基于UG的塑件盒下盖的注射模具设计

李艳娟，孙继富

（1.沈阳理工大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳110159；2.核工业地质局沈阳二四五大队，辽宁 沈阳110122）

0 前言

现代模具向精密、复杂、大型方向发展，计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM）技术已经得到广泛应用。UG Mold Wizard是UG软件中的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。Mold Wizard为设计模具的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、为复杂型芯和型腔轮廓创建电火花加工的电极以及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便、快捷的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具。本文以塑件盒下盖为例介绍UG环境下应用Mold Wizard模块进行塑料注塑模具设计的全过程。

1 Mold Wizard模具设计过程

图1为Mold Wizard模块设计模具的流程图，流程图的左边4个步骤是模具设计者在使用Mold Wizard之前最先要考虑的准备阶段，前三步是创建和判断一个三维实体模型能否用于模具设计，一旦确定使用该模型作为模具设计的依据，则必须考虑怎样进行下一步的模具设计，这就是第四步所表示的意义。流程图的右边是使用Mold Wizard进行模具设计的全过程，遵循模具设计的一般规律，包括从读取产品模型开始，如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、型芯、型腔、滑块、模架及其标准零部件、模腔布局、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单等。

2 塑件分析

2.1 塑件结构分析

某塑件盒下盖如图2所示，运用UG软件三维造型技术对塑件进行实体建模，塑件表面品质要求较高，大批量生产。塑件的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），该材料具有较好的力学强度和较高的冲击韧性，耐化学性能和电性能良好，尺寸稳定，易于成型。塑件内部结构较为复杂，其上有一个三爪卡扣和若干导流槽。三爪卡扣的3个凹槽尺寸不同，目的是为了定位盒盖，导流槽的作用是疏导气流和增加表面强度。

图1 使用Mold Wizard模块模具设计流程图Fig.1 Flow chart of using the Mold Wizard module mold design

图2 塑件盒下盖Fig.2 Bottom cover of the plastic parts

2.2 塑件成型分析

在模具设计中，采用一模两腔布局，由于塑件美观，在模具设计中采用潜伏式点浇口，浇口的位置设置在塑件盒底的周边圆柱面侧壁上，熔料经过塑件盒底侧壁充满整个型腔，采用顶杆顶出方式，复位杆复位，冷却采用水冷方式，冷却水孔直通式布置。塑件盒内部结构较复杂，本模具设计的关键就是塑件的分型设计，如何快速准确地将工件分割为型芯和型腔两部分。

3 Mold Wizard模具设计实例

3.1 项目初始化设计

进入Mold Wizard模块后，首先打开塑件盒下盖塑件，定义材料及其相应的收缩率，接着确定模具坐标系，定义工件尺寸和确定型腔布局。在Mold Wizard模具设计中，默认＋Z方向为开模方向，而在产品设计过程中，为了设计方便，有时不一定考虑开模方向来进行产品建模。因此，要设置模具坐标系的原点必须落在模架分型面上，且＋Z方向指向模具的注入口。为了提高生产效率，采用一模两腔。矢量选择Y轴，布局类型选择矩形，型腔数为2，开始布局并自动对准中心。

3.2 修补开放面

产品在分型过程中需要对开放面进行修补，零件的修补方式包括修补片体和添加包容块等，塑件盒下盖由于三爪卡扣的轮廓边较为复杂，所以应用Mold Wizard模块的修补片体和修补快功能将非常麻烦。为了简化产品的分型，对零件进行手动修补块修补三爪卡扣结构，然后运用自动分模方法生成初始的型腔，再手动将修补块添加在型腔上面，最后生成塑件盒下盖实际的型芯和型腔。

在建模环境下对产品进行手动修补，点击“有界平面”选择曲线，如图3所示。再通过“加厚”命令，将片体转化成为实体，最后进行布尔运算，结果如图4所示。

图3 有界平面Fig.3 Bounded plane

图4 实体修补Fig.4 Sol id patch up

3.3 分型设计

（1）创建分型线

分型线是塑料与模具相接触的边界线，正确的分型线投影应位于塑件在模具方向（Zc）上的最大截面处，这样才能使塑件从模具中顺利脱模[1]。首先要对零件进行区域分析，点击“计算”，然后点击“区域”，将交叉竖直面定义到型腔区域，选择“定义区域”，创建区域和分型线，如图5（a）所示。

（2）创建分型面

分型面是模具的定模和动模的接触面，模具开模后由此取出浇注系统或塑件。由分型线生成分型面的方法有很多：延伸、边界平面、扫描和延展曲面等。点击“设计分型面”，选择“有界平面”，生成分型面如图5（b）所示。

图5 塑件盒下盖的分型线和分型面Fig.5 Parting line and surface for bottom cover of plastic parts

（3）创建型腔和型芯

单击“分型管理器”对话框上的“抽取区域和分型线”，查看“定义区域”对话框，若分模零件上的面的总数等于型芯、型腔上的面的总数，可完成区域的抽取[2]。勾选“创建区域”和“创建分型线”，即可进行分模。

（4）手工修补型腔

对生成的型腔进行修补，将修补块补在型腔上面，通过抽取零件上表面孔的轮廓线，用“复合曲线”命令将抽取出来的轮廓线利用关联复制到型腔上，并通过拉伸、倒圆角和布尔运算，将修补的块与生成的型腔处理成一个实体。型芯和处理后的型腔效果如图6（a）、（b）所示。由于模具中采用一模两腔，将分型后的两型腔合并成一个型腔整体加工即可。在注塑模工具中点击合并腔，其效果如图6（c）所示。

3.4 注塑模的整体设计

（1）添加模架

模具主要用于型芯和型腔的装夹、顶出和分离机构，能够提高生产率，便于机械操作。标准模架由结构、型式和尺寸都已标准化系列化，并且具有一定互换性的零件组合而成。Mold Wizard提供了许多标准模架供用户使用，用户可以根据需要灵活地定制模架的几何参数。使用系统提供的模架将可极大地提高模具系统的设计效率，同时又不失设计的灵活性。本套模具选用DME 2B型模型，并根据实际计算修改模架的几何参数。

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

（2）添加标准件及标准件的成型

Mold Wizard提供了大量的标准件来完成模具的设计，使用这些标准件能够显著地提高设计的效率。主要包括定位圈、浇口套、顶杆、芯杆、复位杆、拉料杆、导向机构、螺钉、支撑柱和限位钉等。

当添加标准件后，还要对所添加的标准件进行修剪、重定位和建腔等操作，通常称之为标准件的成型。顶杆是脱模和复位机构的常用元件，顶杆可以在“标准件管理”对话框中加入，所加入的顶杆的长度和形状都是标准尺寸，一般与产品的形状和尺寸不能匹配。但是在实际应用中经常需要顶杆的长度适合型腔的位置，而且顶杆的头部形状要与型芯的曲面适应。图7给出了顶杆的形状和位置，顶杆的头部与型芯表面曲线相一致，为防止型芯转动顶杆的底部做成半圆形。

图7 顶杆的位置和形状Fig.7 Position and shape of the ejector pins

（3）浇注系统和冷却系统的设计

浇注系统是引导塑料进入模腔的流道系统，其位置和尺寸决定着注射压力损失、热量散失、摩擦损耗的大小和填充的速度。浇口是熔料从流道进入型腔的入口，浇口的选择和设计直径影响塑件成型，本设计由于塑件表面品质要求较高，采用潜伏式浇口。

冷却系统设计2个基本原则，即冷却要迅速、冷却要均匀。只有通过较多的冷却通道和较大的流量，以及合适的介质温度来达到。本设计采用堵头来控制冷却水流向，冷却水沿规定的回路流动。

（4）建腔

在所设计的模具中，加入了所有的标准件及浇口、流道、冷却管道等。完成模具设计的最后一步便是建腔。在模具设计的最后阶段使用建腔功能，首先，因为建腔时对每个腔体的工具体作Wave链接，会引起更新操作变慢；其次，如果标准件移到了先前所选的建腔目标体的外面，模架更新将会失败。模具整体结构三维设计如图8所示。

图8 模具整体结构Fig.8 Overall structure of the mold

4 结论

（1）在模具设计过程中可以充分利用UG的实体建模功能来简化复杂零件的分型过程，通过采用修补块修补塑件的分型设计方法和技巧，快速准确地生成模具的型腔和型芯，并介绍UG环境下应用Mold Wizard模块完成塑件盒下盖注塑模设计的全过程；

（2）利用UG软件可以有效保证注塑模设计的准确性，能实现较复杂塑料模具的快速设计，并能为后续的CAM提供准确的加工模型，实现模具CAD/CAM一体化。

[1]周小辉，韩 宁.UG NX 8.0中文版模具设计高手速成[M].北京：电子工业出版社，2012：3.

[2]展迪优.UG NX 8.0模具设计实例精解[M].北京：机械工业出版社，2012：3.