基于UG和Moldflow的塑料頭蓋模具設(shè)計分析

林良鈞

摘 要：現(xiàn)代模具設(shè)計方式與過去相比，不僅能有效提高模具設(shè)計的精確性，還將模具設(shè)計與制作時間大大減少。本文以塑料頭蓋模具設(shè)計為例，對UG和Moldflow在塑料頭蓋模具設(shè)計過程中的具體應(yīng)用進行分析，以便于相關(guān)人員進行參考。

關(guān)鍵詞：UG；Moldflow；塑料頭蓋；模具設(shè)計

在模具實際制作前，通過Moldflow軟件分析和模擬模具設(shè)計方案，有效替代具體的試模流程，以達到一次性試模生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的目的。在實際生產(chǎn)過程中，合理運用UG和Moldflow，能夠精確、高速實現(xiàn)分模目標，在極大程度上便利了塑料模具的設(shè)計工作。本文以塑料頭蓋模具設(shè)計為例，逐步進行分析和論述。

1 繪制三維模型

為使繪制三維模型過程更加便利，可通過AutoCAD先繪制零件邊界輪廓以及部分邊界軌跡，之后引入到UG軟件內(nèi)，以繪制完成塑料頭蓋模具的三維模型。在進行三維造型過程中，要及時修正和完善模具的個別尺寸，以便于順利獲得有助于模具設(shè)計的產(chǎn)品形狀，要確保這部分尺寸的變化對產(chǎn)品使用要求沒有影響。

在UGCAD中將塑料頭蓋模具的3D模型設(shè)計完成后，通過Moldflow進行注塑CAE分析。第一步，通過UG軟件將.stp格式文檔導(dǎo)出來，第二步就要在Moldflow軟件工程中選用雙層面網(wǎng)格劃分導(dǎo)入CAE模型，反復(fù)進行網(wǎng)格修復(fù)以及缺陷處理操作，使匹配百分比達到相關(guān)標準要求，以便于進行Moldflow數(shù)值模擬分析。[1]

2 流動分析

三維模型繪制完成后，進行IGS文件格式轉(zhuǎn)換，之后導(dǎo)人到Moldflow中進行模擬流動分析。與此同時，要針對模型進行網(wǎng)格劃分并進行成型材料的適當(dāng)選擇。

本文所介紹的制件是一個材質(zhì)為ABS的頭蓋，要求具有美觀的外表面，避免存在顯著的流痕和澆口痕等問題。在進行模具設(shè)計過程中，應(yīng)對制件用途、裝配要求與模具制造工藝性等進行綜合分析和研究。這里選擇側(cè)邊緣為澆口部位。在進行模擬分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮制件的尺寸輪廓較大及注射壓力平衡等因素，決定采用兩個型腔對稱分布的方式。

通過模擬結(jié)果可以看到，該方式具有良好的充填效果，從制件較小的注射壓力區(qū)域可以體現(xiàn)出來。這是因為兩個型腔對稱分布，各型腔都能在同一時間內(nèi)充滿，并能保證補料的均衡性以及制件性能和尺寸的一致性，同時也能有效平衡注射壓力。[2]

通過Moldflow分析，獲得鎖模力與時間關(guān)系的曲線，由這條曲線可以看出，最大鎖模力為2000千牛出現(xiàn)在1.50秒（見表1）。同時，也獲得注射壓力與時間關(guān)系曲線，從這條曲線可以看出，最大注射壓力為75.5MPa，時間也恰好在1.50秒（見表2）。

3 模具設(shè)計

通過Moldflow分析將模具澆口等位置合理確定好后，就可以采用UG軟件中的MoldWizard模塊來設(shè)計模具結(jié)構(gòu)。

3.1 型芯和型腔創(chuàng)建

首先，調(diào)用零件，同時進行MoldWizard裝配體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，在頂先定義的裝配體中增加一個原始模型文件，并進行產(chǎn)品坐標系以及材料收縮率的設(shè)置。其次，對實體進行必要的曲面修補工作，然后將鑲塊尺寸大小合理確定，將所需毛坯從庫中調(diào)取出來，并運用分模功能進行分模線識別。再次，進行薄體創(chuàng)建并從模型延伸到工件外部，以促使分模面的形成。同時進行型腔和型芯面的識別，并將相應(yīng)薄體提取出來。最后，對工件拷貝體進行修剪，進行型芯和型腔創(chuàng)建。

3.2 調(diào)入模架

根據(jù)Moldflow分析結(jié)果，采用一模兩腔方式，并根據(jù)據(jù)此方式進行布局。同時對制件的分型情況進行分析，在模架庫中選擇美國DME單分型面模架。當(dāng)使用推件板來作為出件機構(gòu)時，模具的分型面應(yīng)處于推件板和型腔之間的位置。如果調(diào)入模架時，分模面位置不合理，要通過UG的裝配功能進行有效調(diào)整，將正確位置確定下來。

3.3 澆口與流道設(shè)計

運用MoldWizard，澆口與流道操作能夠有效進行常見澆口和流道形式的創(chuàng)建，在設(shè)計過程中可以對已有澆口進行直接調(diào)用，也能自行創(chuàng)建澆口。澆口和流道在UG中被看做一個零件來進行管理，可以從具體情況出發(fā)適當(dāng)修改澆口的參數(shù)，因為UG設(shè)計中各零件之間具有非常強的關(guān)聯(lián)性，部分改變會引起整體隨之改變，將其共同保存起來，為模具設(shè)計和修改提供方便。在此，可以按照Moldflow中的分析結(jié)果，完成流道和澆口的設(shè)置和創(chuàng)建。

從Moldflow分析結(jié)果得出，最大鎖模力是2000千牛，最大注射壓力為75.5MPa。考慮到ABS材料的成型工藝性，將融體溫度、模具溫度、料筒溫度、噴嘴溫度、分別確定為160℃左右、65℃左右、200℃左右、175℃左右。同時，模具厚度設(shè)計為360毫米。將各項因素綜合考慮后，選用SZ—1000/300臥式螺桿式注塑機。

4 繪制工程圖

通過UG中的Drafting工程圖模塊進行二維圖創(chuàng)建，然后通過UG中的CGM格式把二維工程圖導(dǎo)人到AutoCAD中。

所繪制的二維圖能夠在零部件的普通加工制造過程中直接應(yīng)用，但對于需通過數(shù)控加工的部件，就要把零件三維模型轉(zhuǎn)到UG的Manufacturing制造模塊中，進行數(shù)控編程。對于需通過電極加工的部件要轉(zhuǎn)到Electrode電極設(shè)計模塊中進行電極設(shè)計。

5 結(jié)語

文章通過UG和Moldflow進行流動分析并模具設(shè)計提供指導(dǎo)，這種利用三維軟件來進行塑料模具設(shè)計的方式，使模具設(shè)計人員徹底擺脫過去復(fù)雜而繁瑣的繪圖和計算工作，在提高設(shè)計效率的同時，還減少了相應(yīng)的成本，在一定程度上提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]汪俊輝.基于STL模型注塑模CAE表面網(wǎng)格劃分技術(shù)的研究[D].寧波大學(xué)，2017.

[2]張麗.基于UG和Moldflow注塑模設(shè)計和CAE實例分析[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2017.

[3]趙鵬展.基于UG MoldWizard的老人手機內(nèi)殼注射模具設(shè)計[J].機械管理開發(fā)，2016，31（1）：30-31.