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基于Cimatron E的壳体塑件快速分模技术的应用
2016-11-05 16:53:44  作者:林娜 林明山 林智峰   来源:网络
  • 通过对壳体塑件产品进行了分析,介绍运用Cimatron E软件进行塑件快速分模的基本流程,对脱模方向的自动确定、分型线和分型面的生成方法进行了分析,并对快速分模技术的应用进行了总结。

  塑料是现代社会经济发展的基础材料之一,广泛应用于汽车、电子、家电、电器、仪表等产业。塑料制品的广泛应用使注塑模具得到了迅猛发展,以塑料作为制造材料的零部件70%以上需要依靠模具成型来实现,同时对注塑模具设计和制造的要求也越来越高。当今,模具生产技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。分模设计是注塑模具设计中最为关键的一环,依靠以经验为主的传统方法往往由于塑件结构的复杂性和多样性,导致其实现的困难,或不合理的分模设计直接影响后续的模具总体设计及零件加工、注塑工艺以及产品的成形质量,为此CAD/CAM软件成为模具设计的重要辅助工具。Cimatron E是一款面向模具行业的实用性工具,该软件的分模设计系统中的快速分模技术可智能化进行拔模角分析、收缩率设置、分模线设计、分模面设计、分模面缝补、凸凹模零件输出等功能,与其他CAD/CAM软件相比,具有很强的复杂曲面处理能力,分模效率高,容错性好,分模失败几率小,使用方便等优点,可以显著提高模具设计的水平和效率,缩短新产品模具开发周期,降低制品生产成本并可激发模具工程设计人员的创新思维的能动性。以下通过来自工厂较为复杂的壳体塑件模具设计实例介绍这方面技术。

  1 分模工艺分析

  图1为来自工厂的一壳体塑件,材料为ABS,壁厚1.6 mm,零件的包容尺寸为128x85x25 mm^3,塑件内部结构较为复杂,其中有:①4个外径为cp8 mm带有cp4 mm孔径、高度为7 mm的螺钉柱。②3个碰穿孔,其中一个碰穿孔中侧向带2个小凸台需要对称断开,分模时应采用手工处理断开面;另2个依靠系统自动断开即可,在模具设计环节将之设计为镶件。③3个具有装配关系的扣钩孔,这3个孔需要侧向分型,在模具设计时设计滑块抽芯。④1个支撑柱并设计有加强筋,分型时候要分配好这些断开面,以利于下一步的零件加工。

图1 壳体塑件

  图1 壳体塑件

  分型面的选择是模具设计的关键,直接关系到模具成型零件的结构、尺寸精度、表面质量、飞边大小、脱模难易和制造成本。根据零件结构,选择零件轮廓最大面的底面作为分型面。根据上述分析,采用Cimatron E软件制定分模设计的主要的流程为:进入分模环境一建立分模项目一读取工件一陕速断开分模曲面一创建侧向分型面一创建侧抽芯零件曲面一创建分型面一分析并附属分型面零件一创建零件毛坯并切出模具部件(型腔、型芯、滑块)。

  2 创建分型面

  2.1 建立分模项目

  进入Cimatron E软件快速分模设计环境进行分模参数设置,在参数设置时应选择“分型面装配”则可以把整个分模文档加载到模具总体设计中,实现关联性的参数化设计。接下来为选择放置的布局坐标系,把零件加载进来,如图2所示。在坐标系设计时应将软件默认放置于零件几何中心位置,该位置不符合分型面选择原则,需要把工件坐标系调整到分型面(零件底面)上(如图2所示),使零件坐标系移动到分型面位置。

图2 坐标系设置

  图2 坐标系设置

  2.2 快速断开分模曲面

  塑件的不合理的脱模方向、分型线设计和分型面形状会导致模具设计的失败。Cimatron E软件的快速分模技术关键在于能进行智能化的分模设计,主要包括模具脱模方向的自动确定、模具分型线和分型面的自动生成三个方面。这三方面的内容是后续模具详细设计的基础,也是影响模具结构复杂性、注塑模成本以及模具设计自动化程度的关键因素。利用快速分模技术中的快速断开分模曲面功能,可以自动快捷完成型腔、型芯、侧向抽芯等曲面的断开操作。

  采用Cimatron E软件中模具设计向导的工具条一分模/新的开模方向,并采用“依拔模角分析”的角度命令中输入理想的拔模角度,软件可智能地在所要断开的曲面方向上大于该拔模角度的曲面都被分配到这个方向的集合里,如图3所示。接下来可根据模具设计理念对成型零件曲面沿着Z轴不同方向分配至相应位置,若有些曲面没有被分配到相应位置,则需要通过手工调整完成分配或是系统分析可能产生倒扣的面,留待后面处理。图4为进行Z轴正方向的型腔曲面、Z轴副方向的型芯曲面)及与Z轴垂直方向(即第三方向)的侧向分型曲面分析结果。

图3 开模方向拟定示意图

  图3 开模方向拟定示意图

图4 成型零件分配结果

  图4 成型零件分配结果

  互联网 通过对壳体塑件产品进行了分析,介绍运用Cimatron E软件进行塑件快速分模的基本流程,对脱模方向的自动确定、分型线和分型面的生成方法进行了分析,并对快速分模技术的应用进行了总结。

  2.3 创建侧向分型面

  从图1所示的部件底面可以看出该塑件侧向分型位置有3处侧凹部位,这是零件装配的扣钩孔、四方孔中有2处凸出部位,也是本设计的重要环节。这些曲面已被系统分析可能产生倒扣的面而未能分配(如图4中所示),现在需要根据这些侧凹部位特点进一步完成侧向分型,把侧向分型的面分割出来并分配到相应地方。依模具设计原则,扣钩孔位置的侧向抽芯机构应采用滑块分型,所以设计时先分割滑块位置的面。图5为分割出来6个侧分型面,将这些分割出来的曲面分配到第三方向的滑块上。图6为四方孔中有2处凸出部位的6个面所断开而成的上、下两部分曲面,设计时应将上部分未分配的面分配到型腔上、将下部分未分配的面分配到型芯上。最后软件智能地将其余未分配的曲面(被系统分析为可能倒扣的面)分配到型芯上。此时通过软件自带的分析系统进行遍历分析,零件上的所有曲面都已被分配到开模方向上,至此三个分型方向全部完成创建。

图5 侧向分型面设计

  图5 侧向分型面设计

图6 四方孔凹处抽芯机构设计

  图6 四方孔凹处抽芯机构设计

  2.4 创建侧抽芯零件曲面

  由图1可看出零件的侧向是一个开放面,应设计一个抽芯机构来实现开合模,对于大的侧凹部位与成型塑件的接触面积较大,抽拔时的摩擦阻力较大。然而斜滑块合模时锁紧力较小,对于投影面积较大的大型塑料制品,可将塑料制品投影面积大的分模面作为动、定模的分模面,而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面,否则斜滑块的锁紧机构较大或因锁模不紧而产生飞边。因此,在滑块设计上要尽量使其体积小些。为了保证塑件表面质量,同时要求机构运动时要有较好的平稳性,设计时尽量减少滑块体积,因此设计时应将侧向分型位置3处侧凹部位的相关曲面分离出来。据此在侧向分型抽芯机构设计时不仅应侧抽芯曲面从零件中分离出来,还需要创建滑块的侧抽芯零件曲面(如图7所示),该处设计结构合理与否将直接影响产品的质量。

图7 开放面抽芯机构设计

  图7 开放面抽芯机构设计

  2.5 创建分型面

  分型线决定了分型面的形状和复杂程度,在创建分型面之前需要根据分模方向先创建分型线,Cimatron E软件在这方面具有智能化的操作功能,其系统中的“分型面零件”工具可以实现分型面创建过程中的统一管理,具有高效快捷的功能。使用“分型面零件”命令时切记应隐藏型腔和滑块,只显示型芯以便于准确操作,从而将型芯方向的所有曲面都输入到分型面零件上,然后再把型芯隐藏(注意:一定要隐藏),就可以用输入到“分型面零件”的这些曲面做分型面。

  创建内分型面时,则零件内部所有的孔(内分型面)都自动采用曲面闭合,图8和图9为采用相应的工具分别把零件侧向开放孔及滑块位置的侧向开放孔进行曲面闭合。

图8 侧向开放面曲面闭合

  图8 侧向开放面曲面闭合

图9 滑块位置侧向开放孔曲面闭合

  图9 滑块位置侧向开放孔曲面闭合

  互联网 通过对壳体塑件产品进行了分析,介绍运用Cimatron E软件进行塑件快速分模的基本流程,对脱模方向的自动确定、分型线和分型面的生成方法进行了分析,并对快速分模技术的应用进行了总结。

  创建外分型面,基于几何实体自动生成分型线和分型面的方法,提取最大边环的方法效率较高也相对准确些,但对于有自由曲面的塑件,则需要剖分三角面,会对分型线和分型面的生成效率和准确性产生影响。在本例中,有两处圆弧不宜采用自动生成的方法,需要通过手工创建来完成,图10为先在零件一侧创建一条组合曲线,再通过扫掠命令创建分型面,最后用同样方法创建其余3个方向的外分型面创建结果。

图10 外分型面创建

  图10 外分型面创建

图11 侧向抽芯的曲面创建

  图11 侧向抽芯的曲面创建

  创建滑块侧抽芯的外分型面。把第三个分模方向(滑块)曲面显示出来,然后创建组合曲线,并以此组合曲线创建沿X轴负方向的扫掠曲面(如图11所示)。现在所有的内外分型面及侧向抽芯的曲面都设计完成,则可以通过相应的命令将三曲面输入到分型面零件的型芯上。

  2.6 附属分型面零件并分析结果

  附属分型面是显示各个分模方向的曲面及分型面零件,软件可将分型面附属到相应的分模方向上,在采用软件相关命令时应注意确保默认选项“忽略己附加的零件面和分型面”是选中的,并选择所有曲面,接着采用“自动附件”(软件根据可用的分模方向自动将分型面零件的曲面分属到相应的分模方向上)功能来完成,最后应检查附属结果(如图12所示)。该软件还可以自行分析检查分型合理性,任意选择一个分型曲面,通过预览若未发现在分型曲面上有警示显示,表明没有不合理分型的问题。

图12 附属分型面检查结果

  图12 附属分型面检查结果

  3 创建模具主要零件

  创建型腔毛坯。在软件的相应菜单命令下,根据塑件的总体尺寸设计毛坯尺寸。毛坯的放置位置应置于装配主坐标系下,创建结果如图13所示。

图13 毛坯的创建

  图13 毛坯的创建

  切出模具部件。选择软件中分模向导中的“切除当前”工具,选择“选取目标零件”选项,选取上一步做的上模毛坯为目标零件,通过切除操作得到型腔零件,如图14-a)所示。同样方法,得到型芯14-b)和滑块14-c)零件。

图14 各成型零件设计结果

  图14 各成型零件设计结果

  4 结语

  (1)根据塑件的结构特点,首先对塑件的工艺性进行分析,进而采用Cimatron E软件设计了塑件的成型零件,使整个设计过程数字化、智能化。同时,Cimatron E软件是一个CAD/CAM集成的系统,在设计完成之后方可对复杂零件NC加工进行编程。

  (2)针对塑件侧向的开放面,本案例采用斜滑块侧向分型抽芯机构。为了防止滑块体积过大和简化滑块的结构,则在塑件内部扣钩孔、四方孔中有2处凸出部位从侧向分型的面分割出来设计成独立机构附属于滑块。



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