Delcam-Toolmaker在汽车注塑模设计中的应用

1、引言

随着我国现代汽车制造技术的发展，汽车装饰件也向塑料化方向发展，汽车注塑模具也呈现高效化、精密化、长寿命发展趋势，因此模具设计制造者为适应这一变化必须采用先进的设计制造方法，采用CAD/CAM一体化技术实现模具的设计与制造。模具行业是现代制造业的重要组成部分，其面向的产品更新很快。DELCAM PLC 是全球五家最大的CAD/CAM软件供应商之一，DELCAM软件中的PowerSHAPE系统是曲面与实体相结合的复合建模系统，实现了曲面与实体间融合，特别适合于复杂形体的产品及模具的设计。基于该系统的DELCAM-Toolmaker模具设计专家系统更具有拔模面、分模面及电加工电极等模具行业专业化功能，系统的易学易用性突出，非常适合模具设计人员使用[1]。本文以汽车内衬盖（如图1）为例介绍DELCAM-Toolmaker在汽车注塑模具设计中的应用。

图1 塑件模型

2、利用PowerSHAPE建立塑件模型

PowerSHAPE软件能够快速、灵活地构造与编辑几何元素;独特的曲面设计、编辑工具，能完成其它CAD系统不能实现的复杂曲面设计操作，如复杂圆角、曲面调配、曲面缝补、曲面局部点位、切矢和法矢控制等;强大的复合曲面、实体设计功能，对同一组形面，既能以实体方式进行运算，又能按曲面方式进行编辑设计。通过曲线网格、分离曲线产生曲面，线框产生填充曲面及驱动曲线曲面，挤出曲面，旋转曲面，圆倒角曲面，通过实体命令中的从已选曲面产生实体，并运用实体的交、并、减、分、增厚、抽壳等操作完成塑件的造型设计，也可以利用其它软件进行塑件CAD造型，再通过DELCAM软件的DELCAM-Exchange强大的数据转换功能，将产生的CAD模型数据直接读进来，比如IGES、STL、DWG、DXF等通用数据格式及UG、Pro/E、Catia、Cimatron等高端软件的专用数据，实现数据的无品模型在导入后，可能会存在一些由于设计缺失而产生的不完整的面和间隙，要修补这些面需要花费设计者大量时间[2]。尤其是复杂的零件，DELCAM-Toolmaker能自动识别这些缺陷并进行修补，这将大大节省设计者的宝贵时间。需要注意的问题是PowerSHAPE软件是曲面与实体相结合的复合建模系统，虽然实现了曲面与实体间的融合，但所生成的实体往往需要密封处理（如图2）才能进行进行模具结构设计。有时需要进行多次密封处理才可以进行下一步，否则会产生错误的分析，这对我们不利。

图2 实体密封

3、模具结构设计向导生成基本模架

模型完成后，生成型腔和型腔镶嵌块是进行模具设计的第一步，首先激活PowerSHAPE系统的Toolmaker模块，启动型腔/型芯向导后，点击运行自动模具镶嵌块向导（Die Wizard），框选模型，在弹出窗口中点击产品，这样向导就会自动分析运算，根据产品结构，自动找出模型的分模线，自动产生填充面填补靠破面，自动产生高质量的分模面，并自动将模型分为两部分，节省型芯和型腔的准备时间。即使是形状特别复杂的零件，也可找出大部分的分模线，提高工作效率。如图3所示向导找出的分模线，需要选择适合的分模线，我们选取第二条分模线。点击下一步可选择塑件材料，设定好收缩率，软件会对型腔和型芯进行自动缩放，并计算出模型所需的镶块尺寸。自动产生的分模面，当出现不合理时（见图4），需要进行改动，通过高级分模选项，插入相关点后，设定分离方向，使分模面更符合实际（见图5）。点击下一步设定镶嵌块的高度及圆角的处理。至此镶块设计完成，可以通过分离型芯和型腔观察结果，见图6所示。

图3 分模线

图4 向导生成的分模面

图5 修改后的分模面

图6 型芯和型腔分离

依据向导提示，按次选择镶块的坐标系及型腔和型芯，相当于进入模架向导，在树视窗里就会自动产生一个装配文件Moldbase，内含有装配关系的子文件DW_CAVITY和DW_CORE。选取HASCO 模架，型腔板和型芯板的类型选取K20，材料选取1730。点击层会发现软件已经把将要产生的零件进行了分层，包括浇口套、定位圈、镶块、推板、支架、导柱、导套、螺钉等，见图7所示。继续向导根据塑件形状定义模架及动定模板的尺寸，我们选择模架尺寸为196×396，型腔板96mm，型芯板56mm，镶嵌块垂直位置定义方式选择D2和G，分别输入18.72和0.1，这是设置镶块在型腔和芯板中的尺寸，用来固定镶嵌。在本例中有侧向孔，故应当设置侧型芯。在当前窗口滑块标签列中，点击插入滑块机构，目的是使其在型腔处产生一个镶嵌块，启动侧型芯向导，在分模面选项选择滑块在型芯上，模具镶嵌块区域在型芯和型腔中用单个面选择好所在的区域。在倒勾型区域面(Undercut Region selection)选项中,用凸面区域(Convex Region)选取方式选择我们要做抽芯处理的凸台。点击下一步，设置好接触轮廓的各参数。依次设好侧型芯长度、调整好分模面，即完成侧抽芯向导。结果如图8所示。Tool- maker允许对已经生成的型芯（Core）和型腔（Cavity）的部件进行修改，并且这种基于装配关系下的修改不会影响模具整体布局，所有更新都将自动完成，极大地方便了设计者的修改。如果我们对已经生成的侧型芯进行修改，方法如上述步骤选取已经生成的侧型芯，选好分模面及倒勾形区域，单击完成即可。如果是一模两腔式，在设计另一个侧型芯时，需强调一点，必须事先设定好坐标系，Z应指向侧型芯运动方向。如图8所示坐标系方向。

图7 分层

图8 侧型芯

完成型腔与型芯向导后，启动模架向导，使用此向导可指定模架类型、模板尺寸，并确定与模架相关部件的尺寸，如导柱、螺纹、浇口套等。如上一向导选HASCO的196×396标准模架等。依据本零件特点，取消支承板，选择定位圈尺寸100mm，点击下一步，进入模架向导运行成功页面，如图9所示，表格内模架基本参数全部完成，如要修改可回退进行。点击完成，系统自动进行运算，并将各模板及相关部件分置在不同的层中，每个相关部件都有装配关系，而且能将动、定模部分与镶块分成组，如图10所示。这些功能为设计者极大的减少了工作量，加快了设计速度。

图9 模架参数

图10 模架装配树

4、注塑模的其它部件

基本模架完成后，可从软件自带的部件库里增加相应的标准部件，如浇口部件、冷却件、脱模件等。这些工作可以通过Toolmaker的部件向导来完成，通过点击下一步就可完成。对于我们所设计模具不规则的产品，通常脱模用的零件长度不一，Toolmaker提供了一个很方便的功能，利用Power Feature裁剪功能可将销、套部件裁剪到型芯或型腔，并自动完成更新。自动将几何特征增添到模具系统，它让我们再也不用手工裁剪模板上的顶针孔、沉头孔和让位结构等。比如选择顶针进行裁减系统会自动裁减出了顶针的 位置，并且自动留出配合间隙。结果见图11所示。

图11模具结构图

5 模具的加工

整体模型设计完毕后，可将模板提交给Delc am的加工软件进行加工孔的钻孔刀具路径及型芯、型腔和二维特征的刀具路径[3]。PowerMill的加工策略很丰富,比如我们可以将高速铣的一些加工策略、准则，合理地有选择地运用于非高速铣中，缩短加工时间，提高加工质量等，这些在此就不一一赘述了。

6、结束语

Delcam软件的ToolMaker在汽车注塑模具设计中的应用，是走向现代设计和制造的成功典范，使广大的工程设计、制造人员从繁杂的手工绘图中解脱出来，便设计和制造工作更加人性化，轻松而富有活力。