注塑產(chǎn)品及其模具快速設計系統(tǒng)的研究

劉曉潔

（山西職業(yè)技術(shù)學院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，塑料制品在實際生活中的應用越來越廣泛，而作為生產(chǎn)注塑產(chǎn)品的主要工具——注塑模具，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本低等特點，因此，在很多方面，塑料制品已成為金屬制品的替代物；但是傳統(tǒng)的設計方法是憑借經(jīng)驗對新產(chǎn)品進行設計-分析-再設計，周期長、成本高，因此發(fā)展模具工業(yè)已成為當代促進塑料制品及機電產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)廉價生產(chǎn)的重要手段。本文利用Pr o／E作為注塑產(chǎn)品的主要設計工具，以其外掛插件EMX4.1作為塑料模具的快速設計平臺，極大地縮短了整套產(chǎn)品設計制造的循環(huán)周期，為企業(yè)在市場競爭中立于不敗之地打下了良好的基礎。

1 快速設計與制造系統(tǒng)平臺的選擇

1.1 產(chǎn)品設計平臺的選擇

注塑產(chǎn)品大多數(shù)是包括有曲面造型的復雜零件，其造型不僅應該滿足注塑產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程的要求，而且應曲線流暢、美觀、符合用戶要求，這就為設計人員提出了一大要求，即設計產(chǎn)品必須以最直觀的方式展現(xiàn)在用戶面前，而且能夠根據(jù)用戶要求適度進行修改。因此采用Pro／E軟件作為注塑產(chǎn)品設計平臺，它以全參數(shù)化的設計思想著稱，且具有單一數(shù)據(jù)庫全相關性、基于特征設計的實體造型以及用戶界面友好等先進特點，能將產(chǎn)品從設計至生產(chǎn)的過程集成在一起，當產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行修改時，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，并使并行工程成為可能，大大縮短了產(chǎn)品的設計周期，完全符合當前工程技術(shù)人員的設計思想。

1.2 模具設計平臺的選擇

本快速設計系統(tǒng)的模具設計平臺采用EMX（Expert Moldbase Extension）。EMX是Pr o／E的“模具設計專家”，其“智能式”的設計可以讓工程師輕松實現(xiàn)3D環(huán)境下的零件裝配和更改，利用該模具庫，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品提取所需要的標準模架，設計人員在此模架裝配原型基礎上可以根據(jù)用戶的需要進行具體修改，完成塑料模具設計，從而減少設計誤差及費時的工序。安裝出一個完整的模具，只需要用戶若干次的鼠標點擊，抽出模具庫內(nèi)所需部分即可。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行快速實時預覽，因此，工程師能夠及早發(fā)現(xiàn)設計誤差，可以大幅減少最后時刻的設計變更，最終節(jié)約了資金和資源。

2 注塑產(chǎn)品及其模具的快速設計

2.1 產(chǎn)品的創(chuàng)新設計

2.1.1 產(chǎn)品設計要求

如圖1所示，根據(jù)用戶要求進行配套的蓋子創(chuàng)新設計，使該煙灰缸也可以作為器皿使用。

2.1.2 產(chǎn)品造型分析及設計

三維實體造型特征分析是高效使用Pro／E的重要步驟，即分析構(gòu)成零件的特征種類、選擇基礎及附加特征，并根據(jù)給定條件選擇曲面特征為基礎特征。

首先建立基準曲線，蓋子的下緣輪廓應以給定零件外輪廓為參照，以保證蓋子與給定件配合；然后建立基準面，草繪曲線鏡像快速完成輪廓曲線建立；最后采用邊界混合曲面完成產(chǎn)品的總體設計，如圖2所示。

根據(jù)特征之間的關聯(lián)，合并曲面并加厚、實體化，生成扣蓋中部拉伸圓環(huán)、拔模及倒圓角，如圖3所示實體。建模過程見圖4模型樹）。

圖1 煙灰缸

圖2 曲面

圖3 實體

圖4 模型樹

2.1.3 零件的裝配及渲染

裝配及渲染是用戶最直接的檢驗設計產(chǎn)品是否滿足其需要的一種途徑，Pro／E在裝配和渲染方面也具有一定優(yōu)勢，圖5為創(chuàng)新產(chǎn)品渲染，圖6為產(chǎn)品裝配的效果。

圖5 創(chuàng)新產(chǎn)品

圖6 產(chǎn)品裝配效果

2.2 創(chuàng)新產(chǎn)品的模具及其裝配設計

注塑模具設計在Pr o／E環(huán)境中最主要的解決辦法是采用族表或者輸入幾何體的辦法。EMX4.1模架擴展專家則是以參數(shù)元件為基礎，由于參數(shù)元件不受約束，因此模具設計靈活，設計者可以很快地改變設計意圖或修改尺寸，將繁瑣工作變得快捷簡單。以創(chuàng)新產(chǎn)品蓋為例，具體設計步驟如下。

2.2.1 模具設計

打開Pro／E，進入模具設計模塊，通過建立模具模型、設置收縮率、創(chuàng)建模具分型面、構(gòu)建模具元件體積塊、抽取模具元件、生成澆注系統(tǒng)、定義模具開啟、上下模的檢驗等步驟，生成凹、凸模，如圖7、圖8所示。

2.2.2 模具的總裝配設計

調(diào)用模架專家系統(tǒng)EMX4.1，首先建立和修改項目，將生成的模具裝配模型導入準備項目并對元件分類、選擇模具基體、定義組件、添加標準模架、修改模架大小、添加脫模板、添加定位環(huán)、澆口套、切除型腔、添加頂桿（自動切出相應的孔及沉孔）、繪制水線等，完成的具架裝配如圖9所示。

圖7 凹模

圖8 凸模

圖9 模具裝配

在模具的總裝配設計中，螺釘、頂桿、水路、導向元件等更能體現(xiàn)出該方法方便快捷的優(yōu)點。如水路，只要設計者畫好水線草圖，點擊相關操作即可生成；標準件選擇也如此，打開標準件庫選擇點擊就可自動安裝，各類零件自動產(chǎn)生并歸于相應圖層。最后可進行干涉檢查及開模仿真。

3 結(jié)束語

Pro／E軟件使模型設計、更改簡單易行，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期；Pro／E軟件與 Expert Mol dbase Extension的結(jié)合又提供了一系列快速設計產(chǎn)品及模架的功能，將整個模具設計周期大大縮短。實踐證明Pro／E與EMX的結(jié)合為模具行業(yè)的發(fā)展開辟了一條最有效的途徑，極大地提高了模具制造業(yè)的競爭能力，對于促進企業(yè)的技術(shù)進步具有良好的推進作用。