UG運動仿真在注塑機調模裝置設計中的運用

許 穎，劉華華，雷 波

(湖北三峽職業技術學院，湖北 宜昌 443003)

0 引言

注塑機調模機構是合模系統的一部分，在注塑機合模系統的技術參數中有最大模厚和最小模厚，最大與最小模厚的調整便是依靠調模裝置來實現的，因此調模裝置的作用就是調節模板距離，同時還可以調整合模力的大小。目前常用的合模系統有液壓式和液壓機械式。在液壓式合模系統中，移動模板的行程是由合模油缸的行程來決定的，其最大與最小模厚的調整是利用合模油缸來實現的，調模行程是移動模板行程的一部分，所以該合模系統沒有單獨的調模裝置。但對于液壓機械式合模系統，如具有代表性的液壓肘桿式合模系統，因為機械肘桿機構的工作位置固定不變，移動模板行程不能調節，所以為了安裝不同厚度的模具，擴大注塑機的生產范圍，必須單獨設置調模裝置。

1 調模裝置

(1) 螺紋肘桿式調模裝置：該調模裝置是通過調節肘桿的長度實現對模具厚度和合模力的調整，這種調模裝置結構簡單、制造容易、調節方便，但螺紋要承受合模力，合模力不宜過大，調整范圍有限，多用于小型注塑機。

(2) 動模板間大螺母式調模裝置：該調模裝置是通過調節螺母使動模板間距離發生改變，從而實現對模具厚度的調節和合模力的調整。這種調模裝置增加了一塊動模板，增加了開合模移動部分的重量，多用于中小型注塑機上。

(3) 油缸螺母式調模裝置：該調模裝置是通過調節合模油缸外圓柱面上的螺紋，使合模油缸沿拉桿向前或向后移動，實現模具厚度和合模力的調整。這種形式調整方便，主要適用于中小型注塑機上。

(4) 拉桿螺母式調模裝置：該調模裝置是形式比較多的一種，可以采用齒輪調?；蜴湕l調模。調模裝置安裝在后模板上，通過改變后模板的固定位置來實現模具厚度和合模力的調整。這種調模裝置結構緊湊，安裝、調整比較方便，但要求在調整過程中4個螺母調節量保持一致，否則會因受力不均導致模板發生歪斜，因此同步精度要求較高，結構比較復雜。此類調模裝置在小型注塑機中可采用手輪驅動調模，在中、大型注塑機中采用普通電動機、液壓馬達或伺服電動機驅動調模，其調整量則以標尺、電子尺或計算機進行顯示。

齒輪調模裝置(如圖1所示)和鏈條調模裝置(如圖2所示)都可以運用于液壓肘桿式合模系統中。齒輪調模裝置傳動平穩性好、精度較高、強度高、噪聲低、傳動功率大、效率高，但對應用環境和潤滑條件要求較高，且不適合灰塵較多以及距離較遠的兩軸之間的傳動，制造和安裝精度要求高。鏈條調模裝置對應用環境的要求一般，可用在高溫、重載、低速、塵埃較大的環境中，并且適合較遠兩軸間的傳動。兩者相比，鏈條調模成本低，但壽命較短；齒輪傳動平穩，壽命長，但要求制造和安裝精度高，成本高。

圖1 齒輪調模裝置 圖2 鏈條調模裝置

2 鏈條調模裝置的設計過程

本文運用UG軟件以液壓雙曲肘合模系統中的鏈條調模裝置為例進行整體三維實體建模、裝配及運動仿真分析，并借助分析結果對該裝置進行優化設計。

圖3為運用UG設計液壓雙曲肘合模系統中鏈條調模裝置的流程。首先運用UG軟件的三維建模功能設計鏈條調模裝置的零件，對整個合模系統的零件進行建模；然后運用UG軟件的裝配功能進行鏈條調模裝置的裝配，這需要將整個合模系統按實際要求虛擬裝配到位，并通過全面分析判斷裝配過程中是否存在偏差，如果有較大偏差，則需要對相應的零件進行修改；如果沒有偏差，再運用UG軟件中的運動仿真功能對鏈條調模裝置進行校調，實時呈現其開、合模狀態，觀察虛擬運動環境下的各零部件是否存在干涉，如果存在干涉，則需要對裝配過程中的數據進行重新修正；如果不存在干涉，則最后借助UG軟件虛擬仿真的結果對鏈條調模裝置進行優化，使設計的零件結構、尺寸更加精準。

圖3 運用UG設計液壓雙曲肘合模系統中鏈條調模裝置流程

2.1 鏈條調模裝置零件設計

鏈條調模裝置中主要包括合模系統中的三板(即定模板、移動模板和后模板)、肘桿以及鏈傳動中的鏈輪、鏈條等，其中三板和肘桿的設計在合模系統主體設計時完成，鏈輪、鏈條和鏈輪螺母在該調模裝置中的設計較復雜也最重要，利用UG軟件按照鏈傳動的實際參數設計內鏈板和外鏈板三維模型，設計主動鏈輪和從動鏈輪的三維模型，繪制鏈條的安裝軌跡線，其長度為鏈條節距的倍數，從動鏈輪與拉桿之間依靠鏈輪螺母連接，如圖4所示。

圖4 鏈條調模裝置零件三維建模

2.2 鏈條調模裝置裝配并仿真調試

利用UG軟件的裝配功能，將所有設計并創建好的三維實體模型組合在一起(如圖5所示)，再通過該軟件進行運動仿真，調試該裝置。

圖5 鏈條調模裝置UG裝配示意圖

鏈條調模裝置是鏈傳動和螺旋傳動的組合形式，調模時電動機驅動主動鏈輪轉動，通過傳動鏈條帶動4個固定在拉桿上的從動鏈輪轉動，再通過4個拉桿末端的鏈輪螺母旋轉，使后模板前后移動，用以調整模具間的距離實現調模，控制拉桿的彈性變形量，達到控制合模力的目的。從而避免合模力不足導致模具離縫，發生注射過程中塑料溢漏現象，同時也避免合模力過大致使模具變形，制品產生內應力和不必要的能量消耗，導致設備壽命縮短。在調模過程中要保證4個從動鏈輪的步調一致，保持4個鏈輪螺母調節量一致。

2.3 對鏈條調模裝置進行設計優化

調模裝置作為合模系統中的一個部分，再加上調模裝置的校調在實際工作過程中運用的并不頻繁，因此基本上都與合模系統一起進行整體設計分析。通常情況下，大批量生產時使用的模具相對固定，模具厚度很少發生改變，調模裝置啟動次數也相對較少。小批量生產時，涉及到的模具種類較多，模具厚度變化較大，依靠調模裝置擴大產能，調模裝置啟動次數較多。特別是對于小批量生產，液壓雙曲肘合模系統中的調模裝置起著至關重要的作用，會直接影響到產品的質量，所以考慮運用UG軟件對鏈條調模裝置進行單獨的輔助設計，用以解決生產中的部分問題。

UG軟件中的運動仿真是基于時間的一種運動形式，鏈條調模裝置在指定的時間段內運動，同時指定該時間段中的步數，從而進行運動分析，可以比較準確地模擬分析出所設計的鏈條調模裝置的真實運動情況。UG軟件中的干涉、測量和跟蹤功能可以用于檢查鏈條調模裝置在運動仿真過程中的動態干涉和最小間隙，可以跟蹤鏈條調模裝置中各零件的運動軌跡，獲得鏈條調模裝置的特定運行位置，有助于對設計進行進一步的優化改進。

鏈條調模裝置中的鏈傳動和螺旋傳動是設計的關鍵環節。對于鏈傳動和螺旋傳動在運動仿真中可以分別跟蹤各個鏈板及鏈輪螺母的位置，檢驗其速度和加速度，并通過對運動模型的干涉檢測檢查該裝置中相關零部件有可能出現的動態干涉，比如對鏈傳動和螺旋傳動進行干涉檢查時，需要先分別定義兩組檢查實體，然后在動畫中啟動干涉檢查，定義該裝置在發生干涉時停止運動，產生干涉的部位會按給定的顏色顯示出來。利用測量功能可以定義鏈傳動調模裝置中的一組幾何對象的極限距離，如鏈輪螺母在拉桿上的移動距離等，在進行運動仿真時激活測量檢查和暫停功能，便可以動態顯示測量的距離值，當該裝置運動超出極限范圍時會自動停止而產生預警提示。運動仿真中的追蹤功能可以在鏈條調模裝置虛擬運動的每一個步驟中創建一個復制的指定幾何對象，用于分析查看該裝置中某個指定零部件的運行軌跡。

綜上所述，運用UG軟件中的運動仿真可以將鏈條調模裝置中各零部件之間可能產生的干涉、測量所得的極限距離以及追蹤各零部件指定點的運動軌跡是否符合設計預期等真實地呈現出來，可以根據分析結果為設計人員優化設計提供數據依據，指導設計人員優化零件的結構設計。

3 結語

注塑機是一種綜合性較強的機電一體化設備，各個機構都有著非常重要的作用，運用計算機仿真對調模裝置進行輔助設計，可以從零件的結構尺寸設計修改和鏈條調模裝置的虛擬裝配中看到各零部件之間存在的問題，能夠大大簡化合模系統中調模裝置的設計過程，大幅度降低工作量。同時，也可以結合生產實際，導入相關數據進行分析，為解決問題提供重要的參考依據。