基于UG NX軟件的注塑模具設(shè)計(jì)

陳桂華，劉玉敏

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 漯河462000）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，產(chǎn)品對模具的精度的要求越來越高，以前的塑料模具設(shè)計(jì)方法已不能滿足高質(zhì)量、高精度的設(shè)計(jì)需求。如pro/e、計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAD）、UG NX、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）等軟件不斷更新與升級，為注塑模具的設(shè)計(jì)、開發(fā)提供了更多的可能性，這些技術(shù)已成為提高塑料產(chǎn)品質(zhì)量與精度的最理想的途徑。UG NX軟件不僅運(yùn)用方便，而且可以與CAD/CAE/CAM軟件的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)的相互傳輸，使得塑件建模與成型過程的分析更易于實(shí)現(xiàn)；UG NX能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜塑件的建模與分析，能夠完成從最初設(shè)計(jì)到最終成型的分析，并且分析的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。近年來，由于UG NX強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。

1 產(chǎn)品工藝分析

1.1 材料分析

以電子產(chǎn)品的外殼為例，從使用角度分析，產(chǎn)品必須具備一定的實(shí)用性能，包括良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的抗摔能力，以免在擠壓和意外摔打時(shí)不至于損壞，此外產(chǎn)品的外形有一定的美觀性要求，能夠吸引顧客，這就要考慮所選材料在成型時(shí)的色澤。能滿足以上性能的塑料材質(zhì)有多種，但從材料的來源以及材料的成本考慮，ABS更適合些。ABS是目前世界上應(yīng)用最廣泛的材料，它的來源廣、成本低，符合塑料成型的經(jīng)濟(jì)性要求。因此，在選用材料時(shí)，考慮采用ABS，并且作為電子產(chǎn)品的一個(gè)外殼后蓋，ABS能滿足其使用性能和成型特性。

1.2 塑件體積及質(zhì)量計(jì)算

通過UG NX軟件的曲面造型和抽殼、編輯等工具建立產(chǎn)品3D 模型，用軟件分析工具得出分析數(shù)據(jù)，該塑料產(chǎn)品質(zhì)量m1=24.32 g，塑件的體積v1=23.16 cm3，塑件的外形如圖1所示。

圖1 塑件圖

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 確定分型面和型腔數(shù)目

該產(chǎn)品端面形狀均勻，依據(jù)分型面選擇原則確定最大截面處為分型面位置（見圖2）。

圖2 塑件圖

2.2 型腔的數(shù)量和排列方式的確定

根據(jù)最大注塑量計(jì)算型腔的數(shù)目，可得以下計(jì)算公式：

其中，G為注塑機(jī)的最大注塑量；W2為澆注系統(tǒng)的凝料體積，經(jīng)計(jì)算W2=2.89 cm3；W1為單件制品的體積，W1=23.161 cm3。

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，考慮產(chǎn)品的尺寸大小和精度要求，這里選一模兩腔。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主流道的一端與注塑機(jī)的噴嘴頻繁發(fā)生摩擦，很容易造成過度磨損而失效，不但要選擇耐磨性較好的材料，而且要設(shè)計(jì)成可以更換和拆卸的形式，這樣在損壞時(shí)就可以用相同的部件替換。在材料選擇方面，應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)的鋼材并通過必要熱處理如滲氮、淬火等，以此來達(dá)到預(yù)定的要求。此處，選擇鋼材為TA8，通過熱處理硬度達(dá)到50～55HRC，如圖3所示。

圖3 主流道與分流道

該模具是中小型塑件的多型腔模具，通過分析這里選用側(cè)澆口，由于側(cè)澆口的種類很多，查閱《注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用教程》常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 根據(jù)塑件壁厚選擇澆口尺寸

由表1 可查得澆口的尺寸：深度1.4 mm；寬度2.0 mm；長度L=2.4 mm。

2.4 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

凹模是成型制品的外表面的成型零件。依據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析，這里采用整體嵌入式凹模。凹模的形狀如圖4所示。

圖4 凹模

凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯）?？紤]到在設(shè)計(jì)水路時(shí)加工冷卻水孔的方便，采用組合式型芯。因塑件的包緊力較大，所以設(shè)在動(dòng)模部分。凸模的形狀如圖5所示。

2.5 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

注射成型的每一環(huán)節(jié)，都必須使塑件從模具的凹模中或型芯上脫出，模具中這種脫出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。脫模機(jī)構(gòu)的作用是完成塑件的脫出、取出兩個(gè)動(dòng)作。

推出方式的確定：本品為薄壁塑件，且形狀為不規(guī)則的曲面，如用推桿有可能會(huì)在推出時(shí)受力不均，從而導(dǎo)致塑件變形?？紤]到推件板要求推出面積大、推力均勻，以及塑件不易變形、表面無推出痕跡、結(jié)構(gòu)簡單，故選用推件板較為保險(xiǎn)。推件板的結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

圖5 凸模

圖6 推板

2.6 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)

凹模冷卻方式：冷卻水路應(yīng)能使塑件迅速、均勻冷卻。此外，還應(yīng)使管道的加工盡量簡單，保證模具的熱平衡，使制品收縮均勻。此塑件外形較為簡單，無特殊的結(jié)構(gòu)，可采用簡單的循環(huán)冷卻方式。冷卻水路布置在凹模下方距離凹模10 mm處，冷卻水管直徑為6 mm，一腔3根。

凸模冷卻方式：型芯內(nèi)的溫度對塑件冷卻的影響比凹模大得多，在一般情況下，型芯的冷卻要比凹模的冷卻更為重要，故型芯的冷卻在整個(gè)冷卻過程中需要認(rèn)真考慮；該凸模的結(jié)構(gòu)簡單，且塑件的工藝要求不高，故可將該水路布置為串聯(lián)形式。該冷卻水路的布置如圖7所示。首先在凸模內(nèi)鉆一個(gè)大孔，然后加入一塊導(dǎo)流板（隔片），取大孔的直徑為30 mm，導(dǎo)流板的厚度15 mm、高度取85 mm，導(dǎo)流板以焊接的形式固定。水路以串聯(lián)的形式經(jīng)過型芯的內(nèi)部，水路經(jīng)過型芯與動(dòng)模板的結(jié)合面處用密封圈密封。水路直徑取6 mm，大孔頂部距型芯表面的距離為11 mm。

圖7 凸模冷卻方式

3 模具裝配

依據(jù)模具結(jié)構(gòu)和尺寸以及校核的結(jié)果，利用建好的鼠標(biāo)殼3D模型，啟動(dòng)UG模具設(shè)計(jì)模塊，首先按照模具設(shè)計(jì)步驟創(chuàng)建鼠標(biāo)殼分型面、分型線，分模生成成型零部件，加載標(biāo)準(zhǔn)模架，開型腔孔、型芯孔；然后從軟件自帶標(biāo)準(zhǔn)件零件庫中選擇合適的澆口套，開設(shè)分流道和澆口，布置冷卻系統(tǒng)，加載推桿并開孔；最后完成模具總裝圖，轉(zhuǎn)出2D剖視圖（圖8）。

圖8 鼠標(biāo)模具裝配圖