TopSolid/Mold智能化的模具设计工具 - 文章

TopSolid/Mold智能化的模具设计工具

作者：北京航空航天大学王东昭

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注塑模的设计/制造早已成为成熟的行业，但长期以来大多数模具制造企业还只是徘徊在手工设计/制造的境地，数控加工及CAM技术的引入，已大大提高了模具的制造水平，但确定模具品质的模具结构设计仍处于大量的低水平的重复手工设计，使得设计技术人员无暇集中精力为提高模具品质而努力。这是我们十分关注的问题。

CAD常规基本功能（如三维造型等）的引入，已为注塑模设计提供了强有力的工具，从产品的三维造型、零件装配、二维工程图纸、体积计算、标准件调用等等，使得其设计工作已经从大量的繁复的手工设计中得到解脱。

TopSolid CAD/CAM系统在TopSolid/3D基本造型模块的基础上，配置了专用的注塑模设计的模块—TopSolid/Mold。该模块集合了设计过程中关键的、直接影响模具品质的设计步骤，提供了带有智能化的设计工具。本文仅叙述了我们在“手持测试仪外壳的注塑模设计”的过程中，应用TopSolid/Mold中一些功能的认识与体会。

● 分型面设计
● 斜导柱结构设计
● 标准模架的调入及标准件相关零件结构的生成等等

一、手持测试仪外壳主件的注塑模设计简述

手持测试仪外壳主件共为四件：上盖、下盖、电池仓盖、按键。在此以一模四腔上盖注塑模为例。

产品结构特点：手持测试仪上盖为一典型的薄壳结构，材料为ABS，其外型除了有与其他零件相连接的螺钉孔外，并要求与下盖及电池仓盖相配合。还有一个接插耳机的侧孔。

模具结构特点：为一模四腔、带有斜导柱侧向抽芯机构的典型结构。

应用TopSolid/3D的设计功能，进行产品造型及结构设计、模具型腔设计、零件的体积（重量）计算、注射机型号的选择等。

图一手持测试仪上盖

图二手持测试仪外壳—上盖注塑模

二、分模面设计

分模面的创建是模具设计的至关重要的一步。分模面是一张复杂的曲面，包含了零件表面的特征。TopSolid/Mold可快速而准确地完成分型面和型芯/型腔的创建。

1、TopSolid/Mold智能创建分模线

系统能自动分析、创建一个可以把零件分割为型芯/型腔两部分的分模线。可以选用系统默认生成的分模线，也可由设计者自由选取。并允许设计者根据需要进行修改。我们只需在零件的外围轮廓线上依次点击鼠标，即可自动连接相切线段，操作简易灵活。并对所选取的分模线的封闭性作判断、提示。

图三一模四腔结构

分模线的创建有多种方法，不仅仅局限于系统自动生成的参考线，我们可以根据零件的边线和烙印线手动添加分模线。

2、分模面的设计

TopSolid/Mold通过对分模线的定义来生成分模面，最后通过分模面自动生成型芯/型腔结构，并可利用尺寸驱动来确定型腔的外形尺寸，在分模过程中，系统会充分考虑材料的收缩性完成结构的生成（图四）。

图四上下模结构

以手持测试仪外壳为例，根据外边缘的分模线，使用拉伸曲面功能便可快速地分别形成分模面。除此之外，其外壳表面有多个异形通孔，不论各孔与外轮廓的截面是平面，或是曲面，只要选中孔的边缘即可生成分模线，选择孔分模线缝合此面，使得型芯/型腔得到一张完整的封闭的曲面。系统提供分模检查工具，检查零件的分模线、分模面的有效性。确保型芯/型腔的分型成功。

三、侧面分型与抽芯机构的设计

侧抽芯机构一直是模具设计中的难点，而TopSolid/Mold为设计者提供的方便快捷的三维参数化设计工具，是目前在CAD/CAM系统中少见的、成功的功能。

TopSolid/Mold侧抽芯机构的设计是依据侧抽芯行程选取标准件的过程。在系统中提供了完整的侧抽芯机构参数化的标准件库，如斜导柱、滑块、导轨、限位块等。在斜导柱选取之后，系统可根据侧抽芯行程对设计者的选择做出判断。并提出修改意见。

仍然以手持测试仪上盖的耳机插孔为例，耳机插孔的行程是垂直模具的开模方向，因此需要侧抽芯机构。其步骤：

1、选取耳机插孔，系统自动生成侧插件。根据上盖模型，测算侧向插件所需的行程。
2、根据侧插件的大小，调取带动插件的滑块参数化标准件；
3、在滑块尺寸确定以后，就可分别调入斜导柱、导轨、限位块、锁紧楔等标准件。在斜导柱以默认的斜度调入，系统会进行斜导柱检查，提示设计者进行修改。系统提供了四种修改参考方案（图七）：更换斜导柱标准件；修改斜导柱装配角度；修改斜导柱台阶高度；修改斜导柱总长。设计者点击某一种修改的方案按钮，系统就会自动调节适当的参数来满足要求。至此侧插件斜导柱机构设计完毕。
4、在先后调用标准件时，系统自动进行布尔运算，裁减各件的多余部分。

图七斜导柱修改程序

图八错误提示

四、标准模架的调入及及标准件相关零件结构的生成等等

模架的设计可以通过自定义方式，也可以通过调入标准模架来建立。TopSolid建立了丰富的标准模架库：DME、FUTABA、HASCO、MEUSBURGER、MOLDMAN、PEDROTTI RABOURDIN、HESTRACK_NORMA（2004年底前增加国标模架库）等众多标准模架库，方便设计者与供应商之间的合作设计。图九为FUTABA_S3550模架，在调入过程中只需鼠标点击定位点，并选择该模架型号便一切就都交给系统了。

图九模架结构

模架的调入只是模具结构设计的第一步，为了大量减少后续的设计操作：

1、TopSolid建立了完善的模具设计用的智能标准件库，如导柱/导套系列、浇注系统系列、顶出机构系列、冷却回路系列、侧楔斜导柱系列及常用的紧固件系列等的标准件库。
2、在设计过程中调用标准件时，系统对其相关的零件自动进行布尔操作，即产生与标准件相对应的孔（图十）。

图十螺钉孔视图

以顶出机构设计为例：顶杆设计只需确定顶出点，以及顶杆的相应参数（直径等），其他的操作由系统自动完成。即在调入顶杆的同时，系统将所有与之关联的各模板都进行打孔及确定相应各点顶杆长度等的标准操作。

另又以调用紧固内六角螺钉为例，他的调入只需选择要安装的点、面和要紧固的零件，系统便会智能地为零件进行打孔操作，所打的各个孔均具有不同的装配间隙，所有操作均符合紧固件设计规范。

同理，模具的冷却系统的设计，TopSolid/Mold提供的智能的冷却系统设计，让设计者只需选择冷却管路的起始和终了位置，或选择3D管路行经的中心线，便可完成管路的布置，并直接在型腔上完成打孔操作（图十一）。整个布管过程中系统会自动进行干涉检查，并提示设计者进行修改，减少设计中的出错率。系统还提供了冷却效果分析功能，帮助设计者进行布管。系统还提供了与管路设计相关的标准件，如管堵头、注水出水管嘴等，这些标准件的提供使得模具设计更加完整，并且使设计者能够全局的观察模具的整体设计效果。

图十一冷却管道

五、结束语

TopSolid/Mold注射模具设计包含了模具七大组成部分的全部设计内容，为设计者提供了方便快捷的设计方法。尤其是具有的智能标准件库，对设计者来说是最有效的帮助了，也是每一个设计者都迫切需要的功能。经过实例应用，仅对TopSolid/Mold的智能化设计和丰富的标准件库的设计特点谈一些认识与体会。

愿TopSolid/Mold能达到“完成一套模具设计就像用模具完成一个零件那样轻松！”(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/24/2006)


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