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基于UG的电视导光柱注塑模具设计来源:admin

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  阶梯钻

    1 引 言

    Unigraphics(简称UG)是紧密集成的面向制造业的CAD/CAM/CAE/CAID高端软件,不仅被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等工作,在模具制造行业,尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE领域更是被广泛应用。本文以电视导光柱为例,探讨了UG在模具设计、制造领域实现CAD/CAM/CAE一体化中的应用。

    2 注塑模具CAD

    在UG平台上进行模具CAD,一般包含以下几个方面:

    1)产品的三维建模。从客户接来的资料,通常是产品的二维图纸,所以必须首先把产品的三维模型建立起来,才能进行后续工作。UG有丰富的建模工具,不但继承了传统的实体造型技术、曲面造型技术,也吸收了参数化建模的优势,从而形成自己独特的“复合建模”特征。其中实体造型使用UG的modeling 模块中的Form Feature 工具条中的命令,曲面造型使用Free Form Feature工具条上的按钮,参数化建模则可用Sketch模块和Expression表达式来完成。综合运用这些造型工具,可以精确、快速地建立产品的 三维模型[1]。对于本文的电视导光柱,只要使用Form Feature 工具条,便可以造出如图1所示的三维模型。

图1 零件图

    2)模具设计。模具设计的内容包括:确定型腔个数,分模,选择模架,动模部分详细设计以及定模部分详细设计等。这一阶段的任务既可以使用基本的UG造型和编辑工具来完成,也可以使用基于知识的智能化模具设计工具UG MoldWizard。UG MoldWizard是高度自动化的注塑模具设计系统,它的用户界面友好,内嵌许多高级模具设计师的模具设计知识,能够极大提高模具设计的效率。

    因导光柱零件尺寸较小,可确立一模四腔的设计方案,并采用普通的圆形截面流道,设计得到的模具动模型腔和定模型腔如图2和图3所示[1,2]。

图2 定模型腔图

图3 动模型腔图

    3)装配。装配方法有自顶向下(top-down)和自底向上(bottom-up)2种。较常用的是自顶向下,即先在一个主模型文件中将所有的组件画好,然后应用Assemblies→Component→Creating将它们逐一分离装配。UG的装配文件中不包含实际组件几何体,但组件几何体文件被虚拟指向装配文件。当在装配中要对组件几何体进行编辑时,必须应用Assemblies→Context Control→Set Work Part将当前工作组件设为需要编辑的组件文件名。在每个装配中,有时为了表达方便,还可以建立爆炸图(Exploded Views)。爆炸图弥补了装配图表达的不足,为进行产品零件的组装,工作原理的介绍,装配关系的分析,提供了清楚而便捷的工具。爆炸图完全独立于装配,并且无论各个零件的相对位置如何变化,都不会增加文件的存储空间。装配好后模具的爆炸图如图4所示[2]。

图4 模具爆炸图

    4)工程图设计。UG的二维图设计比较简单,进入专门的二维设计模块Drafting之后,便可以直接将三维模型任意方向的视图直接加入设好的图纸,还可以根据需要,增加一些剖视图、辅助视图、局部视图、轴侧视图来帮助表达,而这些只要在(Drawing→Add view…)所对应得对话框内便可以全部完成。UG的二维图绘图员的主要任务是在尺寸及公差的标注上,这些标注都有专门的工具条来协助完成。值得注意的是,UG的工程图和三维设计模型是相互关联的,即如果设计模型改变,工程图也随之更新,以维护系统的统一性。

    3 注塑模具CAM

    CAM是利用前面产生的模具几何模形来生成NC加工程序,这是将模具进行数控加工前的准备。基本操作程序如下:先以前面的设计模型为基础,适当建立毛坯等辅助模型来共同构成加工模型,然后进入UG的CAM系统设计加工程序。UG的CAM系统包含四个模块:(交互式)加工参数输入模块、刀具轨迹生成模块、三维动态仿真模块和后置处理模块。利用UG生成nc程序的一般步骤是:用户根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求(如机床的性能和参数、刀具等)和加工工艺的实际特点,交互输入加工参数,再进一步生成刀具路径及路径文件(刀具位置源文件CLSF)。CLSF文件经过后置处理模块的处理后,便可以生成数控机床所能直接识别的nc程序。动模型腔的动态粗加工模拟图参见[3,4]。

    4 注塑模具CAE

    采用的CAE软件是Moldflow 公司推出的MPA(Moldflow Part Adviser),在UG平台上有与MPA的接口,可以在UG平台上直接打开MPA。MPA所能接受的文件格式有许多种,这里选用*.Stl类型的文件,它可以应用UG的Export命令输出相应的零件模型。MPA在设计过程中的作用主要体现在:1)优化注塑工艺。通过分析和模拟,可以帮助确立最佳的注塑压力、时间和温度;2)优化产品和模具结构。将设计原型在电脑上仿真,帮助预见各种塑料缺陷,通过改变产品或模具的结构,可以消除或减少这些缺陷,减少测试次数或不必经过实体测试,从而节省测试所需的资金和时间;3)模拟注塑模填充、保压、冷却的过程。图5是注塑填充过程的模拟图,它形象地表达了熔融塑料填充型腔的过程,可以帮助查找分析塑料缺陷,并对成型时任意位置熔融塑料流经的时间、压力和流体前端温度做出定量评估。

图5 注塑填充模拟图

    5 结束语

    当今世界市场竞争激烈,用户需求日益多样化和个性化,设计和制造技术迅速发展。制造企业为了适应这一发展,提高产品竞争力,降低成本,采用优秀的设计制造软件势在必行。UG作为当今制造业内应用较为广泛的高端软件,不仅具有一般CAD软件的CAD和CAM的集成,更具有与著名的注塑模具分析软件MoldFlow的接口,从而实现注塑模具CAD/CAM/CAE的一体化。


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