UG注塑模具设计与数控加工应用

UG注塑模具设计与数控加工应用

夏源

重庆工贸职业技术学院重庆408000

摘要：大型三维软件UG是世界上最先进的CAD/CAM集成的高端软件，它提供了各种专用的应用模块，功能强大，内容丰富，除了常用的UGCAD，UGCAM等模块，UGMoldWizard是其中的一个独立的智能化设计注射模具的模块。综合利用UG/CAD/CAM和UGMoldWizard的功能，在UG平台上设计注塑模具并且对其进行数控编程，能够大大提高模具设计与制造的效率和质量。论文以塑料机壳为实例，基于CAD/CAE/CAM一体化技术进行模具设计与制造的研究。

关键词：UG；注塑模具设计；数控加工；应用

1引言

当今，CAD/CAM/CAE技术在产品设计，尤其是模具设计当中的应用愈加广泛。其中，UG作为集成化的CAD/CAM/CAE系统软件，为工程技术人员提供了非常强大的应用工具，这些工具包括产品设计、工程分析、绘制工程图、模具设计以及数控编程加工等。对于注塑模具中比较复杂的型芯或型腔，利用UG软件提供的UG/CAM模块，可完成平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣等数控编程，从而实现了模具设计与制造的一体化，使模具在设计的同时就可进行制造阶段相应的数控编程工作，缩短了模具制造周期。

2基于UG的注塑模具设计的工作流程

（1）三维模型的创建/导入。利用UG的实体造型模块对塑料机壳进行三维实体建模，或是将已经创建好的CAD模型导入到UG软件当中。（2）设置收缩率。熔融状的塑料在成型后会热胀冷缩，导致出现成型后的塑料制品的尺寸略小于模具型腔的相关尺寸，因此模具设计时我们会将模具成型零件的尺寸进行补偿，以避免热胀冷缩造成的差异。（3）设置模具型腔和型芯毛坯尺寸。模具的型腔和型芯毛坯是用来加工塑料模具的型腔和型芯的坯料。UG软件会自动依据塑料制品的外形尺寸预定义模具型腔、型芯毛坯的外形尺寸，通常其默认值是比塑料制品的外形尺寸各个方向大25mm，但考虑到模具的受力情况，模板的壁厚会根据实际的情况自定义相应的尺寸。（4）创建模具分型面。分型面是由一组分型线向模坯四周按一定方式扫描、延伸和扩展而形成的一组连续封闭的曲面。软件的模具向导模块提供自动生成分型面功能。（5）创建模具型腔和型芯。模具的分型面创建完成后，便可以将毛坯进行分割，创建型腔和型芯零件。（6）建立模架。模具型腔、型芯创建完成后，依据尺寸及模具机构按照需求从模架标准库中调用相应的模架以固定模具型腔和型芯。（8）浇注系统、冷却系统以及模具辅助系统设计。完成模具模架调取和成型模板的设置后，进行模具的浇注系统的设计、冷却系统的设计、导向机构设计、推出机构的设计及其他连接紧固装置的设计。由于模具大部分的零件已经非常标准化，对一些设计主要是从标准零件库中调取。（9）开模仿真。设置开模距离及方向，进行开模的演示，用来验证注塑模具结构的合理性，并且达到防止发生干涉的目的。（10）出工程图。

3UG注塑模具设计与数控加工

3.1UG注塑模具设计

3.1.1创建塑件三维模型并确定注塑模具的整体结构

首先需要确定注塑模具的整体结构，根据图1可知，整个塑件的尺寸适中，但是内部的结构相对复杂，需要很多抽芯机构的组合，为了简化模具的结构，完善加工和装配的过程，降低注塑压力，减少注塑缺陷的产生，采取一模一腔的设计理念。由于零部件对于顶面和侧面的整体需求很高，需要降低粗糙度，浇注系统的整个流道几乎可以采取热流道的形式，分流道的截面是圆形，隧道形式的浇口。

图1手机前翻盖塑件二维图

3.1.2分模

分型面是指注塑模中浇注系统凝料或者取出塑件的面。分型面在形状设计和位置选择的时候需要特别注意，这不仅会影响模具的工作状态、操作的方便程度以及质量，也会对模具的复杂程度产生一定的影响，所以在进行模具设计时分型面设计非常重要。模具的制造和结构、塑件的脱模和熔体的流动都会受到其设置的影响。在进行选择时，模具结构要简化，塑件质量要好。

3.2数控加工

数控加工是由控制系统发出的指令使得刀具作出符合要求的运动，以字母和数字的形式来表示工件的加工工艺的要求而进行的一种加工方法。泛指利用数控机床进行的相关的零件加工的工艺流程。数控机床是指用计算机来控制机床，数控机床的所有运动都将受控于数控系统发出的相关指令。而数控系统发出的指令是由编程人员依据工件的材料、结构特点、技术要求以及机床的特征和系统规定的格式来编制的。数控系统就是这样依据相应的程序指令向伺服装置或其它部件发出指令来完成运行或终止的信息，从而控制了机床的各类运动。

3.2.1数控机床选择

数控铣床加工中心有自动换刀的伺服系统，可以减少很多换刀时间，而且可以加工非常复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率是非常重要的，合理的编制加工程序，可以大大提高机床的效率。

3.2.2刀具的选择

根据所要加工的型芯模具的几何结构，加工面积大而且工序复杂，为了减少换刀时间，提高加工效率，本文所选刀具为带涂层的硬质合金刀具。

3.2.3切削参数的确定

切削参数的确定，应该保证加工质量、加工效率和加工成本。具体的参数可以参考切削用量手册和机床说明书，并结合实际经验而确定。切削深度主要受到机床、刀具和工件刚度的限制，在允许的情况下，尽可能选择大的切削深度，减少走刀的次数，提高效率。切削速度的确定主要取决于刀具的耐用度，根据工件的材料、硬度和刀具材料，选择适合的切削速度。

3.2.4模具加工

由于模架已经标准化，模具的制造主要是针对动模型芯、定模型腔和滑块型芯的加工。对于模具的大部分零件，均可以采用数控铣进行加工。只要灵活运用UGCAM当中的平面铣、型腔铣、固定轴曲面轮廓铣和点位加工方法，一般可以完成所有零件的数控铣削要求。对于模具的水道等较深的圆形孔，可以采用深孔钻钻削加工。而对于异形的没有斜度或者具有一定斜度的通孔，可以采用线切割加工。对于用数控铣完成后仍然有未切削材料的零件，则要采用电火花成型来完成剩余材料的清除。本模具的动模型芯、定模型腔的非成型部位，由于其结构通常比较规则，较少出现死角等难以加工部位，可以全部采用数控铣完成加工；对于成型部位可以采用数控铣进行粗加工、电火花成型进行精加工来达到加工要求；对于本模具的斜顶，由于其比较细长且尺寸不大，可以采用线切割来加工。

3.2.5后置处理

由于我们需要的是数控程序，而该系统产生的是刀位源文件，所以需要进行进一步的转换，使之能够被特定机床执行。

4结束语

综上所述，未采用UGMoldWizard之前，注塑模具设计对于设计者的建模和设计经验要求很高，这种设计耗费的精力大和时间多，并且不易修改。UGMoldWizard的出现则改变了注塑模具设计过程中的一系列缺点。该技术的应用使得模具设计非常的便捷迅速。不过，要想将其优势发挥到极致，便需要与UG的MODELING模块进行结合。

参考文献

[1]任天娟.基于CAD/CAE/CAM一体化技术的注塑模具设计制造研究[D].长安大学，2016.

[2]赖啸.基于CAE的薄壳注塑件成型模具的设计与研究[D].西华大学，2014.

[3]周建安.UG注塑模具设计与数控加工应用[J].深圳职业技术学院学报，2007，（02）：14-17.