模具设计的应用

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1Moldwizard模具设计实例

下述以电话机外壳（塑件）为例，介绍Moldwiz－ard模具设计过程，最终设计出三维模具图及模具加工的仿真过程。1.1　塑件工艺性分析如图2所示，电话机外壳的材料为ABS，外形尺寸约为176mm×85mm×37．5mm，质量约为图2　电话机外壳71．3g，壁厚均为2mm。本塑件的内表面和外表面都有一定的圆角和斜度，易于脱模。塑件的侧边有1个方孔，由于改进了塑件的结构设计，不需要侧抽芯。外表面要求光洁，无凹坑等缺陷，内表面要求不高。模具设计初步采用点浇口、单分型面双型腔注射模。1.2　Moldwizard模具设计1.2.1　模具设计初始化Moldwizard添加产品模型与UG软件打开模型有所不同，其是通过特有的装载命令进行装载的。在“初始化项目”对话框中，可以实现“投影单位（项目单位）”、“投影轨迹（设置项目路径和名称）”、“材料”和“收缩率”的修改。系统默认将项目的路径设置在模型所在的文件夹，并以模型的文件名作为项目名。Moldwizard模块提供了丰富的材料数据，可以从材料库中直接选取符合要求的材料。另外，可以单击“编辑材料数据库”按钮，进行材料库中材料收缩率的编辑和修改。1.2.2　设置模具坐标系在模具设计中，需要定义模具坐标系。模具坐标系的定义过程，就是将产品子装配从WCS（工作坐标系）移植模具到ACS（绝对坐标系），并且以该ACS作为模具坐标系。在Moldwizard模块中，默认了＋Z方向作为开模方向［3］；而在产品设计过程中，为了设计上的方便，有时在设计产品时不一定考虑开模方向。1.2.3　设置工件和型腔布局作为模具设计的一个部分———工件（又称毛坯），是用来生成模具型腔和型芯的实体，并且与模架相链接；所以，工件尺寸的确定应以型腔或者型芯的尺寸为依据。采用多腔体会提高对注射机的要求，因此应结合不同的实际情况采用不同的型腔数。电话机外壳的模具适宜采用1模2腔的布局。1.2.4　分型分型是模具设计中最重要的部分，简而言之，就是打开模具型腔取出制品；因此，需要将工件拆分成图3　型芯效果图各个模具元件。在UG软件中分型分为4个步骤，即：区域设计、提取区域和分型线、分型面设计、创建型腔和型芯。其中，分型面设计是分型的关键，其合理与否关系到是否能够正确的分型。电话机外壳的分型面应选在端面，这也是本塑件截面尺寸最大的部位。开模后，使塑件包在型芯上留在动模中，然后顶出机构将塑件顶出。型芯效果如图3所示。1.2.5　模架的加载Moldwizard包含的模架库可以提供对多种标准模架库的访问，其中，包含了DME、HASCO和UNI－VERSAL等厂家的标准模架系列。在公制单位模具库中，包含有FUTABA品牌的标准模架；在英制单位模架库中，还包含有OMNI品牌的标准模架。图4　完成模架的调入使用时，可以根据模具设计的需要，从模架库中任意选择，通过模架库的对话框菜单，可以对尺寸进行选择，在模具设计过程中的任意时间，都可以对模架库进行修改。不必使用任何编程工具，就可以将自己设计的模架添加到库中，利用可互换模架的功能，可以通过简单的电子数据表格建立自己的自定义模架。由于CAD模型可以通过电子数据表格驱动来修改，因此不必做任何造型的工作。本塑件选用模架类型为DME的3035，完成模架的调入效果如图4所示。1.2.6添加标准件Moldwizard提供了标准件管理功能，用于各种常用标准件的管理和操作。在“标准件管理”对话框中，用户可以选择模架附件的标准件，并对尺寸参数进行编辑，最后放置在经过型腔布局后的工作环境中形成模具装配结构。1）定位环。定位环是决定模具在注射机上安装位置的定位零件，其作用是使注射机喷嘴与模具主流道对中，同时为了防止型腔内高压熔体溢出模具，Moldwizard提供了带螺纹孔和不带螺纹孔2类定位环。图5　定位环和主流道衬套2）主流道衬套。主流道衬套主要用于当浇道通过几块板时，防止板间溢料，其直接与注射机喷嘴接触，相当于主流道通道的衬套零件［4］。添加的定位环和主流道衬套的效果如图5所示。3）顶杆。在注射成型的过程中，首先，塑件应由模具的型腔或型芯中脱出，许多公司的标准件库图6　顶杆中都提供了顶杆和顶管功能，用于顶出设计；然后，再利用Moldwizard的顶杆后处理，来完成顶出设计。在电话机外壳的模具设计中，每个塑件由14根顶杆顶出，顶杆工作长度为72mm，总长度为116mm，如图6所示。1.2.7　添加浇口和冷却通道Moldwizard已经在预定义的库中提供了很多浇口的类型，可以选择库中现有的浇口或自行设计浇口。本塑件的浇注系统设计在其外表面约中央处，采用点浇口；主流道选用圆锥形，锥角为1．5°。冷却系统的设计方法有通道设计和插入标准件2种，其中插入标准件是创建冷却水管的首选方法。通常系统默认的是插入标准件方法，如果想要扩展创建冷却水管的功能，可以通过用户手动设置，使通道设计方法被选用，如图7所示。1.2.8　模具图在设计过程中，UG软件提供了强大的装配建模功能。在模具装配建模过程中，将制品提升为组模型。在模具设计过程中，装配模型中的所有组件与组模型相关。模具制作完成后应进行试模，如果在充填过程中出现烧伤、憋气和充型不满等问题，可以立即对模具结构进行修改，使各种问题在设计阶段得到解决，以避免在制造完成后出现问题。模具的总装爆炸图如图8所示，模拟模具仿真加工如图9所示。

2结语

UG　Moldwizard模块为设计模具的型芯、型腔、滑块、顶杆和嵌件提供了完整的建模工具，提高了模具设计的速度，降低了模具设计的难度，更为有利的是创建出了与产品参数相关且能用于加工的三维模具。Moldwizard必将取代传统的设计方法而成为时代的潮流，其可缩短产品的更新周期，节约模具开发的时间和成本，降低产品投产前的投资，提高企业的竞争力，并为企业带来巨大的经济效益。

作者：李辉 单位：开封大学 机械与汽车工程学院