0 引言

在模具制造中注塑模具占比較大蜕逾，注塑模具設(shè)計過程通常大多提供UG蜀谤、Pro/E等軟件的使用實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的細化（包括澆注、冷卻橙喘、頂出系統(tǒng)时鸵、設(shè)計分型面及型腔布局等），二維圖在完成設(shè)計后即可直接導出厅瞎，生產(chǎn)制造中心據(jù)此完成相應模具的加工加工饰潜，軟件三維模具（包括UG等）雖具有較全的設(shè)計功能但導出的二維圖清晰度欠佳，而在由UG軟件完成分型的設(shè)計和簸、型芯及型腔二維圖的導出后彭雾，結(jié)合使用CAD完成模具系統(tǒng)設(shè)計，在確保圖樣同模型具備較高關(guān)聯(lián)性的同時提高了出圖速度锁保，并簡化了模具生產(chǎn)的后期修改流程薯酝。本文以音箱零件為例，對快速設(shè)計模具型腔及系統(tǒng)的實現(xiàn)爽柒、二維圖的導出的方法及過程進行了分析吴菠，提高模具設(shè)計質(zhì)量及出圖效率。

1 基于CAD的注塑模具設(shè)計流程

注塑成型制品在加工性能浩村、強度做葵、抗腐蝕性等方面具備較強的優(yōu)勢，已在眾多行業(yè)取代木和金屬制品心墅，作為最常見的塑料成型方式注塑成型具有簡單易操作翠墩、自動化程度較高效率高等優(yōu)勢，塑料制品在未來市場中仍然有較大的發(fā)展空間辖京，由于塑料熔體的流動模式及塑性變形會受到塑料制品結(jié)構(gòu)帝匙、熱流變特性直接影響，在設(shè)計注塑模具結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)時需對諸多因素進行綜合考慮（包括產(chǎn)品克干、模具惹捡、材料、成型工藝等）尼送，模具系統(tǒng)通過CAD／CAM模擬軟件的使用實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計過程，這已成為模具行業(yè)提高效率和生產(chǎn)質(zhì)量的有效途徑曾负。設(shè)計注塑模具制品主要由初步分設(shè)計鸭荡、模擬仿真優(yōu)化、定型設(shè)計等環(huán)節(jié)構(gòu)成往蝉，設(shè)計人員分析產(chǎn)品進行初步設(shè)計需以塑料制品多方面的參數(shù)（包括結(jié)構(gòu)稻猜、用途、質(zhì)量等）為依據(jù)堡扣，完成塑料材料及模具的的確定（包括型腔及分型面結(jié)構(gòu)坦康、澆注及冷卻系統(tǒng)、脫模方式等），據(jù)此實現(xiàn)模具初步設(shè)計方案的獲戎颓贰古胆；然后將方案進行模擬仿真優(yōu)化分析，據(jù)此對優(yōu)化和改進模具零件結(jié)構(gòu)提供指導完成模具定型設(shè)計方案的獲取筛璧。結(jié)合注塑模具（通常包括模具型腔凹模逸绎、凸模型芯、兩模具的分型面及接觸面）的使用完成注塑模具制品的加工生產(chǎn)過程夭谤，以注塑模具結(jié)構(gòu)及應用要求為重點考慮對象完成其分型面的確定棺牧，在此基礎(chǔ)上完成凸、凹模的結(jié)構(gòu)和形狀的確定朗儒。成型零件的形狀復雜且要求高精度（對表面粗糙度要求較低）時颊乘，通常采用工具鋼（經(jīng)熱處理后）完成模具材料的制造；當需確保凹醉锄、凸模的同軸度配合時乏悄，為使塑件的質(zhì)量得以有效提高，應采用配合零件（即強度足夠的導套與導柱）榆鼠。除了塑料制品的材料岭复、形狀外，選擇注塑模具的澆注系統(tǒng)還取決于注塑設(shè)備性能參數(shù)规倚，設(shè)計澆注系統(tǒng)（通澈用溃可劃分為無流道和普通流道）時以塑件工藝性、模具性能等作為重點考慮對象评贫，以流道形式殊划、澆口數(shù)量和位置等作為主要設(shè)計參數(shù)，流道可細分為主流道（主要包括弧形枕调、雙傾斜式登徐、傾斜式、垂直式等）和分流道（主要包括有圓形堪锌、矩形哟笨、梯形和U形等），主流道負責完成注塑模具同機料筒噴嘴的連接肺疾，從主流道在型腔注入熔料前以分流道作為過渡部位母逸，澆注過程可通過循環(huán)操作以有效滿足實際需要。設(shè)置澆口届慈，澆口主要功能在于連接分流道和型腔徒溪，具體以實際構(gòu)件的特征為依據(jù)完成相關(guān)設(shè)計，塑件制品質(zhì)量會受到澆口位置的直接影響金顿，選擇澆口位置使需有助于充模臊泌、排氣和補縮過程鲤桥。設(shè)計冷卻系統(tǒng)時需以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、效果渠概、均勻性作為重點考慮因素（可視產(chǎn)品的尺寸大小靈活設(shè)計）茶凳，為使冷卻效果均勻，冷卻結(jié)構(gòu)需確保冷卻水道的截面尺寸較大且分布均勻高氮，加強冷卻較厚的澆口和模具部位慧妄，冷卻水道需盡可能充足并且出水口和進水口溫度相同，控制溫差以提高冷卻效果剪芍。

2 注塑模具優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的實例分析

對于不合理的注塑模具初始設(shè)計方案需進一步進行設(shè)計優(yōu)化塞淹，以注塑模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)作為主要優(yōu)化對象，模具結(jié)構(gòu)具體以注塑件表面質(zhì)量和成型結(jié)構(gòu)受到模具的應力和應變的影響情況為主罪裹，以獲取結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化流程（基于設(shè)計變量）饱普；以工藝參數(shù)影響注塑件成型質(zhì)量的具體情況為主，基于工藝參數(shù)與成型質(zhì)量關(guān)系完成優(yōu)化目標的獲取茶踪，對注塑制品通過工藝參數(shù)的修改實現(xiàn)最佳工藝參數(shù)的獲取杉源。在對模型實用性進行充分考慮的基礎(chǔ)上，以采用注塑成型工藝成型的扣件為例教叽，在注塑模具設(shè)計和優(yōu)化中選取了盒式卡扣件（具有基本圓柱狀墙哲，用于復印機上）對CAD/CAE集成軟件的具體應用情況進行全面的展現(xiàn)，具體工藝參數(shù)為：PVC材料嘶忘，注塑機型號為SZ-25/25氏石，模具鋼材料為P4410，1.4秒的注塑時間躁银，保壓壓力40MPa（時間為7s）愿航，模具尺寸140×210×265(mm)，模具溫度和熔體溫度分別為50℃蔑辽、230℃身音，65mm厚的動模板，定模板及推板的厚度分別為75触尚、30mm叔收，墊塊寬高分別為39、65mm傲隶。對盒式卡扣使用UG軟件完成三維建模過程饺律，其網(wǎng)格模型如圖1所示，卡扣與實驗模具結(jié)構(gòu)如圖2所示伦籍。

圖1 卡扣注塑模具網(wǎng)格模型

圖2 模具三維結(jié)構(gòu)示意圖

模具在注塑件成型過程中會因受到液態(tài)塑料流體的擠壓作用而產(chǎn)生應力和應變，如果變形過大則會對注塑件質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響腮出，因此需對各部位的變形分布情況進行研究帖鸦，具體測量過程中需觀察模具型腔和刑芯表面，在出現(xiàn)最大變形量的位置粘貼應變片，具體安裝位置如圖3所示（第3測量點附近）作儿，本文測量結(jié)果為最大應變268.12μm洛二。

圖3 應變片安裝位置

將制品的成形過程在注塑模CAD集成系統(tǒng)中模擬以驗證變形分布情況，對模具結(jié)構(gòu)通過劃分四面體網(wǎng)格及加載型腔載荷處理攻锰，然后對已設(shè)置載荷和約束模型通過NXNASTRAN求解器（UG自帶）的使用完成靜力學求解過程晾嘶，實現(xiàn)應變分布情況的獲取，位置為動模板底面中央娶吞，動垒迂、定模模具變形分析結(jié)果如圖4所示。最大變形量為263.118μm肖糖，模擬結(jié)果同實驗結(jié)果吻合笨拯。

圖4 模具變形分析結(jié)果

塑料制品的PVC材料具有較高的耐磨性、強度睹蜈、抗疲勞性能讶粹、熔料的流動性好、成型周期短等優(yōu)勢牲课，本文對盒式卡扣成型重量受到主要參數(shù)（包括注塑速率贩仇、保壓壓力及時間、模具及熔體溫度等）的影響情況進行研究女灸，以便獲取最優(yōu)成型工藝參數(shù)切役。具體影響情況示意圖如圖5所示。

圖5 工藝參數(shù)對制品重量影響示意圖

卡扣塑料制品的填充質(zhì)量同注塑速率摘链、保壓壓力羔仅、熔體溫度呈正比，但增長趨勢雖時間推移會逐步變緩岗努；制品的填充質(zhì)量隨模具溫度升高而增加沉桌，在模具溫度超過50℃時趨于穩(wěn)定；制品的填充質(zhì)量隨保壓時間的升高而增加算吩，在保壓時間超過6秒后趨于穩(wěn)定留凭。分析結(jié)果確定了最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為10.6cm3/s的注塑速率，保壓壓力1.7×108Pa（時間為6s）偎巢，模具和熔體溫度分別為50℃蔼夜、290℃。

3 UG三維分模設(shè)計

本文以材料為ABS的音箱零件如圖6所示压昼。

圖6 音箱零件

模具設(shè)計采用NX8.0實現(xiàn)求冷，其外形尺寸為118×49×11mm，分模的全部操作采用Moldwizard完成窍霞。

(1)首先在Moldwizard環(huán)境下需對項目零件進行初始化匠题，確定模具設(shè)計的各項基礎(chǔ)信息（包括材料拯坟、文件名、保存路徑韭山、收縮率等）郁季，初始化項目前零件需為實體，可使用縫合工具將片體的零件在建模模塊下縫合為一個實體腻危。

(2)接下來對坐標系弹双、工件、型腔布局進行設(shè)置雇法，設(shè)置模具坐標系時需以實體音箱零件中心作為坐標原點战辨，XY平面需同分型面重合，Z軸正方向同零件脫模方向一致供辰，通常使用經(jīng)驗值設(shè)置工件尺寸（即型腔型芯尺寸的設(shè)置）痒塞，采用一模兩腔設(shè)計以減少廢料提高生產(chǎn)效率。

(3)對分型面進行設(shè)計梢苍，模具加工難易程度洪磕、外觀、配模及制件結(jié)構(gòu)等受到分型面的直接影響诲有，分模步驟為：UG首先以塑件的拔模角度與方向為依據(jù)完成型腔與型芯區(qū)域的自動計算并以不同顏色顯示晋丑，位于該音箱零件中間的長型大槽需先修補后分模。然后進行曲面修補操作药封，采用“體”修補方法能夠為系統(tǒng)自動計算捕捉孔位置嚼债，簡化了操作流程。接下來對零件的分型線進行選擇（是產(chǎn)生分型面的基礎(chǔ)）吠谢，音箱零件底面四周環(huán)線為其分型線土童，分型線受到零件兩端略向下的影響被分成了多段，因此需手工提取工坊，然后基于分型線通過創(chuàng)建面與拉伸面命令完成分型面的獲取献汗。再通過UG工程圖命令將導出IGS型腔型芯圖完成在二維圖中的創(chuàng)建及二維圖導出（CAD格式）。

4 二維裝配圖設(shè)計

（1）使用CAD外掛程序燕秀工具箱對零件分模導出的二維圖進行處理王污，可顯著提高繪圖的工件效率罢吃，該工具箱具備設(shè)計三大系統(tǒng)及調(diào)用標準模架等功能，在確定模架規(guī)格尺寸時昭齐，對內(nèi)模X尿招、Y的長度可通過點擊屏幕光標進行控制，能夠?qū)δＥ咭?guī)格進行自動計算阱驾。

（2）注塑過程的順利完成取決于澆注系統(tǒng)的設(shè)計就谜，定位環(huán)與唧咀尺寸除常規(guī)尺寸外還能訂做非標產(chǎn)品。將定位環(huán)與唧咀插入選擇模架中心線上里覆，三者重合位置的線條自動消失丧荐。通過偏移線條設(shè)計分流道與澆口饮睬，頂出系統(tǒng)的完整可確保開模的順暢性，頂出機構(gòu)以位置自由度大的推桿推出機構(gòu)較為常用谷培，采用光標移動測量頂針尺寸，頂針放置在塑件的受力處以便能對塑件安全頂出镇评。X藤侦、Y坐標通過燕秀工具箱“圓工具”命令能夠微調(diào)成整數(shù)以降低小數(shù)帶來的模具加工難度。為確保冷卻效果冷卻系統(tǒng)大多采用“幾”字型的冷卻水路牺鱼，利用“水路”工具完成水路直徑及進出水管接頭的確定樊何，光標結(jié)合鍵盤空格鍵即可畫出水路。在此基礎(chǔ)上獲取音箱零件完整模具的透視圖跪晕，標注尺寸后即可進行模具加工秀彤，如圖7所示。

圖7 音箱俯視圖

5 總結(jié)

傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計大多以來已模具設(shè)計師的設(shè)計和繪圖經(jīng)驗啄崖，對設(shè)計師的要求較高笙吠，且修改困難不利于工作效率的提高，本文主要結(jié)合使用了UG與CAD軟件垄暗，針對注塑模具的設(shè)計流程以模具制品轴座、結(jié)構(gòu)及優(yōu)化分析、澆注及冷卻系統(tǒng)方面作為重點研究內(nèi)容简烘，通過CAD作模具后期使工作時間得以顯著縮短苔严，并提高了操作效率，結(jié)合燕秀工具箱實現(xiàn)UG模具三維設(shè)計孤澎，模具型腔零件采用一模二腔完成三維設(shè)計届氢，同時提高了CAD二維出圖效率，所設(shè)計的模具有效確保了塑件質(zhì)量覆旭。

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