UG在注塑模具制造中的应用

UG软件CAD/CAM技术在注塑模生产中的应用近年来，随着市场全球化和竞争的不断加剧，注塑模具的型腔形状和模具结构越来越复杂，模具精度要求越来越高，生产周期要求越来越短。

为了适应这种发展趋势，CAD/CAM技术被逐渐应用于模具工业，收到了良好的效果。

与其他工业相比，模具工业有其自身的特点，模具的设计制造是从产品模型到生产装配的逆向过程。

为了满足模具．工业专业性要求，各大软件厂商针对各类模具的特点推出了功能完善、操作简便的专用CAD/CAM系统。

比如，美国UGS公司，针对注塑模推出了注塑模设计向导CAD系统（MoldWizard），该系统无缝地集成于UGS拳头产品——三维机械CAD/CAM系统UG中，为用户提供了注塑模设计环境和工具，封装了模具设计的专家知识，提供了标准化的模架库、零件库和嵌件库。

1、用MoIdWizard进行模具设计模具精灵MoldWizard是UG软件中的一个模具设计模块，它可以指导模具的设计过程，应用模具向导技术一般能够将生产力提高1~10倍乃至更多。

模具精灵提供给用户一个逻辑过程，指导用户一步步地完成模型设计。

在这个优化的环境中提供了很多自动化的功能：如数据的读人和零件建模、家族模具、缩放控制、自动的模腔布局、分模功能、模架工具和库及标准件工具和库。

分别对应于MoldWizard工具条中的各个图标，并且图标的排列顺序与实际的模具设计过程相似。

1.1 分模前的准备工作模具设计过程的第一步是调用零件并创建MoldWizard装配体结构。

对于手机外壳的塑件，由UG的建模模块建立开始，CAD模型是其后续工作（MoldWizard分模处理，生成型芯、型腔导人UGCAM模块Manufacturing进行数控加工等）的基础，因此，对于CAD模型，希望它是一个完好的没有缺陷的实体模型。

这就要求不仅要建模正确，同时在建模以后对模型进一步分析，尽量消除产品模型的缺陷，甚至达到完美。

MoldWizard提供了一个产品设计顾问(ProductDesignAdviser)的部件，利用这个顾问能够得到如下重要信息：可以找出拔模角不足的表面，找出所有的凹陷区等。

拔模角过小或者存在凹陷区都会阻碍塑件的脱模，严重时将会损坏塑件。

在确定塑件没有缺陷以后，接下来要做的工作是模具坐标系的建立，确定产品的收缩率以及确定模具毛坯的大小。

模具坐标系是在进行模具设计时使用的坐标系统，它可以为型腔与模架等相关的结构定位，当使用MoldCSYS功能时，现有的WCS 坐标系的XC-YC平面作为重要的分模平面，或者作为模架移动部分和固定部分的边界，而现有坐标系的ZC轴作为模具的顶出方向。

为了使模具尺寸合理，XC-YC平面常常定位在塑件ZC方向的最低处。

当前坐标系与设想不同时可以利用MoldCSYS功能进行调整。

塑件的收缩率可以根据塑件采用的塑料材料查阅相关手册，或者根据用户自己的设计经验来确定，这是因为收缩率是一个在一定范围内波动的变数。

影响塑料成型收缩的因素颇多，主要有：塑料的品牌、塑件的形状、塑料在模具内的流动方向以及塑件的成型条件等。

这里假定塑件的收缩率为1.005。

毛坯是一个在外形上完全包围塑件（经收缩率计算之后的塑件）的模块。

初始模块可以使用系统提供的标准立方体，也可以使用自定义的实体。

其尺寸是由MoldWizard自动计算塑件（经收缩率计算之后的塑件）的最大外形尺寸，增加一定的余量（考虑模块的力学性能要求，按经验值给定）给出一个默认的模块大小。

在后面的设计过程中，将利用MoldWizard分模功能在毛坯的基础上生成模具的型芯和型腔。

这里采用标准立方体毛坯，大小为160mmX100mmX80mm。

1.2 塑件的分模处理分模处理是MoldWizard模具设计的核心部分。

这个过程主要有以下3个步骤组成。

(1) 识别分模线或自然分模轮廓正确的分模线其投影应该位于塑件在模具顶出方向上的最大截面处，这样的分模线才能够使得塑件从模具中顺利脱模。

一般情况下，MoldWizad能够自动准确地识别分模线。

但是，在一些情况下（比如塑件的CAD模型存在缺陷，或者由于CAD 模型太过复杂）MoldWiz-and不能够很好地识别，对于这种情况，Mold-Wizard也为用户提供了手动识别的功能，以期使得分模线正确无误。

(2) 由分模线生成分模面正确地找出分模线以后，利用这些分模线来生成分模面。

以后将利用这些分模面来修剪毛坯工件，从而生成模具的型芯和型腔。

由分模线生成分模面的方法有很多，主要有延伸(Ex-trude),边界平面(BoundedPlane),扫描(Swept)和延展曲面(EnlargedSurface)等。

需要说明的是，当分模线不处在同一曲面上时，用户通常需要先将分模线分段，然后利用以上方法对各段进行生成分模面处理，最后将由各段分模线生成的分模面进行缝合，产生一个完整的分模面。

本例中，由于手机外壳侧边开口的存在，使得分模线不在同一曲面上，所以在侧边开口等几处分模线作了分段处理，最后生成分模面。

(3) 开始分模在开始分模之前，必须确定模型已经被修补完整。

比如手机外壳上分布了很多通孔，用来给手机键盘和屏幕的安装保留空间。

这些通孔在分模前必须要修补，从而产生修补面。

如果不加以修补，系统将无法作出决定这些通孔是由型腔部分还是由型芯部分生成。

本例中，通孔由型芯部分生成。

随后，MoldWizard将会从手机外壳的CAD模型上、提取出两部分面，手机外壳的外表面将作为型腔面，其内表面将作为型芯面，并分别与分模线创建的分模面以及相应的修补面结合在一起，然后利用布尔运算对毛坯工件进行修剪，最终生成模具的型腔和型芯。

1.3 后续处理过程最后，利用MoldWizard提供的模腔布局功能生成一模多腔模具，利用标准模架库导人标准模架（如DME,HASCO等著名公司的模架产品），也可以利用提供的标准件库导入标准件，如定位环、浇口套、顶杆、滑块等（可以根据实际情况对标准模架、标准件的尺寸作相应的修改），还可以手工加入流道和冷却道，从而组成一副完整的模具。

2、型芯的数控加工自从加工业采用数控机床进行数控加工以来，数控编程经历了手工编程,APT语言编程和交互式图形编程3个阶段。

交互式图形编程就是通常所说的CAM软件编程。

由于CAM软件自动编程具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等优点，已成为目前国内外数控加工中普遍采用的数控编程方法。

数控编程的核心是刀位点的计算。

对于复杂的产品，其数控加工刀位点的人工计算十分困难，而CAM软件自动编程很好地解决了这一问题。

利用CAD技术生成的产品三维造型包含了数控编程所需要的完整的产品表面几何信息，计算机软件可针对这些信息进行数控加工刀位的自动计算。

因此，绝大多数的数控编程软件同时具备CAD的功能，故称其为CAD/CAM一体化软件。

2.1 工件的加工工艺分析和规划虽然UG软件能够自动进行数控编程，但是数控编程之前的加工工艺的分析和规划必须用户自行完成。

加工工艺制定的好坏取决于编程人员的经验，根本上确定了数控程序的优劣。

加工工艺分析和规划包括如下主要内容。

(1)加工对象的确定：通过对模型的分析，确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床上或者数控加工中心加工。

数控铣的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或电火花来加工；而另外一些加工内容，可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工、回转体加工，可以使用钻床或车床来进行。

(2)加工区域规划：对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度粗糙度要求将加工对象分成数个加工区域。

对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。

(3)加工工艺路线规划：从粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。

(4)加工工艺和加工方式确定：如刀具选择、加工工艺参数和切削方式（刀轨形式）选择等。

本例中，采用的毛坯是一长方体钢件，尺寸约为160mmX100mmX55mm。

毛坯要打平面，并保持各面间的直角。

根据加工工艺分析和规划的主要内容，经过认真的工艺分析，初步制定了表1所示的工艺方案。

这个工艺方案采用了高速加工，它基本遵循高速铣的一般原则，即小的刀具、轻的切削、高的转速和进给率，并在走刀过程中尽量减少刀具、载荷的急剧变化。

2.2 UG自动数控编程在完成了加工工艺方案制定以及相关参数设置后，即可将设置结果提交CAM系统进行刀轨的自动计算。

本例中采用了7道工序进行加工，为了明了直观，每道工序的数控程序名与UG数控编程的操作类型名相同。

对于NC/CNC编程员来说，应当了解每一步加工工序后哪些材料还没有被加工掉。

在UG中，每个加工工序完成以后，都有一个零件的中间过程，称为IPW(In-ProcessWorkpiece),IPM可以作为下一道工序毛坯，编程人员可以通过对IPM的观察来确定加工情况。

同时，为了确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀具路径有无明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。

校验的方式有：(1)直接查看。

通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径，适于观察其切削范围有无越界，以及有无明显异常的刀具轨迹。

(2)手工检查。

对刀具路径进行逐步观察。

(3)模拟实体切削，进行仿真加工。

直接在计算机屏幕上观察加工效果，这个过程与实际加工十分类似。

利用第5道工序后生成的IPM作为毛坯，对第6道工序（精加工）进行数控加工模拟仿真。

2.3 程序后处理在用UG生成数控程序之后，必须对数控程序进行后处理，才能满足不同机床、不同控制系统的特定要求困。

这是因为由UG生成的刀轨文件只是通用性文件，而每台机床／控制系统对程序格式和指令都有不同要求，比如对同一行中不同G代码的输出顺序有不同的要求。

在UG中，UG方用户提供了一个后处理器——UG/Post来帮助用户完成后处理。

通过建立跟机床/数控系统相匹配的2个文件——事件处理文件(Eventhandler后缀是．tcl)和定义文件(Defini-tionfile后缀是．def)，这2个文件由UG后处理编辑器UG/PostBuilder来完成，UG/Post可以完成从简单到任意复杂机床／数控系统的后处理。

最后，将后处理之后的程序传人特定数控机床完成数控加工。

3、结论a)以手机外壳为例，利用UG软件提供的MoldWizard和CAM数控编程两大模块，完成了从模具设计到数控铣加工的全过程，UG等CAD/CAM一体化软件为代表的CAD/CAM技术在模具行业中的应用，大大提高了模具设计制造的效率，取得显著的经济效益，从根本上改变了传统的模具生产方式。

b)为了最大程度地提高模具制造的效率，减少模具修改的时间，CAE技术也被广泛地应用到了模具的设计制造分析过程中，如在注塑模分析中广泛应用的CAE技术的代表著名的Moldflow软件，模具行业的飞速发展迫切要求CAD/CAM技术向着CAD/CAE/CAM技术集成化的方向发展。