基于UG混合裝配的注塑模具設計

2016-07-13 09:03:42劉曉環廣東省國防科技高級技工學校廣東廣州510000

橡塑技術與裝備 2016年12期

劉曉環（廣東省國防科技高級技工學校，廣東廣州 510000）

基于UG混合裝配的注塑模具設計

劉曉環
（廣東省國防科技高級技工學校，廣東廣州 510000）

摘要：注塑模具的3D設計的方法有兩種：自底向上裝配和自頂向下裝配，在實際設計中，這兩種方法常常是結合起來使用的，即混合裝配。本文通過鼠標下蓋的產品模型簡述混合裝配設計的方法和要點。

關鍵詞：注塑模具設計；自底向上；自頂向下；混合裝配

注塑模具是用于成型塑料制品的工具，利用注塑成型是工業、農業、日用制品的一種重要手段，隨著計算機性能的提高和CAD技術的發展，注塑模具的設計也逐步從2D設計過渡到全3D設計。利用全3D設計模具有利于模具的干涉檢查，開模仿真，同時也可以為后續的加工編程提供3D模型。目前我國3D設計模具的主流軟件有ProE、UG、SolidWorks、Cimatron等，UG軟件因其在分模、編程和出工程圖等方面的轉換優越而受到越來越多工廠的青睞。

3D設計的方法有兩種：自底向上（Bottom-up）和自頂向下（Top-down）。

自底向上（Bottom-up）的裝配是先設計好了裝配中的部件幾何模型，再將該部件的幾何模型添加到裝配中，從而使該部件成為一個組件。在實際的裝配過程中，多數情況都是利用已經創建好的零部件直接調入裝配環境中，執行多個約束設置，從而準確定位各個組件在裝配體的位置，完成裝配工作。

自頂向下（Top-down）的裝配方法主要是基于有些模型需要根據實際情況來判斷要裝配件的位置和形狀，也就是說只能等其他組件裝配完畢后，通過這些組件來定位其形狀和位置。自頂向下裝配的優勢在于可以利用裝配體中其他的零部件的幾何特征輔助設計。

在實際設計中，自底向上和自頂向下裝配常常是結合起來使用的，即混合裝配（Combined both Approaches）。

注塑模具是一個有多個系統組成的裝配體，其中每個部分又有若干個零件構成。其設計步驟如下：分模→設計成型零件（包括側抽芯）→設計模架→設計澆注系統→設計頂出系統→設計冷卻系統→設置輔助零件。其中分模、成型零件、澆注系統這些部分都是根據產品的需要設計出來的，并且不同的設計師設計出來的也會有一定的差異，為了保證良好的相關性提高設計速度，適合利用自頂向下的方法。而模架、頂出系統、冷卻系統和輔助零件等大部分都是屬于標準件，由專門的供應商提高，在UG的標準件庫里面可以直接導出來，無需設計師逐個繪制，因此適合用自底向上的方法。大部分教材主要是基于UG注塑模向導（moldwizard）的一種模具設計方法，比較死板，對于已經具有一定基礎的使用者來說，其過程比較繁瑣，容易產生很多垃圾文件，特別是比較大型的模具，垃圾文件多了，整套模具的操作就會變得很慢，在設計中浪費了很多系統運算的時間。又或者由于模具在設計完畢以后客戶需要更改產品，此時要基于moldwizard來修改就更加困難了，因此，在注塑模具的實際操作中，經常是基于moldwizard，結合UG的裝配和建模模塊混合進行模具設計或者修改。

以下通過鼠標下蓋的產品模型簡述其方法和要點。

步驟一：利用注塑模向導導入模型，如圖1。注意導入產品之前應將產品擺放到開模方向與絕對坐標的+Z軸方向一致。如果沒有擺正，雖然在后續中可以利用模具csys的功能定義開模方向，但此時產品文件中的+Z方向和總裝（top文件）的+Z方向是不一致的，容易在不同的文件操作時因為坐標系不一致而出錯。因此，為了方便后續工作，擺正產品的坐標系是明智之舉。導入文件后，在裝配導航器里面會自動產生以下文件，每個文件都以產品的名稱為前綴（如本文例子的模型名稱為cover），top表示總裝，var表示參考模型（即產品），cool表示冷卻系統，fill表示澆注系統，misc表示標準件（即利用moldwizard標準部件庫導入的標準件）會被放在該文件的裝配下，layout表示分模相關零件，如圖2。

圖1　產品模型

圖2　導入模型后自動生成的裝配樹

步驟二：定義好收縮率后利用注塑模向導的分模工具創建分型面。在創建分型面時，要注意分型面的光順性，不夠光順的分型面，會影響加工和裝配。例如本例子如果利用自動創建的分型面會出現如圖3所示問題，必須手工創建，手工利用擴大面和拉伸面創建的分型面如圖4所示，則光順很多。因此，掌握好建模的曲面功能對于分模是很重要的。

圖3　自動生成的分型面

圖4　手動生成的分型面

步驟三：分型。創建好的分型面后即可利用創建型芯和創建型腔的功能分型，該步驟要注意的是定義好產品的型腔面和型芯面，并且要求：型腔面+型芯面=產品面，如果不相等則會導致分型失敗。創建好的型芯如圖5，型腔如圖6所示。

圖5　創建好的型芯

圖6　創建好的型腔

步驟四：進行多型腔設計，該產品可考慮一模兩腔。傳統教材該操會在分模前，利用注塑模向導的型腔布局完成，但在分模前進行布局，如果是遇到大的模型或者是超多腔模具容易拖慢計算機速度，因此，該方法只是適合初學者。其實在UG里面，最好在分完模后，才進行多型腔設計。方法是在裝配導航器中，將layout文件進行復制，如圖7，然后黏貼在top裝配樹下，如圖8，即可得到一樣的效果，此時，要增加多少腔就復制多少個，復制多了可以刪除。復制后的layout會和原來的位置重疊在一起，可以利用【裝配】【移動組件】的功能將對應的layout移到正確的位置即可。此方法操作靈活快速。增加多型腔后如圖9所示。

圖7　在裝配樹復制型腔文件

圖8　在裝配樹黏貼型腔文件

圖9　多型腔布局

圖10　加載模架

步驟五：加載模架，利用模架庫加載模架。加載前應根據客戶要求選擇模架的供應商及其類型，根據型腔型芯的長寬選擇模架規格，根據型腔的高度選擇A板厚度，根據型芯的厚度選擇B板厚度，根據頂出距離或者斜頂需要頂出的距離兩者的大值確定C板厚度。加載模架后，會在top的裝配樹下自動生成moldbase的文件，加載模架后如圖10所示。該步驟要注意的是對于一些大型的模具，經常會用到很多非標準模架，此時，可以根據模具的具體需要，更改模架中標準件的位置和大小，更改的操作可以在調取模架的對話框中修改或者在moldbase文件下的【工具】——【表達式】中修改對應參數，具體方法可參考相關教程，不在此處贅述。

步驟六：設計澆注系統。澆注系統包括法蘭、澆口套和流道，法蘭和澆口套屬于標準件，可以直接由標準部件庫導入，但很多情況模具會用到非標準的法蘭和澆口套，此時，需要設計者自行繪制，也可先用標準部件庫導入作局部修改獲得。流道屬于非標準的部件，如果利用注塑模向導的流道創建，難以達到預定的效果，較好的方法是直接在型腔或者型芯文件中，利用建模功能自行繪制流道實體，然后再和型腔、型芯作求差的布爾運算。完成后的澆注系統如圖11所示。該產品外觀不允許有澆口印，因而使用用潛伏澆口（潛頂針）。

步驟七：設計頂出系統。該零件內側有兩處倒扣，需要設置兩個斜頂，其他用頂針頂出。頂針可以利用標準件庫導入，也可以自行繪制，斜頂則自己繪制比較方便。要注意的是無論是自行繪制還是利用標準庫導入，注意要將頂針和斜頂等頂出部分的文件創建在layout的文件下，以保證多型腔的一致性。如果創建在top下，則又要進行頂出系統的復制，這樣不但浪費時間，也容易出錯。完成頂出系統后如圖12所示。

圖11　澆注系統

圖12　頂出系統

步驟八：創建冷卻系統。冷卻系統可分為型腔的冷卻和型芯的冷卻，并且冷卻水經常要通過A板進入型腔，通過B板進入型芯，同時還要預防和頂針、流道、螺釘等零件產生干涉，與之相關的零件較多，在裝配的目錄下創建比較合適。常規教程都是利用moldwizard的冷卻工具創建冷卻管道，但這種方法創建的每一個冷卻管道都會產生一個裝配子文件，對于大型的模具是很繁瑣的，要修改時更是反應緩慢，要想加快速度，可以直接將總裝top文件下的cool文件設置為工作部件，然后利用建模的功能，手工創建冷去管道的實體。建立好的型腔冷卻如圖13，型芯冷卻如圖14所示。