基于PRO/E EMX的杯子注塑模具設(shè)計

陳兵

（惠州商貿(mào)旅游高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校機電工程系，廣東惠州，516003）

摘要：通過某生產(chǎn)企業(yè)的實際塑膠產(chǎn)品，利用實體模型測量產(chǎn)品的尺寸，對實體進(jìn)行建模，并對塑件的模具進(jìn)行設(shè)計，包括塑件成品的設(shè)計、工作部分的設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中重點介紹了分型面的設(shè)計與抽芯機構(gòu)的設(shè)計，本文主要運用Pro/ENGINEER 3.o及其EMX4.1模塊來完成整個設(shè)計工作，設(shè)計的整個過程實現(xiàn)了無紙化，有利于提高模具的生產(chǎn)效率和節(jié)約了生產(chǎn)成本，并大大縮短了生產(chǎn)的周期。

關(guān)鍵詞：模具設(shè)計；杯子；Pro/ENGINEER 3.0；EMX4.1；

1　前言

CAD/CAM/CAE技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣，有效提高了模具設(shè)計與制造的水平，并大大縮短了模具設(shè)計周期。Pro／ENGINEER(Pro／E)軟件是一個參數(shù)化并基于三維實體特征的造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。它采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，集三維實體和曲面造型、裝配造型、二維工程圖、數(shù)控加工、有限元分析、機構(gòu)運動仿真、鈑金設(shè)計、加工和裝配工藝過程設(shè)計及模具設(shè)計等功能于一體，特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強大的實體造型技術(shù)，給設(shè)計者提供了從未有過的簡易、靈活和高效的工具。在中國被廣泛應(yīng)用于電子、機械、模具、工業(yè)設(shè)計、家電等行業(yè)。Pro/E提供工裝模具從設(shè)計到制造的全系列、完全集成的解決方案，具有多個模具設(shè)計專業(yè)模塊，它為模具設(shè)計與制造集成提供了優(yōu)良的平臺。能快速精確地生成模具的型腔和型芯，有利于縮短模具的設(shè)計周期。本文主要介紹基于PROE EMX的杯子模具設(shè)計流程。

2　杯子注塑模具的設(shè)計流程

1）塑件設(shè)計，利用軟件Pro- E進(jìn)行塑件的立體建模，再在軟件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技術(shù)要求的標(biāo)注，并輸出工程圖。

2）確定收縮率和分型面，首先由塑件性能的要求等，確定塑件的塑料，通過查資料確定塑件的收縮

率。根據(jù)杯子的工藝及結(jié)構(gòu)特點，確定具體的分形面，大致應(yīng)為杯子的下部。

3）模架，通過塑件的大小及型腔數(shù)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)、排氣槽、側(cè)抽芯機構(gòu)等的初步估算，確定使用模架的型號。

4）澆注系統(tǒng)設(shè)計，本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng)，在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，包括流道的設(shè)計、噴嘴的選擇、主流道襯套的選擇等，還必須研究一模兩腔澆注系統(tǒng)的平衡性設(shè)計。

5）成型件（模腔、模芯），確定型腔數(shù)和分型面。對模腔和模芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。計算成型部件的工作尺寸。

6）抽芯機構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)杯子的結(jié)構(gòu)特點，必須設(shè)置抽芯機構(gòu)便于成型，根據(jù)杯子的結(jié)構(gòu)特點，選擇并設(shè)計整體的側(cè)抽芯機構(gòu)。

7）頂出機構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)杯子的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計頂出機構(gòu)，采用推板推出機構(gòu)。

8）冷卻系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量、生產(chǎn)效率有很大的影響，針對型腔與型芯冷卻回路的形式進(jìn)行設(shè)計。

9）完成整套模具的三維立體圖。

3　杯子模型的分模過程

3.1產(chǎn)品的3D模型

模具設(shè)計時必須要建一個產(chǎn)品模型，產(chǎn)品模型的設(shè)計可以在Pro/E零件三維造型模塊中進(jìn)行，一般通過拉深、切除、拔模、圓角、抽殼等特征造型方法創(chuàng)建。圖1為創(chuàng)建杯子的3D模型。

圖1　杯子3D模型

圖2　杯子模具工件圖

3.2創(chuàng)建模具模型

模具模型創(chuàng)建時，文件【類型】選擇【制造】(Manufacturing)，再選擇【模具型腔】(Mold Cavity)模塊，然后將原產(chǎn)品設(shè)計模型裝配至模具模型中，使之成為模具設(shè)計的參照模型。由于溫度和壓力的變化，注塑件從模具中取出后會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，為了補償注塑件體積收縮的偏差，Pro/E提供了收縮率(Shrinkage)功能。設(shè)計人員通過設(shè)置適當(dāng)?shù)氖湛s率來放大參考模型，以便獲得正確尺寸的注塑件，該杯子模型的收縮率設(shè)為0.5%。然后利用【菜單管理器】中【模具模型】/【創(chuàng)建/[工件】在模具中創(chuàng)建工件，最后生成毛坯工件（毛坯工件尺寸是：300×160×140）。圖2為杯子模具工件圖。

3.3創(chuàng)建模具分型面

圖3　分型面

模具設(shè)計環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于分型面的設(shè)計。由于分型面的選擇直接關(guān)系到模具成型零件的結(jié)構(gòu)、尺寸精度、表面質(zhì)量、飛邊大小、脫模難易和制造成本，因

此要慎重選擇。Pro/E有拉伸、復(fù)制、裙邊曲面等分型方法。對于分型面和破孔均為平面型的模型，采用裙邊曲面的方法能快速準(zhǔn)確地建立分型面。該杯子模型采用拉伸和填充命令就可以快速創(chuàng)出分型面，最終創(chuàng)建出來的分型面如圖3所示。

3.4創(chuàng)建模具元件的體積塊

利用分型面將工件拆分成型腔、型芯體積塊。通常利用【分割】菜單下的【兩個體積塊】命令將工件拆分成各個體積塊，即所謂的分模（拆模）。體積塊是沒有質(zhì)量的三維封閉曲面組（在PROE中曲面是用紅色的線條表示），并不是模具元件。分割以后的效果圖如圖4所示。

圖4　分割的體積塊

3.5抽取模具元件

通過向體積塊中填充實體材料，使之轉(zhuǎn)換成實際的模具成型元件，此即所謂的抽取模具元件。完成抽取后，模具成型元件就成為功能齊全的Pro/E零件，存為igs格式供后續(xù)分析加工模塊調(diào)用或轉(zhuǎn)換到其他軟件中進(jìn)行數(shù)控加工。

3.6注塑模仿真和開模仿真

圖5　模具開模仿真

Pro/E在完成模具元件抽取后，可自動將熔融材料通過澆口注入模具型腔，成型注塑件。針對杯子的結(jié)構(gòu)工藝，該杯子模具采用點澆口。對模具開模進(jìn)行仿真，同時進(jìn)行裝配干涉檢查，以確保模具正常開模。模具開模仿真見圖5所示。

4　杯子模具的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)入過程

4.1模架調(diào)入

Pro/ENGINEER的“模具設(shè)計專家”(Expert Moldbase Extension, EMX)，利用該模具庫，很多企業(yè)將可在模具開發(fā)及制造方面有效地控制成本。另外，只需要若干次的鼠標(biāo)點擊，用戶便可從模具庫內(nèi)抽出所需部份，然后安裝出一個完整的模具。由于模具庫內(nèi)的所有零部件均為3D格式，并能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行快速及實時預(yù)覽，因此，設(shè)計者能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計誤差。這一特征可以大幅減少最后時刻的設(shè)計變更，最終節(jié)約了資金和資源。

根據(jù)本模具的實際要求我們選擇了Futaba- 2p標(biāo)準(zhǔn)的FA- Type組件生成了我們需要的模架結(jié)構(gòu)（采用的模架大小是550×650）。通過計算與分析，借助EMX數(shù)據(jù)庫最終得到的模具裝配圖如圖6所示。

圖6　模具裝配圖

4.2抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計

調(diào)入模架以后，我們可以進(jìn)行抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計。針對該杯子模型的實際結(jié)構(gòu)形式，該杯子的抽芯是左右兩側(cè)整體抽芯，所以抽芯的面積和抽芯力相對來

說比較大。根據(jù)抽芯的實際情況，我們選擇single_ locking Z180/50×112×125斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)。導(dǎo)入滑塊抽芯機構(gòu)以后，由于PROE并沒有自帶有限位機構(gòu)，所以必須要采用建模模式創(chuàng)建限位機構(gòu)。最終導(dǎo)入滑塊抽芯機構(gòu)和創(chuàng)建限位機構(gòu)如圖7所示。

圖7　抽芯和限位機構(gòu)的創(chuàng)建

4.3其他標(biāo)準(zhǔn)件及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

圖8　推板推桿頂出

圖9　冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

調(diào)入模架并設(shè)計好抽芯和限位機構(gòu)以后，就可以把推桿調(diào)入，針對該杯子模型，這里采用的是推板推出（利用推桿推動推板），推板直接用建模創(chuàng)建，所以只需調(diào)入四跟推桿即可，如圖8所示。

頂出機構(gòu)設(shè)計完后，就可以設(shè)計冷卻系統(tǒng)，因為該杯子模型相對來說體積比較大，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計必須要能完全冷卻模具，除了要考慮冷卻的效果，還必須要考慮冷卻管道的加工，所以最終的冷卻系統(tǒng)如圖9所示。至此整套模具的3D設(shè)計就已經(jīng)完成了。剩下的就是出2維圖紙，以給加工時做參考。

4　結(jié)論

在Pro/E環(huán)境下設(shè)計出的該杯子模具結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理、能滿足生產(chǎn)的要求。依此說明了基于PRO/E塑膠模具設(shè)計縮短了模具的設(shè)計和制造周期,增加了模具的價值和市場競爭力。為模具設(shè)計提供了一種新方法,特別為同類產(chǎn)品的模具設(shè)計提供了簡捷的途徑，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率大大提高。

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