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基于UG的機(jī)座注塑模設(shè)計與數(shù)控加工

2018-2-7 來源：陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程學(xué)院作者：董海東

摘要：針對機(jī)座的結(jié)構(gòu)特點，在UG8．5的軟件平臺上，利用UG／MoldWizard模塊，采用一模二腔方案，設(shè)計與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維實體注塑模具。利用UG／CAM模塊，分析了模具型腔的數(shù)控加工工藝，生成刀具加工軌跡并進(jìn)行模擬仿真，最后生成數(shù)控程序。結(jié)果表明，實現(xiàn)了模具設(shè)計與制造的一體化，縮短了模具制造周期。

關(guān)鍵詞：UG；MoldWizard；注塑模；數(shù)控加工

0 引言

當(dāng)今，CAD／CAM／CAE技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計，尤其是模具設(shè)計當(dāng)中的應(yīng)用愈加廣泛。其中，uG作為集成化的CAD／CAM／CAE系統(tǒng)軟件，為工程技術(shù)人員提供了非常強(qiáng)大的應(yīng)用工具，這些工具包括產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、繪制工程圖、模具設(shè)計以及數(shù)控編程加工等。

對于注塑模具中比較復(fù)雜的型芯或型腔，利用UG軟件提供的uG／CAM模塊，可完成平面銑、型腔銑、固定軸曲面輪廓銑等數(shù)控編程，從而實現(xiàn)了模具設(shè)計與制造的一體化，使模具

在設(shè)計的同時就可進(jìn)行制造階段相應(yīng)的數(shù)控編程工作，縮短了模具制造周期‘1。

1 、塑件分析

如圖1所示產(chǎn)品為機(jī)座，四周各有≯46 mm的連接孔，上部中央有高度為7 mm的突起部分，突起部分中部有18 mm的通孔。突起部分的右側(cè)設(shè)置17 mmX 7 mm×3 mm的筋板以加強(qiáng)支撐，筋板右側(cè)設(shè)置有妒18 1Tim的圓弧凹槽，其高度為8 mm。機(jī)座整體規(guī)格為98 mm×66 mm×15 mm，由于機(jī)座的外觀要求很高，不能有熔接痕、澆口痕和頂出痕等缺陷，決定采用側(cè)澆口即二板模結(jié)構(gòu)，頂出機(jī)構(gòu)采用推桿脫模。機(jī)座材料為ABS，密度為1．02 g／cm3，收縮率為0．3％～0．8％，ABS由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3種成分組成，具有良好的表面硬度、耐熱(a)上部結(jié)構(gòu)2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要點性、耐化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的成型加工性和著色性能[z]。應(yīng)嚴(yán)格控制成型的主要工藝參數(shù)，選擇震雄JNl68一E螺桿式注塑機(jī)，螺桿直徑45 mm，螺桿轉(zhuǎn)速0～180 r／min，注射壓力147 MPa，鎖模力1 680 kN，直通式噴嘴，噴嘴溫度260～320℃，模具溫度80℃，注射壓力30～120 MPa，保壓力15～25 MPa，注射時間5～10 s，保壓時間5～10 S，冷卻時間10～20 S，周期20～40 S。

圖1 機(jī)座

2、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2．1分型前準(zhǔn)備

要進(jìn)行注塑模具設(shè)計，首先導(dǎo)人機(jī)座零件模型，如圖1所示，該模型是在UG／Model模塊中創(chuàng)建。接著建立模具坐標(biāo)系CSYS，通常模具CSYS的原點放置模架的中心，足y平面是分型面，Z方向是脫模方向。然后選擇塑件的材料，定義收縮率，機(jī)座材料為ABS，收縮率大小為1．005。最后確定模具毛坯的大小為150 mm×115 mill×50 mm，并定義為一模一腔結(jié)構(gòu)，如圖2所示[3]。

2．2 塑件的分型設(shè)計

分開模具能取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的面稱為分型面，在創(chuàng)建分型面之前，需要修補(bǔ)片面、建立分型線。分型面創(chuàng)建完畢，就可以自動創(chuàng)建型芯和型腔。

2．2．1 修補(bǔ)片面

在分型之前，如果塑件存在通孔或碰穿面，需要進(jìn)行修補(bǔ)，才能保證順利分型。利用注塑模工具中的“邊緣補(bǔ)片”功能，對4個≯6 ITlm孑L、1個妒18 mm孔等5個開放區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)片，如圖3所示。

2．2．2建立分型線

分型線可采用自動或手工方式完成。對于本實例，采用自動搜索分型線，如圖4所示。

圖4分型線

2．2．3創(chuàng)建分型面

分型面是用來修剪毛坯工件的片體，從而生成模具的型芯和型腔。MoldWizard提供的創(chuàng)建分型面的方式有拉深、掃描和有界平面等。由于圖2所示的分型線不在同一平面上，需要定義過渡點或過渡對象將分型線劃分成更小的分型段，然后把各分型段以不同的方向拉深成分型面，最后縫合成一個完整的分型面，如圖5所示。

圖5 分型面

2．2．4創(chuàng)建型芯和型腔

分型面創(chuàng)建完后，使用“抽取區(qū)域和分型線”功能，必須保證顯示的總面數(shù)等于型芯面數(shù)與型腔面數(shù)之和。然后MoldWizard可自動創(chuàng)建型腔和型芯，分別如圖6、圖7所示。

圖6凹模

圖7型芯

2．3后續(xù)處理

圖7型芯型芯和型腔創(chuàng)建完畢后，需要根據(jù)模具毛坯的尺寸選擇模架，模架必須把型芯和型腔嵌在內(nèi)部，并留有足夠的外沿部分。澆注系統(tǒng)的設(shè)計，包括選擇定位圈和澆口套、設(shè)計分流道和澆口；然后進(jìn)行推出機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等。最終的機(jī)座注塑模二維裝配圖、三維結(jié)構(gòu)如圖8所示。

1．頂桿固定板2．頂料桿3．型芯固定板(B板) 4．小嵌件5．型芯6．型腔7．冷卻水管接頭

8．型腔固定板(A板) 9．定模座板10．定位環(huán)11．澆口套12．拉銷

圖8機(jī)座注塑模結(jié)構(gòu)

3、模具的數(shù)控加工

數(shù)控編程的核心是計算刀位點，對于包含復(fù)雜曲面的產(chǎn)品，人工計算數(shù)控加工刀位點非常困難。而UG／CAM模塊可自動編程，從而產(chǎn)生數(shù)控加工代碼r4]。

下面以機(jī)座注塑模的型腔為例，來分析其數(shù)控加工編程過程。

3．1 型腔加工工藝分析

雖然UG／CAM模塊可自動編程，但用戶需要自行進(jìn)行工藝的分析，工藝分析合理與否，影響模具的制造精度。具體包括：毛坯選擇、工藝路線擬定、刀具選擇和切削用量確定等。

型腔毛坯六面平整，尺寸為150 mm×115 mm×50 mm，材料為45鋼。擬定了如表1所示的工藝方案。

3．2刀具軌跡生成過程

(1)創(chuàng)建加工坐標(biāo)系MCS，并指定安全平面，距離毛坯上表面10 mm，如圖9所示。

圖9創(chuàng)建加工坐標(biāo)系MCS

表l 加工工藝方案

(2)指定部件幾何體和毛坯幾何體。

(3)創(chuàng)建刀具。

(4)根據(jù)擬定的工藝方案，分別創(chuàng)建加工操作；生成的型腔粗加工軌跡如圖10所示。

(5)仿真加工，所有的刀具軌跡生成完后，進(jìn)行數(shù)控模擬仿真。結(jié)果如圖11所示。

圖10型腔粗加工軌跡

圖11 型腔模擬仿真加工

3．3 后置處理

經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生的是刀位源文件(簡稱CLSF)，而不是數(shù)控程序，因此需要把刀位源文件轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸人數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能對零件進(jìn)行數(shù)控加工，這個過程即是后置處理。圖12為在采用三軸機(jī)床、FANUC操作系統(tǒng)下，利用UG／Post后處理生成的粗加工程序。

圖12粗加工程序

4 、結(jié)論

以UG／Moldwizard和UG／CAM模塊為平臺，完成了機(jī)座注塑模具的設(shè)計和模具型腔的數(shù)控編程加工。CAD／CAM／CAE技術(shù)在模具設(shè)計和制造中的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)方式，大大提高了生產(chǎn)效果，縮短了生產(chǎn)周期。

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