基于UG的塑件盒下蓋的注射模具設計

李艷娟，孫繼富

（1.沈陽理工大學材料科學與工程學院，遼寧 沈陽110159；2.核工業地質局沈陽二四五大隊，遼寧 沈陽110122）

0 前言

現代模具向精密、復雜、大型方向發展，計算機輔助設計（CAD）/計算機輔助制造（CAM）技術已經得到廣泛應用。UG Mold Wizard是UG軟件中的一個智能化、參數化的注塑模具設計模塊。Mold Wizard為設計模具的分型、型腔、型芯、滑塊、嵌件、推桿、為復雜型芯和型腔輪廓創建電火花加工的電極以及模具的模架、澆注系統和冷卻系統等提供了方便、快捷的設計途徑，最終可以生成與產品參數相關的、可用于數控加工的三維模具。本文以塑件盒下蓋為例介紹UG環境下應用Mold Wizard模塊進行塑料注塑模具設計的全過程。

1 Mold Wizard模具設計過程

圖1為Mold Wizard模塊設計模具的流程圖，流程圖的左邊4個步驟是模具設計者在使用Mold Wizard之前最先要考慮的準備階段，前三步是創建和判斷一個三維實體模型能否用于模具設計，一旦確定使用該模型作為模具設計的依據，則必須考慮怎樣進行下一步的模具設計，這就是第四步所表示的意義。流程圖的右邊是使用Mold Wizard進行模具設計的全過程，遵循模具設計的一般規律，包括從讀取產品模型開始，如何確定和構造拔模方向、收縮率、分型面、型芯、型腔、滑塊、模架及其標準零部件、模腔布局、澆注系統、冷卻系統、模具零部件清單等。

2 塑件分析

2.1 塑件結構分析

某塑件盒下蓋如圖2所示，運用UG軟件三維造型技術對塑件進行實體建模，塑件表面品質要求較高，大批量生產。塑件的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），該材料具有較好的力學強度和較高的沖擊韌性，耐化學性能和電性能良好，尺寸穩定，易于成型。塑件內部結構較為復雜，其上有一個三爪卡扣和若干導流槽。三爪卡扣的3個凹槽尺寸不同，目的是為了定位盒蓋，導流槽的作用是疏導氣流和增加表面強度。

圖1 使用Mold Wizard模塊模具設計流程圖Fig.1 Flow chart of using the Mold Wizard module mold design

圖2 塑件盒下蓋Fig.2 Bottom cover of the plastic parts

2.2 塑件成型分析

在模具設計中，采用一模兩腔布局，由于塑件美觀，在模具設計中采用潛伏式點澆口，澆口的位置設置在塑件盒底的周邊圓柱面側壁上，熔料經過塑件盒底側壁充滿整個型腔，采用頂桿頂出方式，復位桿復位，冷卻采用水冷方式，冷卻水孔直通式布置。塑件盒內部結構較復雜，本模具設計的關鍵就是塑件的分型設計，如何快速準確地將工件分割為型芯和型腔兩部分。

3 Mold Wizard模具設計實例

3.1 項目初始化設計

進入Mold Wizard模塊后，首先打開塑件盒下蓋塑件，定義材料及其相應的收縮率，接著確定模具坐標系，定義工件尺寸和確定型腔布局。在Mold Wizard模具設計中，默認＋Z方向為開模方向，而在產品設計過程中，為了設計方便，有時不一定考慮開模方向來進行產品建模。因此，要設置模具坐標系的原點必須落在模架分型面上，且＋Z方向指向模具的注入口。為了提高生產效率，采用一模兩腔。矢量選擇Y軸，布局類型選擇矩形，型腔數為2，開始布局并自動對準中心。

3.2 修補開放面

產品在分型過程中需要對開放面進行修補，零件的修補方式包括修補片體和添加包容塊等，塑件盒下蓋由于三爪卡扣的輪廓邊較為復雜，所以應用Mold Wizard模塊的修補片體和修補快功能將非常麻煩。為了簡化產品的分型，對零件進行手動修補塊修補三爪卡扣結構，然后運用自動分模方法生成初始的型腔，再手動將修補塊添加在型腔上面，最后生成塑件盒下蓋實際的型芯和型腔。

在建模環境下對產品進行手動修補，點擊“有界平面”選擇曲線，如圖3所示。再通過“加厚”命令，將片體轉化成為實體，最后進行布爾運算，結果如圖4所示。

圖3 有界平面Fig.3 Bounded plane

圖4 實體修補Fig.4 Sol id patch up

3.3 分型設計

（1）創建分型線

分型線是塑料與模具相接觸的邊界線，正確的分型線投影應位于塑件在模具方向（Zc）上的最大截面處，這樣才能使塑件從模具中順利脫模[1]。首先要對零件進行區域分析，點擊“計算”，然后點擊“區域”，將交叉豎直面定義到型腔區域，選擇“定義區域”，創建區域和分型線，如圖5（a）所示。

（2）創建分型面

分型面是模具的定模和動模的接觸面，模具開模后由此取出澆注系統或塑件。由分型線生成分型面的方法有很多：延伸、邊界平面、掃描和延展曲面等。點擊“設計分型面”，選擇“有界平面”，生成分型面如圖5（b）所示。

圖5 塑件盒下蓋的分型線和分型面Fig.5 Parting line and surface for bottom cover of plastic parts

（3）創建型腔和型芯

單擊“分型管理器”對話框上的“抽取區域和分型線”，查看“定義區域”對話框，若分模零件上的面的總數等于型芯、型腔上的面的總數，可完成區域的抽取[2]。勾選“創建區域”和“創建分型線”，即可進行分模。

（4）手工修補型腔

對生成的型腔進行修補，將修補塊補在型腔上面，通過抽取零件上表面孔的輪廓線，用“復合曲線”命令將抽取出來的輪廓線利用關聯復制到型腔上，并通過拉伸、倒圓角和布爾運算，將修補的塊與生成的型腔處理成一個實體。型芯和處理后的型腔效果如圖6（a）、（b）所示。由于模具中采用一模兩腔，將分型后的兩型腔合并成一個型腔整體加工即可。在注塑模工具中點擊合并腔，其效果如圖6（c）所示。

3.4 注塑模的整體設計

（1）添加模架

模具主要用于型芯和型腔的裝夾、頂出和分離機構，能夠提高生產率，便于機械操作。標準模架由結構、型式和尺寸都已標準化系列化，并且具有一定互換性的零件組合而成。Mold Wizard提供了許多標準模架供用戶使用，用戶可以根據需要靈活地定制模架的幾何參數。使用系統提供的模架將可極大地提高模具系統的設計效率，同時又不失設計的靈活性。本套模具選用DME 2B型模型，并根據實際計算修改模架的幾何參數。

圖6 創建的型腔-型芯和模具中的型腔Fig.6 Created cavity-core and the cavity of theinjection mold

（2）添加標準件及標準件的成型

Mold Wizard提供了大量的標準件來完成模具的設計，使用這些標準件能夠顯著地提高設計的效率。主要包括定位圈、澆口套、頂桿、芯桿、復位桿、拉料桿、導向機構、螺釘、支撐柱和限位釘等。

當添加標準件后，還要對所添加的標準件進行修剪、重定位和建腔等操作，通常稱之為標準件的成型。頂桿是脫模和復位機構的常用元件，頂桿可以在“標準件管理”對話框中加入，所加入的頂桿的長度和形狀都是標準尺寸，一般與產品的形狀和尺寸不能匹配。但是在實際應用中經常需要頂桿的長度適合型腔的位置，而且頂桿的頭部形狀要與型芯的曲面適應。圖7給出了頂桿的形狀和位置，頂桿的頭部與型芯表面曲線相一致，為防止型芯轉動頂桿的底部做成半圓形。

圖7 頂桿的位置和形狀Fig.7 Position and shape of the ejector pins

（3）澆注系統和冷卻系統的設計

澆注系統是引導塑料進入模腔的流道系統，其位置和尺寸決定著注射壓力損失、熱量散失、摩擦損耗的大小和填充的速度。澆口是熔料從流道進入型腔的入口，澆口的選擇和設計直徑影響塑件成型，本設計由于塑件表面品質要求較高，采用潛伏式澆口。

冷卻系統設計2個基本原則，即冷卻要迅速、冷卻要均勻。只有通過較多的冷卻通道和較大的流量，以及合適的介質溫度來達到。本設計采用堵頭來控制冷卻水流向，冷卻水沿規定的回路流動。

（4）建腔

在所設計的模具中，加入了所有的標準件及澆口、流道、冷卻管道等。完成模具設計的最后一步便是建腔。在模具設計的最后階段使用建腔功能，首先，因為建腔時對每個腔體的工具體作Wave鏈接，會引起更新操作變慢；其次，如果標準件移到了先前所選的建腔目標體的外面，模架更新將會失敗。模具整體結構三維設計如圖8所示。

圖8 模具整體結構Fig.8 Overall structure of the mold

4 結論

（1）在模具設計過程中可以充分利用UG的實體建模功能來簡化復雜零件的分型過程，通過采用修補塊修補塑件的分型設計方法和技巧，快速準確地生成模具的型腔和型芯，并介紹UG環境下應用Mold Wizard模塊完成塑件盒下蓋注塑模設計的全過程；

（2）利用UG軟件可以有效保證注塑模設計的準確性，能實現較復雜塑料模具的快速設計，并能為后續的CAM提供準確的加工模型，實現模具CAD/CAM一體化。

[1]周小輝，韓 寧.UG NX 8.0中文版模具設計高手速成[M].北京：電子工業出版社，2012：3.

[2]展迪優.UG NX 8.0模具設計實例精解[M].北京：機械工業出版社，2012：3.