基于UG和CAD的注塑模具設計與應用*

陳飾勇，王立濤，劉志軍，蘇 發，何曉宏

0 引言

我國作為模具制造大國，而注塑模具在模具制造中占有很大的比例。近代注塑模具設計過程基本是利用UG、Pro/E等軟件進行型腔布局、分型面設計、澆注系統、冷卻系統、頂出系統等環節細化。設計完成后直接導出二維圖，送至生產制造中心進行模具加工。UG等軟件三維模具設計功能雖然齊全，而導出二維圖時，圖形的清晰度有所欠缺。而利用UG軟件分型設計后，導出型芯，型腔二維圖，再利用CAD并借助外掛燕秀工具箱做模具三大系統設計，出圖速度快，圖樣與模型關聯性好，有利于模具生產的后期修改。

本文以音箱零件為例，詳細分析和探討UG平臺下實現模具型腔快速設計、導出二維圖、CAD三大系統設計一體化的思路、方法及過程，實現模具設計與快速出圖的有效結合[1]。

1 UG三維分模設計

以音箱零件為例，以NX8.0實現模具設計。如圖1所示，制件外形尺寸為118 mm×49 mm×11 mm；材料為ABS，收縮率為0.6%，利用Moldwizard進行分模的全部操作。

圖1 音箱零件

1.1 初始化零件

在UG的Moldwizard環境下，需要初始化項目，把模具設計的文件名、保存路徑、材料以及收縮率等基礎信息確定。但在初始化項目前，需要確定零件為一個實體。零件若為片體時，可在建模模塊下，使用縫合工具，把多個片體縫合為一個實體。

1.2 設置坐標系、工件、型腔布局

模具坐標系的設置通常需要滿足3個條件：（1）坐標原點位于實體中心；（2）分型面與XY平面必須重合；（3）零件的脫模方向與Z軸正方向必須統一。綜合上述3個條件，確定坐標系位于音箱零件中心，XY平面在零件底面，Z軸正方向指向上。

工件設置即為型腔型芯尺寸的設置，工件設置尺寸通常使用經驗值，能滿足冷卻系統的設計，在塑件各邊緣處增加25～30 mm即可。

為了提高生產效率及減少注塑廢料的產生，本音箱零件采用一模兩腔設計。

1.3 設計分型面

分模是注射模具設計的最重要的一環[2]，而分型面在分模中關系到模具加工困難程度、塑件外觀程度、配模及成型制件結構等諸多環節，在分模設計中起到重要作用。分模步驟通常包括：計算型腔型芯區域、曲面修補、創建分型線、設計分型面等。

計算型腔型芯區域是UG軟件根據塑件的拔模角度與方向自動計算型腔與型芯區域，以不同顏色顯示，個別存在未定義區域需要手工選擇其歸屬。音箱零件中間有一長型大槽，需要修補后才能進行分模。曲面修補有多種方法，最常用是“體”修補，“體”修補為系統自動計算捕捉孔位置，給予操作者極大的方便。圖2為曲面補片后示意圖。

圖2 曲面補片

曲面補片完成后，開始選擇零件的分型線。分型線的選擇是產生分型面的基礎，通常是產品的最大輪廓線。音箱零件分型線在于底面四周環線，而零件兩端略有向下，所以此分型線被分成了多段，手工提取邊線獲得，如圖3所示。以分型線為基礎，利用創建面與拉伸面命令得出分型面。分型完成后，導出IGS型腔型芯圖，采取UG工程圖命令，把導出型腔型芯圖創建在二維圖里，再導出CAD格式二維圖。

圖3 分型線

2 CAD二維裝配圖設計

2.1 確定模架

零件分模導出二維圖后，為了提高繪圖的工件效率，需要使用AutoCAD外掛程序燕秀工具箱[3]，燕秀工具箱具備標準模架的調用，三大系統設計等功能。燕秀工具箱模架廠家的選擇有龍記（LKM）、明利（MINGLEE）和環勝（EVER），囊括市面上常用模胚類型與型號。而確定模架規格尺寸與A板、B板、C板尺寸時，燕秀工具箱提供了便捷測量方法，利用屏幕光標點擊內模X、Y的長度，系統自動計算出模胚規格。省去了人工計算模胚的環節，操作高效與簡潔。

2.2 三大系統設計

澆注系統的設計決定著注塑過程能否順利完成，定位環與唧咀的尺寸選擇可以采用常規尺寸，同時也能修改個別尺寸訂做非標產品。選擇模架中心線上插入定位環與唧咀，模架上模板與定位環，唧咀重合位置的線條自動消失，節省了人工去除線條的時間。定位環與唧咀插入模架后如圖4。分流道與澆口的設計需要偏移線條完成。

圖4 定位環與唧咀插入圖

開模的順暢性來源于頂出系統的完整設計[4]，頂出機構包含推管推出機構、推桿推出機構、推板推出機構等多種形式，最常用為推桿推出機構，設置的位置自由度大。頂針的尺寸可以用光標移動測量方式來確定，同樣節省了人工設計的時間。但在放置頂針位置時，首要考慮條件在于對塑件安全頂出，所以頂針放置位置在塑件的受力地方。所放X、Y坐標會出現小數，小數的出現帶來了模具加工難度的增加，使用燕秀工具箱“圓工具”命令，可以使得X、Y坐標微調成整數。

圖5 音箱零件模具設計俯視圖

圖6 音箱零件模具設計前視圖

模具的冷卻速度直接影響到整個模具生產線的效率，所以冷卻系統是模具最重要的后期設計環節。冷卻水路多采用“幾”字型水路，能快速把熱量帶走。確定水路中心線后，利用“水路”工具確定水路的直徑，進水與出水的管接頭，用光標選擇中心線與鍵盤空格鍵配合即可畫出水路。操作快速方便，需要修改水路時，可把部份水路偏移。音箱零件完整模具設計俯視圖如圖5，前視圖如圖6，標注尺寸后即可送圖達加工部進行模具的加工。

3 結語

傳統的注塑模具設計，從模具分型到結構設計出圖，都是全部依靠模具設計師的設計經驗與繪圖經驗，對設計師的工作年限要求很高，并且工作效率不高，修改困難。結合實際情況將UG與Auto CAD軟件聯合設計過程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期設計不僅可以縮短工作時間，亦可減少操作次數。設計注射模具生產的塑件質量完全滿足設計要求，可更快速、便捷地實現制圖人員的意圖[5]。

參考文獻：

［1］楊太德.三向接頭注射成型模具設計［J］.制造技術與機床，2017（05）：29-32.

［2］洪建明.NX平臺下模具型腔的快速設計與加工［J］.現代制造工程，2015（08）：109-113.

［3］史立峰.AutoCAD外掛程序在注塑模具設計中的應用［J］.電大理工，2012（02）：23-24.

［4］冷真龍，韓雄偉，劉旭，等.礦燈槽蓋注射模具設計［J］.現代制造工程，2011（06）：81-83.

［5］周建安.基于UG的手機電池扣注塑模具設計與制造［J］.制造技術與機床，2007（02）：114-116.