1、引言

　　模具行業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分，其面向的產(chǎn)品更新很快。隨著我國現(xiàn)代汽車制造技術(shù)的發(fā)展，汽車裝飾件也向塑料化方向發(fā)展，汽車注塑模具也呈現(xiàn)高效化、精密化、長壽命發(fā)展趨勢，因此模具設(shè)計制造者為適應(yīng)這一變化必須采用先進的設(shè)計制造方法，采用CAD/CAM一體化技術(shù)實現(xiàn)模具的設(shè)計與制造。DELCAM PLC 是全球五家最大的CAD/CAM軟件供應(yīng)商之一，DELCAM軟件中的PowerSHAPE系統(tǒng)是曲面與實體相結(jié)合的復(fù)合建模系統(tǒng)，實現(xiàn)了曲面與實體間融合，特別適合于復(fù)雜形體的產(chǎn)品及模具的設(shè)計。基于該系統(tǒng)的DELCAM-Toolmaker模具設(shè)計專家系統(tǒng)更具有拔模面、分模面及電加工電極等模具行業(yè)專業(yè)化功能，系統(tǒng)的易學(xué)易用性突出，非常適合模具設(shè)計人員使用[1]。本文以汽車內(nèi)襯蓋(如圖1)為例介紹DELCAM-Toolmaker在汽車注塑模具設(shè)計中的應(yīng)用。

圖1 塑件模型

　　2、利用PowerSHAPE建立塑件模型

　　PowerSHAPE軟件能夠快速、靈活地構(gòu)造與編輯幾何元素;獨特的曲面設(shè)計、編輯工具，能完成其它CAD系統(tǒng)不能實現(xiàn)的復(fù)雜曲面設(shè)計操作，如復(fù)雜圓角、曲面調(diào)配、曲面縫補、曲面局部點位、切矢和法矢控制等;強大的復(fù)合曲面、實體設(shè)計功能，對同一組形面，既能以實體方式進行運算，又能按曲面方式進行編輯設(shè)計。通過曲線網(wǎng)格、分離曲線產(chǎn)生曲面，線框產(chǎn)生填充曲面及驅(qū)動曲線曲面，擠出曲面，旋轉(zhuǎn)曲面，圓倒角曲面，通過實體命令中的從已選曲面產(chǎn)生實體，并運用實體的交、并、減、分、增厚、抽殼等操作完成塑件的造型設(shè)計，也可以利用其它軟件進行塑件CAD造型，再通過DELCAM軟件的DELCAM-Exchange強大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，將產(chǎn)生的CAD模型數(shù)據(jù)直接讀進來，比如IGES、STL、DWG、DXF等通用數(shù)據(jù)格式及UG、Pro/E、Catia、Cimatron等高端軟件的專用數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無品模型在導(dǎo)入后，可能會存在一些由于設(shè)計缺失而產(chǎn)生的不完整的面和間隙，要修補這些面需要花費設(shè)計者大量時間[2]。尤其是復(fù)雜的零件，DELCAM-Toolmaker能自動識別這些缺陷并進行修補，這將大大節(jié)省設(shè)計者的寶貴時間。需要注意的問題是PowerSHAPE軟件是曲面與實體相結(jié)合的復(fù)合建模系統(tǒng)，雖然實現(xiàn)了曲面與實體間的融合，但所生成的實體往往需要密封處理(如圖2)才能進行進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。有時需要進行多次密封處理才可以進行下一步，否則會產(chǎn)生錯誤的分析，這對我們不利。

圖2 實體密封

　　3、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計向?qū)苫灸＜?/P>

　　模型完成后，生成型腔和型腔鑲嵌塊是進行模具設(shè)計的第一步，首先激活PowerSHAPE系統(tǒng)的Toolmaker模塊，啟動型腔/型芯向?qū)Ш螅c擊運行自動模具鑲嵌塊向?qū)?Die Wizard)，框選模型，在彈出窗口中點擊產(chǎn)品，這樣向?qū)Ь蜁詣臃治鲞\算，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，自動找出模型的分模線，自動產(chǎn)生填充面填補靠破面，自動產(chǎn)生高質(zhì)量的分模面，并自動將模型分為兩部分，節(jié)省型芯和型腔的準(zhǔn)備時間。即使是形狀特別復(fù)雜的零件，也可找出大部分的分模線，提高工作效率。如圖3所示向?qū)д页龅姆帜＞€，需要選擇適合的分模線，我們選取第二條分模線。點擊下一步可選擇塑件材料，設(shè)定好收縮率，軟件會對型腔和型芯進行自動縮放，并計算出模型所需的鑲塊尺寸。自動產(chǎn)生的分模面，當(dāng)出現(xiàn)不合理時(見圖4)，需要進行改動，通過高級分模選項，插入相關(guān)點后，設(shè)定分離方向，使分模面更符合實際(見圖5)。點擊下一步設(shè)定鑲嵌塊的高度及圓角的處理。至此鑲塊設(shè)計完成，可以通過分離型芯和型腔觀察結(jié)果，見圖6所示。

圖3 分模線

圖4 向?qū)傻姆帜Ｃ?/P>

圖5 修改后的分模面

圖6 型芯和型腔分離

　　依據(jù)向?qū)崾荆创芜x擇鑲塊的坐標(biāo)系及型腔和型芯，相當(dāng)于進入模架向?qū)В跇湟暣袄锞蜁詣赢a(chǎn)生一個裝配文件Moldbase，內(nèi)含有裝配關(guān)系的子文件DW_CAVITY和DW_CORE。選取HASCO 模架，型腔板和型芯板的類型選取K20，材料選取1730。點擊層會發(fā)現(xiàn)軟件已經(jīng)把將要產(chǎn)生的零件進行了分層，包括澆口套、定位圈、鑲塊、推板、支架、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、螺釘?shù)龋妶D7所示。繼續(xù)向?qū)Ц鶕?jù)塑件形狀定義模架及動定模板的尺寸，我們選擇模架尺寸為196×396，型腔板96mm，型芯板56mm，鑲嵌塊垂直位置定義方式選擇D2和G，分別輸入18.72和0.1，這是設(shè)置鑲塊在型腔和芯板中的尺寸，用來固定鑲嵌。在本例中有側(cè)向孔，故應(yīng)當(dāng)設(shè)置側(cè)型芯。在當(dāng)前窗口滑塊標(biāo)簽列中，點擊插入滑塊機構(gòu)，目的是使其在型腔處產(chǎn)生一個鑲嵌塊，啟動側(cè)型芯向?qū)В诜帜Ｃ孢x項選擇滑塊在型芯上，模具鑲嵌塊區(qū)域在型芯和型腔中用單個面選擇好所在的區(qū)域。在倒勾型區(qū)域面(Undercut Region selection)選項中,用凸面區(qū)域(Convex Region)選取方式選擇我們要做抽芯處理的凸臺。點擊下一步，設(shè)置好接觸輪廓的各參數(shù)。依次設(shè)好側(cè)型芯長度、調(diào)整好分模面，即完成側(cè)抽芯向?qū)А＝Y(jié)果如圖8所示。Tool- maker允許對已經(jīng)生成的型芯(Core)和型腔(Cavity)的部件進行修改，并且這種基于裝配關(guān)系下的修改不會影響模具整體布局，所有更新都將自動完成，極大地方便了設(shè)計者的修改。如果我們對已經(jīng)生成的側(cè)型芯進行修改，方法如上述步驟選取已經(jīng)生成的側(cè)型芯，選好分模面及倒勾形區(qū)域，單擊完成即可。如果是一模兩腔式，在設(shè)計另一個側(cè)型芯時，需強調(diào)一點，必須事先設(shè)定好坐標(biāo)系，Z應(yīng)指向側(cè)型芯運動方向。如圖8所示坐標(biāo)系方向。

圖7 分層

圖8 側(cè)型芯

　　完成型腔與型芯向?qū)Ш螅瑔幽＜芟驅(qū)В褂么讼驅(qū)Э芍付＜茴愋汀⒛０宄叽纾⒋_定與模架相關(guān)部件的尺寸，如導(dǎo)柱、螺紋、澆口套等。如上一向?qū)нxHASCO的196×396標(biāo)準(zhǔn)模架等。依據(jù)本零件特點，取消支承板，選擇定位圈尺寸100mm，點擊下一步，進入模架向?qū)н\行成功頁面，如圖9所示，表格內(nèi)模架基本參數(shù)全部完成，如要修改可回退進行。點擊完成，系統(tǒng)自動進行運算，并將各模板及相關(guān)部件分置在不同的層中，每個相關(guān)部件都有裝配關(guān)系，而且能將動、定模部分與鑲塊分成組，如圖10所示。這些功能為設(shè)計者極大的減少了工作量，加快了設(shè)計速度。

圖9 模架參數(shù)

圖10 模架裝配樹

　　4、注塑模的其它部件

　　基本模架完成后，可從軟件自帶的部件庫里增加相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)部件，如澆口部件、冷卻件、脫模件等。這些工作可以通過Toolmaker的部件向?qū)硗瓿桑ㄟ^點擊下一步就可完成。對于我們所設(shè)計模具不規(guī)則的產(chǎn)品，通常脫模用的零件長度不一，Toolmaker提供了一個很方便的功能，利用Power Feature裁剪功能可將銷、套部件裁剪到型芯或型腔，并自動完成更新。自動將幾何特征增添到模具系統(tǒng)，它讓我們再也不用手工裁剪模板上的頂針孔、沉頭孔和讓位結(jié)構(gòu)等。比如選擇頂針進行裁減系統(tǒng)會自動裁減出了頂針的 位置，并且自動留出配合間隙。結(jié)果見圖11所示。

圖11模具結(jié)構(gòu)圖

　　5 模具的加工

　　整體模型設(shè)計完畢后，可將模板提交給Delc am的加工軟件進行加工孔的鉆孔刀具路徑及型芯、型腔和二維特征的刀具路徑[3]。PowerMill的加工策略很豐富,比如我們可以將高速銑的一些加工策略、準(zhǔn)則，合理地有選擇地運用于非高速銑中，縮短加工時間，提高加工質(zhì)量等，這些在此就不一一贅述了。

　　6、結(jié)束語

　　Delcam軟件的ToolMaker在汽車注塑模具設(shè)計中的應(yīng)用，是走向現(xiàn)代設(shè)計和制造的成功典范，使廣大的工程設(shè)計、制造人員從繁雜的手工繪圖中解脫出來，便設(shè)計和制造工作更加人性化，輕松而富有活力。

　　參考文獻

　　1 韓永軍.PowerMILL與模具高速加工技術(shù)[J].現(xiàn)代制造,2003，(12)：103-105

　　2 楊應(yīng)龍.Delcam軟件在塑料注射模設(shè)計和制造中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機床，2003，(11)： 53-55

　　3 羅云華,王義林.汽車模具的三維造型與數(shù)控加工[J].模具技術(shù),2000，(4)：45-47(end)