基于UG的吸乳護罩模具設計

吳升富， 黃智

（中山職業學院， 廣東 中山 528400）

0 引 言

在進行模具設計前，為了提前預知模具中可能存在的問題，如熔接痕、困氣等，應對塑件結構進行分析。除此之外，還應運用建模軟件（如UG等），對塑件實體進行分析，找出實體上的異常結構，如倒角、壁厚不均勻的位置等[1-2]。現以吸乳護罩為例，介紹運用UG進行產品設計、拔模分析、壁厚分析和模具設計的過程，為從事塑料模設計的工作人員提供一定的借鑒。

1 吸乳護罩設計及結構分析

吸乳護罩是由復雜的曲面構成，外表面要求高，不同曲面之間必須平滑過渡，存在扁形蓋、喇叭蓋、圓形蓋結構，這3個結構通過中間圓管狀結構相連且開口方向都不同，如圖1所示。其中喇叭蓋型芯與塑件中間圓管型芯為一個整體，扁形蓋的側面與塑件中間圓管相通，兩者的型芯以插穿方式相連。圓形蓋的底部通過一段圓管與塑件中間的圓管相連。在圓形蓋的內壁均勻分布4個扣位，這4個扣位需用斜推機構脫模。

圖1 塑件結構

UG除了創建實體之外，還可以代替AutoCAD設計工程圖，具體方法是將3D圖轉成2D工程圖，生成主視圖、側視圖、剖面圖等，并標注尺寸，如圖2所示，操作過程方便快捷。

圖2 UG工程圖

為了保證塑件正常脫模，防止出現收縮等現象，在模具設計前，應對塑件按模具的成型工藝要求進行分析，檢查3D圖是否有脫模斜度，壁厚是否均勻等[3-4]。塑件材料為ABS，壁厚為1.5 mm，脫模斜度為1°～1.5°。運用UG分析菜單欄中“增材制造設計驗證”命令的“檢查最小壁厚”和“檢查最大延展角度”，對塑件壁厚和脫模角度進行分析，對于壁厚或脫模角度指定值的位置，UG將會顯示紅色，有利于設計工程師檢查塑件存在的缺陷，該塑件壁厚分析結果是扣位處的壁厚較薄，其他位置的壁厚正常，如圖3所示。

圖3 壁厚分析

2 模具結構

根據塑件結構，采用兩板模結構，使用普通流道澆注。扁形蓋、喇叭蓋和圓形蓋結構全部采用側滑塊機構脫模，其中扁形蓋、喇叭蓋的側滑塊由斜導柱驅動。由于圓形蓋內表面有4個扣位，采用“斜導柱＋液壓缸”組合驅動的組合滑塊機構脫模，圓形蓋內部的4個扣位由斜導柱帶動滑塊脫模，4個扣位脫模后，再由液壓缸活塞桿帶動整個滑塊脫模[5-6]。模具結構如圖4所示。

圖4 模具結構

模具為1模1腔布局，采用1個側澆口進料，使用直徑為φ6 mm的圓形流道。澆口套用螺釘固在定模板上，再用定模座板的定位圈壓緊。由于喇叭蓋與扁形蓋的脫模機構斜面高度尺寸較大，為了更好地將滑塊壓緊，在定模板的表面安裝2個壓緊塊。

3 模具結構設計

3.1 分型面設計

分型面設計影響模具結構及脫模機構的復雜程度。分型面應該平滑過渡，不能有尖角、薄壁等影響模具零件加工和使用壽命的結構。將待成型塑件側向擺放后，不同位置的分型面設計方法不同。中間位置的分型面為水平面，位于待成型塑件的最大輪廓處；圓形蓋口的分型面為旋轉曲面，扁形蓋口為拉伸曲面，喇叭蓋的分型面是豎直面，與喇叭口膠位面平行，如圖5所示。由于塑件結構具有對稱性，分型面沿塑件中心將其一分為二。為了防止滑塊磨損，圓形蓋口和扁形蓋口的分型面在滑塊的運動方向上各設計5°的斜度。

圖5 分型面設計

3.2 模具型腔板設計

為了方便加工，將模具型腔板設計成鑲件結構，在動、定模型腔板4個角位處設計凸、凹定位塊，以防安裝時錯位，將定位塊側面的斜度設為5°。在動、定模型腔板的對角上設計2個吊模螺紋孔，當需要拆裝時在吊模螺紋孔中旋入吊模螺釘，將動、定模型腔板吊起后再進行拆裝，方便鉗工操作。流道設計為圓形，開設在分型面上，從待成型塑件側面進澆。在UG的注射模向導工具命令欄中，用分型面功能分出動、定模型腔板，再從動模型腔板上分出3個抽芯滑塊，所設計的動、定模型腔板如圖6所示。

圖6 模具型腔板結構

3.3 滑塊結構

塑件的3個管口結構不同，所設計的滑塊結構也不同，其中喇叭蓋的滑塊型芯與滑塊座為一個整體，滑塊型芯位于滑塊的中心線上，體積較大，由2根斜導柱引導滑塊運動，如圖7（a）所示；扁形蓋的滑塊型芯與滑塊座也為一個整體，體積較小，由1根斜導柱引導滑塊運動，由于斜導柱需要避開滑塊中的冷卻水路，該滑塊的型芯和斜導柱孔分別位于滑塊中心線兩側，如圖7（b）所示；為了方便加工，圓形蓋滑塊型芯采用鑲件結構，用螺釘將滑塊型芯固定在滑塊座上，如圖7（c）所示。為了使圓形蓋內表面的4個扣位脫模，采用組合滑塊結構，由燕尾槽塊帶動4個扣位滑塊運動，如圖7（d）所示（隱藏滑塊座和圓形蓋的型芯，只顯示4個扣位的脫模機構）。根據塑件材質特性和成型質量穩定的要求，模具滑塊材料采用718，熱處理至45 HRC左右，并進行氮化處理。

圖7 滑塊結構

3.4 圓形蓋組合滑塊結構

圓形蓋組合滑塊結構如圖8所示，4個扣位滑塊的脫模距離為1.85 mm，燕尾槽塊的斜度為8°，斜導柱的斜度為74°，斜導柱的有限高度為71 mm。開模時斜導柱驅動4個扣位滑塊的脫模距離為71×tan16°×tan8°=2.86 mm，大于4個扣位滑塊的脫模距離（1.85 mm），可以正常脫模。

圖8 圓形蓋組合滑塊結構

圓形蓋組合滑塊的運動形式：圓形蓋內壁有4個扣位，分別用扣位滑塊7、8、9、10脫模。燕尾槽塊6用螺釘固定在小滑塊座上，在燕尾槽塊6上開設4條傾斜的燕尾槽，分別與4個扣位滑塊（件7～件10）相連。在開模的起始階段，組合滑塊座3保持不動，斜導柱帶動小滑塊座4和燕尾槽塊6沿V方向運動，在圓形蓋滑塊2的阻擋作用下，4個扣位滑塊向中心做收攏運動，其中扣位滑塊7沿V1方向運動，扣位滑塊8沿V2方向運動，扣位滑塊9沿V3方向運動，扣位滑塊10沿V4方向運動，實現4個扣位脫模。當4個扣位滑塊完全脫模后，液壓缸活塞桿帶動組合滑塊座3沿V方向運動，帶動整個滑塊脫模。合模時運動方向正好相反[8-9]。

3.5 冷卻系統設計

良好的冷卻系統在模具中起重要的作用，能使塑件快速冷卻，防止成型塑件變形。為了達到良好的冷卻效果，應根據塑件結構和模具零件的結構設計不同的水路。動、定模鑲件采用直通式冷卻水路，如圖9（a）所示；由于喇叭蓋和扁形蓋的滑塊采用整體式結構，其冷卻水路采用隔片式水井與直通相結合的結構，其中滑塊座采用直通水路，兩者的型芯在滑塊座上凸起的位置較長，采用隔片式水井水路，如圖9（b）、（c）所示。

圖9 冷卻系統設計（箭頭為冷卻水流動方向）

4 模具2D圖設計

傳統的模具設計思路是先設計裝配圖和模具零件圖，然后再設計模具3D圖，而用UG設計模具的思路與之相反，先用UG設計模具的3D圖（包括裝配圖和模具零件圖），經檢查各零件之間沒有干涉后，再將3D圖轉化成2D圖，轉化過程簡單，UG設計的2D圖如圖10所示[10]。

圖10 模具2D圖

模具工作過程：當注射完成后，動、定模開模，3個滑塊在斜導柱的驅動下各自開始脫模。當分模距離為36 mm時，圓形蓋內部的扣位滑塊22完成脫模；當分模距離達到62 mm時，扁形蓋滑塊15完成脫模；當分模距離達到75 mm時，喇叭蓋滑塊10完成脫模。當動模與定模完全分開后，液壓缸23活塞桿驅動圓形蓋滑塊20完成脫模，然后注塑機頂桿推動推板2、推桿固定板3和推桿7做脫模運動，將成型塑件推出；取出塑件后，注塑機頂桿推動動、定模合模，合模過程與開模過程的步驟相反，當模具完全合模后，即可生產下一個塑件。

5 結束語

運用UG軟件對吸乳護罩進行結構設計、模具工藝分析和模具結構設計，根據其結構設計了1模1腔的兩板模，采用普通流道+側澆口的澆注系統。對護罩圓形蓋內壁的4個扣位，設計了由燕尾槽塊帶動扣位型芯脫模的組合滑塊結構。針對不同滑塊的結構設計了“直通+水井”相結合的冷卻水路。經批量生產證明，模具結構合理，成形的護罩質量穩定、無變形。