基于UG 电器外壳组合型产品注塑模具设计

金敦水，刘杨

（1.安徽电子信息职业技术学院 机电工程学院，安徽 蚌埠 233000；

2.安徽天思朴超精密模具股份有限公司，安徽 芜湖241000）

随着科技的飞速发展，各类电子产品的升级换代也日新月异，其中模具设计技术的快速提升为电子产品发展提供了重要的技术保障，特别是电子产品的结构越来越复杂，传统的一模一腔或者一模多腔的模具设计已满足不了产品的更新换代速度，因此，一模多腔的组合件模具设计技术得到了快速的发展，不仅实现了产品设计、生产、制造的高效化，而且实现了多元化、现代化和自动化[1-2]。

UG 是Siemens PLM Software 公司出品的一款基于产品全生命周期的数字化设计软件，其二次开发的UG-Mold Wizard 为模具设计和制造类企业提供了个性化、专业化的技术服务，为模具设计从传统的流程设计向全生命周期设计奠定了坚实的基础。特别是随着异形件产品模具设计的出现，产品的市场规模逐渐增大，UG 软件在模具设计中应用越来越广泛，它能根据不同产品的特点自动进行产品数字化分析和模具结构优化，极大简化了模具设计与制造的流程，缩短了模具设计周期，组合件产品的结构稳定性更好，生产效率更好，产品装配精度高[3-4]。本文主要通过分析电器外壳组合型的结构，结合UG 塑料模具设计的一般流程，完成电器外壳组合型产品注塑模具设计，为塑料模具组合件设计提供参考。

1 电器外壳结构分析

如图1 所示的电子产品的电器壳盖是上海某公司新设计的电子产品的主要塑料件，该产品是组合件结构，由两个产品组成，两个产品结构相差较大，两个产品的材料相同（ABS），密度相同，产品后期的装配精度较高，同时组合件的内部结构包括多个不规则孔和一个复杂的抽芯机构，其结构变化多样。如果采用传统的单件单腔或者单件多腔模具设计，不仅模具设计和制造成本高，而且产品的装配精度难以保证。为了降低产品的生产成本，提升产品的装配精度，电器壳盖的模具设计基于UG 软件采用一模双腔组合式模具排布，不仅提升了产品的装配精度，而且降低了模具的设计和制造成本，极大的提升的企业的生产效益。

1.1 原材料分析

ABS 常被作为电器仪器的塑料外壳，它的热变形温度约为93～118 ℃，其经过退火处理后热变形温度可提升10 ℃左右，材料在-40 ℃时仍能保持韧性，它的相对密度约为1.05，吸水率低，氧指数为18～20，并且有足够的防抗击外力作用，确保产品不发生变形，由于其在模具注射成型的过程中拥有良好的流动性，从而确保产品表面光滑，避免出现尖角和毛刺等缺陷[5]。

1.2 产品工艺分析

该组合件属于电子产品的外观塑件，产品各尺寸对应的公差配合要求均较高，产品表面光滑无棱角和毛刺。按照技术要求对产品进行分析，产品的各项技术指标属于较高的精度等级，参考选择塑料的公差等级为4 级精度，部分配合尺寸的公差等级按照图纸设计要求完成，从而确保塑件外表面光滑。组合件的产品结构复杂多样，其表面分布着多个通孔和侧孔以及一些不规则的凸台，为了提高模具设计的效率，节约企业的生产成本，降低模具的加工难度，塑料模具采用一模双件的异型模具结构，组合件的侧孔部分采用滑块侧抽芯机构设计，确保塑件精度和质量。

1.3 模具结构分析

塑料模具在结构设计要结合产品的结构来完成，在分析产品原材料的工艺性能外，还要充分考虑塑件后期成型的结构工艺性，特别是组合件模具设计，要充分分析组合件的结构共性和差异性，确保模具结构的最优化[4]。具体如下：

（1）电器外壳的产品主要由ABS 组成，要利用模具CAE 软件，完成产品收缩率、流动性、硬度、塑性强度等工艺参数的优化分析，得到最佳的注塑位置、型腔分布和成型工艺参数。

（2）电器外壳存在大量的侧孔和倒扣，会对模具成型后的取件流程产生较大的影响，考虑生产效率和降低成本的要求，模具结构设计要合理的运用镶拼件。如斜顶机构、斜导柱侧向成型和抽芯机构、气动抽芯机构等。

（3）电器外壳为配合件，在设计模具结构时，要重点优化配合尺寸的结构设计，确保成型后的精度满足装配要求。

2 基于UG 塑料模具设计

基于UG 完成塑料模具设计主要包括十个步骤，分别是：产品的项目初始化设计、设置模具坐标系、设置收缩率、定义模坯尺寸、补破孔、创建分型线、编辑分型线、创建分型面、创建型芯和行腔区域和创建镶件。一模多腔组合件的模具设计的程和传统的模具设计相比较，其差异主要体现在分型线、分型面、浇注系统和抽芯机构的设计，具体的模具设计流程如图2 所示[2]。

2.1 分型线设计

（1）分别在“区域名称”中单击选择“型芯区域”和“型腔区域”，然后在“设置”中勾选“创建分型线”和“创建区域”，单击【确定】按钮。系统会根据分型现代位置自动区分型芯区域和型腔区域。

（2）观察在“分型导航器上”增加了“型芯”、“型腔”和“分型线”3 个节点，如图4 所示，单击上述3 个节点，通过“定义区域”、“分型线”操作在分型导航器中增加分型线、型芯区域和型腔区域。

（3）利用分型线的抽取隐藏产品实体，在图4 所示的“分型导航器”中把产品实体前的勾点掉，保留产品的分型线，如图5 所示。

2.2 分型面设计

产品分型面是基于分型线设计实现的，其主要是为了将已经成型的塑件从型腔取出以及完成产品在注塑成型过程中的排气作用，按照位置分类可分为水平分型面、垂直分型面和复合分型面，按照模具结构分类可分为单分型面和双分型面。电器外壳组合件从产品结构上分析模具属于采用双分型面点浇口（龙记细水口）设计较为合理，同时动、定模分模后确保塑件尽最大可能性地留在动模部分。为了使产品的表面保持光亮平滑，分型面的选择要避免设计在在产品光滑的表面或者一些拐角处，如倒角、圆角，同时确保分型面由平直的直面组成，降低加工的难度[5-6]。综合上所述，完成产品的分型面设计如图6 所示。

2.3 浇注系统设计

浇注系统是塑料模具设计的重要组成部分确保熔体塑料进入模具型腔，是指从注塑机喷嘴到模具腔体之间的料流通道，其作用确保熔融的塑料平稳顺利的充满腔体，主要有四部分组成：主流道、分流道、浇口和冷料穴。电器外壳组合件通过经验分析可知单浇口无法实现产品的注塑成型，通过利用Moldflow 软件分析选择出产品的最佳浇口位置为产品表面的侧凹处，为了确保能通过浇注系统全面有效将熔融塑料注入到产品的各个部位，产品浇口设计选择多点浇口注射成型，有效解决了注射成型，确保了产品的外表面质量，具体的浇注系统结构设计如图7 所示。

2.4 侧抽芯结构设计

侧抽芯机构是成型产品侧孔、侧凸的重要机构，其主要是通过传动零件（斜导柱、弹簧）使力作用于侧滑块上，在模具开模的过程中，在传动件的作用下使侧滑块和产品顺利分型，待产品取出后，再通过传动件使侧滑块恢复至准确的位置，在侧抽芯设计的过程中要充分分析模具的结构，特别是对于异形件的结构设计，要准确计算各侧抽芯的移动轨迹，避免干涉情况的出现。常见侧抽芯的机构如图8 所示。

3 模具工作原理

电器外壳组合件采用一模双腔的异形件模具结构设计，浇口采用每个零件上合理分布3 个点浇口，侧孔、侧凸成型中准确计算斜导柱和斜顶机构设计的运动轨迹，避免了模具的干涉现象的出现，模具的具体结构如图9 所示。

开模时，注塑机开合模系统带动下动模部分后移。由于弹簧的作用，首先定模板和型腔固定板分离，型腔固定板随动模部分一起向后移动。当动模部分移动到一定的距离后，固定在型腔固定板上的限位螺钉与动模部分运动，限位螺钉的下边接触到型芯固定板，模具随之停止运动。因塑件包裹在凸模上，浇口位置遗漏在产品上的凝料自行拉断。然后凝料自动脱落或人工取出。动模部分继续后移，当注塑机的推杆接触到推板固定板时，推出机构开始运作，推板在推杆的作用下将塑件从型芯上推出，从而实现卸料工作。

4 结束语

（1）采用手动分型技术和自动分型技术相结合，完成组合件产品最佳分型面的设计，解决了组合件分型面不光滑和不平整的问题，避免成型零部件产生擦窗和碰窗，减小了模具运动阻力。

（2）通过运用Moldflow 分析结果，确定组合件浇注系统的最佳浇口的位置，并采用多点位注射使塑料填充能顺利充满型腔。

（3）基于组合件产品的结构特点优化了斜导柱侧向分型机构，提升了模具设计效率，提高了模具寿命，确保了产品质量，节约了模具制造成本。