一、风扇模具分型面设计

    1、CAD 技术的分型功能

    无论是采用手工,还是应用CAD 技术进行注射模具设计, 制品分型面的确定无疑是整个模具设计过程中最为重要、同样也是最为复杂的一个环节。

    对于形状较为简单的塑料制品, 一些高档的注射模CAD 软件(如Pro/ E、UGII、Cimatron 等) 可以根据制品的结构特点自动计算并生成分型面, 根据分型面对成型坯料进行分割, 从而生成所需要的型芯与型腔。

    注射模CAD 系统的这种自动分型的功能在遇到形状复杂, 特别是中间带有较多通孔的制品时就无能为力了; 但系统提供了一些特殊功能, 以便设计人员可以在制品表面寻找出一些潜在的曲线来构造曲面、修补破洞以生成完整的分型面。例如,轮廓曲线就是其中一种常用的工具之一, 轮廓曲线是指沿着开模方向制品投影的可见边。

    2、风扇结构分析

    风扇类产品由于叶片造型复杂以及叶片之间存在较大的通风空间, 因而在创建分型面时具有较高的难度。图1 所示是某汽车发动机风扇,其叶片表面由双三次B 样条曲面构成。由于叶片前、后沿处均为光滑的B 样条曲面过渡, 没有明显的棱边可用作分模线。叶片与内、外圈之间有6 处空气流通区,分模前必须将这6 处通孔用曲面修补, 而风扇的内圈外表面与外圈内表面均为带有一定拔模角度的圆柱表面, 这些表面上的分模线的位置需要结合制品的结构特点,依照一定的分型原则来确定,因此仅仅依靠注射模CAD 自动分型是很难计算出制品分型线的理想位置的。
    图1 汽车风扇

    3、分型面的创建原则

    修补风扇叶片与内、外圈之间通风区的方法有很多种,但修补时应该考虑下面一些原则:

    (1) 分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的地方, 而且还必须考虑到要能比较容易地清除或修整掉分型面处的溢料飞边。

    (2) 分型面应有利于制品脱模, 尽量使模具结构简单。

    (3) 分型面应不影响制品的尺寸精度。

    (4) 分型面应尽量靠近熔体充填末端, 以便于排气。

    (5) 分型面应能使成型坯料分割成便于加工的型芯、型腔和电极,以减少加工难度。

    4、分型面的创建过程

    曾分别应用Pro/ E 和UGII 对该产品进行分模,2种软件在创建分型面时虽然具体操作方法不尽相同,但思路基本一致。如果非要作一个比较的话,针对风扇类产品采用UGII 分模要比Pro/ E 稍微方便一些。不同的注射模CAD 系统有着各自的特点, 分模的方便与否, 主要取决于注射模CAD 系统所基于的CAD 软件平台曲面造型功能的强弱。

    这里按在Pro/ E 中的操作方法介绍该制品分型面的创建过程。首先复制叶片上的曲面, 用轮廓曲线进行修剪, 保留轮廓曲线之上的曲面部分(如图2a 所示) ; 在相邻的两叶片之间构造8 条曲线(如图2b 所示) ; 运用边界曲面修补相邻两叶片间的通风区; 将修补面与叶片上表面合并(如图2c 所示) ; 其他5 处通风区的修补方法与上述方法相同, 完成对通风区分型面的修补。其次复制制品中部所有外表面, 并完成对风扇中心轴孔的修补。再次复制风扇外圈上的曲面并与已经创建的曲面合并。最后将分型面延伸到成型坯料的边界处,所得结果如图3 所示。

图2 分型面创建过程

    图3 分型面

    利用创建的分型面对成型坯料进行分割, 分别得到模具的型芯与型腔, 如图4 所示。通过上述方法创建出来的分型面在通风区的曲面过渡平缓, 便于割出的型芯、型腔等零件的加工。在注射过程中,分型面贴合紧密, 基本上避免了分型面处溢料飞边的出现, 从而降低了工人的劳动强度, 提高了制品质量与生产效率。

图4 分割型芯与型腔

a ———型芯b ———型腔

    二、模具装配设计

    由成型坯料分割出型芯与型腔后即可进行模具装配。目前,计算机辅助装配模式主要有2 种,即自底向上(bottom-up) 的装配模式与自顶向下(top-down)的装配模式。前者是指事先设计好用于装配的各个零件, 然后再将各个零件按约束关系逐层装配, 最终形成装配体(模具) 。后者是指先完成装配体的整体设计, 再在装配体中实现单个零件的详细设计。

    这2 种装配模式各有特点和优势, 在注射模的装配设计过程常常是这2 种方法混合使用, 如将已有的模架、标准件或其他通用件从图库中调出装配到模具总装配体中就属于自底向上的装配模式, 而在装配体文件中将成型坯料分割成型芯、型腔和电极等则又体现了自顶向下的装配思想。

图5汽车风扇注射模具结构

    1.定模座2. 定模固定板3. 制品4.定位环5. 主流道衬套6. 型腔7. 冷却水道8. 推板9. 导套10. 导柱11.支撑块12. 复位杆13. 推杆固定板14. 推杆垫板15. 动模座板16. 推杆17. 型芯18. 动模固定板

    在完成对成型部件的分割后, 还需要为风扇注射模选用合适的模架, 添加推杆、定位环、主流道衬套、导柱、螺钉等标准件。对尺寸不符合要求的零件,注射模CAD 系统提供了很方便的编辑工具。完成冷却系统与浇注系统设计的模具装配体的结构如图5 所示。

    在注射模装配设计过程中, 设计人员还可以在装配部件之间进行干涉检查, 以及时发现和解决装配中存在的问题, 通过生成爆炸视图来模拟模具开模。注射模CAD 技术在模具设计中的应用,大大地减少了注射生产过程中的试模次数, 缩短了新产品的开发周期。