塑料模具設計的塑件擺正方法探討

陳瑞兵

（東莞理工學校，廣東東莞 523470）

1 引言

模具設計在分型時，分型面會選擇塑件橫截面尺寸最大的位置。同時，為了更好地脫模，塑件通常會將側壁進行拔模處理。而分型面的常見類型通常有3種：平面、曲面以及階梯面。當模具設計師拿到塑件后，需要第一時間將塑件擺正處理，才能進行后面的工作。這些拔模面、特殊分型面、曲面外觀等復雜情況的組合出現，使擺正操作難度加大。通過UG 軟件的應用，從簡單到復雜，依次介紹常見的幾種擺正方法，這些方法不局限于UG 軟件，只要掌握好操作思路，在其它3D軟件中一樣適用。

2 法向定位法

2.1 塑件特征介紹

常見的塑件是由平頂與側壁組成的，這類塑件的特點是外觀面的局部位置有與“XY平面”相平行的平面，而其分型面也為平面，同樣與XY平面平行，如圖1所示。對于這類塑件，通常只需要確定出某一個平面的法向方向，就可以確定出+Z方向了。

2.2 Z軸方向的確定

點擊菜單中的“格式”|”WCS”|”定向”命令，彈出“CSYS”對話框，如圖2所示?！绢愋汀窟x擇“自動判斷”；【定義CSYS 對象】選擇圖1 中的平面1、平面2、平面3均可，此時可以在塑件上看到一個彩色的工作坐標系，如圖3所示。該坐標系的+Z軸就是“所選平面”的法向方向，它垂直于“所選平面”。

若選擇的是圖1中的平面3，坐標系的Z軸應該是向下的，此時只需要點擊“CSYS”對話框的確認。然后點擊菜單中的“格式”|”WCS”|”顯示”命令，將工作坐標系顯示出來，再雙擊塑件上的工作坐標系，使其處于“動態”調整狀態，接著雙擊一下Z軸上的黃色箭頭，就可以讓Z軸向上了，如圖4所示。

2.3 X、Y軸方向的確定

在確定好Z 軸方向后，還需要調整+X 軸與+Y 軸的方向，雙擊塑件上的“工作坐標系”，使其處于“動態”調整狀態，點擊一下X軸上的黃色箭頭，接著選擇塑件上的短邊，使箭頭的矢量方向與短邊直線方向一致，如圖5所示。這一操作過程的原理是在單獨確定X/Y/Z軸矢量方向時，UG軟件中“工作坐標系”的原點是不移動的，而且若選擇的直線與Z 軸方向保持垂直，也不會影響到Z軸方向。

2.4 移動對象

前面所描述的過程只是將“工作坐標系”相對于“產品”對齊，但實際上“塑件”相對于“絕對坐標系”仍然是斜的。接著點擊菜單欄中的“編輯”|“移動對象”命令，此時彈出“移動對象”窗口對話框，如圖6所示。

【對象】選擇當前的塑件；【運動】選擇“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】點擊“CSYS對話框”按鈕，彈出“CSYS”對話框，在類型一欄中選擇“動態”，再點擊確定；【指定終止CSYS】點擊“CSYS 對話框”按鈕，在彈出的“CSYS”對話框中的類型選項一欄選擇“絕對CSYS”，點擊確定；【結果】選擇“移動原先的”，最后點擊“確定”，就可以看到塑件的位置已經發生了變化。

2.5 工作坐標系恢復至絕對坐標系的位置

由于UG軟件中“絕對坐標系”是看不到的，因此，為了驗證“塑件”是否已經與“絕對坐標系”對齊了，可以點擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設置為絕對”命令，最終的結果如圖7所示。原理解釋：開始時將“工作坐標系”與“塑件”對齊，這時“工作坐標系與塑件”都是不正的，然后利用“移動對象”命令，以與塑件相關聯的“動態工作坐標系”的方位作為參考，將塑件移動到“絕對坐標系”的位置上。

3 “骨位”擺正法

3.1 塑件特征介紹

有時遇到的塑件形狀結構非常復雜，“骨位”也非常多，例如圖8所示的塑件。整體上看，仍然是外凸內凹的特征結構。一般情況下，要保證塑件在開模后應保留在動模部分，因此，可以初步判斷出+Z軸脫模的大致方向，讓外凸的表面朝向+Z方向，讓內凹的槽及腔體朝向-Z方向。

3.2 通過骨位找正Z軸矢量

塑件中總會出現一些較小的特征，它們由于尺寸小，有使用、裝配和成型要求，并未進行拔模處理。因此，可以沿著預判的+Z方向進行觀察，在塑件的周圍尋找特殊的骨位的邊線，如圖9所示?？梢园l現這類塑件存在了大量的與預判+Z 軸方向一致的邊線，那么就可以考慮利用這些邊線來進行擺正。

點擊菜單欄中的“格式”|“WCS”|“原點”命令，將“工作坐標系”的原點，移動至“骨位邊線”的端點上；然后點選一下坐標系中Z 軸方向的黃色箭頭，接著選擇“骨位”上的豎邊，使坐標系的Z 軸矢量方向與豎邊對齊；同時，可以看到該骨位的豎邊與橫邊是垂直的，也可以嘗試一同將X 軸或Y 軸與橫邊對齊，如圖10所示。

3.3 脫模方向的驗證操作

前面的操作只是預判，方向是否真的正確還需要進行檢驗。點擊菜單欄上的“分析”|“形狀”|“斜率”命令，彈出“矢量”對話框，【類型】選擇ZC 軸，并確定。在新彈出的“面分析-斜率”對話框中，設置【最小值】：-0.1；設置【最大值】：0.1；并窗選整個塑件，最后點擊確定，如圖11所示。

3.4 驗證分析

通過“斜率”分析后，從+Z向-Z方向觀察，可以看到顏色一致；而從-Z向+Z方向觀察，其內部表面的云圖分析顏色也是一致的；最后在觀察一下周圍，看看是否在“一個表面”上存在兩種顏色并存的現象出現。如果定模面與動模面的交線處顏色不同、邊界處清晰可見，層次分明，就可以判斷+Z 方向已經找正了，如圖12所示。

3.5 塑件移動與坐標系復位

前面的操作只是將“工作坐標系”與“塑件”對齊，并通過“工作坐標系”的Z軸方向進行斜率分析，來判斷是否能通過此處的“骨位”對塑件進行擺正的過程。接下來還需要將“塑件”移動到“絕對坐標系”的位置上，并將“工作坐標系”復位至“絕對坐標系”進行重合。點擊菜單欄中的“編輯”|“移動對象”命令，同之前的步驟一樣，【運動】選擇“CSYS到CSYS”；【指定起始CSYS】選擇“動態”；【指定終止CSYS】選擇“絕對CSYS”，將塑件從當前的位置移動至“絕對坐標系”的位置上；然后還需要將“工作坐標系”一同移動過去，點擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設置為絕對”命令即可。

4 “十字交叉”擺正法

4.1 塑件特征分析

當塑件沒有與XY 坐標平面相平行的表面，且骨位、扣位的側面都進行了拔模處理，無法應用前兩種擺正方法時，可以嘗試采用“十字交叉法”進行擺正。如圖13所示，該塑件的內部骨位較多，且假設骨位側面都進行了拔模處理。

4.2 “十字交叉”法找正原理

在圖13 所示塑件的右下方可以看到兩個相互交叉的“骨位”，這兩個骨位都分別做了拔模。如圖14所示，顯然通過拔模后的表面，求出其兩面的交線得到的肯定不是+Z 方向。因此，要先分別求出骨位兩側面的對稱平面，然后通過兩個對稱平面求出交線，該交線即為Z 軸方向。這里特別需要強調的是找到的兩個骨位的拔模面必須是平整的平面才可以使用此方法，具體操作如下。

4.3 繪制對稱平面求交線

點擊菜單欄“插入”|“基準/點”|“基準平面”命令，彈出“基準平面”對話框，【類型】選擇“二等分”；【第一平面】選擇“平面1”；【第二平面】選擇“平面2”；點擊確定求出第一個骨位的對稱平面，并用同樣的方法求出第二個對稱平面，如圖15所示。

在三維設計軟件中，基準平面看似較小，實際上是無限大的，因此，兩個相交的“基準平面”一定會形成“交線”。點擊菜單欄“插入”|“來自體的曲線”|“求交”，【第一組】選擇面選項，選擇圖15 中的“對稱平面1”；【第二組】則選擇“對稱平面2”；至此交線就被求得。

4.4 移動坐標系找正Z軸

點擊菜單欄“格式”|“WCS”|“原點”，選擇“交線”的下方末端“端點”，點擊確定，如圖16a所示。雙擊繪圖區中的“工作坐標系”，使其處于激活狀態，點擊Z軸上的黃色箭頭，并選擇“交線”，使Z 軸的矢量方向與“交線”對齊，如圖16b所示。

4.5 斜率分析

點擊菜單欄上的“分析”|“形狀”|“斜率”命令，【類型】選擇ZC軸。在“面分析-斜率”對話框中，設置【最小值】：-0.1；設置【最大值】：0.1；并窗選整個塑件，點擊確定，結果如圖17 所示，可以看到沿著Z 軸方向塑件的正面、反面的顏色不同，邊界輪廓清晰，因此，可以判斷出WCS的Z軸方向即塑件的脫模方向。

4.6 塑件移動與坐標系復位

上述過程只介紹了+Z軸的擺正方法，X軸與Y軸的矢量方向需要結合模具設計的實際情況去處理，這里就不再敘述了。接下來仍需要將“塑件及工作坐標系”移動到“絕對坐標系”的位置上。點擊菜單欄中的“編輯”|“移動對象”命令，【運動】選擇“CSYS 到CSYS”；【指定起始CSYS】選擇“動態”；【指定終止CSYS】選擇“絕對CSYS”，將塑件移動至“絕對坐標系”的位置上，并點擊菜單中的“格式”|”WCS”|”WCS設置為絕對”命令。

5 抽取虛擬曲線法

5.1 塑件特征分析

從圖18 中可以看出，塑件的周圍都進行了拔模，整體外觀均由曲面組成，且俯視下的外輪廓為圓形。塑件上沒有合適的“骨位、裝配位”進行擺正，也沒有“十字交叉”的“骨位”通過求交線去擺正。

5.2 虛擬曲線找正原理

考慮到該塑件的外輪廓是由類似圓柱面生成的，因此，可以在其外輪廓表面上找到是否存在規則圓弧面，點擊菜單欄“分析”|“幾何屬性”，彈出“幾何屬性”對話框，將鼠標移動至塑件的外輪廓曲面上，觀察“曲率半徑”的變化，若曲率半徑保持不變，則判定該曲面為規則的圓弧面，如圖19所示。只有規則的圓弧面才可以通過命令抽取圓弧面的出“虛擬的中心線”，而這個虛擬的中心線就是+Z軸的準方向，但還需進行調整。

5.3 抽取虛擬曲線擺正法

點擊菜單欄“插入”|“來自體的曲線”|“抽取虛擬曲線”，【類型】選擇“旋轉軸”，然后用鼠標選擇圖19中的規則圓弧面1，生成“虛擬中心線”，如圖20所示。

5.4 工作坐標系的定位

點擊菜單欄“格式”|“WCS”|原點，將原點定位至“虛擬中心線”的底端“端點”處并確定。接著雙擊“工作坐標系”，使其處于“動態”激活狀態，單擊Z軸上的黃色箭頭并選擇“虛擬中心線”，使兩者對齊，如圖21所示。

5.5 斜率分析

點擊菜單欄“分析”|“形狀”|“斜率”，根據前面所描述的過程，實現對塑件的斜率分析，分析結果如圖22所示?？梢钥闯鲋車吔缜逦?，定模面與動模面斜率基本正確，但是，要知道該塑件是整圈都進行了拔模，圖22中的直身面一定存在著拔模角度，所以，還需要進行微調，使整周輪廓面的拔模角度平均。

5.6 WCS重新定位

點擊菜單欄“格式”|“WCS”|“原點”，將“工作坐標系”原點放置在圖23中“曲線的中點處”；然后雙擊“工作坐標系”，使其處于激活狀態，拖動“旋轉點”，將X軸或Y軸旋轉到“原點處與圓輪廓相切”的方向，如圖23所示。

5.7 微調塑件角度

點擊菜單欄“編輯”|“移動對象”，【運動】選擇“角度”；【指定矢量】選擇圖23 中的YC 軸方向；【指定軸點】參考“WCS”，其XC=0、YC=0、ZC=0；【角度】以0.1、0.2、0.3、...作為調整量，通過預覽模式可以看到此處的直身面傾斜后的顏色變化，如圖24所示。微調原理及細節：以圖25a 的實體舉例，該圖形兩側的拔模角為0.5°。當塑件歪斜左側為直身面，此時右側的拔模角變為1°，如圖25b所示；若將塑件順時針旋轉1°后，右側變為直身面，此時左側的拔模角為1°，如圖25c 所示。在UG 軟件中進行斜率分析，直身面與拔模面的顏色是不同的，通過將塑件進行旋轉，先確定出左側直身面與右側直身面塑件旋轉變化的角度范圍，然后取其中值就得到了所需調整的微調角度。

5.8 移動對象及工作坐標系

通過測試確定本案例中的拔模角為0.75°進行微調后則需要繼續將“塑件和工作坐標系”移動至“絕對坐標系”的位置上，移動方法前面已經介紹過，此處不再重復敘述。

6 結束語

本文詳細介紹了4種對塑件擺正的方法，目的是為了解決在模具設計時遇到塑件方位與模具設計的脫模方向不符的問題。重點講解了Z軸矢量方向的擺正技巧，至于X軸與Y軸的方向，要考慮模具的型腔數量、塑件布局、模具結構等因素的影響。軟件的命令是有限的，但是思維是無限的，合理使用命令定能解決設計問題，希望本文的內容對大家有所幫助。