PRO/E在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用與研究

摘 要：近年來(lái)，長(zhǎng)三角地區(qū)的模具行業(yè)蓬勃發(fā)展，在一些地方模具行業(yè)已成為支柱產(chǎn)業(yè)。針對(duì)地區(qū)行業(yè)的特點(diǎn)，嘉興技師學(xué)院將美國(guó)PTC公司的PRO/E軟件引入到模具設(shè)計(jì)教學(xué)中來(lái)，并在實(shí)際教學(xué)中做了大量的探索與研究。本文通過(guò)一個(gè)教學(xué)案例，詳細(xì)說(shuō)明了模具設(shè)計(jì)課堂教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：PRO/E 模具設(shè)計(jì) 應(yīng)用

模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，它具有生產(chǎn)精度高、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)；它的生產(chǎn)技術(shù)水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要手段。近年來(lái)長(zhǎng)三角地區(qū)的模具行業(yè)蓬勃發(fā)展，在一些地方模具行業(yè)也已經(jīng)成為其支柱產(chǎn)業(yè)。但就本地區(qū)模具行業(yè)自身而言，設(shè)計(jì)、加工水平參差不齊，在經(jīng)濟(jì)危機(jī)的大環(huán)境下，產(chǎn)品附加值較低的模具企業(yè)舉步維艱，急需轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前，行業(yè)急需一大批既掌握傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造工藝，又懂得先進(jìn)模具設(shè)計(jì)制造方法的復(fù)合性技術(shù)人員。

嘉興技師學(xué)院根據(jù)行業(yè)對(duì)人才的需求，在機(jī)械制造系數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)開(kāi)設(shè)了模具設(shè)計(jì)課程，課程以崗位工作能力為導(dǎo)向，以培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力為出發(fā)點(diǎn)，以助推企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為目標(biāo)。針對(duì)地區(qū)行業(yè)的特點(diǎn)，學(xué)校將美國(guó)PTC公司的PRO/E軟件引入到模具設(shè)計(jì)教學(xué)中來(lái)，并在實(shí)際教學(xué)中做了大量的探索與研究。

一、PRO/E在模具設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

PRO/E（PRO/Engineer）自問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、家電、模具等各行各業(yè)，已成為世界上最普及的三維CAD/CAM應(yīng)用軟件。它的出現(xiàn)為模具設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)方便快捷的平臺(tái)。與其他三維設(shè)計(jì)軟件相比，該軟件最大的優(yōu)勢(shì)在于全參數(shù)化的設(shè)計(jì)和單一數(shù)控庫(kù)結(jié)構(gòu)，這樣可以使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與修改變得更為簡(jiǎn)便。同時(shí)PRO/E專門為模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了模具設(shè)計(jì)模塊Mold Base Library和EMX（Expert Moldbase Extension）以及塑料顧問(wèn)模塊（Plastic advisor），可以為模具設(shè)計(jì)者節(jié)省大量的時(shí)間。

以上PRO/E軟件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在注塑模具設(shè)計(jì)中體現(xiàn)更明顯，可以使模具設(shè)計(jì)者在最短的時(shí)間內(nèi)完成頭塑件分析、收縮率設(shè)置、分型面的建立、流道設(shè)計(jì)、模具裝配和模具機(jī)構(gòu)仿真等工作。

二、PRO/E在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

在模具的日常教學(xué)中，筆者以項(xiàng)目教學(xué)的方式大量應(yīng)用PRO/E軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，下面以端蓋項(xiàng)目（如圖1所示）為例，介紹該項(xiàng)目的教學(xué)流程。

1.模具的塑件分析

該塑件外圍形狀較為簡(jiǎn)單，但由于側(cè)面有孔且內(nèi)側(cè)有倒鉤，因此該制品的模具需要設(shè)置斜頂抽芯機(jī)構(gòu)。該斜頂抽芯機(jī)構(gòu)的斜銷也作為脫模機(jī)構(gòu)，用來(lái)將塑件從型芯中推出，因而設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到斜銷的角度大小，避免無(wú)法推出塑件。根據(jù)產(chǎn)品批量和斜頂抽芯機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，該模具初步定產(chǎn)為一模單腔的結(jié)構(gòu)，塑件材料為采用聚氯乙烯（PVC）。

基于以上條件，應(yīng)用PRO/E的塑料顧問(wèn)模塊對(duì)該塑件進(jìn)行可行性分析，輸入正確的工藝參數(shù)，即可用塑料顧問(wèn)模擬澆注系統(tǒng)進(jìn)行填充。塑料顧問(wèn)可以評(píng)估注塑工藝的參數(shù)是否合理，并在屏幕上提供充模動(dòng)畫，提示可能出現(xiàn)問(wèn)題的部位和環(huán)節(jié)，如熔接痕、抽坑、應(yīng)力集中等問(wèn)題。本例經(jīng)過(guò)塑料顧問(wèn)進(jìn)行分析，具有實(shí)際可行性，可以進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。

最后用PRO/E計(jì)算出塑件的體積為6×mm3，質(zhì)量為8.4g。根據(jù)塑件的體積與質(zhì)量，查《注塑模設(shè)計(jì)與和產(chǎn)應(yīng)用》手冊(cè)，選定注射機(jī)型號(hào)為：SZ-60/40。

2.模具的型腔設(shè)計(jì)

（1）引入?yún)⒄漳Ｐ?。啟?dòng)PRO/E制造模塊并選定模具型腔，將單位設(shè)置成公制，然后再選擇參照零件（即該塑料制品）的路徑和名稱，進(jìn)行定位，并調(diào)整好參照零件的坐標(biāo)系（PRO/E要求參照模型的Z軸與模具的開(kāi)模方向一致）。

（2）設(shè)置收縮率、創(chuàng)建毛坯工作部件（workpiece）。塑料制品成型冷卻至常溫后，其尺寸會(huì)收縮。該塑料制品材料為PVC，其收縮率設(shè)置為0.5%。運(yùn)行PRO/E中的模具收縮命令，在文本框中輸入0.005。毛坯工作部件可以自動(dòng)或者手動(dòng)創(chuàng)建，但它的尺寸必須完全包容參照模型。

（3）選擇分型面。分型面的選擇是模具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟。在本模具設(shè)計(jì)中，由于制品的結(jié)構(gòu)比較特殊，分型面選在制品的最大外形尺寸處，便于排氣，使注射出來(lái)的塑件不會(huì)產(chǎn)生氣孔，同時(shí)也有利于型芯、型腔鑲件的安裝。由于該塑件的內(nèi)表面有兩個(gè)側(cè)孔和兩個(gè)倒鉤，因此模具要加入四個(gè)副分型面。如圖2所示，然后利用PRO/E分割與抽取功能生成模具元件。

（4）澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。PRO/E的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括主流道、分流道以及澆口的設(shè)計(jì)。選擇模具特征中流道命令和流道類型，然后繪制流道線，即可生成流道，澆口的設(shè)計(jì)亦如此。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)同樣十分方便，與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，選擇水線命令，設(shè)置合適的水道直徑和開(kāi)孔位置，繪制水線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，即可在模具零件上自動(dòng)生成水線。

（5）成型零件的設(shè)計(jì)。成型零件的設(shè)計(jì)是該模具設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，主要包括凹模、凸模、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用前面步驟創(chuàng)建好的模具元件、流道完成該步內(nèi)容。如圖3所示。

圖3

3.模具的框架設(shè)計(jì)并生成工程圖

該步驟可通過(guò)PRO/E的EMX模塊直接生成，EMX可加載國(guó)內(nèi)外各大模具和模架制造商的標(biāo)準(zhǔn)模架。通過(guò)啟動(dòng)EMX模塊，選擇合適的模架并正確選擇裝配坐標(biāo)系，EMX模塊即可直接生成模具總裝三維效果圖（如圖4所示），并且可以動(dòng)態(tài)模擬演示注射開(kāi)模過(guò)程，模架加載完成后，便可轉(zhuǎn)入PRO/E工程圖模塊生成工程圖。

圖4

三、結(jié)語(yǔ)

這種將PRO/E軟件應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)教學(xué)中的課堂模式，滿足了模具行業(yè)對(duì)人才的要求，同時(shí)使原先枯燥的課堂教學(xué)變得生動(dòng)具體。學(xué)生通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的訓(xùn)練，能夠初步掌握模具設(shè)計(jì)、制造、裝配的整個(gè)工藝流程，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為企業(yè)培養(yǎng)出了一大批急需的高技能人才。

參考文獻(xiàn)：

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