注塑模具不同分模方法步驟詳解與比較*

胡雙鋒，吳艷光，彭宇霄，胡小艷

(1 武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205；2 武漢匯創(chuàng)精密機械制造有限公司，湖北 武漢 430205)

注塑件質(zhì)量主要取決于模具質(zhì)量，而決定注塑模具技術(shù)經(jīng)濟指標高低的關(guān)鍵因素在于分模質(zhì)量。因此，如何以產(chǎn)品為目標原型，科學的設(shè)計成型模具結(jié)構(gòu)就是需要重點研究的內(nèi)容。廣義上講，注塑模具的分模，不僅僅包括確定型芯和型腔，還包括創(chuàng)建鑲件、滑塊、斜頂，即設(shè)計成型產(chǎn)品的所有部件。

福州職業(yè)技術(shù)學院的劉成娟綜述了高分子材料注塑成型的新方法，指出合理的裝備選擇與模具設(shè)計、較佳的工藝參數(shù)是得到高質(zhì)量產(chǎn)品的前提[1]。武漢城市職業(yè)學院的羅光漢基于PTC/Creo體積塊快速分模方法實現(xiàn)了照相機前蓋的多腔模具分模設(shè)計[2]，大連塑料研究所有限公司的劉寶釗等基于UG的Mold Wizard模塊，以鼠標外殼上蓋為例，探討了其分型操作過程[3]；珠海格力電器有限公司的張樸研究了基于幾何特征的分模方法，并以實例進行了分模操作，說明了幾何特征分模方法的運用[4]。武漢職業(yè)技術(shù)學院的彭榮利基于PRO/E軟件，論述了不同模式下不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的分模過程[5]。作者根據(jù)自己分模的經(jīng)驗，總結(jié)了不同分模方法的操作步驟，比較了各自的優(yōu)缺點，并以盒型件復(fù)合分模法演示了分模過程。

1 分模的三要素及其過程

脫模方向、分模線和分型面是分模的三要素。脫模方向是塑料制品的頂出方向，將直接影響開模運動的復(fù)雜程度，是分模線選擇的前提；分模線決定了分型面的幾何形態(tài)；分型面直接決定了模具型腔、型芯結(jié)構(gòu)及塑件產(chǎn)品的質(zhì)量。分模三要素也是分模過程的三個必經(jīng)步驟。

(1)設(shè)計脫模方向。包括主脫模方向與次脫模方向，主脫模方向一般為塑件最大平面投影面積所在法線方向，是制品頂出的方向；次脫模方向如側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)運動方向、內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)運動方向等，一般也叫先行脫模方向，待其動作完成之后，塑件方可頂出。

(2)選擇分模線。分模線是塑件的邊界線，也是型腔、型芯的結(jié)合部輪廓分界線。分模線的選擇既要避免分型面的飛邊，又要保證分型面的排氣。

(3)構(gòu)建分型面。分型面是型芯與型腔的界面，也是動、定模的接觸面。

2 分模方法的分類及比較

分模的目的是為了獲得成型部件結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)操作是利用面將工件一分為二，分別得到型芯、型腔實體。根據(jù)操作步驟與命令使用方法的不同，分模方法主要有如下4種：(1)基于Mould Wizard的向?qū)Х帜７ǎ?2)面操作分模法；(3)實體操作分模法；(4)復(fù)合分模法。

2.1 注塑模向?qū)Х帜７?Mould Wizard模塊或 Mold Design模塊)

商業(yè)化的軟件(如UG)都含有該模塊，該模塊實現(xiàn)了程序化分模，只要按順序完成相應(yīng)的操作步驟，即可實現(xiàn)分模。

表1 Mould Wizard軟件模塊的注塑模分模過程

2.2 面分模法

由面構(gòu)體是面分模法的核心指導思想。將塑件內(nèi)、外表面抽取之后，按照分模方向，以分型面為界將面重新劃分歸類，一類劃歸給型腔，得到型腔的成型面；一類劃歸給型芯，得到型芯的成型面。然后對面進行操作以生成實體，分別得到實體型芯與型腔。其具體的操作步驟如表2所示。

表2 面分模法分模過程

商業(yè)化軟件提供了豐富的面操作方法，如復(fù)制、延伸、修剪、縫合、替代、抽取等，這些方法為面操作法創(chuàng)建型芯、型腔實體提供了極大的便利。

2.3 實體分模法

實體分模法是利用產(chǎn)品與工件之間的布爾運算完成分模的，其核心是將產(chǎn)品與工件進行布爾減運算，在工件中生成空的腔體。之后，用分型面分割工件，分別得到型腔、型芯實體。其具體操作過程如表3所示。

表3 實體分模法分模過程

2.4 復(fù)合分模法

復(fù)合分模法是綜合應(yīng)用注塑模具設(shè)計向?qū)?、實體分模操作法和曲面分模操作法而完成分模的一種方法。該方法綜合各種操作命令，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建成型零件。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，應(yīng)用比較靈活、方便。其操作步驟也可以簡要概括如表4所示。

表4 復(fù)合分模法分模過程

3 產(chǎn)品分模實例

在分模之前，首先應(yīng)該對產(chǎn)品進行質(zhì)量要求分析與結(jié)構(gòu)分析，如外觀質(zhì)量要求，裝配基準，脫模斜度等方面。下面以盒型零件為例說明復(fù)合分模法分模過程。

圖1 盒型件

(1)產(chǎn)品的脫模斜度為0.8度，壁厚1.5 mm；產(chǎn)品的頂部有一個橢圓形通孔，一側(cè)側(cè)面有個方型通孔；

(2)項目初始化，設(shè)定縮水率為1.0135；

(3)脫模方向設(shè)定，主脫模方向為+Z方向，側(cè)向脫模方向為+X方向；

(4)設(shè)定主脫模方向分型線、側(cè)脫模方向分型線如圖2所示。

圖2 主脫模方向、側(cè)脫模方向分型線

(1)補孔。

頂部補孔，側(cè)面內(nèi)、外補孔示意如圖3所示。

圖3 補孔示意圖

(2)創(chuàng)建主分型面、側(cè)向分型面。

圖4 分型面示意圖

(3)創(chuàng)建主型芯、主型腔，側(cè)向型芯及其抽芯機構(gòu)。

圖5 成型部件結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié) 論

上述四種分模方法，有各自的特點：(1)采用Mold Wizard或Mold Design分模，只需要依據(jù)該模塊自帶的命令工具依次操作即可完成分模從而生產(chǎn)成型零件，主型芯、型腔的創(chuàng)建十分方便快捷，但是對復(fù)雜的工件如采用哈夫塊、大面積異形破面等產(chǎn)品做不到精準到位的分模，容易出現(xiàn)瑕疵。同時，對于一模多出、實現(xiàn)不同產(chǎn)品的同時分模，無法實現(xiàn)。(2)采用曲面分模法可以完成任何產(chǎn)品的分模，也可以實現(xiàn)一模多出不同的塑料制品分模，特別是成形比較復(fù)雜的滑塊、斜頂時，可以充分利用曲面修剪、縫合、替代等功能，快速完成拆分工作，生成成型部件，但分模效率相對較低，在復(fù)制、替代型腔或型芯區(qū)域曲面時可能產(chǎn)生破面或者面片之間的公差較大。(3)實體分模法所拆分出的型腔、型芯、滑塊、斜頂?shù)却嬖谄泼娴膸茁时容^小，實體容差能力強，能為CNC數(shù)控加工及后續(xù)電極設(shè)計提供高質(zhì)量的數(shù)字三維模型，但由于注塑件模型縮放或轉(zhuǎn)換格式容易造成模型幾何上的缺陷，用布爾運算無法生成型腔，導致分模工作無法進行，同時，在設(shè)計一些比較復(fù)雜的滑塊、斜頂時有很大的局限性。(4)復(fù)合分模法是靈活運用實體分模法、曲面分模法、注塑模向?qū)瓿煞帜＿^程，該方法在實際應(yīng)用中比較普遍。

實際分模過程中應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征，以操作方便快捷、生成成型部件的公差低為原則進行分模操作，方便后續(xù)零件的機加或特種加工。