基于UG的注射模顶出机构CAD系统的研究.pdf

S T L 昆山仕泰隆国际机械模具城 全球招商热线 0 5 1 2 8 6 1 8 8 8 8 8 2 0 线 网址 WW W s t e l o n g co m 基于 U G的注射模顶出机构 C AD系统的研究 孙亚东 王义林 王华昌 华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室 湖北武汉4 3 0 0 7 4 摘要 分析 了当前注射模顶 出机构设计的复杂性和易错性等不足之处 采用程序 自动设 计 极大地提高了设计效率和设计可靠性 降低设计的复杂性 并允许用户 自由定义 增 删顶 出机构类型 极大地提 高了工具的使用性 关键词 注射模 顶 出机构 配置文件 关联技术 中图分类号 T Q 3 9 1 7 T Q 3 2 0 6 6 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 3 5 0 8 2 0 1 0 一 O 8 2 8 3 l 2 De v e l o p me n t o f I n j e ct io n Mo l d CAD S y s t e m f 0 r E ie ct in g Me ch a n is m Ba s e d o n UG A b s t r a ct T h e a r t i cl e a n a l y z e d t h e co m p l e x i ty a n d f a l l i b i l i t y f o r t h e cu r r e n t d e s i g n o f e j e ct i n g me ch a n is m T h e u s in g o f a u t o ma t ic g e n e r a t io n t o r a is e t h e r a t e d ca p a cit y a n d t h e r e l ia b il it y o f d e s ig n r e d u ce t h e co mp l e x it y o f d e s i g n An d a l l o we d t h e u s e r t o d e fi n e a d d o r d e l e t e t h e t y p e s o f e j e ct in g me ch a n is m a n d g r e a t l y im p r o v e t h e u s a b il i t y o f t h e t o o 1 Ke y wo r d s in j e ct io n mo l d e j e ct in g me ch a n is m d e s cr ip t io n fil e a s s o cia t e d t e ch n o l o g y 1 引言 当前 中国制造业快速发展 的同时 塑料制 品在工 业和 日常用 品中的地位也越来越重要 然而 业界也 对塑料制品的产量 品种需求越来越多 形状也越来 越复杂 精度要求也越来越高 生产周期越来越短 这 对注射模 的设计提 出了更高 的要求 传统的注射模设计方法因其工艺繁琐 效率低 下 无法适应现代模具设计生产的需要 随着模具 C A D C A M技术的飞速发展 注射模C A D系统作为提 升注射模设计效率和质量的重要手段 愈来愈受到重 视 国内外在注射模 C A D方面研究不少 但多为通用 平台 专用 的注射模设计模 块却很少 远没达到实 际 使用要求 工艺设计效率较低n 目前 市场上的模具 C A D软件 如 UG P r o E 只提供 了通用 的注射模设计 方案 往往不能满足模具企业的具体设计要求 在实 际的模具设计中 尤其是一些中小型的注射模的设计 还是以手工设计为主口 因此 本文针对当前注射模企业生产设计的实 际情况 为其量身定制既符合行业标准又符合其使 用习惯的现代注射模 C A D系统 具有广泛的应用前 景和市场需求 该顶出系统已在国内几家著名的注 射模生产企业成功运用 并能提高设计效率 8 0 以上 2 功能定义及设计 2 1 顶 出机构简介 顶 出机构 也称退 出机 构 是 注射模系统的重要 组成部分之一 顶出机构的设计质量直接关系到塑 件能否顺利出模 是否变形 直接影响到塑件生产效 率和生产质量 注射模 常用 的顶 出机构 一般可分为两类 一类 是顶管 也叫推管 司筒 机构 如图 1 a 所示 顶管机构 的构件一般有顶管 顶杆 也称顶管芯轴 压板 缓顶 等 顶管类 型一 般有双节顶管和单节顶管两种 加 上止转方式 切边 销钉止转 不同 每种还可以分为 一 些小的子类型 另一类是顶杆 也叫推杆 顶针 机 构 顶杆机构较简单 如图1 b 所示 构件一般有顶杆 缓顶等 顶杆类型一般有单节顶杆 双节顶杆 扁顶 杆3 种 同样 由于止转方式不同 每种还可以分为一 些子类型 模具制造 2 0 1 0 年第1 1 期 S T L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 8 6 2 9 9 9 9 9 2 0 线 网址 w ww s t l e p co m 杆 注塑零件 巍菰嗣 0 0 嘲 瀚豳 一 E l 蛩 豳 I 一 b 图 1 顶出机构 a 一顶管机构b 顶杆机构 2 2 顶 出系统功能 模具设计工程师在进行注射模顶出机构设计时 不仅仅要设计合适的顶出机构的各个构件 还需要对 各构件进行相应的开孔处理 由于注射模零件的各 个功能不同 相应的孔的配合间隙也有不同的要求 因此顶出系统的生成功能中 生成操作既要生成符合 设计标准的顶出构件 又要开出符合设计标准的各个 构件的孔 在进行注射模设计的过程中 模具设计师经常会 对出现问题的顶出构件进行编辑或删除 编辑功能 要求顶出机构类型 大小 位置都要可修改 可编辑 删除功能要求顶出机构的各构件及其相应的孑 L 都要 一 并删除 删除后 注射模及顶出机构与生成前保持 一 致 系统操作流程如图2 所示 在使用顶出系统时 模 具设计师只需进行简单的选择操作 系统会 自动地计 算 匹配 驱动模型生成合适顶出构件 并开出符合标 准的孑 L 随着 塑料制 品工业 的快 速发展 塑件越来越 复 杂 精度也越来越高 不 同公 司的注射模顶出机构标 准不 同 各个公 司的注射模顶出机构的标准也会随着 市场的需求进行变化 顶出机构的类型也会随之改 变 顶出机构 自动设计系统要适应市场 就必须适应 标准的变更 允许新类型的添加 旧类型的删除 因 此 系统采用开放的配置功能 允许用户 自由定义顶 出机构标准 自由增删顶出机构类型 3 顶出系统关键技术 3 1 标准件库的设计 1 标准件作为模板 目前 C A D建模技术中最常用 最成熟的参数化 特征造型技术 并有成熟的标准库运行 因此顶出 机构的标准件也采用参数化特征造型 在建模时 根 据当前顶出构件的标准 在 U G 环境下创建一类由参 数驱动的模型 它包含标准要求的基本模型信息和拓 扑特征 并用表达式将参数关联起来 将该类模型保 存作为此种类型顶出机构的模板文件 并写入基本类 型配置文件中 图2 顶出系统操作流程图 系统通过读取当前要设计的注射模信息 与模板 参数表中的标准参数进行匹配 来驱动模板 在模板 的基础上生成符合当前注射模 的顶出机构 顶管 顶 杆 压板 缓顶等 2 配置文件 顶 出系统 的可配置包括两方面 一个是基本顶出 类 型可配置 另一个 是标准模 型和标准参 数的可 配 置 基本类型配置表 中包含各个 顶出机构类 型的所 有信息 每一类都可以独立配置 基本类型还可以 独立增加或者删除 顶出系统基 本配置表文件有两 个 顶管机构配置文件和顶杆机构配置文件 两个配 置文件结构基本类似 如 图3 所示 顶管机构的配置 文件 该文件包含4 种顶管类型 第一个顶管类型为 切 边 止 转 的 单 节 顶 管 顶 管 模 型 模 板 为 s im p l e s l e e v e cu t p r t 相应的标准参数表为s i m p l e s l e e v e cu t x l s 顶杆 压板 缓顶类似 该类顶管采用正刚标准 模型为正刚的标准模型 参数表也为正刚标准参数 2 模具制造 2 0 1 0 年第1 1 期 S T L 昆山仕泰隆国际机械模具城 全球招商热线 0 5 1 2 8 6 1 8 8 8 8 8 2 0线 网址 I n s t e lo n g co m 表 如果该类型的标准变化 只需将相应的模型文件 和参数文件替换为符合新标准的参数文件即可 如 果要 添加一个 新类型 只需添加新 的一行 删 除一个 类型 只需删除该类型对应的那行即可 图3 顶管机构配置文件示例 标 准模 型和标准 参数 的可 配置 指模 型文件 中 的参数名 称和个 数可 由用户 确定 只需与其 标准参 数表对应 即可 标准参数表中的参数大小可由用户 自行 配置 3 自动关联 使用 系统对一个顶杆机构进行编辑时 该机构的 所有 构件都会 改变 位置也会随之改变 相应 的孔也 会修改或改变位置 在删除时 所有的构件及孑 L 都要 删除 系统通过采用关联技术来实现编辑和删除功能 每个顶管机构的所有构件 包括各个板 中相应 的孔 通 过属性标示关联起来 生成时每个顶出机构中都有唯 一 的属性标示 顶出机构在生成前 系统遍历当前注 射模装配树 获取属性标示 该标示唯一 且没有被使 用 生成后每个顶出机构就永远赋予了该标示 在编辑和删除时 通过标示来进行识别要编辑或 删除的顶出构件和相应的孔 之后重新驱动模型 修 改属性参数 使相关联的模 型改变来完成编辑和删除 功能 3 2 头部形状设计 塑料在型芯与型腔组成的模具中注射成型 型芯 形 成 塑件的 内表 面形状 型腔 形成 塑件 的外 表 面形 状 如图4 所示 顶管 顶杆头部与塑件内表面密切结 合 与型芯一起形成塑件 内表面形状 由于每个塑件 形状不同 顶出位置不同 即使类型相同 规格相同的 顶 出机构头部形 状也不相 同 因此顶 出机构头部形 状完全是由型芯和塑件决定的 顶出机构生成时 顶出系统通过裁减型芯得到头 部形状 然后与参数驱动后的标准件求和得到完整的 顶杆 图 5以顶管机构 中的顶杆 头部形状 为例来说 明生成 过程 图 5 a 为型芯在顶 出位置 的形 状 图 5 b 以直径为顶杆直径值来创建一个圆环面 用该圆环面 来裁减型芯 图5 c为裁减后得到的顶杆头部形状 图5 d 为参数驱动后的标准顶杆 图5 e 为头部形状与 标准顶杆求和得到的完整顶杆 f 卜 顶杆 r l 卜一顶管 零件 型芯 l l鬟 l rl 图4 塑件及顶管 顶杆头部形状 a b c 图5 顶杆头部形状生成流程 a 型芯顶出位置形状b 用来裁减型芯的圆柱面 c 裁减得到的顶杆头部形状d 标准顶杆 e 完整顶杆及头部形状 3 3 孔的自动设计 由于注射模模架各板的功能不同 相应的孔的配 合间隙也不同 下面以某家公司单节顶管机构为例 来说明孔的 自动生成 顶杆机构稍简单 原理相同 如 图6 所示 型芯形成塑件 的内表面形状 为了塑件的 完整生成 要求型芯中孑 L 的间隙为0 即图6 中所示的 配合段间隙为0 为了加工和安装方便 配合段长度 不能过长 标准一般要求为顶管直径的3 5 倍长度 在动模垫板中的孔 为了安装和顶出顺利 一般间隙 为 0 5 ram 在顶杆 固定板 中 要保证顶 管的安装定位 精度 孑 L 间隙不能太大 一般为0 2 5 ra m 以上是顶管 模具制造 2 0 1 0 年第1 1 期 3 S T L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 8 6 2 9 9 9 9 9 2 0 线 w ww s t l e p co m 塑件 顶管 顶杆 推板 底板 1 r 厂 弩 l 一 厂 厂 苫 l 一 l l 动 模 垫 板 亟 固 定 多 c 皇 I l I I 图6 单节顶管机构各段孑 L 的间隙 通过的孔 顶杆通过 的推板 底板的孔 的间隙为 0 5 ram 系统在开孔时 通过孔的实体模型与要开孔的各 板进行减操作得到相应的孔 该实体模型也称为假 体 求得假体的过程为 首先读取注射模信息 匹配 标准参数表得到顶出机构实体模型 然后根据顶出机 构间隙标准 得到各段孔间隙 假体的各段直径值为 实体尺寸加上孔间隙 如图7 所示顶管和顶管假体 的各尺寸值 顶 出系 统根据用户输入 读取注射模信息 得到顶管总长 s l e e v e L 自动匹配标准参数表得到规格直径d D H 等参数 然后根据孔的间隙标准得到假体尺寸值 配 合段孑 L 间隙为0 直径为d 长度为 3 5 d 中间段孔 间隙为0 5 直径值为d 1 长度为总长 s l e e v e L 减去 配合段长度和安装段长度 的值 安装段孔间隙0 2 5 直径为 d O 5 长度为下顶板厚度 J 图7 顶管与顶管假体 同理得到顶杆假体 如图8 所示 压板 缓顶假体 也类似 4 顶 出系统 实例 图9 为利用顶 出系统 自动生成 的顶管 顶杆 切边 止转 压板 压板固定 及相应的孑 L 的装配模型图 图8 顶杆和顶杆假体 图9 顶出机构设计后注射模装配图 在使用顶出系统设计时 用户只需选择塑件 顶 管起始面 顶杆起始面 顶出位置 选择多个 可一次 生成 和类型 系统自动识别要生成的规格参数 自动 计算 驱动模板 开孔 并给出生成报告 这些繁琐的 设计程序全部由计算机 自动完成 从而很好地避免了 人工设计 的各种出错状况 还有最重要 的一点是 生成速度快 一旦用户输入之后 一 系列 的顶 出 机构瞬间完成 在国内的注射模生产企业中应用表 明 熟练的设计师手工设计一副中等复杂的注射模顶 出机构要花费2 3 天时间 使用顶出机构 自动设计系 d 模具制造 2 0 1 0 年第1 1 期 S T L 昆山仕泰隆国际机械模具城 全球招商热线 0 5 1 2 8 6 1 8 8 8 8 8 2 0 线 网址 www s t e l on g c o m 统一天内就能完成 5 结束语 纵观全文 顶 出机构 自动设计系统不但 能够快速 准确生成顶 出机构的各个部件 而且能够对生成的顶 出机构进行修改 编辑和删除 为设计人员进行顶出 机构设计提供极大地便利和空间 并允许用户 自由 定义 增删顶出机构 从而为注射模生产企业适应 日 益激烈的市场竞争和适应不断变化的产品需求提供 有力保障 该系统在综合传统的顶出机构设计方法和数据 库访问技术的基础上 采用灵活的 自由的顶出机构 设计方法 在各公司实际使用情况中 可以大大地缩 减注射模顶出机构设计时间 提高设计的准确率 从 而为注射模整体生产效率的提高提供了重要保障 具 有广阔的应用前景和市场需求 6 参考文献 1 张桂侠 基于 U G的注射模 C A D系统的研发与应用 J 模 具技术 2 0 0 9 1 2 李辉 葛晓宏 刘亚丹 杨辉煌 基于U G的现代注射模C A D 系统开发 J J 厦门理工大学学报 2 0 0 8 2 3 梁合意 张志鹏 注射模顶 出方式及设计要点 J 模具制 造 2 0 0 9 8 4 赵俊杰 王华 昌 李志刚 基于U G的关联技术在注射模成 型零部件设计中的应用I J 1 模具工业 2 0 0 7 5 5 蔡长安 V C 6 0 环境下的O D B C数据库接口与编程技术 J J 江汉大学学报 自然科学版 2 0 0 3 1 6 6 董正卫 田立中 付宜利 UG O p e n A P I编程基础 M 北 京 清华大学出版社 2 0 0 2 q 模具行业玩转Ma s t e r ca m 目 录简介 第一部分应用篇 第 1 节 塑胶模具的基本知识及技术应用 第2 节 塑胶模具设计及加工 第3 节 塑料模具 C A D集成技术 第4 节 cN c 加工在模具加工中担当的角色 第5 节 2 D图如何画成 3 D图 第6 节 线割图的整理 第 7 节 3 D图如何拆分前后模 第 8 节 铜公 的拆分及火花纸的要点 第 9 节 行位 斜顶 枕位的知识和整理 本书定价 5 0 元 第 1 0 节 C N C 程序单的编写 第 l 1 节 常用刀路及C N C 加工参数的设定 第 l 2 节 铜公刀路的编制 第 1 3 节 前模刀路的编制 第 1 4 节 后模刀路的编制 第 1 5 节 立体铜公和手板的加工方法 第 l 6 节 M a s t e r ca m系统配置 第 l 7 节 Ma s e r ca m后处理详解 第 l 8 节 D N C M C E D R S 2 3 2 接线方法 第 1 9 节 广东模具术语汇总 第二部分