第1章注塑模具设计流程-第1章课程综述

第1章注塑模具设计流程本章的目的：熟悉注塑模具设计的基本流程，了解Cimatronit支持注塑模具设计的各功能模块的基本情况。1.1设计流程在CimatronitCAD/CAM系统中，除提供了各种丰富的通用设计功能来支持各类模具设计外，还提供了主要用于支持注塑模具设计的各种专用功能。Cimatronit中的注塑模具设计功能基于成型产品零件的三维模型来实现。因此，在模具设计以前，需要首先在MODELING模块下生成产品零件的三维模型，或通过图形数据接口将其他CAD系统中生成的零件模型转化生成Cimatronit格式的零件模型。在Cimatronit中，以产品零件的三维模型为基础，可将整个模具设计过程分为以下三个阶段：零件分模零件分模是整个模具设计的关键。在该阶段中，首先载入产品零件的三维模型，并指定主分模方向。然后，根据分模方向定义分模线并生成分模面。最后，将模具的成型嵌件毛坯用分模面分割为型芯及型腔块。如果根据模具的结构及工艺要求，需要进行抽芯及嵌件的设计，可继续在型芯或型腔块中分割出来。完成零件分模后形成的各成型零件可参见图1-1所示，分模结果可继续进行模具的三维结构设计，也可直接用于NC加工编程。模具三维结构设计传统的模具结构设计是整个模具设计中非常繁琐并容易出错的阶段。基于MOLDBASE3D功能的模具结构设计，可直接从符合工业标准的各类标准三维模架库中选择合适的模架，并自动生成各模板间的导柱导套、连接螺钉等标准件。在完成型芯及型腔等嵌件的定义后，能继续加入定位环、主流道衬套、螺钉、顶杆及冷却水道等标准零件及结构，形成整个模具结构的三维实体模型，参见图1-2所示。完成的模具三维模型基于参数化实体造型技术完成，因此，设计完成后，如果需要进行编辑修改，可以很方便地通过MOLDBASE3D标准件编辑功能及通用的实体编辑功能对模具各部分的尺寸进行修改。电极设计在模具的型芯、型腔或嵌件中，常有一些狭窄的内凹区域，通常无法直接通过铣加工来达到最终的加工要求，此时需要采用电火花加工。另外，模具中形状较复杂的型面在铣加工后，往往无法满足对模具的尺寸精度及表面质量要求，此时，同样也需要制作电极后用电火花加工来完成精加工。Cimatron模具设计与制造指导——进阶篇2图1-1零件分模后形成的各成型零件图1-2成型嵌件及模具三维实体模型在面向模具制造的过程中，必须解决好电极的快速设计。由于电极在设计时，需要从模具型面中提取局部表面，并进行裁剪、延伸等操作，用实体功能往往对这类问题处理较困难，使用基于曲面技术的快速电极功能，可较好地处理上述问题。1.2零件分模由于通过图形数据接口DI输入的模型数据一般为曲面模型，即使直接在Cimatronit环产品零件型腔型腔嵌件抽芯型芯成型嵌件模具第1章注塑模具设计流程3境下进行造型，也不一定能形成实体模型。因此，针对分模零件的模型状态及不同的复杂程度，Cimatronit提供了两种零件分模应用功能，一种为支持实体模型的实体分模功能，另一种为支持曲面模型的快速分模功能。1.2.1实体分模功能在实体造型环境下，将应用功能菜单翻至第二页，选择其中的MOLDPREP、SEPARATE功能，可进行零件的实体分模，如图1-3所示。图1-3实体分模功能菜单实体分模的基本流程如下：分模环境设置。通过选择MOLDPREP功能，按步骤完成分模零件的定义、收缩率的设置，并定义成型嵌件毛坯的形状、尺寸及相对于零件的放置位置，如图1-4所示。图1-4设置实体分模环境Cimatron模具设计与制造指导——进阶篇4模具分模。通过选择SEPARATE功能，指定分模方向，确定内外分模线，并自动生成分模面，如图1-5所示。再根据分模面将成型嵌件毛坯分割为型芯及型腔部分。图1-5零件实体分模1.2.2曲面分模功能在线框造型环境下，将应用功能菜单翻至最后一页。该页中提供了支持曲面快速分模的各项功能，如图1-6所示。图1-6曲面分模功能菜单快速分模的基本流程如下：选择QSPLIT功能，进入快速分模Qsplit界面。通过定义开模方向将分模零件的模型面分组为型芯面、型腔面及抽芯面，并自动生成分模线，如图1-7所示。第1章注塑模具设计流程5图1-7快速分模Qsplit界面退出Qsplit界面，使用P_SURF功能进行分模面的定义，如图1-8所示。通过EDIT等功能可对分模结果进行编辑修改，并根据成型毛坯的大小对分模面进行裁剪后，最终通过EXTR_OBJ功能，输出分模结果。图1-8分模面的定义1.2.3两种分模功能的特点实体分模与曲面分模是各具特色的两种分模功能，其特点如下：Cimatron模具设计与制造指导——进阶篇61．实体分模的特点基于实体造型环境，在产品零件的实体模型基础上，通过参数化特征的定义来完成分模过程中的每个步骤。每次的操作结果都可通过对特征的编辑，很方便地修改定义参数或删除某个步骤的结果，如：毛坯尺寸的修改、零件收缩率改变、删除不正确的分模线或分模面等操作，使用非常方便。对零件实体模型的质量要求较高，如果模型中存在几何或拓扑问题，可能将导致无法分模。一般适用于直接在Cimatronit中生成的零件实体模型，或通过曲面至实体转化后转化效果较好的模型。整个分模过程非常简单，只要通过导入产品零件模型、定义收缩率、定义毛坯、定义分模线，自动生成分模面等几个步骤，就能完成零件的分模，生成模具的型芯、型腔部分。整个分模过程智能化程度很高，可自动搜索模型中可能的分模线，确定分模线后能自动生成分模面，但自动生成的分模面形状有时不一定能完全满足用户的实际需要。可直接应用MOLDBASE3D功能，继续进行模具的三维结构设计。2．快速分模的特点基于曲面造型环境，可直接对产品零件的曲面模型进行分模。无需耗费时间进行曲面至实体的转化，对于复杂的曲面模型，可大大提高分模效率。同时，对零件模型的精度要求相对较低，特别可解决使用实体分模功能无法完成的许多零件分模问题。整个分模过程非常直观，通过确定分模方向后，可自动将零件面分组，并能模拟模具开模过程。零件面准确分组后，能自动生成分模线。使用P_SURF功能，可根据分模线各段的具体特点，采用自动或交互的方式来生成较为理想的分模面。相比实体分模功能生成的分模面，能更好地满足用户的实际需要。MOLDBASE3D功能支持使用快速分模生成的曲面数据进行模具的三维结构设计，但一般情况下，分模结果生成后，可直接用于NC加工编程。1.3模具结构设计当使用实体分模功能完成零件的分模，并生成模具成型嵌件中的各个成型部分后，可直接选择应用功能菜单中的MOLDBS3D功能，进行模具的三维结构设计。选择该功能后，出现如图1-9所示的MOLDBASE3D主功能菜单。MOLDBS3D中提供了一系列模具结构设计功能，能帮助模具设计人员自动生成模架中的各模板及螺钉、推杆等标准元件，并可在模板上进行打孔、开冷却水道等详细设计，形第1章注塑模具设计流程7成整个模具的三维模型，如图1-10所示。最后，可自动输出整个模具的材料表及工程图，用于后续的模具制造。相比传统的二维设计，可大大提高设计的可视化程度，并提高模具的设计效率。图1-9MOLDBASE3D主功能菜单图1-10整个模具的三维实体模型模具结构设计的基本流程如下：在零件分模的基础上，选择MOLDBS3D功能，进入模具结构设计环境。选择某种模架标准工业目录，根据分模形成的成型嵌件的大小，插入一个模架。根据分模生成的成型嵌件定义模架中的插件，并自动在对应的模板上开腔。加入螺钉、顶杆及冷却水道等模具标准件及标准结构，并自动在对应的模板上开孔。根据需要对模架的尺寸及各零件尺寸进行编辑修改，完成整个模具结构的三维设计。进入工程图模块，定义模具的工程图。选择MOLDRAFT功能，可完成模具图中的零件编号及自动生成材料表。1.4电极设计随着特种加工技术的发展，近十年来，在模具制造业中大量采用电火花加工，来解决Cimatron模具设计与制造指导——进阶篇8模具中一些采用传统铣削加工方式难以达到的高精度加工及狭槽等难加工结构的加工问题。但是，使用电火花加工是一种比较费时费力的工艺过程，不仅电极放电加工是一种非常费时的加工过程，而且电极本身的设计与制造同样也需要耗费大量的时间。当前模具制造中有用高速铣削来替代放电加工的趋势，但随着电火花加工技术本身的发展及高速加工技术的一些局限，使得当前的模具加工中呈现高速加工技术与电火花加工技术共同发展，相互补充的局面。面对激烈的市场竞争，当前模具制造商迫切需要解决的是如果尽可能地缩短整个模具的制造周期，而电极设计与制造的过程自动化是有效缩短整个模具的制造周期的一种有效途径，Cimatronit提供的快速电极功能，是一个支持电极设计过程自动化及放电加工过程模拟的一个应用功能集。具有放电区域的选择、电极的设计与管理及自动生成电极图档等功能，能大大提高电极设计的效率。电极设计使用基于曲面模型的快速电极功能来实现，使用该功能前，需在Cimatronit的启动参数中加入-electrode（或-el）参数。在线框造型环境下，将应用功能菜单翻至倒数第二页。该页中提供了电极面快速提取、电极面延伸及电极管理等功能。完成电极设计后，可切换至工程图模块，自动生成电极图，如图1-11所示。图1-11快速电极功能电极设计的基本流程如下：选择ELECTRODE功能，进入快速电极QElectrodes界面。通过指定放电加工区域的位置及电极毛坯的形式及参数，快速从模型中提取电极设计所需的放电面及参考面，如图1-12所示。退出快速电极QElectrodes界面后，使用E-MANAGE功能，将不同放电区域中提取出的电极面输出至各个电极文件中。在E-MANAGE功能的管理下，依次打开各个电极文件，使用QE-BLANK及第1章注塑模具设计流程9EXTNSION功能，完成电极的设计。切换至工程图模块，选择ELECDRAF功能，生成电极图及报告。图1-12快速电极QElectrodes界面下的电极设计