金敦水，劉楊

（1.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233000；

2.安徽天思樸超精密模具股份有限公司，安徽 蕪湖241000）

隨著科技的飛速發(fā)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品的升級(jí)換代也日新月異，其中模具設(shè)計(jì)技術(shù)的快速提升為電子產(chǎn)品發(fā)展提供了重要的技術(shù)保障，特別是電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的一模一腔或者一模多腔的模具設(shè)計(jì)已滿足不了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，因此，一模多腔的組合件模具設(shè)計(jì)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造的高效化，而且實(shí)現(xiàn)了多元化、現(xiàn)代化和自動(dòng)化[1-2]。

UG 是Siemens PLM Software 公司出品的一款基于產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，其二次開(kāi)發(fā)的UG-Mold Wizard 為模具設(shè)計(jì)和制造類(lèi)企業(yè)提供了個(gè)性化、專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)服務(wù)，為模具設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)向全生命周期設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。特別是隨著異形件產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模逐漸增大，UG 軟件在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它能根據(jù)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)字化分析和模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化，極大簡(jiǎn)化了模具設(shè)計(jì)與制造的流程，縮短了模具設(shè)計(jì)周期，組合件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，生產(chǎn)效率更好，產(chǎn)品裝配精度高[3-4]。本文主要通過(guò)分析電器外殼組合型的結(jié)構(gòu)，結(jié)合UG 塑料模具設(shè)計(jì)的一般流程，完成電器外殼組合型產(chǎn)品注塑模具設(shè)計(jì)，為塑料模具組合件設(shè)計(jì)提供參考。

1 電器外殼結(jié)構(gòu)分析

如圖1 所示的電子產(chǎn)品的電器殼蓋是上海某公司新設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品的主要塑料件，該產(chǎn)品是組合件結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)產(chǎn)品組成，兩個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相差較大，兩個(gè)產(chǎn)品的材料相同（ABS），密度相同，產(chǎn)品后期的裝配精度較高，同時(shí)組合件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括多個(gè)不規(guī)則孔和一個(gè)復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)變化多樣。如果采用傳統(tǒng)的單件單腔或者單件多腔模具設(shè)計(jì)，不僅模具設(shè)計(jì)和制造成本高，而且產(chǎn)品的裝配精度難以保證。為了降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品的裝配精度，電器殼蓋的模具設(shè)計(jì)基于UG 軟件采用一模雙腔組合式模具排布，不僅提升了產(chǎn)品的裝配精度，而且降低了模具的設(shè)計(jì)和制造成本，極大的提升的企業(yè)的生產(chǎn)效益。

1.1 原材料分析

ABS 常被作為電器儀器的塑料外殼，它的熱變形溫度約為93～118 ℃，其經(jīng)過(guò)退火處理后熱變形溫度可提升10 ℃左右，材料在-40 ℃時(shí)仍能保持韌性，它的相對(duì)密度約為1.05，吸水率低，氧指數(shù)為18～20，并且有足夠的防抗擊外力作用，確保產(chǎn)品不發(fā)生變形，由于其在模具注射成型的過(guò)程中擁有良好的流動(dòng)性，從而確保產(chǎn)品表面光滑，避免出現(xiàn)尖角和毛刺等缺陷[5]。

1.2 產(chǎn)品工藝分析

該組合件屬于電子產(chǎn)品的外觀塑件，產(chǎn)品各尺寸對(duì)應(yīng)的公差配合要求均較高，產(chǎn)品表面光滑無(wú)棱角和毛刺。按照技術(shù)要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)屬于較高的精度等級(jí)，參考選擇塑料的公差等級(jí)為4 級(jí)精度，部分配合尺寸的公差等級(jí)按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求完成，從而確保塑件外表面光滑。組合件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，其表面分布著多個(gè)通孔和側(cè)孔以及一些不規(guī)則的凸臺(tái)，為了提高模具設(shè)計(jì)的效率，節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低模具的加工難度，塑料模具采用一模雙件的異型模具結(jié)構(gòu)，組合件的側(cè)孔部分采用滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保塑件精度和質(zhì)量。

1.3 模具結(jié)構(gòu)分析

塑料模具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)來(lái)完成，在分析產(chǎn)品原材料的工藝性能外，還要充分考慮塑件后期成型的結(jié)構(gòu)工藝性，特別是組合件模具設(shè)計(jì)，要充分分析組合件的結(jié)構(gòu)共性和差異性，確保模具結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化[4]。具體如下：

（1）電器外殼的產(chǎn)品主要由ABS 組成，要利用模具CAE 軟件，完成產(chǎn)品收縮率、流動(dòng)性、硬度、塑性強(qiáng)度等工藝參數(shù)的優(yōu)化分析，得到最佳的注塑位置、型腔分布和成型工藝參數(shù)。

（2）電器外殼存在大量的側(cè)孔和倒扣，會(huì)對(duì)模具成型后的取件流程產(chǎn)生較大的影響，考慮生產(chǎn)效率和降低成本的要求，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理的運(yùn)用鑲拼件。如斜頂機(jī)構(gòu)、斜導(dǎo)柱側(cè)向成型和抽芯機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)等。

（3）電器外殼為配合件，在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，要重點(diǎn)優(yōu)化配合尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保成型后的精度滿足裝配要求。

2 基于UG 塑料模具設(shè)計(jì)

基于UG 完成塑料模具設(shè)計(jì)主要包括十個(gè)步驟，分別是：產(chǎn)品的項(xiàng)目初始化設(shè)計(jì)、設(shè)置模具坐標(biāo)系、設(shè)置收縮率、定義模坯尺寸、補(bǔ)破孔、創(chuàng)建分型線、編輯分型線、創(chuàng)建分型面、創(chuàng)建型芯和行腔區(qū)域和創(chuàng)建鑲件。一模多腔組合件的模具設(shè)計(jì)的程和傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比較，其差異主要體現(xiàn)在分型線、分型面、澆注系統(tǒng)和抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具體的模具設(shè)計(jì)流程如圖2 所示[2]。

2.1 分型線設(shè)計(jì)

（1）分別在“區(qū)域名稱”中單擊選擇“型芯區(qū)域”和“型腔區(qū)域”，然后在“設(shè)置”中勾選“創(chuàng)建分型線”和“創(chuàng)建區(qū)域”，單擊【確定】按鈕。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)分型現(xiàn)代位置自動(dòng)區(qū)分型芯區(qū)域和型腔區(qū)域。

（2）觀察在“分型導(dǎo)航器上”增加了“型芯”、“型腔”和“分型線”3 個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖4 所示，單擊上述3 個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)“定義區(qū)域”、“分型線”操作在分型導(dǎo)航器中增加分型線、型芯區(qū)域和型腔區(qū)域。

（3）利用分型線的抽取隱藏產(chǎn)品實(shí)體，在圖4 所示的“分型導(dǎo)航器”中把產(chǎn)品實(shí)體前的勾點(diǎn)掉，保留產(chǎn)品的分型線，如圖5 所示。

2.2 分型面設(shè)計(jì)

產(chǎn)品分型面是基于分型線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，其主要是為了將已經(jīng)成型的塑件從型腔取出以及完成產(chǎn)品在注塑成型過(guò)程中的排氣作用，按照位置分類(lèi)可分為水平分型面、垂直分型面和復(fù)合分型面，按照模具結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為單分型面和雙分型面。電器外殼組合件從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上分析模具屬于采用雙分型面點(diǎn)澆口（龍記細(xì)水口）設(shè)計(jì)較為合理，同時(shí)動(dòng)、定模分模后確保塑件盡最大可能性地留在動(dòng)模部分。為了使產(chǎn)品的表面保持光亮平滑，分型面的選擇要避免設(shè)計(jì)在在產(chǎn)品光滑的表面或者一些拐角處，如倒角、圓角，同時(shí)確保分型面由平直的直面組成，降低加工的難度[5-6]。綜合上所述，完成產(chǎn)品的分型面設(shè)計(jì)如圖6 所示。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是塑料模具設(shè)計(jì)的重要組成部分確保熔體塑料進(jìn)入模具型腔，是指從注塑機(jī)噴嘴到模具腔體之間的料流通道，其作用確保熔融的塑料平穩(wěn)順利的充滿腔體，主要有四部分組成：主流道、分流道、澆口和冷料穴。電器外殼組合件通過(guò)經(jīng)驗(yàn)分析可知單澆口無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的注塑成型，通過(guò)利用Moldflow 軟件分析選擇出產(chǎn)品的最佳澆口位置為產(chǎn)品表面的側(cè)凹處，為了確保能通過(guò)澆注系統(tǒng)全面有效將熔融塑料注入到產(chǎn)品的各個(gè)部位，產(chǎn)品澆口設(shè)計(jì)選擇多點(diǎn)澆口注射成型，有效解決了注射成型，確保了產(chǎn)品的外表面質(zhì)量，具體的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7 所示。

2.4 側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)是成型產(chǎn)品側(cè)孔、側(cè)凸的重要機(jī)構(gòu)，其主要是通過(guò)傳動(dòng)零件（斜導(dǎo)柱、彈簧）使力作用于側(cè)滑塊上，在模具開(kāi)模的過(guò)程中，在傳動(dòng)件的作用下使側(cè)滑塊和產(chǎn)品順利分型，待產(chǎn)品取出后，再通過(guò)傳動(dòng)件使側(cè)滑塊恢復(fù)至準(zhǔn)確的位置，在側(cè)抽芯設(shè)計(jì)的過(guò)程中要充分分析模具的結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于異形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要準(zhǔn)確計(jì)算各側(cè)抽芯的移動(dòng)軌跡，避免干涉情況的出現(xiàn)。常見(jiàn)側(cè)抽芯的機(jī)構(gòu)如圖8 所示。

3 模具工作原理

電器外殼組合件采用一模雙腔的異形件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，澆口采用每個(gè)零件上合理分布3 個(gè)點(diǎn)澆口，側(cè)孔、側(cè)凸成型中準(zhǔn)確計(jì)算斜導(dǎo)柱和斜頂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡，避免了模具的干涉現(xiàn)象的出現(xiàn)，模具的具體結(jié)構(gòu)如圖9 所示。

開(kāi)模時(shí)，注塑機(jī)開(kāi)合模系統(tǒng)帶動(dòng)下動(dòng)模部分后移。由于彈簧的作用，首先定模板和型腔固定板分離，型腔固定板隨動(dòng)模部分一起向后移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)模部分移動(dòng)到一定的距離后，固定在型腔固定板上的限位螺釘與動(dòng)模部分運(yùn)動(dòng)，限位螺釘?shù)南逻吔佑|到型芯固定板，模具隨之停止運(yùn)動(dòng)。因塑件包裹在凸模上，澆口位置遺漏在產(chǎn)品上的凝料自行拉斷。然后凝料自動(dòng)脫落或人工取出。動(dòng)模部分繼續(xù)后移，當(dāng)注塑機(jī)的推桿接觸到推板固定板時(shí)，推出機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作，推板在推桿的作用下將塑件從型芯上推出，從而實(shí)現(xiàn)卸料工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用手動(dòng)分型技術(shù)和自動(dòng)分型技術(shù)相結(jié)合，完成組合件產(chǎn)品最佳分型面的設(shè)計(jì)，解決了組合件分型面不光滑和不平整的問(wèn)題，避免成型零部件產(chǎn)生擦窗和碰窗，減小了模具運(yùn)動(dòng)阻力。

（2）通過(guò)運(yùn)用Moldflow 分析結(jié)果，確定組合件澆注系統(tǒng)的最佳澆口的位置，并采用多點(diǎn)位注射使塑料填充能順利充滿型腔。

（3）基于組合件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)化了斜導(dǎo)柱側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，提升了模具設(shè)計(jì)效率，提高了模具壽命，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了模具制造成本。