基于UG的機座注塑模設計與數(shù)控加工
2018-2-7 來源： 陜西工業(yè)職業(yè)技術學院材料工程學院 作者：董海東
摘要：針對機座的結構特點，在UG8．5的軟件平臺上，利用UG／MoldWizard模塊，采用一模二腔方案，設計與產(chǎn)品參數(shù)相關的三維實體注塑模具。利用UG／CAM模塊，分析了模具型腔的數(shù)控加工工藝，生成刀具加工軌跡并進行模擬仿真，最后生成數(shù)控程序。結果表明，實現(xiàn)了模具設計與制造的一體化，縮短了模具制造周期。
關鍵詞：UG；MoldWizard；注塑模；數(shù)控加工
0 引言
當今，CAD／CAM／CAE技術在產(chǎn)品設計，尤其是模具設計當中的應用愈加廣泛。其中，uG作為集成化的CAD／CAM／CAE系統(tǒng)軟件，為工程技術人員提供了非常強大的應用工具，這些工具包括產(chǎn)品設計、工程分析、繪制工程圖、模具設計以及數(shù)控編程加工等。
對于注塑模具中比較復雜的型芯或型腔，利用UG軟件提供的uG／CAM模塊，可完成平面銑、型腔銑、固定軸曲面輪廓銑等數(shù)控編程，從而實現(xiàn)了模具設計與制造的一體化，使模具
在設計的同時就可進行制造階段相應的數(shù)控編程工作，縮短了模具制造周期‘1。
1 、塑件分析
如圖1所示產(chǎn)品為機座，四周各有≯46 mm的連接孔，上部中央有高度為7 mm的突起部分，突起部分中部有18 mm的通孔。突起部分的右側設置17 mmX 7 mm×3 mm的筋板以加強支撐，筋板右側設置有妒18 1Tim的圓弧凹槽，其高度為8 mm。機座整體規(guī)格為98 mm×66 mm×15 mm，由于機座的外觀要求很高，不能有熔接痕、澆口痕和頂出痕等缺陷，決定采用側澆口即二板模結構，頂出機構采用推桿脫模。機座材料為ABS，密度為1．02 g／cm3，收縮率為0．3％～0．8％，ABS由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3種成分組成，具有良好的表面硬度、耐熱(a)上部結構2模具結構設計要點性、耐化學穩(wěn)定性、優(yōu)良的成型加工性和著色性能[z]。應嚴格控制成型的主要工藝參數(shù)，選擇震雄JNl68一E螺桿式注塑機，螺桿直徑45 mm，螺桿轉速0～180 r／min，注射壓力147 MPa，鎖模力1 680 kN，直通式噴嘴，噴嘴溫度260～320℃，模具溫度80℃，注射壓力30～120 MPa，保壓力15～25 MPa，注射時間5～10 s，保壓時間5～10 S，冷卻時間10～20 S，周期20～40 S。
圖1 機座
2、模具結構設計要點
2．1分型前準備
要進行注塑模具設計，首先導人機座零件模型，如圖1所示，該模型是在UG／Model模塊中創(chuàng)建。接著建立模具坐標系CSYS，通常模具CSYS的原點放置模架的中心，足y平面是分型面，Z方向是脫模方向。然后選擇塑件的材料，定義收縮率，機座材料為ABS，收縮率大小為1．005。最后確定模具毛坯的大小為150 mm×115 mill×50 mm，并定義為一模一腔結構，如圖2所示[3]。
2．2 塑件的分型設計
分開模具能取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的面稱為分型面，在創(chuàng)建分型面之前，需要修補片面、建立分型線。分型面創(chuàng)建完畢，就可以自動創(chuàng)建型芯和型腔。
2．2．1 修補片面
在分型之前，如果塑件存在通孔或碰穿面，需要進行修補，才能保證順利分型。利用注塑模工具中的“邊緣補片”功能，對4個≯6 ITlm孑L、1個妒18 mm孔等5個開放區(qū)域進行補片，如圖3所示。
2．2．2建立分型線
分型線可采用自動或手工方式完成。對于本實例，采用自動搜索分型線，如圖4所示。
圖4分型線
2．2．3創(chuàng)建分型面
分型面是用來修剪毛坯工件的片體，從而生成模具的型芯和型腔。MoldWizard提供的創(chuàng)建分型面的方式有拉深、掃描和有界平面等。由于圖2所示的分型線不在同一平面上，需要定義過渡點或過渡對象將分型線劃分成更小的分型段，然后把各分型段以不同的方向拉深成分型面，最后縫合成一個完整的分型面，如圖5所示。
圖5 分型面
2．2．4創(chuàng)建型芯和型腔
分型面創(chuàng)建完后，使用“抽取區(qū)域和分型線”功能，必須保證顯示的總面數(shù)等于型芯面數(shù)與型腔面數(shù)之和。然后MoldWizard可自動創(chuàng)建型腔和型芯，分別如圖6、圖7所示。
圖6凹模
圖7型芯
2．3后續(xù)處理
圖7型芯型芯和型腔創(chuàng)建完畢后，需要根據(jù)模具毛坯的尺寸選擇模架，模架必須把型芯和型腔嵌在內部，并留有足夠的外沿部分。澆注系統(tǒng)的設計，包括選擇定位圈和澆口套、設計分流道和澆口；然后進行推出機構和冷卻系統(tǒng)的設計等。最終的機座注塑模二維裝配圖、三維結構如圖8所示。
1．頂桿固定板2．頂料桿3．型芯固定板(B板) 4．小嵌件5．型芯6．型腔7．冷卻水管接頭
8．型腔固定板(A板) 9．定模座板10．定位環(huán)11．澆口套12．拉銷
圖8機座注塑模結構
3、模具的數(shù)控加工
數(shù)控編程的核心是計算刀位點，對于包含復雜曲面的產(chǎn)品，人工計算數(shù)控加工刀位點非常困難。而UG／CAM模塊可自動編程，從而產(chǎn)生數(shù)控加工代碼r4]。
下面以機座注塑模的型腔為例，來分析其數(shù)控加工編程過程。
3．1 型腔加工工藝分析
雖然UG／CAM模塊可自動編程，但用戶需要自行進行工藝的分析，工藝分析合理與否，影響模具的制造精度。具體包括：毛坯選擇、工藝路線擬定、刀具選擇和切削用量確定等。
型腔毛坯六面平整，尺寸為150 mm×115 mm×50 mm，材料為45鋼。擬定了如表1所示的工藝方案。
3．2刀具軌跡生成過程
(1)創(chuàng)建加工坐標系MCS，并指定安全平面，距離毛坯上表面10 mm，如圖9所示。
圖9創(chuàng)建加工坐標系MCS
表l 加工工藝方案
(2)指定部件幾何體和毛坯幾何體。
(3)創(chuàng)建刀具。
(4)根據(jù)擬定的工藝方案，分別創(chuàng)建加工操作；生成的型腔粗加工軌跡如圖10所示。
(5)仿真加工，所有的刀具軌跡生成完后，進行數(shù)控模擬仿真。結果如圖11所示。
圖10型腔粗加工軌跡
圖11 型腔模擬仿真加工
3．3 后置處理
經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生的是刀位源文件(簡稱CLSF)，而不是數(shù)控程序，因此需要把刀位源文件轉換成特定機床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸人數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，才能對零件進行數(shù)控加工，這個過程即是后置處理。圖12為在采用三軸機床、FANUC操作系統(tǒng)下，利用UG／Post后處理生成的粗加工程序。
圖12粗加工程序
4 、結論
以UG／Moldwizard和UG／CAM模塊為平臺，完成了機座注塑模具的設計和模具型腔的數(shù)控編程加工。CAD／CAM／CAE技術在模具設計和制造中的廣泛應用，改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)方式，大大提高了生產(chǎn)效果，縮短了生產(chǎn)周期。
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