UG注塑模向导环境下的注塑模具设计.docx

MoldWizard的初始化是以塑料制品为原型，向装配图中复制一个按材料收缩率放大后的模型，作为模具设计的参考模型。开UG界面新建工程后，进入MoldWizard工作界面，然后点击工具条中的初始化图标，在打开部件文件对话框中找到模型的存放路径，打开模型文件。 在初始化对话框中选择毫米为单位，如图4.1所示， 设置好存放路径和工程名，部件材料选择ABS，系统会自动设置材料收缩率，点击确定后就完成了项目初始化。值得注意的是，无论是存放路径还是文件名都不允许用中文，用英文字母字符数量也有限制。图4.1 初始化对话框模具设计的过程是自底向上的装配过程，每一个零部件的安装定位都需要有一个用于装配的绝对坐标系，即模具装配坐标系，简称模具坐标系。而初始化后装配图中显示的坐标系是复制的塑件制品建模时的工作坐标系，既是参考模型的工作坐标系。为了便于模具过程中每一个零部件的装配定位，需要将装配图中参考模型的工作坐标系改为模具坐标系。MoldWizard将模具分型面作为模具坐标系的XY平面，这就要求模具坐标系的XY平面要落在参考模型的分型面上，X轴方向与参考模型的宽度方向一致，Y轴方向与参考模型的长度方向一致，Z轴正方向与参考模型即塑件的顶出方向一致。成型零件与模具坐标系的关系为：成型零件的分型面在模具坐标系的XY平面上，如果是动模脱模，型腔零件正对模具坐标系Z轴正方向；如果是定模脱模，型芯零件正对模具坐标系Z轴正方向，成型零件的宽度方向与模具坐标系的X轴方向一致。模架与模具坐标系的关系为：模架分型面在模具坐标系XY平面上，模架的定模部分正对模具坐标系Z轴的正方向；模架的宽度方向与模具坐标系的X轴方向一致。MoldWizard中模具坐标系的设置用工具条中模具坐标系图标。针对本设计，先激活参考模型的工具坐标系，将坐标系的各轴方向调整与模具坐标系的要求一致；点击模具坐标系图标，在模具绝对坐标系对话框中锁定Z轴，让坐标系原点只能在XY平面内移动；选择边界面中心选项，然后在装配图中选择参考模型分型面作为边界面，使得模具坐标系坐标原点在分型面的中心；图示坐标系符合模具坐标系要求后，再点击模具坐标系图标，选择当前坐标系作为模具坐标系。坐标系调整如图4.2。对其他初始化模型模具坐标系的设置视情况额而定，不过大都可通过移动或旋转工作坐标系而得到。图4.2 模具坐标调整对话框对调入的产品设置不同类型的收缩率，比例设置对话框如图4.3所示。有三种比例类型可供选择：图4.3 收缩率设置（1）均匀，整个产品体均匀收缩。（2）轴对称，指定产品体轴向均匀收缩，一般应用在柱体形产品中。（3）一般，可指定在产品体的某个坐标范围内收缩。初始化后装配图中出现了按ABS常规收缩率（1.006倍）放大的参考模型，因为MoldWizard将以参考模型作为分割成型零件来生成注塑模模腔的模板，参考模型的大小直接反映了注塑模腔的大小，考虑到塑料制品的冷却收缩，所以参考模型要比实际塑料制品大。参考模型的放大比列要根据选用塑料的收缩率来设置，可以按收缩率均匀放大，但如果因结构等因素导致塑件在各个方向的收缩不均匀，且塑件精度要求较高时就要根据塑件形状在XYZ三轴方向设置不同的放大比列。由模流分型可知，本设计塑件在三坐标方向的收缩均匀，因此采用均匀收缩率放大塑件模型作为参考模型。成型零件毛坯既是分型前单个的成型零件模块，分型前得给参考模型创建毛坯。在MoldWizard中，毛坯创建有标准模板、仅型腔、型腔和型芯、仅型芯四个选项，如图4.4。MoldWizard可根据要求创建结构形式为模板一体式和加工在单独零件上再镶嵌到模板里的整体镶嵌式两种成型零件结构。其中，用标准模板选项创建的毛坯为与模板一体的矩形毛坯，且这样的矩形毛坯可以代替模架模板，仅型腔、型腔和型芯、仅型芯选项创建的毛坯为整体镶嵌到模板上的，这里选用型腔和型芯选型的形式来创建成型零件毛坯。图4.4 成型零件毛坯对话框在注射成形过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其是对大型塑件。（1）型腔壁厚计算型腔壁厚要满足的刚度条件： S （4-1）型腔壁厚要满足的强度条件： S （4-2）105 Mpa，模腔压力p取60 Mpa，预硬化模具钢=300350 Mpa，取300 Mpa，允许变形量 取0.03mm，型腔深度h=15.6mm，型腔长边长度L1=97.8mm，型腔短边长度L2=87.5mm，整体型腔侧壁厚度的刚度计算系数=0.93mm，整体型腔侧壁厚度的强度计算系数=2.105mm。由刚度条件S7.9mm，由强度条件S10.1mm，因此取S=12mm。（2）型腔底板计算型腔底板要满足的刚度条件： t （4-3）型腔底板要满足的强度条件： t （4-4）整体型腔底板厚度的刚度计算系数=0.0164mm，整体型腔底板厚度的强度计算系数由刚度条件t20.6mm，由强度条件t24.2mm，因此取t=24mm。这里因为是整体镶嵌式型芯，型芯底板厚度就取型腔底板厚度值。（1）型腔径向尺寸计算现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-”； 型腔的名义尺寸LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+Z”，公差按塑件公差等级查表，现由公式可得： （4-5）式中，“”塑件基本尺寸的公差，ABS的收缩率S取0.006， z为；其余尺寸按也按此方式计算。（2）型腔深度尺寸计算现设制品的名义尺寸HS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-”； 型腔的名义尺寸HM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+Z”现由公式可得： （4-6）型腔深度为 。（3）型芯径向尺寸计算设塑件尺寸为，公差为正值“+”，制造公差为负值“-Z”，经过与上面型腔径向尺寸相似推理，可得型芯尺寸： （4-7）；其余尺寸按也按此方式计算。（4）型芯高度尺寸计算设塑件尺寸为，公差为正值“+”，制造公差为负值“-Z”，经过与上面型腔深度尺寸相似推理，可得型芯高度尺寸： （4-8）型芯高度为；型芯高度为；型芯高度为；型芯高度为；型芯高度为；型芯高度为。勾选型腔和型芯选项后，进入工件库完成成型零件相关尺寸的设置，选择矩形无台阶式毛坯。 进入尺寸选项卡，将分型面以上型腔高度设为为35mm，分型面以下型芯高度设为30mm，X方向毛坯体长度设为111.5mm，Y方向毛坯体长度设为121.8mm，点击确定。选择创建的毛坯体，毛坯体颜色由紫色变为红色就表示确认了，点击确定退出对话框。如果同一副模具的各个型腔如果压力不同，会影响塑料制品的密度和质量，这就要求多模腔模具的型腔要按规定布局。 点击MoldWizard工具条中的型腔布局图标，根据模腔形状及模腔浇口位置等因素，选择模腔的布局类型。这里选择矩形的平衡布局类型，模腔数为2，如图4.5。点击开始布局，选择布局方向后，系统自动布局模腔，选择自动对准中心，系统将模具坐标系移到两个塑件的中心，布局过程如图4.6。图4.5 型腔布局对话框图4.6 型腔布局在将成型零件毛坯分成形腔和型芯两部分前，必须将参考模型表面上的通孔或复杂边缘用片体或实体修补。修补的片体与参考模型表面连成一体，作为模型通孔的分割面参与分型，修补的片体无厚度，分型后的型芯和型腔轮廓面是相互接触贴合的；实体修补的实体既起修补作用，又起成形作用，分型后修补实体可以连接到成型零件上或抽芯滑块上，成为成形模块。对于本设计产品，只有一个开放区域，选择模具工具中的通过现有片体修补分型部件中的开放区域的修补方式，用曲面工具创建修补片体。如图4.7所示。图4.7 参考模型修补 参考模型上的孔或开放区域修补好后，就要对成型零件毛坯进行分型。打开分型管理器，如图4.8所示。分型管理器中常用到的图标： 编辑分型线图标；定义/编辑过渡分型线图标； 编辑分型面图标； 抽取区域和分型线图标；创建型芯和型腔图标；图4.8 分型管理器4.7.1 Mold Wizard 的分型原理 Mold Wizard的分型原理是用参考模型的分型面与模型的外表面组成的面去分割成型零件毛坯，分割出型腔零件；用参考模型的分型面与模型的内表面组成的面去分割成型零件毛坯。其中分型线为参考模型内、外表面的相交线，分型面为分型线向成型零件毛坯体积外延伸形成的面。点击分型管理器中的编辑分型线图标，弹出分型线编辑对话框。分型线的编辑有自动搜索、遍历环、手工编辑等方式。这里选用手工编辑，分型线的编辑如图4.9。图4.9 编辑分型线点击分型管理器中的编辑分型面图标，弹出分型面创建对话框，选择编辑分型面选项。分型面的创建及创建结果如图4.10所示，选择有界平面的方式创建分型面。图4.10 编辑分型面 在创建型腔型芯前，要用提取区域的方式检查型腔零件切割面和型芯零件切割面上是否有被遗漏修补的孔和间隙，能否形成整体无孔、无间隙的切割面。点击提取区域图标，弹出提取区域对话框，选择边界区域选项。Mold Wizard先统计参考模型内、外组成面的总数量，再单独统计组成形腔零件切割面的数量和型芯零件切割面数量，然后把面的总数量与两个分面的数量之和作比较，如果两者相等就说明型腔切割面和型芯切割面无孔或间隙。区域抽取操作和结果如图4.11。图4.11 提取区域 抽取区域检查到型腔和型芯分割面无孔或间隙后，就要分割成型零件创建型腔和型芯。型腔和型芯分割面如图4.12，型腔和型芯如图4.13。图4.12 型腔、型芯分割面图4.13 型腔、型芯 （1）初选模架成型零件分型后生成了注塑模腔，成型零件具备了成形塑料制品的功能，就要为成型零件选择模架。Mold Wizard选录了世界四大著名模具公司的标准模架和标准件数据，分别为美国的DME公司、德国的HASCO公司、日本的FUTABA公司、香港的LKM公司。点击Mold Wizard中的模架图标，弹出模架管理对话框。在目录栏选择FUTABA_S，类型栏选择SA，尺寸选择2535型（模架尺寸为250mm350mm）。 型芯支承板厚度的计算如下：型芯支承板厚度要满足的刚度条件： SK （4-9）型芯支承板厚度要满足的强度条件： SK （4-10）式中：K为安全系数，取1.11.2；B垫块间距为154mm；L为垫块长为350mm。由刚度条件S70.1mm，由强度条件S2/3=46.7mm ，取S=48mm。A板厚为分型面以上型腔高度9.6mm加上型腔底板厚24mm，取标准值35mm，B板厚为分型面以下型芯深度6mm加上型芯底板厚24mm，取标准值30mm；U板厚即型芯支承板S的厚度，取标准值50mm。尺寸设置如图4.14所示。图4.14 模架管理对话框（2）模板尺寸校核 给成型零件选择了模架，还要校核所选模板尺寸是否合适成型零件的安装。2）mm，则有（250225）mm（3502243.6mm，富余量足够，所以所选的模板尺寸合适成型零件的安装。 选完模架后，就要给整副模具配上标准件。点击Mold Wizard工具条中的标准件图标，目录栏选择FUTABA_MM，分类栏选择Locating Ring interchangeable（可互换定位圈），类型栏选择M_LRB，完成定位圈厂家和类型的选择，接下来设置定位圈得尺寸。模具定位圈的尺寸要与所选用的注塑机定模板定位圈定位孔相匹配，前面选用的注塑机型号为SZ100/80，模板定位孔直径为100mm，定位孔深度为10mm。设置定位圈直径为100mm，止退孔直径为36mm，如图4.15，点击确定完成定位圈的选用。图4.15 定位圈管理对话框 点击确定后系统自动加载定位圈，定位圈上平面与定模板上平面的距离为10mm，满足中小型模具定位圈沉入注塑机定位孔的深度为810mm的要求，也满足注塑机定位孔深度为10mm的要求。重新点击标准件图标，进入标准件对话框，本设计的标准件都选同一厂家的。在分类栏选择Sprue Bushing(浇口套)，类型栏选择MSBB，进入浇口套尺寸选项卡进行浇口套尺寸的设置。浇口套小端直径选择16mm，大端直径选择45mm，小端长度选择40mm，大端长度选择20mm，主流到入口直径选择4mm，浇口套球面半径选择11mm，如图4.16，点击确定完成浇口套的设计。系统自动加载浇口套，并将浇口套顶平面定位与定位圈锥孔低面齐平。图4.16 浇口套管理对话框定模脱模，在开模时要将塑件及流道凝料留在动模侧，需要设计拉料杆将流道凝料从浇口套主流道中拉出。拉料杆也属于标准件，打开标准件对话框，在分类栏选择Sprue Puller（拉料杆），进入尺寸选项卡将拉料杆直径设为6mm，长度设为132mm，拉料杆对话框如图4.17所示，点击确定完成拉料杆的设计。将拉料杆定位在推杆固定板底面，中心线与主流道中心线一致。图4.17 拉料杆对话框 要将塑件从动模侧型芯上顶出，根据塑件的结构和外观要求可以选用推件板、推件杆、推件管三种推出方式，根据塑件的结构，这里选用推件杆推出。推件杆的数量和直径不是随便确定的，既要考虑推件杆自身的强度，也要考虑推出时不能损坏塑件。推件杆的数量和直径跟脱模力有关，根据塑件结构和脱模阻力等综合决定。脱模力计算式：Q= （4-11）103MPa；为塑料成形收缩率，ABS的成形收缩率为0.006；为塑料泊松比，ABS的泊松比为0.36；为型芯脱模斜度，塑件自身带有拔模斜度，10；t为塑件厚度，t=2 mm；F为型芯投影面积，约为3500mm2；l为型芯被包紧长度mm，为7.6mm；f为摩擦因素，ABS对模具钢的摩擦因素为0.5；代入上式，得Q = 1206N。推件杆直径计算式： （4-12）式中 Q为脱模力 为1206N； n为推件杆数量，为6；为与杆件约束条件有关的系数，推件杆一端固定一端铰支，为0.7； L为推件杆长，L = 145mm；105MPa；K为安全系数，在 1.41.8范围内取，取1.6，代入上式得d3.37mm。打开标准件管理对话框，在分类栏选择推杆（Ejector Pin），类型栏选择EJ，进入尺寸选项卡进行推杆尺寸的设置。推件杆直径选择3.5mm，推件杆标准长度应大于实际需要的长度，留有一定的富裕量，选择150mm如图4.18。图4.18 推杆对话框 系统自动加载推件杆，根据塑件及模架的结构定位推件杆，将推件杆固定在推杆固定板底面。加载完推件杆后，打开推件杆修剪工具，用分型面作为刀具面修剪推件杆，剪掉推件杆富裕的部分，完成推件杆的设计。 接下来为复位杆添加复位弹簧，添加复位弹簧的作用：一是缓冲推板的复位或推出动作；二是可以使脱模机构在注塑机顶出杆缩回时就开始自动回位，以防合模时强行复位损坏杆类零件或碰伤型腔表面。图4.19 复位弹簧对话框打开标准件管理对话框，分类栏选择Springs(弹簧)，选择SpringM_FSB类型。然后对复位弹簧进行如图4.19所示的设置。4.9.6 支承柱 为了减薄型芯支承板的厚度，可以用添加支承柱的方式，经前面的计算，本模架结构要加入一排两个支承柱。打开标准见图标，在分类栏选择支架Support，在窗口选项中选择支承柱Support Pillar，类型选择M_SRB，按如图4.20所示设置支承柱尺寸，直径40mm，长度80mm。图4.20 支承柱对话框本便携式CD机前盖有侧凹，模具结构中需要有外抽芯机构在开模时抽出成形侧凹的小型芯，Mold Wizard中提供了侧抽芯滑块的创建图标。点击滑块创建图表，在弹出的对话框中选择単斜销滑块外抽芯Single Cam Pin Slide，弹出如图4.21所示的对话框。进入尺寸选项卡进行尺寸的设置，点击确定完成外抽芯机构的创建，用装配的方式将滑块机构定位到模架中。图4.21 滑块对话框（1）抽芯距S = h + K （4-13）式中h为孔深，h = 1.6mm，K为安全距离，K = 2mm，代入式中得 （2）滑块行程水平抽芯有效开模行程计算是为：H = S cot （4-14）式中为斜销倾斜角，= 15；S为抽芯距，S = 3.6mm；代入上式得 H = 13.4mm；所以滑块厚度要大于13.4mm。（1）抽芯力抽芯力按矩形薄壁式计算，为：Q= （4-15）103MPa；为塑料成形收缩率，ABS的成形收缩率为0.006；为塑料泊松比，ABS的泊松比为0.36；为抽芯斜度，为0；t为抽芯孔平均厚度，t=1.5 mm；2；l为型芯被包紧长度mm，为1.6mm；f为摩擦因素，ABS对模具钢的摩擦因素为0.5；代入上式，得Q = 90N。（2）斜销直径：斜销直径 d （4-16）式中 Q为脱模力 为90N；S为抽芯距，S = 3.6mm； 为摩擦角，取9；为斜销倾角和滑块倾角之和，=15，=0；斜销材料强度，非合金钢=160MPa ；K为安全系数，在 1.41.8范围内取，取1.6；代入上式得d7.24mm。取斜销小端直径为d =7.5mm，大端直径D = 10mm（1）创建流道前面已经创建了定位圈和浇口套，完整的浇注系统还得加上流道和浇口。打开Mold Wizard工具栏中的流道工具图标如图4.22所示，在定义引导线串对话框中，可用图样为两腔式，将A值设为2。点击应用，进入创建流道通道对话框，将流道直径A设为6，流道位置选择型芯，注塑冷料位置选择无，点击确定，定位流道位置，完成流道的创建。图4.22 流道设计对话框（2）创建浇口 打开Mold Wizard工具栏中的浇口工具图标如图4.23所示，选择平衡浇口，位置选择型芯，浇口类型选择rectangle（矩形浇口），将L值设为2，H值设为2，B值设为3，点击确定，定位浇口位置，完成浇口的创建。图4.23 浇口设计对话框（3）冷却水道创建连续生产的模具必须具有冷却系统，Mold Wizard也有专门设计冷却系统的工具。打开Mold Wizard工具栏中的冷却工具图标如图4.24所示，图4.24 冷却水道设计对话框通过冷却水道创建工具，分别在型芯、型腔侧设计冷却水道。设计水道直径为8mm，水道与型腔壁的距离为15mm，水道之间的中心距为32mm；冷却水在型芯、型腔中呈S型流动，在水道端部和中间加入活塞，加入防水圈，添加水嘴，完成冷却水道的设计，如图4.25所示。图4.25 冷却水道做到这里整副模具的设计可以说是完成了，但是所添加的零部件和模架都是相互重叠在一起的，还需要将所添加的零部件的外形轮廓在与其有装配关系的零件上割出自己的安装空间，也就是建腔。Mold Wizard工具栏中有专门的建腔图标，点击图标打开建腔对话框，选择要建腔的目标体和刀具体，确定完成建腔操作。待建腔完成后，所有模具零件呈现出实际使用的形状，模具的设计工作就结束了，接下来就可以出装配图，三维模具结构如图4.26所示，进行模具的加工。图4.26 模具三维总装图