段绪峰

摘  要 塑料成型模具设计是模具专业一体化课程体系中的重要一环，对该课程的教学不仅体现在对塑料模具结构和工作原理的了解，还应对设计软件具备一定的操作熟练度。以塑料成型模具设计一体化教学环节中的一个任务实施为例，应用UG软件的建模功能进行产品缩水、补面、抽取几何特征、分模和创建型腔与型芯两个下层文件，完成塑料模具的模仁设计工作。

关键词 塑料成型模具设计；一体化课程；UG；建模功能

中图分类号：G718.1    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0037-03

0  引言

UG中的注塑模向导（Mold Wizard）是塑料模具设计用得最多的模块，能快速进行产品修补和创建型腔与型芯。除此之外，UG强大的建模功能也能方便完成产品上缺口的修补和分模。模具专业的学生在学习塑料模具设计时，这两种方法都需要掌握并融会贯通。一体化课程教学教师在教学过程中处于组织者的地位，要充分发挥学生是主体、教师是主导的作用。在任务实施过程中可能会出现各种各样的问题，一体化课程教学要求教师不仅要有丰富的理论知识讲授专业理论课，还必须拥有高超的操作技能指导学生实训，同时要求一体化教师掌握一体化课程的要求、重点、难点以及实训设备情况，然后根据一体化课程的特点，编写一体化课程教学任务设计与教案。教师不但主导学生学习的方向、内容、进程、结果和质量，还发挥引导、规范、评价和纠正的作用，所以对于一体化课程教学要求，一体化教师不但需要有过硬的专业理论知识和高超的实训技能，还要有相当强的课堂教学掌控能力。

课程任务是学生在熟悉UG三维设计软件并能掌握建模功能操作的基础上，进行该任务的学习，掌握塑料模具设计的方法。本文以塑料成型模具设计一体化教学环节中的一个任务为例，介绍一体化教学实施。

1  以小组为单位制订分模方案

为了培养学生的团队合作能力和责任感，在任务实施前对学生进行分组，根据学生能力的不同组队。设计能力强的与设计能力弱的学生搭配，如果一个小组全是设计能力弱的学生，这个小组将很难完成学习任务，学生的学习兴趣也不高。学习任务完成后要进行总结评价，要求学生具有比较强的语言表达能力，在分组时均匀分配语言表达能力比较强的学生，在实施总结与评价这个环节时能够取得更好的效果。除了学生合理分配，每个小组选一个合适的组长也很关键，组长的组织能力直接关系到这个小组能否保质保量地完成学习任务。

1.1  定义产品坐标系

首先要分析产品的结构，确定产品的脱模方向（坐标系的Z轴为脱模方向）和分模面（XC-YC平面设在分模面上，坐标原点设在分模面的中心），然后通过“编辑→移动对象”的方法，将产品下表面中心移到绝对坐标原点位置。

1.2  定义产品缩水率

缩水率就是在高温和高压注射下，射入模腔的塑料所成型出来的产品比模腔实际尺寸小的量，因此，在设计模具时必须考虑产品的缩水量并把它补偿到模具的相应尺寸中去。通过“插入→偏置缩放→缩放体”，完成对产品的缩放。

1.3  抽取产品几何特征

塑料产品上常存在一些封闭的通孔、通槽，在分模前必须完成修补，在边界上开放槽侧面没有拔模角度的也需要修补。通过抽取几何体功能，完成对产品几何特征的抽取。

1.4  定义工件坯料

用来创建分模后的模仁零件，在实际模具设计中应综合参照产品模型的边界尺寸大小、结构特征、外形形状、模腔数量和经验数据等方面的实际因素，确定工件的大小和形状。通过“插入→拉伸”，完成产品工件坯料的创建。

1.5  创建型腔与型芯

完成产品几何特征抽取与工件坯料的创建后，通过“插入→组合→求差”，得到减去产品形状的坯料，再通过“插入→修剪→拆分体”，将坯料分成型腔与型芯兩部分。

2  以小组个人为单位实施任务

1）启动UG软件，打开塑料产品文件2.prt，产品结构如图1所示。

2）选取“菜单→插入→偏置缩放→缩放体”，在【缩放体】中对“类型”选择“均匀”，在“比例因子”区域把“均匀”设为1.005，单击“点对话框中”按钮，输入（0，0，0），完成对产品的缩放。

3）选取“菜单→分析→测量→简单半径”命令，选取工件竖棱边的圆角面，可看出“圆角半径”为3.015 mm，可知已放缩水。

4）选取“菜单→格式→图层设置”命令，设定第10层为工作图层。

5）选取“菜单→插入→关联复制→抽取几何特征”命令，在【抽取几何特征】对话框中对“类型”选择“面”，“面选项”选择“单个面”，勾选“关联”“删除孔”复选框。选中上表面中间的大面，抽取指定的曲面，该通孔被封闭。

6）选取“菜单→插入→修剪→修剪片体”命令，以上一步骤抽取的曲面为目标片体，中间孔的边沿线为修剪边界，在【修剪片体】对话框中选择“◎舍弃”复选框，“投影方向”选择“垂直于面”，产品上中间孔被修剪曲面封闭。

7）采用上两步的方法修补其他孔，封闭所有的孔和槽。

8）选取“菜单→插入→关联复制→抽取几何特征”，在【抽取几何特征】中对“类型”选择“面”，“面选项”中选“面与相邻面”，撤销“□删除孔”前头的“√”。

9）依次选中内部的五个平面，点击“应用”“是”，“面选项”选中“单个面”，选中缺口的三个面，按“确定”抽取曲面特征。选取“菜单→格式→图层设置”，取消第一层的“√”，抽取指定的曲面如图2所示。

10）选取“菜单→插入→曲线→基本曲线”命令，选取缺口的两个端点建一条直线。选取“菜单→插入→曲面→有界平面”命令，选中缺口的四条边界，按确定修复缺口。

11）在主菜单中选取“插入→组合→缝合”，缝合所有曲面。

12）点击“拉伸”，在【拉伸】中点击“绘制截面”，选取XOY平面为草绘平面，X轴为水平参考，在产品中间绘制一条大于工件坯料（110 mm×110 mm）的直线，单击“完成”按钮，在【拉伸】中对“指定矢量”选择“YC↑”，“结束”选择“对称值”，“距离”设60 mm，“布尔”选“无”，完成拉伸曲面创建。

13）选取“菜单→插入→修剪→修剪片体”命令，以上一步骤创建的拉伸曲面为目标片体，以图3所示的抽取曲面为边界对象，在【修剪片体】中选择“◎保留”，“投影方向”选择“垂直于面”，完成修剪特征创建。

14）在主菜单中选取“插入→组合→缝合”，缝合所有曲面。

15）选取“菜单→格式→图层设置”，确定第1层为工作图层。

16）点击“拉伸”，在【拉伸】中点击“绘制截面”，选取XOY为草绘平面，绘制一个矩形截面（110 mm×110 mm）。

17）点击“完成”按钮，在【拉伸】对话框中对“指定矢量”选取“ZC↑”，把开始距离设为-25 mm，结束距离设为40 mm，对“布尔”选择“无”，完成工件创建。

18）選取“菜单→插入→组合→求差”，选取工件为目标体，产品零件为刀具体，在【求差】中勾选“保存工具”，创建减去特征。

19）选取“菜单→插入→修剪→拆分体”，以工件为目标体，以组合后的分模面为工具体，单击“确定”按钮，将工件分成上、下两部分。

20）选取“菜单→编辑→特征→移除参数”，移除工件参数。

21）选取“菜单→格式→图层设置”命令，隐藏第10层。

22）选取“菜单→编辑→移动对象”，在【移动对象】中对“运动”选取“距离”，把“距离”设为40 mm，对“结果”选取“移动原先的”，“图层选项”选取“原始的”。

23）选取上面的零件，使上面的零件向上移动40 mm。

24）采用同样的方法，向下移动型芯35 mm，完成的型腔、型芯，如图3所示。

25）在“装配导航器”中选中“2.1”，单击鼠标右键，选取“WAVE”，选取“新建级别”，先选取下面的零件，文件名设为“2.1core”；再选取上面的零件，文件名设为“2.1cavity”。创建两个下层文件，点击“保存”，在WAVE模式建立的下层文件保存在指定目录中，如图4所示。

3  结束语

许多教师认为一体化教学不难，无非是理论与实训相结合，在教学环节中将理论教学和实训教学交替进行即可。但一体化教学的实施并不简单，有很多环节需要把控，有很多因素需要考虑，譬如：如何充分调动和激发学生的学习兴趣？如何让学生在资讯准备阶段比较全面地设想实训情况？如何让学生在动手操作阶段有意识地回顾参考书上相关的内容，以便解决问题？怎样提高学生对相关问题进行总结以及寻找相关解决方案的能力？

在本任务的一体化教学实施过程中，虽以组为单位，通过分析产品图样，讨论问题、归纳总结，共同完成塑料模具设计方案的制订，提高团队协作能力及综合素质，但在任务实施过程中要求每一个学生都必须独立完成分模设计。在一体化教学任务实施过程中，教师要进行全程跟踪观察并给予详细记录，随时了解每一个学生的任务实施情况，及时解决UG建模功能分模过程中出现的不当操作，为后续的评价环节提供第一手资料。通过这一系列环节，在保证教学质量的前提下将一体化教学正常地进行下去。在整个教学过程中，教师可以积累宝贵经验，为今后一体化教学实践奠定一定的基础。

参考文献

[1]北京兆迪科技有限公司.UG NX8.5模具设计教程[M].北京：机械工业出版社，2013：3.

[2]刘红光，胡仁喜，刘昌丽.UGNX10.0中文版机械设计从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2016：9.