基于Pro/E5.0-EMX6.0軟件的塑料模具設(shè)計(jì)

陳海英

(陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料與建筑工程學(xué)院，陜西 漢中 723102)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了模具設(shè)計(jì)軟件的飛速進(jìn)步。模具CAD/CAE/CAM 正向三維化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，模具的檢測(cè)、加工設(shè)備向精密、高效和多功能發(fā)展[1]。Pro/E 是美國PTC 公司推出的新一代CAD/CAE/CAM 軟件，它是基于特征，采取參數(shù)化技術(shù)、全數(shù)據(jù)相關(guān)、單一數(shù)據(jù)庫、支持并行操作的實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件[2]。利用它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、裝配、數(shù)控加工、模具設(shè)計(jì)以及各種分析等。EMX 是Pro/E 中一套功能強(qiáng)大的三維模架設(shè)計(jì)插件，用于設(shè)計(jì)和細(xì)化注塑模模架。結(jié)合Pro/Moldesign 模塊，注塑模成型零件設(shè)計(jì)完成后，可以建立與之相配套的標(biāo)準(zhǔn)模架及設(shè)備、導(dǎo)向件、定位環(huán)、澆口襯套、螺釘、頂桿、定位銷及支柱等輔助零件，完成模具裝配，最后生成2D 工程圖及物料清單表（BOM）。注塑模具成型的零件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較薄，表面質(zhì)量要求高，成型相對(duì)困難，這對(duì)塑料模具的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文以實(shí)例來說明Pro/E5.0-EMX6.0 的設(shè)計(jì)過程。

1 Pro/E 模具設(shè)計(jì)步驟

1.1 建立模具模型

開始新的模具模型時(shí)，文件類型選擇“制造”，子類型選“模具型腔”項(xiàng)。然后，通過裝配的方式調(diào)入已經(jīng)畫好的零件，如圖1 所示。最后加入“工件”完成模具模型的創(chuàng)建。模型收縮率的設(shè)置也最好在這一階段完成[3]。

圖1 塑件

1.2 設(shè)計(jì)分模面

在Pro/E 中建立分模面的目的是利用與工件全相交的分模面來分割工件，拆出形成腔體的各個(gè)模具體積塊。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切除工件毛坯中塑件所占體積部分，形成模具的型腔體。建立分模面是模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。在Pro/E 中，建立分模面有兩種方式：一是通過主菜單下“編輯”中的相關(guān)命令來建立；二是通過右工具箱中的“分型面”工具來建立。

1.3 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)

注塑模的澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。主流道為圓錐體，分流道為各種斷面的掃描體。主流道、澆口和冷料穴可以通過“旋轉(zhuǎn)”、“拉伸”完成，分流道可以通過菜單“插入”→“流道”（Pro/E5.0 翻譯成“等高線”）來完成。

1.4 拆模

拆模分兩步進(jìn)行，第一步，通過模具模型“菜單管理器”下的拆模命令，將工件拆成兩個(gè)模具體積塊，并由模具體積塊拆出型芯、側(cè)型芯。分割形成的模具體積塊只是三維的封閉曲面組，是模具組件的一個(gè)特征，不是實(shí)體，必須生成模具實(shí)體元件，所以第二步是由模具體積塊生成模具型腔，通常使用右工具箱中的工具完成。

1.5 鑄模和開模

通過以上的幾個(gè)步驟，所有的模具組件都已經(jīng)產(chǎn)生，使用菜單管理器中的“鑄?！表?xiàng)，可以利用這些組件產(chǎn)生一個(gè)注塑件，該注塑件也是一個(gè)零件模型，如圖2 所示。通過右工具箱中的工具進(jìn)入開模菜單。開模的過程相當(dāng)于對(duì)模具的頂出、側(cè)抽芯等動(dòng)作進(jìn)行模擬，以確認(rèn)各種動(dòng)作的合理性。開模模擬如圖3 所示。

圖2 帶有分流道凝料的塑件模型

圖3 開模狀態(tài)圖

2 模具的檢測(cè)分析

注射模具作為生產(chǎn)工裝，必須與所使用的注射機(jī)的技術(shù)規(guī)格相匹配。注射模具設(shè)計(jì)時(shí)，要求塑件和澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量之和小于注射機(jī)最大注射量的80%，否則會(huì)出現(xiàn)塑件成形不完整或產(chǎn)品組織疏松的缺陷；同時(shí)，對(duì)熱敏性塑料來講，還要求塑件和澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量之和大于注射機(jī)額定注射量的30%否則塑料在料筒內(nèi)停留時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致塑料高溫分解，從而降低塑件的質(zhì)量和性能。

還有很多因素會(huì)影響模具的質(zhì)量，所以模具的質(zhì)量分析尤其重要，在Pro/E 軟件中，提供了幾種模具的檢測(cè)分析方法，這些檢測(cè)分析是開模前的一個(gè)工作，主要包括拔模、厚度、分模面等的檢測(cè)與分析。由于檢測(cè)操作過程不復(fù)雜，并且檢測(cè)的結(jié)果僅在信息欄中給出，所以不做詳細(xì)說明。

3 EMX 模架設(shè)計(jì)

3.1 在EMX 中選擇標(biāo)準(zhǔn)模架

新建EMX 文件，導(dǎo)入模具裝配模型，因?yàn)楸咎啄＞邔⒁荒Ａ蛔龀烧w模具元件，所以將模型數(shù)量改為一模一腔，其他選項(xiàng)采用默認(rèn)值，完成裝配。然后加載模架并修改其尺寸[4]。

3.2 設(shè)計(jì)側(cè)分型機(jī)構(gòu)

側(cè)分型機(jī)構(gòu)是保證側(cè)壁帶有孔、凹穴、凸臺(tái)等塑件在脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件的機(jī)構(gòu)，包括斜導(dǎo)柱、滑塊、楔緊塊。使用“滑塊”→“定義”，設(shè)計(jì)側(cè)分型機(jī)構(gòu)，選擇斜導(dǎo)柱的放置模板，選擇側(cè)抽類型、更改參數(shù)即可完成設(shè)置，如圖4 所示。

圖4 側(cè)滑塊示意圖

3.3 設(shè)計(jì)導(dǎo)向零件

導(dǎo)向零件是保證動(dòng)模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，包括導(dǎo)向襯套和導(dǎo)桿。使用“組件定義”下“添加導(dǎo)向件”命令，設(shè)置導(dǎo)向襯套和導(dǎo)桿，選擇定模板作為導(dǎo)向襯套的放置位置、型芯固定板作為導(dǎo)桿的放置位置，分別選擇導(dǎo)向襯套及導(dǎo)桿的類型并輸入內(nèi)徑和長度等參數(shù)完成導(dǎo)向襯套和導(dǎo)桿的設(shè)置。也可通過菜單中的“導(dǎo)向元件”→“定義”完成。

3.4 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)零件

澆注系統(tǒng)零件包括定位環(huán)和澆口襯套，使用“設(shè)備”→“定義”，分別選擇“定位環(huán)”及“主流道襯套”，分別選擇零件類型并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)完成定位環(huán)和澆口襯套的設(shè)計(jì)。

3.5 設(shè)計(jì)頂出系統(tǒng)

頂桿孔的設(shè)計(jì)除了必須綜合考慮推出平衡、頂桿數(shù)量與分布盡可能合理、與其他零部件或孔系無干涉等要素外，還需兼顧水道孔位置分布，以確保頂桿孔設(shè)計(jì)的完善與合理。該模具采用雙推板二次推出機(jī)構(gòu)，通過四根設(shè)在下推板的頂桿推動(dòng)推件板，同時(shí)完成側(cè)抽芯，通過設(shè)在上推板上的18 根小推桿將塑件從凹模中推出。首先設(shè)計(jì)好頂桿放置點(diǎn)和修剪面，然后在EMX 中選擇“頂桿”→“定義”，設(shè)置好頂桿參數(shù)，如類型、直徑等，完成頂桿的設(shè)置。

3.6 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)

熔融塑料充滿型腔后，應(yīng)通過冷卻使之定型，從而得到所需制品。冷卻水道的位置分布應(yīng)保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其他零部件及孔系發(fā)生干涉現(xiàn)象。本例在定模設(shè)置水道，在模板水平面內(nèi)排布。首先，選擇“冷卻”→“裝配水線曲線”命令，草繪冷卻水線參照，然后，選擇“冷卻”→“定義”命令設(shè)置冷卻元件。

3.7 裝配已定義的所有元件

使用“模架”→“元件狀態(tài)”，選擇設(shè)備、導(dǎo)向件，等全部項(xiàng)目，裝配好的模具如圖5 所示。

圖5 裝配好的模具

4 生成工程圖

新建文件文件類型“繪圖”，導(dǎo)入EMX 文件，進(jìn)入繪圖狀態(tài)，然后插入“普通視圖”和“投影視圖”，根據(jù)繪圖需要進(jìn)行更改，如圖6 所示。最后將Pro/E 中的2D 工程圖轉(zhuǎn)成“.dwg”格式在AutoCAD 中進(jìn)一步進(jìn)行編輯，按照注塑模設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度等的標(biāo)注以及技術(shù)要求的填寫等，最后將完善的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行輸出。

圖6 模具裝配工程圖（未修改）

［1］李大興，張秀棉.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)綜述[J].模具制造，2005，2：1-4.

［2］孫江宏，段大高，黃小龍.中文版Pro/ENGINEER2001 入門與實(shí)例應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2003，3：1.

［3］林清安.完全精通Pro/ENGINEER 野火5.0 模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011，3：87-92.

［4］張國新，趙潔.模具CAD/CAM[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011，10：127-138.