搜索UG的手機電池扣模具設計
2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
以手機電池扣為例,設計了一套基于UG Moldwizard的具有對稱抽芯機構的注射模具,闡述了UGMoldwizard 自動設計注射模具的過程和要點,以及其之于傳統注射模具設計的優勢所在。介紹了模具材料的選擇,以及基于UG CAM的模具制造的要點因素。
周建安 朱光力 洪建明 來源:e-works
關鍵字:手機電池扣 注射模具 側抽芯 滑塊 制造
大型三維軟件UG是世界上最先進的CAD/CAM集成的高端軟件,UG MoldWizard是UG系統的一個獨立的智能化設計注射模具的模塊。綜合利用UG CAD/CAM和UG MoldWizard的功能,在UG平臺上設計注射模具并且對其進行數控編程,能夠大大提高模具設計與制造的效率和質量。本文以手機電池扣為例,介紹了基于UG的注射模具的設計過程和制造方法。
1 注射模具的設計
基于UG的注射模具設計的主要流程是:在UG Modeling環境下創建塑件的三維模型;在 UG MoldWizard設計環境下加載此塑件模型;對塑件進行模具分型和結構設計。設計要點如下:
1.1創建塑件三維模型
根據提供的二維圖(如圖1示意圖所示)或者塑件樣品,在UG Modeling模塊下靈活運用各種建模命令,創建手機電池扣的參數化的三維模型如圖2所示。
圖1 塑件二維圖
圖2 塑件三維模型
1.2注射模具總體結構的確定
單個塑件的成型需要一個抽芯機構,為了保證模具的質心盡量靠近其幾何中心,又要盡可能的簡化模具結構,擬采用一模兩腔的設計思路,對稱平衡布置;由于零件對底面、側面光潔度要求不高,可選用大水口模架,普通澆注系統,圓形斷面分流道,測澆口;為了提高加工效率和節省成本,定模型芯和動模型芯均采用整體嵌入式結構。
將創建好的零件三維模型文件拷貝到即將建立的模具結構項目文件所在的目錄下,然后用UG MoldWizard模塊所對應的工具條中的按鈕(Load)打開項目初始化對話框,材料選擇PC+ABS(縮水率取0.5%),輸入相應的參數后,進入UG MoldWizard模具設計系統。
1.3分模
分模是注射模具設計的最重要的一環,它是用分模面將包含模具型腔的體積塊分開成動模型芯和定模型腔,而分模面就是動模型芯和定模型腔的接觸面。分模一般按以下步驟進行:修補塑件;分割產品側面;提取塑件的分型線;生成分模面;分模得到動模型芯、定模型腔和滑塊型芯。
對于具有孔或者槽的塑件,在分模前需要修補好這些結構。修補分為片體修補和實體修補,手機電池扣塑件由于具有開放的空間,需要采用實體修補,經實體修補后的手機電池扣產品和相應的實體修補塊如圖3所示。
圖3 修補
對于同一個面一部分屬于動模、另一部分屬于定模的側面,需要將此面沿分型線剖開(Split)。
之后開始提取塑件的分型線,分型線是產品的最大輪廓線,是產生分模面的基礎。分型線是通過MoldWizard的搜索環功能獲取的,搜索環的交互搜索方式較為靈活,但速度慢,且容易出錯,建議最好采用用著色面搜索的方法。首先用模型驗證功能(MPV))對實體型腔面和型芯面用不同的顏色加亮,然后用搜索環的用著色面搜索功能可以迅速獲得分型線。由此獲得的電池扣分型線如圖4所示,接著對此分型線定義四個過渡點(transition points),把分型線分解成了四斷。
圖4 分型線和過渡點
分模面是以產生的分型線為基礎,采用拉伸面、有界面(bounded surface)或者其他創建面方法獲得。創建后的分模面是由多個曲面構成,應將其縫合成一個單一曲面。然后提取區域,使得構成塑件的所有面都被指派到型芯側或型腔側。如果面的總數等于型芯和型腔的面的總和,則可以通過自動或分步的方法進一步獲得原始的型腔和型芯。
圖5分模面
手機電池扣的分模面采用拉伸面和有界面相結合的方法獲得如圖所示,所得到的原始的型芯和型腔如圖6和7所示。
圖6原始型芯
圖7原始型腔
由于在分模前曾對塑件進行實體修補,所以需要對原始的型腔和型芯進行編輯,將修補塊分解,分別補償到動模型芯、定模型腔或滑塊型芯上。此處將修補體分解成三部分,一部分構成滑塊型芯成型部分(如圖8所示),另外兩部分補償到動模型芯上(如圖9所示)。
圖8滑塊型芯成型部分
圖9 動模型芯補償圖
1.4確定模架和模具標準件
針對型芯和型腔的大小,選擇合適的模架(這里選擇龍記大水口模架),系統自動載入模架。接著為模具選擇標準件,包括主流道襯套、定位環、頂針、拉料桿、復位彈簧、垃圾釘、支撐柱等。
1.5側抽芯機構設計
這里的側抽芯選擇斜導柱側抽芯機構,因為塑件尺寸較小,所以可以選擇單斜導柱側抽芯機構(single cam-pin slider)。為使得圖5所示滑塊型芯成型部分固定、裝配定位方便,并且使用壽命增加,對其進行編輯,使其兩側增加兩個在抽芯方向具有5°斜度的定位塊,并且型芯和滑塊體之間采用臺階和螺釘固定相結合的方法進行聯接,如圖10所示。
圖10 抽芯機構
1.6其他結構設計
UG建模的一個重要方法是特征建模,UG MoldWizard也提供了多種模具特征,在設計注射模具時可以用來創建某些模具結構,包括用來創建澆注系統的流道、澆口特征,冷卻系統特征和成型零件的鑲件特征等。選擇在分模面上創建普通圓形流道,在動模型芯上開設錐形側澆口,并且對成型零件開挖各種相關零件的讓位腔和螺釘孔,這時候的動模型芯如圖11所示。因為PC和ABS的成型溫度均較高,為了縮短成型周期,需要創建冷卻水道。Moldwizard提供了創建冷卻系統的水道特征、堵頭特征、水管連接特征等,可以靈活、快速創建出參數化的冷卻系統。此模具水道的入口和出口均設置在A板或B板上,水道由底向上垂直穿過A板(或B板)進入成型型腔(或型芯)。創建的定模部分水道如圖12所示。
圖11動模型芯
圖12定模水道示意圖
模具3D設計完成后,進入UG的Drafting模塊,開始繪制相關零件的工程圖和模具的裝配圖。UG的二維工程圖是通過投影三維模型的各個方向的視圖獲得的,并且和三維模型具有相關性。用戶一般不需要修改視圖的特征,只需對視圖進行標注、繪制圖框和標題欄等。經投影、注釋和標注后,模具的裝配圖如圖13所示(其中俯視圖已移去定模部分,主視圖的剖面符號省略)。
圖13模具裝配圖
1-斜楔;2-滑塊;3-斜導柱;4-定位環;5-滑塊型芯;6-澆口套;7-定模型腔;
8-動模型芯;9-頂針;10-拉料桿;11-復位彈簧導桿;12-頂針板;
13-頂針底板;14-垃圾釘;15-支撐柱;16-耐磨塊;17-B板;18-A板
2.模具材料的選擇
動模型芯的切削量最大,表面質量要求相對不高,選用的材料為瑞典“一勝百“的8407,這種材料的出廠硬度大概為185HB,韌性和延展性能佳,同時切削性能良好,適應在數控銑床或加工中心加工。
為了保證塑件外表面的光潔度,定模型腔的材料選擇s136,硬度約為215HB,因為Cr含量高,可抗腐蝕,具有不銹作用,可以保證在大批量生產中塑件外表面的質量。
滑塊型芯選擇大同模具鋼DC53,該種模具鋼具有良好的韌性和耐磨性,高溫回火后硬度可達HRC62,可以滿足抽芯時摩擦和碰撞對材料的要求,且退火后切削性能都要優于skd11。
3.模具制造
由于模架已經標準化,模具的制造主要是針對動模型芯、定模型腔和滑塊型芯的加工。模具設計完成后,以設計得到的模型為基礎,進入UG CAM模塊進行數控編程。
對于模具成型零件的大多數特征,均可以采用數控銑進行加工。只要靈活運用UG CAM當中的平面銑、型腔銑、固定軸曲面輪廓銑和點位加工方法,一般可以完成所有零件的數控銑削要求。對于模具的水道等較深的圓形孔,可以采用深孔鉆鉆削加工。而對于異形的沒有斜度或者具有一定斜度的通孔,可以采用線切割加工。對于用數控銑完成后仍然有未切削材料的零件,則要采用電火花成型來完成剩余材料的清除。
采用UGCAM的型腔銑對動模型芯的滑塊讓位槽進行粗加工編程得到的刀軌14如圖所示。
圖14定模型腔成型電極
本模具的動模型芯、定模型腔和滑塊型芯,對于非成型部位均采用數控銑完成加工,對于成型部位可以采用數控銑進行粗加工,再采用電火花成型進行精加工來達到加工要求。其中定模型腔的電火花成型的電極模型如圖15所示。
圖15定模型腔成型電極
3.結束語
傳統的注射模具設計,從模具分型到具體結構設計,均完全依靠設計者的設計經驗和建模經驗,對設計者的要求較高,并且效率低下,修改不易。采用UG MoldWizard,可以讓
系統引導設計者逐步完成設計內容,并且創建出來的模具與塑件產品參數相關,這樣模具設計變得快捷、容易、修改簡單。另外,UG MoldWizard用全參數的方法處理哪些在模具設計中耗時難做的部分,進一步提高了模具設計的效率。
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