同時(shí)，需要考慮生產(chǎn)批次、有無(wú)內(nèi)切刀取芯結(jié)構(gòu)和外切芯結(jié)構(gòu)等。初始框架設(shè)計(jì)工作完成后，需要手動(dòng)選擇坐標(biāo)系“自動(dòng)對(duì)齊中心”，在添加模架時(shí)，啟用坐標(biāo)系與初始框架坐標(biāo)系之間的自動(dòng)對(duì)齊功能。第三步，利用分型面的創(chuàng)建、分型線的創(chuàng)建、核心和空洞區(qū)域提取、核心和空洞創(chuàng)建等內(nèi)建功能自動(dòng)完成模具的分割，是準(zhǔn)確快速分析模型的最關(guān)鍵。在分型面的整個(gè)創(chuàng)建過(guò)程中，注意要修復(fù)好零件損壞的表面，用實(shí)體來(lái)填充零件側(cè)面的孔洞，使用自動(dòng)搜索的功能來(lái)創(chuàng)建分型線，分型線如果不是一個(gè)平滑的曲線，注意應(yīng)該采取創(chuàng)建分型線來(lái)創(chuàng)建出一個(gè)連續(xù)的分型面，不能被斷開(kāi)。創(chuàng)建型芯和型腔時(shí)，應(yīng)優(yōu)先注意選擇整個(gè)型腔表面或型芯區(qū)域。第四步，在設(shè)計(jì)中插入模具框架以及使用零件庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)完成模具的核心結(jié)構(gòu)。然后使用軟件模塊中的自定義框架功能，為其設(shè)計(jì)定制模具的框架，然后使用標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)、裝配功能、零配件功能添加模具零件澆口套、螺栓、定位環(huán)和頂桿、標(biāo)準(zhǔn)零件等，設(shè)計(jì)模具的頂桿、滑塊和核心結(jié)構(gòu)。第五步，完成設(shè)計(jì)。在完成必要的設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)其他輔助系統(tǒng)，如澆注、冷卻系統(tǒng)等。

5 結(jié)語(yǔ)

模具是塑料制品制造的基礎(chǔ)，對(duì)于塑料制品的加工制造具有重要的作用。因此，在注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先必須能夠靈活運(yùn)用模具設(shè)計(jì)軟件工具和命令，對(duì)模具結(jié)構(gòu)有透徹的理解，才能夠快速、高效、合理地設(shè)計(jì)出滿足客戶要求的模具。其次，熟練的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和完善的設(shè)計(jì)方法，來(lái)源于大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在使用UG 軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，也是一樣的?？傮w而言，UG 軟件相對(duì)傳統(tǒng)塑膠模具設(shè)計(jì)非常方便快捷，可以快速縮短塑料模具的開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)降低設(shè)計(jì)難度。因此，UG 軟件的引入使塑料模具設(shè)計(jì)更加高效和人性化。