張賜成

(五邑大學(xué)機電學(xué)院,廣東江門529000)

0 引言

傳統(tǒng)的模具設(shè)計主要靠經(jīng)驗。經(jīng)過反復(fù)的試模-修模-試模的試錯方式來進行新模的開發(fā),效率很低,即使有經(jīng)驗的工程師設(shè)計一副新模具也要花費數(shù)周甚至幾個月的時間,并且精度難以保證。而采用與傳統(tǒng)模具設(shè)計不同的思路,運用 Pro/E+ EMX聯(lián)合設(shè)計,可以大大縮短模具設(shè)計周期,提高產(chǎn)品設(shè)計的準(zhǔn)確性,降低產(chǎn)品開發(fā)和模具成本。本文以照相機外殼為例,介紹了該軟件在注射模開發(fā)中的應(yīng)用。

1 模具設(shè)計的流程[1]

利用PRO/E軟件進行模具設(shè)計是一個比較復(fù)雜的過程。其設(shè)計流程:

(1)在零件和組件模式下,對原始塑料零件模型進行三維建模。

(2)創(chuàng)建模具模型,包括根據(jù)原始塑件,定義參照模型和模具坯料兩部分工作。

(3)設(shè)定收縮率。材料在注塑成型后的冷卻過程中都會存在不同程度的收縮,因此,為了彌補由于材料收縮帶來的誤差,需要將參照模型放大。在PRO/E設(shè)計中,允許對3個方向定義不同的收縮率,也可以根據(jù)實際需要對某個特征或尺寸定義收縮率。

(4)定義分型面。分型面是一個可以將模具分割成幾個部分的曲面。參照模型的形狀越復(fù)雜,則分型面的形狀也越復(fù)雜。

(5)定義體積塊,將模具分割成單獨的元件。

(6)抽取模具體積塊,以生成模具元件,如上模型腔、下模型腔等。

(7)設(shè)計澆注系統(tǒng)。

(8)模擬開模,并在開模中進行干涉檢測。

(9)使用“塑料顧問”功能模塊執(zhí)行模流分析。

(10)裝配模座,并進行細(xì)部的模座設(shè)計。

(11)生成過程圖。

2 照相機外殼注射模設(shè)計過程

2.1 塑件分析

照相機外殼,如圖1所示。該塑件的材料為工程塑料ABS,屬熱塑性塑料,流動性好,成型收縮率較小(一般為0.3%～0.8%)[2],比熱容較低,在料筒中塑化率高,在模具中凝固較快,成型周期短。但吸水性較大,成型前必須充分干燥。ABS的密度約1.03～1.07 g/cm3[2]。

該塑件的結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜,側(cè)向枝節(jié)較多,側(cè)面沒有孔,但外表面凸臺較多,底邊處有開槽。塑件的外表面要求沒有缺陷、毛刺,內(nèi)部不能有導(dǎo)電雜質(zhì)。由于需對外表面進行電鍍,所以外表面應(yīng)比較光滑,內(nèi)表面無特別要求。

2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動通道。澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位。其設(shè)計合理與否對塑件的成型起到?jīng)Q定性的作用。應(yīng)用Feature→Cavity Assem→Solid→Cut功能建立模具澆注系統(tǒng),通過澆口位置分析器,得出最佳澆口位置,并對澆口尺寸、流道尺寸進行自動優(yōu)化[2]。由于塑件外表面形狀較復(fù)雜,孔槽較多,壁厚較薄,所以根據(jù)實際需要選擇一般側(cè)澆口單點進料,產(chǎn)生的澆注系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 塑件Fig.1 Plastics parts

圖2 澆注件Fig.2 Molding parts

2.3 分型面設(shè)計

定模和動模相接觸的面稱為分型面。模具設(shè)計中分型面的選擇很關(guān)鍵,它決定了模具的結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來確定分型面。本次設(shè)計塑件為照相機外殼,內(nèi)外表面都比較復(fù)雜,分型面比較多,分步建立如圖3所示分型面組,既可降低模具的復(fù)雜程度,減少模具加工難度,又便于成型后出件。分型面設(shè)在塑件外表面中間最大尺寸處。其優(yōu)點在于便于脫模,有利于側(cè)向抽芯,開模時塑件留在動模上。零件中有個大空和倒扣結(jié)構(gòu),分別建立分型面,以利于創(chuàng)建鑲件。由于塑件為薄壁件,模具為側(cè)澆口形式,所以采用單分型面。利用PRO/E軟件進行模具設(shè)計的過程中,分型面的選擇和設(shè)計是將毛坯分割形成模具零件的關(guān)鍵步驟。首先,對塑件模型的不同部位尺寸設(shè)定收縮率,構(gòu)建設(shè)計毛坯,產(chǎn)生型腔、型芯特征尺寸,然后通過裝配,使設(shè)計模型與型腔和型芯毛坯重疊。由于塑件采用1模4腔的結(jié)構(gòu)形式,在做分型面時,必須先Copy建立單個塑件的分型面,再做一個主分型面,進行合并(Merge)之后形成整個塑件的分型面。

圖3 分型面Fig.3 Parting surface

2.4 模具型腔和型芯的設(shè)計

直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件。其中,構(gòu)成塑件外形的成型零件稱為型腔,構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件稱為型芯。為了保證型芯、型腔的使用壽命,又不浪費價格昂貴的模具鋼,并且型芯、型腔損壞后,便于維修、更換,型芯和型腔可選用整體嵌入式。針對照相機外殼,利用PRO/E軟件進行模具設(shè)計的過程中,分型面創(chuàng)建完成后,就能夠以分型面進行模具體積塊分割、模具零件抽取等操作,快速完成成型零件的設(shè)計[3],即:把已經(jīng)做好的分型面用Mold Volume→Split將毛坯分成4個Volume,選擇Mold Comp→Extract將Volume轉(zhuǎn)化為實體型腔和型芯部分,如圖4所示。

2.5 抽芯機構(gòu)和脫模機構(gòu)設(shè)計

在完成動、定模成型零件設(shè)計后,利用 Pro/E的外掛模塊EMX(模具設(shè)計專家)可以直接導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)模架完成結(jié)構(gòu)件的設(shè)計,并且可以利用EMX中的滑塊裝配工具完成抽芯機構(gòu)的設(shè)計。Pro/E EMX能大大縮短模具設(shè)計人員在創(chuàng)建、定制和細(xì)化模架部件以及注射所需的模具組件上的時間。塑件脫模采用頂桿頂出機構(gòu),設(shè)置頂桿位置后自動加載頂桿完成脫模機構(gòu)設(shè)計。

圖4 型腔和型芯Fig.4 Cave and core

2.6 模具3D裝配圖與虛擬開模圖

模具3D裝配圖與虛擬開模圖,如圖5所示。其工作過程為:開模時,動模板和定模板首先分開,在移動過程中斜導(dǎo)柱迫使滑塊外移,同時帶動側(cè)型芯完成抽芯,最后由頂桿頂出塑件,實現(xiàn)脫模,合模時復(fù)位桿使頂桿復(fù)位[4]。

圖5 模具3D裝配圖和虛擬開模圖Fig.5 Assembly and simulated drawing of 3D mold

3 結(jié)束語

運用Pro/E+EMX進行聯(lián)合設(shè)計,可以減少試模時間,提高生產(chǎn)效率,既彌補了經(jīng)驗不足的缺陷,又使設(shè)計工作變得簡單快捷,提高了設(shè)計效率,縮短了模具開發(fā)時間,減輕了工作強度,降低了制造成本。

[1] 劉瑩,宋滿倉.注塑模具設(shè)計的基本程序[J].機械工人, 2002(11):42.

[2] 李德群,唐志玉.塑料與橡膠模具設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[3] 齊曉杰.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[4] 譚雪松.Pro/Engineer Wildfire模具設(shè)計與數(shù)控加工[M].北京:人民郵電出版社,2006.