第一篇 设计起航篇

本篇主要介绍注塑模具设计和UG NX5.0中文版的一些基础知识，包括注塑材料的成型和注塑模具设计分类和设计过程、UG NX5.0 / Mold Wizard模具设计的环境和设计的一般步骤等知识。

第1章 UG NX5.0注塑模具设计及基础

Unigraphics NX5.0中文版（简称UG NX5.0）是紧密集成的面向制造业的CAD/CAM/CAE/CAID高端软件，不仅被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等工作，而且在模具制造行业，尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE领域更是被广泛应用。

要想成为一个合格的注塑模具工程师，只会简单的3D分模是远远不够的，还必须了解和掌握有关模具专业的基础理论知识。

本章学习重点与要点

● 注塑模具设计的基础知识

● Unigraphics5.0/Mold Wizard概述

● UG模具设计的一般步骤

1.1 注塑模具设计基础知识

模具设计的基础知识应包括模具的分类与用途、模具的基本结构与功能、模具设计与制造的基本要求、模具设计的一般原则、模具标准化与标准件等。但由于这本书重点在于讲述UG软件的操作技巧，对基础知识只是做简单讲解，故读者如果需要进一步了解相关知识，请查看此方面的文献和书籍。

1.1.1 注塑材料的成型理论

注塑材料的成分主要是树脂，树脂分为天然树脂和人工树脂。但塑料在成型过程中为提高其稳定性、流动性和美观性，需要添加各种填充剂（又称填料）、增塑剂（改进塑料的柔韧性和弹性）、着色剂（起美观和装饰作用）、稳定剂（延缓塑料变质）和润滑剂（提高塑料熔体的流动性）。

塑料在常温下是玻璃态，若加热则变成高弹态，进而变成黏流态，从而具有优良的可塑性，可以用许多高生产率的成型方法来制造产品，这样就能节省原料、节省工时，简化工艺过程，并且对人工技术要求低，易组织大批量生产。

要想获得良好的塑件，必须对塑料的物料种类和各种性能，尤其是热学能，有较好的了解，比如成型温度、成型压力及周期，表面粗糙度等。

在此基础上，再仔细设计塑件结构（如壁厚的均匀性，圆角的大小以及支撑的位置的选择），如果稍有不慎，就会影响到模具的质量，如气泡，开裂，缩孔等，严重者甚至成为废品。在设计塑件结构的同时，还需要考虑塑件的结构是否符合后面模具分模及开模顶出的需要，以及最后的模具制造的需要。不同物料和不同的模塑成型方法，其塑件结构的设计也是不同的。

1.1.2 注塑成型工艺原理

注塑成型又名注射成型，是热塑性材料常用加工方法之一。在注塑成型过程中，粒状或粉末状物料经加热到一定温度而变成熔融状态，具有良好的流动状态，此时在一定压力挤压下经过机头注射到闭合的模具中，保温一段时间后，再经过冷却定型，最终成为所需的塑件产品。可以概括为加料、塑化、注射入模、保压、冷却和脱模六个步骤，其工艺流程图如图1-1所示。

1.1.3 塑料成型模具的基本结构及分类

注塑模是塑料注塑成型工艺中不可或缺的工具，注塑模是用装配形成的空腔（一个或多个），以成型制品所需的形状来生产塑料零件的一种装置。

1.基本结构

根据注塑模不同部分起作用的不同进行分类：

01 浇注系统

浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统控制着塑件在注塑过程中充模和补料两个阶段，对塑件质量的影响极大。浇注系统是指将塑料由注射机喷嘴引向型腔的那一段通道，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成。

02 成型零件

型腔是模具上直接成型塑料制件的部位。成型零件是指直接构成塑件形状及尺寸的各种零件，通常由型芯（凸模）、型腔（凹模）、成型杆、成型环、各种镶块等构成。

03 结构零件

结构零件是指构成零件结构的各种零件，在模具中起安装、导向、引导机构动作及调温等作用。

导向零件：导柱、导套；

装配零件：定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚；

冷却加热系统。

2.模具分类

虽然目前市面上其结构类型多种多样，但按照其结构特征来说，主要分为以下几种：

01 二板式注塑模

两板式注塑模是最简单的一种注塑模，它仅由动模和定模两块组成，如图1-2所示。这种简单的二板式注塑模在塑件生产中的应用十分广泛，根据实际塑件的要求，也可增加其他部件，如嵌件支撑销、螺纹成型芯和活动成型芯等，从而这种简单的二板式结构也可以演变成多种复杂的结构被使用。在大批量生产中，二板式注塑模可以被设计成多型腔模。

图1-2 二板式模具

02 三板式模具

三板式模具中流道和模具分型面在不同的平面上，当模具打开时，流道凝料能和制品一起被顶出并与模具分离。这种模具的一大特点是制品必须是适合于中心浇口注射成型，可以在制品的任何位置设置浇口，除了边缘和侧壁。三板式模具自身就是自断浇口。制品和流道自模具的不同平面落下，能够很容易地分开送出。

三板式模具的组成包括定模板（也叫浇道、流道板或者锁模板）、中间板（也叫型腔板和浇口板）和动模板，如图1-3所示。和两板式模具相比，这种模具在定模板和动模板之间多了一个浮动模板，浇注系统常在定模板和中间板之间，而塑件侧在浮动部分和动模固定板之间。

03 哈夫模

“哈夫”一词来自于英语（“Half”），是“半模”（瓣膜）的意思，所以哈夫模也叫作瓣合模具。哈夫式模具的成型零件大都由半组合而成，这类模具大都用于有侧孔或侧凹的塑胶件，哈夫模块的移动方向通常和定、动模的开模方向垂直，哈夫式模具的组成如图1-4所示。

图1-4 哈夫式模具

1.1.4 注塑模具设计的过程

UG NX5.0进行模具设计的过程一般由以下几个部分构成：

01 项目初始化。包括项目名称、装载产品、材质和单位等的初试化。

02 确定型腔数目并进行布局设计。

03 确定开模方向、设置模具坐标系。

04 设置收缩率并创建工件。

05 利用模具工具修补模具零件。

06 创建分型面，定义型芯、型腔。

07 标准模架设计和标准件设计。

08 创建浇口和流道。

09 创建冷却系统。

10 创建电极及建腔。

11 创建材料清单及模具装配图。

1.2 UG NX5.0/Mold Wizard概述

UG NX5.0 Mold Wizard（模具向导）是UG NX进行注塑模具设计的专用的应用模块，是一个功能强大的注塑模具软件。在这一小节，读者将会了解到Mold Wizard5.0的功能简介及其菜单选项功能简介，以及Mold Wizard5.0的参数设置。

1.2.1 UG NX5.0/Mold Wizard简介

Mold Wizard按照注塑模具设计的一般顺序来模拟设计的整个过程，其只需根据一个产品的三维实体造型，从而建立一套与产品造型参数相关的三维实体模具。Mold Wizard运用UG中知识嵌入的基本理念，根据注塑模具设计的一般原理来模拟注塑模具设计的全过程，提供了功能全面的计算机模具辅助设计方案，极大地方便了用户进行模具设计。

Mold Wizard在UG V 18.0以前是一个独立的软件模块，先后推出了1.0、2.0和3.0版，到了UG18.0版以后，正式集成到UG软件中作为一个专用的应用模块，并随着UG软件的升级而不断得到更新。

UG Mold Wizard模块支持典型的塑料模具设计的全过程，即从读取产品模型开始，到如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、模芯、型腔，再到设计滑块、顶块、模架及其标准零部件，最后到模腔布置、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单（BOM）的确定等。同时还可运用UG WAVE技术编辑模具的装配结构、建立几何联结、进行零件间的相关设计。

在Mold Wizard中，模具相关概念的知识（例如型芯和型腔，模架库和标准件）是用如UG/WAVE和Unigraphics主模型的强大技术组合在一起的。模具设计参数预设置功能允许用户按照自己的标准设置系统变量，比如颜色、层、路径等。UG5.0具备以下优点：

01 过程自动化；

02 易于使用；

03 完全的相关性。

1.2.2 UG NX5.0/Mold Wizard菜单选项功能简介

为方便后面的学习，在这一小节，将会把UG NX5.0/Mold Wizard模块中所有的菜单选项功能做一个简单的介绍，各主要命令的详细介绍将会在后面的章节中讲到。

安装UG NX5.0 Mold Wizard到UG NX5.0目录下后，启动UG NX5.0，进入到如图1-5所示的界面。单击屏幕右侧的【角色】选项，在弹出的选项板中选择“Advanced with full menus”，选项，如图1-6所示。然后把屏幕顶端的“菜单条”移动到屏幕中间，单击右端的图标，在弹出菜单中一词选择【菜单条】→【应用】，如图1-7所示。这时，会发现【菜单条】中添加了【应用】菜单选项，同样的方式，也可以添加其他工具选项，读者可以试一试。

然后把【菜单条】拉回到屏幕顶端，单击【应用】→【注塑模向导】，如图1-8所示，系统进入注塑模具设计环境，并弹出如图1-9所示的Mold Wizard工具栏。下面简单介绍以下工具栏中各菜单选项的功能。

01 项目初始化

此命令是用来导入模具零件，是模具设计的第一步，导入零件后系统将生成用于存放布局、分模图素、型芯和型腔等信息的一系列文件。

02 多腔模设计

在一个模具里可以生成形成多个塑料制品的型芯、型腔，此命令适合于一模多腔不同零件的应用。

03 模具坐标系

Mold Wizard的自动处理功能是根据坐标系的指向来进行的。例如一般规定ZC轴的正向为产品的开模方向，电极进给沿ZC轴方向，滑块移动沿YC轴方向等。

04 收缩率

收缩率是一个补偿当冷却时部件产生收缩的比例因子。由于产品在充模时，由相对温度较高的液态塑料快速冷却，凝固生成固体塑料制品，就会产生一定的收缩。一般情况下，必须把产品的收缩尺寸补偿到模具相应的尺寸里面，模具的尺寸为实际尺寸加上收缩尺寸。

05 工件

工件也叫毛坯，是用来生成模具型芯、型腔的实体，并且与模架相连接。工件的命令及尺寸可使用此命令定义。

06 布局

布局用于指定零件成品在毛坯中的位置。在进行注塑模设计时，如果同一产品进行多腔排布，只需要调入一次产品体，然后运用该命令即可。

07 模具工具

模具工具就是用于修补零件中各种孔、槽以及修剪补块的工具，目的是能做出一个分型面，并且此分型面可以被UG所识别。此外，该工具可以简化分模过程，以及改变型芯型腔的结构。

08 分型

分型也叫分模，它是创建模具的关键步骤之一，目的是把毛坯分割成为型芯和型腔的一个过程。分模的过程包括了创建分型线、分模面，以及生成型腔、型芯的过程。

09 模架

模架是塑料注射成型工业中不可缺少的工具。模架是型芯和型腔装夹、顶出和分离的机构。在Mold Wizard中，模架都是标准的。标准模架是由结构、形式和尺寸都标准化、系统化，并具有一定互换性的零件成套组合而成的模架。

10 标准件

标准件是把模具的一些常用的附件标准化，便于替换使用。在Mold Wizard中，标准件包括螺钉、定位圈和浇口套、推杆、推管、回程管以及导向机构等。镶块、电极和冷却系统等都有标准件可以选择。

11 顶杆

其实推杆也是一种标准件，用于在分模时把成品顶出模腔。该命令的目的是完成推杆件长度的延伸和头部的修剪。

12 滑块

零件上通常有侧向（相对于模具的顶出方向）凸出或凹进的特征，一般正常的开模动作都不能顺利地分离这样的零件成品。这是往往需要在这些部位建立滑块，使滑块在分模之前先沿侧向方向运动离开，然后模具就可以顺利开模分离零件成品。

13 镶块

镶块一般是在考虑到加工问题或者是模具的强度问题时添加的。模具上常常有一些特征，特别是有简单形状而比较细长的，或者处于难加工位置，为模具的制造添加了很大的难度和成本，这时就需要使用镶块。镶块的创建可以使用标准件，也可以添加实体创建，或者从型芯或型腔毛坯上分割获得实体再创建。

14 浇口

浇口是液态塑料从流道进入模腔的入口。浇口的选择和设计直接影响塑件的成型，同时浇口的数目和位置也直接影响到塑件的质量和后续加工。要想获得好的塑件质量，塑料的流动速度、方向都是要认真考虑的，而浇口的设计对此影响很大。

15 流道

流道是浇道末端到浇口的流通通道。流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形状以及用户要求的影响。

16 冷却系统

冷却系统用于控制模具温度。模具温度明显地影响收缩率、表面光泽、内应力以及注塑周期等，模具温度控制是提高产品质量，提高生产效率的一个有效途径。

17 电极

电极是模具制造中的一种特殊加工方法。注塑模具通常具有非常复杂的型芯和型腔外形，因此数控车削、数控铣削以及线切割、电火花加工和超生加工等特殊加工方法在模具制造过程中经常被采用。Mold Wizard中电极正是为电火花加工设计电极用的。

18 模具修剪

模具修剪功能用于把型芯或型腔工件上多余的部分修剪去除以获得所需要的轮廓外形。

19 创建腔体

创建腔体（建腔）用于在型芯型腔上需要安装标准件的区域建立空腔并留出空隙，使用此功能时，所有与之相交的零件部分都会自动切除标准件部分，并且保持尺寸及形状上与标准件的相关性。

20 物料清单

物料清单也称作明细表，是基于模具装配状态产生的与装配信息相关的模具部件列表。创建的材料清单上显示的项目可以由用户选择定制。

21 装配图纸

装配图纸功能用于创建模具工程图。与一般的零件或装配体的工程图类似。

22 铸模工艺助理

铸模工艺助理功能提供了设计浇注件产品的使用。

23 视图管理和文件管理

视图管理功能用于对视图进行管理。文件管理功能用于对文件进行管理。

1.2.3 Mold Wizard参数设置

与Pro/E软件相似，UG NX Mold Wizard5.0以前的版本中也有进行参数设置的文件Mold_defaults.def，该文件存放在Mold Wizard安装目录下。在UG NX5.0 Mold Wizard中，这个文件就被取消了，被集中到【用户默认设置】面板中。

依次单击主菜单栏【文件】→【实用工具】→【用户默认设置】，如图1-10所示。系统打开如图1-11所示的【用户默认设置】控制面版。

用户可以按照控制面板中的说明进行自己的设置，这一部分内容就不再详细讲解了。