塑料模具设计的塑件摆正方法探讨

陈瑞兵

（东莞理工学校，广东东莞 523470）

1 引言

模具设计在分型时，分型面会选择塑件横截面尺寸最大的位置。同时，为了更好地脱模，塑件通常会将侧壁进行拔模处理。而分型面的常见类型通常有3种：平面、曲面以及阶梯面。当模具设计师拿到塑件后，需要第一时间将塑件摆正处理，才能进行后面的工作。这些拔模面、特殊分型面、曲面外观等复杂情况的组合出现，使摆正操作难度加大。通过UG 软件的应用，从简单到复杂，依次介绍常见的几种摆正方法，这些方法不局限于UG 软件，只要掌握好操作思路，在其它3D软件中一样适用。

2 法向定位法

2.1 塑件特征介绍

常见的塑件是由平顶与侧壁组成的，这类塑件的特点是外观面的局部位置有与“XY平面”相平行的平面，而其分型面也为平面，同样与XY平面平行，如图1所示。对于这类塑件，通常只需要确定出某一个平面的法向方向，就可以确定出+Z方向了。

2.2 Z轴方向的确定

点击菜单中的“格式”|”WCS”|”定向”命令，弹出“CSYS”对话框，如图2所示。【类型】选择“自动判断”；【定义CSYS 对象】选择图1 中的平面1、平面2、平面3均可，此时可以在塑件上看到一个彩色的工作坐标系，如图3所示。该坐标系的+Z轴就是“所选平面”的法向方向，它垂直于“所选平面”。

若选择的是图1中的平面3，坐标系的Z轴应该是向下的，此时只需要点击“CSYS”对话框的确认。然后点击菜单中的“格式”|”WCS”|”显示”命令，将工作坐标系显示出来，再双击塑件上的工作坐标系，使其处于“动态”调整状态，接着双击一下Z轴上的黄色箭头，就可以让Z轴向上了，如图4所示。

2.3 X、Y轴方向的确定

在确定好Z 轴方向后，还需要调整+X 轴与+Y 轴的方向，双击塑件上的“工作坐标系”，使其处于“动态”调整状态，点击一下X轴上的黄色箭头，接着选择塑件上的短边，使箭头的矢量方向与短边直线方向一致，如图5所示。这一操作过程的原理是在单独确定X/Y/Z轴矢量方向时，UG软件中“工作坐标系”的原点是不移动的，而且若选择的直线与Z 轴方向保持垂直，也不会影响到Z轴方向。

2.4 移动对象

前面所描述的过程只是将“工作坐标系”相对于“产品”对齐，但实际上“塑件”相对于“绝对坐标系”仍然是斜的。接着点击菜单栏中的“编辑”|“移动对象”命令，此时弹出“移动对象”窗口对话框，如图6所示。

【对象】选择当前的塑件；【运动】选择“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】点击“CSYS对话框”按钮，弹出“CSYS”对话框，在类型一栏中选择“动态”，再点击确定；【指定终止CSYS】点击“CSYS 对话框”按钮，在弹出的“CSYS”对话框中的类型选项一栏选择“绝对CSYS”，点击确定；【结果】选择“移动原先的”，最后点击“确定”，就可以看到塑件的位置已经发生了变化。

2.5 工作坐标系恢复至绝对坐标系的位置

由于UG软件中“绝对坐标系”是看不到的，因此，为了验证“塑件”是否已经与“绝对坐标系”对齐了，可以点击菜单中的“格式”|”WCS”|”WCS设置为绝对”命令，最终的结果如图7所示。原理解释：开始时将“工作坐标系”与“塑件”对齐，这时“工作坐标系与塑件”都是不正的，然后利用“移动对象”命令，以与塑件相关联的“动态工作坐标系”的方位作为参考，将塑件移动到“绝对坐标系”的位置上。

3 “骨位”摆正法

3.1 塑件特征介绍

有时遇到的塑件形状结构非常复杂，“骨位”也非常多，例如图8所示的塑件。整体上看，仍然是外凸内凹的特征结构。一般情况下，要保证塑件在开模后应保留在动模部分，因此，可以初步判断出+Z轴脱模的大致方向，让外凸的表面朝向+Z方向，让内凹的槽及腔体朝向-Z方向。

3.2 通过骨位找正Z轴矢量

塑件中总会出现一些较小的特征，它们由于尺寸小，有使用、装配和成型要求，并未进行拔模处理。因此，可以沿着预判的+Z方向进行观察，在塑件的周围寻找特殊的骨位的边线，如图9所示。可以发现这类塑件存在了大量的与预判+Z 轴方向一致的边线，那么就可以考虑利用这些边线来进行摆正。

点击菜单栏中的“格式”|“WCS”|“原点”命令，将“工作坐标系”的原点，移动至“骨位边线”的端点上；然后点选一下坐标系中Z 轴方向的黄色箭头，接着选择“骨位”上的竖边，使坐标系的Z 轴矢量方向与竖边对齐；同时，可以看到该骨位的竖边与横边是垂直的，也可以尝试一同将X 轴或Y 轴与横边对齐，如图10所示。

3.3 脱模方向的验证操作

前面的操作只是预判，方向是否真的正确还需要进行检验。点击菜单栏上的“分析”|“形状”|“斜率”命令，弹出“矢量”对话框，【类型】选择ZC 轴，并确定。在新弹出的“面分析-斜率”对话框中，设置【最小值】：-0.1；设置【最大值】：0.1；并窗选整个塑件，最后点击确定，如图11所示。

3.4 验证分析

通过“斜率”分析后，从+Z向-Z方向观察，可以看到颜色一致；而从-Z向+Z方向观察，其内部表面的云图分析颜色也是一致的；最后在观察一下周围，看看是否在“一个表面”上存在两种颜色并存的现象出现。如果定模面与动模面的交线处颜色不同、边界处清晰可见，层次分明，就可以判断+Z 方向已经找正了，如图12所示。

3.5 塑件移动与坐标系复位

前面的操作只是将“工作坐标系”与“塑件”对齐，并通过“工作坐标系”的Z轴方向进行斜率分析，来判断是否能通过此处的“骨位”对塑件进行摆正的过程。接下来还需要将“塑件”移动到“绝对坐标系”的位置上，并将“工作坐标系”复位至“绝对坐标系”进行重合。点击菜单栏中的“编辑”|“移动对象”命令，同之前的步骤一样，【运动】选择“CSYS到CSYS”；【指定起始CSYS】选择“动态”；【指定终止CSYS】选择“绝对CSYS”，将塑件从当前的位置移动至“绝对坐标系”的位置上；然后还需要将“工作坐标系”一同移动过去，点击菜单中的“格式”|”WCS”|”WCS设置为绝对”命令即可。

4 “十字交叉”摆正法

4.1 塑件特征分析

当塑件没有与XY 坐标平面相平行的表面，且骨位、扣位的侧面都进行了拔模处理，无法应用前两种摆正方法时，可以尝试采用“十字交叉法”进行摆正。如图13所示，该塑件的内部骨位较多，且假设骨位侧面都进行了拔模处理。

4.2 “十字交叉”法找正原理

在图13 所示塑件的右下方可以看到两个相互交叉的“骨位”，这两个骨位都分别做了拔模。如图14所示，显然通过拔模后的表面，求出其两面的交线得到的肯定不是+Z 方向。因此，要先分别求出骨位两侧面的对称平面，然后通过两个对称平面求出交线，该交线即为Z 轴方向。这里特别需要强调的是找到的两个骨位的拔模面必须是平整的平面才可以使用此方法，具体操作如下。

4.3 绘制对称平面求交线

点击菜单栏“插入”|“基准/点”|“基准平面”命令，弹出“基准平面”对话框，【类型】选择“二等分”；【第一平面】选择“平面1”；【第二平面】选择“平面2”；点击确定求出第一个骨位的对称平面，并用同样的方法求出第二个对称平面，如图15所示。

在三维设计软件中，基准平面看似较小，实际上是无限大的，因此，两个相交的“基准平面”一定会形成“交线”。点击菜单栏“插入”|“来自体的曲线”|“求交”，【第一组】选择面选项，选择图15 中的“对称平面1”；【第二组】则选择“对称平面2”；至此交线就被求得。

4.4 移动坐标系找正Z轴

点击菜单栏“格式”|“WCS”|“原点”，选择“交线”的下方末端“端点”，点击确定，如图16a所示。双击绘图区中的“工作坐标系”，使其处于激活状态，点击Z轴上的黄色箭头，并选择“交线”，使Z 轴的矢量方向与“交线”对齐，如图16b所示。

4.5 斜率分析

点击菜单栏上的“分析”|“形状”|“斜率”命令，【类型】选择ZC轴。在“面分析-斜率”对话框中，设置【最小值】：-0.1；设置【最大值】：0.1；并窗选整个塑件，点击确定，结果如图17 所示，可以看到沿着Z 轴方向塑件的正面、反面的颜色不同，边界轮廓清晰，因此，可以判断出WCS的Z轴方向即塑件的脱模方向。

4.6 塑件移动与坐标系复位

上述过程只介绍了+Z轴的摆正方法，X轴与Y轴的矢量方向需要结合模具设计的实际情况去处理，这里就不再叙述了。接下来仍需要将“塑件及工作坐标系”移动到“绝对坐标系”的位置上。点击菜单栏中的“编辑”|“移动对象”命令，【运动】选择“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】选择“动态”；【指定终止CSYS】选择“绝对CSYS”，将塑件移动至“绝对坐标系”的位置上，并点击菜单中的“格式”|”WCS”|”WCS设置为绝对”命令。

5 抽取虚拟曲线法

5.1 塑件特征分析

从图18 中可以看出，塑件的周围都进行了拔模，整体外观均由曲面组成，且俯视下的外轮廓为圆形。塑件上没有合适的“骨位、装配位”进行摆正，也没有“十字交叉”的“骨位”通过求交线去摆正。

5.2 虚拟曲线找正原理

考虑到该塑件的外轮廓是由类似圆柱面生成的，因此，可以在其外轮廓表面上找到是否存在规则圆弧面，点击菜单栏“分析”|“几何属性”，弹出“几何属性”对话框，将鼠标移动至塑件的外轮廓曲面上，观察“曲率半径”的变化，若曲率半径保持不变，则判定该曲面为规则的圆弧面，如图19所示。只有规则的圆弧面才可以通过命令抽取圆弧面的出“虚拟的中心线”，而这个虚拟的中心线就是+Z轴的准方向，但还需进行调整。

5.3 抽取虚拟曲线摆正法

点击菜单栏“插入”|“来自体的曲线”|“抽取虚拟曲线”，【类型】选择“旋转轴”，然后用鼠标选择图19中的规则圆弧面1，生成“虚拟中心线”，如图20所示。

5.4 工作坐标系的定位

点击菜单栏“格式”|“WCS”|原点，将原点定位至“虚拟中心线”的底端“端点”处并确定。接着双击“工作坐标系”，使其处于“动态”激活状态，单击Z轴上的黄色箭头并选择“虚拟中心线”，使两者对齐，如图21所示。

5.5 斜率分析

点击菜单栏“分析”|“形状”|“斜率”，根据前面所描述的过程，实现对塑件的斜率分析，分析结果如图22所示。可以看出周围边界清晰，定模面与动模面斜率基本正确，但是，要知道该塑件是整圈都进行了拔模，图22中的直身面一定存在着拔模角度，所以，还需要进行微调，使整周轮廓面的拔模角度平均。

5.6 WCS重新定位

点击菜单栏“格式”|“WCS”|“原点”，将“工作坐标系”原点放置在图23中“曲线的中点处”；然后双击“工作坐标系”，使其处于激活状态，拖动“旋转点”，将X轴或Y轴旋转到“原点处与圆轮廓相切”的方向，如图23所示。

5.7 微调塑件角度

点击菜单栏“编辑”|“移动对象”，【运动】选择“角度”；【指定矢量】选择图23 中的YC 轴方向；【指定轴点】参考“WCS”，其XC=0、YC=0、ZC=0；【角度】以0.1、0.2、0.3、...作为调整量，通过预览模式可以看到此处的直身面倾斜后的颜色变化，如图24所示。微调原理及细节：以图25a 的实体举例，该图形两侧的拔模角为0.5°。当塑件歪斜左侧为直身面，此时右侧的拔模角变为1°，如图25b所示；若将塑件顺时针旋转1°后，右侧变为直身面，此时左侧的拔模角为1°，如图25c 所示。在UG 软件中进行斜率分析，直身面与拔模面的颜色是不同的，通过将塑件进行旋转，先确定出左侧直身面与右侧直身面塑件旋转变化的角度范围，然后取其中值就得到了所需调整的微调角度。

5.8 移动对象及工作坐标系

通过测试确定本案例中的拔模角为0.75°进行微调后则需要继续将“塑件和工作坐标系”移动至“绝对坐标系”的位置上，移动方法前面已经介绍过，此处不再重复叙述。

6 结束语

本文详细介绍了4种对塑件摆正的方法，目的是为了解决在模具设计时遇到塑件方位与模具设计的脱模方向不符的问题。重点讲解了Z轴矢量方向的摆正技巧，至于X轴与Y轴的方向，要考虑模具的型腔数量、塑件布局、模具结构等因素的影响。软件的命令是有限的，但是思维是无限的，合理使用命令定能解决设计问题，希望本文的内容对大家有所帮助。