基于UG和CAD的注塑模具设计与应用*

陈饰勇，王立涛，刘志军，苏 发，何晓宏

0 引言

我国作为模具制造大国，而注塑模具在模具制造中占有很大的比例。近代注塑模具设计过程基本是利用UG、Pro/E等软件进行型腔布局、分型面设计、浇注系统、冷却系统、顶出系统等环节细化。设计完成后直接导出二维图，送至生产制造中心进行模具加工。UG等软件三维模具设计功能虽然齐全，而导出二维图时，图形的清晰度有所欠缺。而利用UG软件分型设计后，导出型芯，型腔二维图，再利用CAD并借助外挂燕秀工具箱做模具三大系统设计，出图速度快，图样与模型关联性好，有利于模具生产的后期修改。

本文以音箱零件为例，详细分析和探讨UG平台下实现模具型腔快速设计、导出二维图、CAD三大系统设计一体化的思路、方法及过程，实现模具设计与快速出图的有效结合[1]。

1 UG三维分模设计

以音箱零件为例，以NX8.0实现模具设计。如图1所示，制件外形尺寸为118 mm×49 mm×11 mm；材料为ABS，收缩率为0.6%，利用Moldwizard进行分模的全部操作。

图1 音箱零件

1.1 初始化零件

在UG的Moldwizard环境下，需要初始化项目，把模具设计的文件名、保存路径、材料以及收缩率等基础信息确定。但在初始化项目前，需要确定零件为一个实体。零件若为片体时，可在建模模块下，使用缝合工具，把多个片体缝合为一个实体。

1.2 设置坐标系、工件、型腔布局

模具坐标系的设置通常需要满足3个条件：（1）坐标原点位于实体中心；（2）分型面与XY平面必须重合；（3）零件的脱模方向与Z轴正方向必须统一。综合上述3个条件，确定坐标系位于音箱零件中心，XY平面在零件底面，Z轴正方向指向上。

工件设置即为型腔型芯尺寸的设置，工件设置尺寸通常使用经验值，能满足冷却系统的设计，在塑件各边缘处增加25～30 mm即可。

为了提高生产效率及减少注塑废料的产生，本音箱零件采用一模两腔设计。

1.3 设计分型面

分模是注射模具设计的最重要的一环[2]，而分型面在分模中关系到模具加工困难程度、塑件外观程度、配模及成型制件结构等诸多环节，在分模设计中起到重要作用。分模步骤通常包括：计算型腔型芯区域、曲面修补、创建分型线、设计分型面等。

计算型腔型芯区域是UG软件根据塑件的拔模角度与方向自动计算型腔与型芯区域，以不同颜色显示，个别存在未定义区域需要手工选择其归属。音箱零件中间有一长型大槽，需要修补后才能进行分模。曲面修补有多种方法，最常用是“体”修补，“体”修补为系统自动计算捕捉孔位置，给予操作者极大的方便。图2为曲面补片后示意图。

图2 曲面补片

曲面补片完成后，开始选择零件的分型线。分型线的选择是产生分型面的基础，通常是产品的最大轮廓线。音箱零件分型线在于底面四周环线，而零件两端略有向下，所以此分型线被分成了多段，手工提取边线获得，如图3所示。以分型线为基础，利用创建面与拉伸面命令得出分型面。分型完成后，导出IGS型腔型芯图，采取UG工程图命令，把导出型腔型芯图创建在二维图里，再导出CAD格式二维图。

图3 分型线

2 CAD二维装配图设计

2.1 确定模架

零件分模导出二维图后，为了提高绘图的工件效率，需要使用AutoCAD外挂程序燕秀工具箱[3]，燕秀工具箱具备标准模架的调用，三大系统设计等功能。燕秀工具箱模架厂家的选择有龙记（LKM）、明利（MINGLEE）和环胜（EVER），囊括市面上常用模胚类型与型号。而确定模架规格尺寸与A板、B板、C板尺寸时，燕秀工具箱提供了便捷测量方法，利用屏幕光标点击内模X、Y的长度，系统自动计算出模胚规格。省去了人工计算模胚的环节，操作高效与简洁。

2.2 三大系统设计

浇注系统的设计决定着注塑过程能否顺利完成，定位环与唧咀的尺寸选择可以采用常规尺寸，同时也能修改个别尺寸订做非标产品。选择模架中心线上插入定位环与唧咀，模架上模板与定位环，唧咀重合位置的线条自动消失，节省了人工去除线条的时间。定位环与唧咀插入模架后如图4。分流道与浇口的设计需要偏移线条完成。

图4 定位环与唧咀插入图

开模的顺畅性来源于顶出系统的完整设计[4]，顶出机构包含推管推出机构、推杆推出机构、推板推出机构等多种形式，最常用为推杆推出机构，设置的位置自由度大。顶针的尺寸可以用光标移动测量方式来确定，同样节省了人工设计的时间。但在放置顶针位置时，首要考虑条件在于对塑件安全顶出，所以顶针放置位置在塑件的受力地方。所放X、Y坐标会出现小数，小数的出现带来了模具加工难度的增加，使用燕秀工具箱“圆工具”命令，可以使得X、Y坐标微调成整数。

图5 音箱零件模具设计俯视图

图6 音箱零件模具设计前视图

模具的冷却速度直接影响到整个模具生产线的效率，所以冷却系统是模具最重要的后期设计环节。冷却水路多采用“几”字型水路，能快速把热量带走。确定水路中心线后，利用“水路”工具确定水路的直径，进水与出水的管接头，用光标选择中心线与键盘空格键配合即可画出水路。操作快速方便，需要修改水路时，可把部份水路偏移。音箱零件完整模具设计俯视图如图5，前视图如图6，标注尺寸后即可送图达加工部进行模具的加工。

3 结语

传统的注塑模具设计，从模具分型到结构设计出图，都是全部依靠模具设计师的设计经验与绘图经验，对设计师的工作年限要求很高，并且工作效率不高，修改困难。结合实际情况将UG与Auto CAD软件联合设计过程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期设计不仅可以缩短工作时间，亦可减少操作次数。设计注射模具生产的塑件质量完全满足设计要求，可更快速、便捷地实现制图人员的意图[5]。

参考文献：

［1］杨太德.三向接头注射成型模具设计［J］.制造技术与机床，2017（05）：29-32.

［2］洪建明.NX平台下模具型腔的快速设计与加工［J］.现代制造工程，2015（08）：109-113.

［3］史立峰.AutoCAD外挂程序在注塑模具设计中的应用［J］.电大理工，2012（02）：23-24.

［4］冷真龙，韩雄伟，刘旭，等.矿灯槽盖注射模具设计［J］.现代制造工程，2011（06）：81-83.

［5］周建安.基于UG的手机电池扣注塑模具设计与制造［J］.制造技术与机床，2007（02）：114-116.