基于UG的底座結構件注射成型模具設計

楊太德，王 洋

（1.連云港職業技術學院機電工程學院，江蘇連云港222006；2.亞普汽車部件股份有限公司油管分廠，江蘇揚州225009）

近年來,塑料模的數字化設計得到了快速發展。UG是一款融合了實體造型、曲面造型和線框模技術的大型CAD/CAE/CAM軟件，利用UG可以進行模具的設計、分析并自動編制加工程序。圖1所示塑件是某款家用臺燈上的底座結構件，材料為PC，該塑件屬于較典型的深腔不對稱盒形類零件。基于UG NX 10.0 Mold Wizard設計結構合理、適應大批量生產、安全可靠、高效率的注射模，加工中需要解決的設計難點是型腔布局、推出機構的設置、冷卻水道的布置等諸多方面。

圖1 塑件

由于PC塑料密度小，成型溫度范圍寬，水敏性強，流動性差，因此，加工前物料必須干燥處理[1]117。模具一般應通過加熱控制在90℃～110℃[2]14，澆注系統以大尺寸、短流程為優選方案[3]228。

1 型腔布局

1.1 定義型腔、型芯的插入工件

通過參考點方式，修改工件的尺寸，x軸方向以底面中心點對稱且總長為190mm；y軸方向以底面中心點對稱且總長為180mm；z軸方向總長為175mm，如圖2所示。

圖2 工件尺寸的定義

1.2 型腔布局

考慮到經濟性、生產效率及客戶要求，塑件采用一模四腔。通過線性型腔布局，獲得如圖3（a）所示的型腔布置方式。該方案左右兩側的塑件由于充模路徑不同致使充模時間有差異，影響塑件的成型質量。通過型腔布局變換，可以獲得如圖3（b）、3（c）所示的兩種型腔布置方式。如圖3（b）所示的方案，充模路徑最長，塑料熔體流動性下降最多，塑件容易出現冷疤或充填不足現象，不利于不對稱深腔類塑件成型。如圖3（c）所示的方案，深腔部分充模路徑最短，充模壓力和熔體流動性下降最少，是合理的型腔布局方案[4]。

圖3 型腔布置

2 型腔、型芯設計

2.1 塑件U形槽的補片

利用包容體工具，創建長方體塊。通過修剪體及布爾差運算，完成塑件上U形槽的補片，如圖4所示，把補片體定義到型芯。

圖4 塑件槽的補片

2.2 塑件孔的補片

利用曲面補片工具，對塑件上的方孔、圓孔、長圓形孔補片，如圖5所示。

圖5 塑件孔的補片

2.3 塑件表面分析

通過模具分型工具→檢查區域，對未定義的區域根據特征分別指定到型腔和型芯。型腔表面區域定義的結果如圖6（a）所示,型芯表面區域定義的結果如圖6（b）所示。

圖6 型腔、型芯表面區域定義

2.4 定義型腔、型芯區域

定義型腔、型芯區域設置時創建區域和創建分型線；通過有界平面創建分型面；編輯分型面和曲面補片，把曲面補片添加為分型面。通過上述步驟，所定義的型腔如圖7（a）所示，所定義的型芯如圖7（b）所示。

圖7 型腔、型芯

3 模具結構設計

3.1 模架的選用

一模四腔的模仁鑲塊尺寸380mm×360mm×175mm，因此在模架庫中選擇LKM_SG CI5560，A板厚180mm，B板厚70mm的標準模架。

3.2 推出機構的設計

根據產品特征，采用頂管及頂桿連合頂出，在深型腔處另設置一組小頂桿。因為是一模四腔，因此，頂桿、頂管布置時要選擇“塑件_prod_*”為目標位置，拉料桿布置時要選擇“塑件_layout_*”為目標位置。頂桿的長度需要根據型芯表面到推桿底板上平面的距離來確定。推出機構各零件的尺寸見表1。

表1 推出機構零件尺寸 單位：mm

通過頂桿后處理，對頂管、頂桿的頂面進行修剪。經過修剪處理后，頂出機構與型芯工作表面平齊。設計的模具推出機構如圖8所示。

圖8 推出機構

3.3 冷卻系統設計

為了適應型腔、型芯整體鑲拼的結構，同時考慮到水路的密封及深型腔處的冷卻效果，動、定模兩側的冷卻水路分別采用疊層式的結構。因為該產品推出機構的零件比較多，因此冷卻水路的布置空間相對有限。僅憑設計經驗，容易出現冷卻水路與推出機構相互干涉致使模具報廢的現象。利用所建立的3D模型，很方便觀察冷卻水路與推出機構之間的相對位置關系。該產品所采用的冷卻系統如圖9所示。模架A板、B板與型芯、型腔鑲塊之間還需要采用密封圈密封，保證冷卻水路不泄漏，密封裝置如圖10所示。

圖9 冷卻系統

圖10 冷卻系統的密封裝置

3.4 型腔、型芯鑲塊的數控加工

型腔、型芯采用整體鑲嵌式的結構，如圖11所示。型腔、型芯鑲件與A板、B板之間采用H7/m6的配合，用M10的螺釘吊裝。

圖11 型腔、型芯鑲件

采用加工中心加工型腔、型芯時，為了實現順利加工，采取的工藝措施如下。

（1）選用內噴式刀桿，實現深腔排屑。

（2）采用分層飛刀加工，避免加工過程出現振刀。

（3）采用6000r/min以上的轉速，0.12mm/r小進給進行最后的精加工，以保證加工表面的質量。

（4）采用3D探針加工過程中的關鍵尺寸測量。

4 結論

根據底座結構件的結構特點，利用UG NX 10.0 Mold Wizard工具設計了一模四腔的注射成型模具。文章詳細介紹了模具設計流程與設計方法，提高了模具設計的可靠性，縮短了模具開發周期，提高了經濟效益。