張曉陸

（江蘇春蘭機(jī)械制造有限公司，江蘇泰州，225300）

1 引言

目前產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，尤其是家用電器產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，如何縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，及時(shí)推出適合市場(chǎng)的新產(chǎn)品成為各大公司共同關(guān)心的問(wèn)題。Pro/ENGINEER軟件以其強(qiáng)大的造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為有效縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期提供了條件。積水盤(pán)是壁掛空調(diào)器的主要部件,是由復(fù)雜的外形特征組成,其設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到空調(diào)器的積水效果、裝配性能和產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量等要素。通過(guò)利用Pro/ENGINEER Wildfire2.0軟件進(jìn)行積水盤(pán)的三維數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分模設(shè)計(jì)及裝配設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，不僅縮短了模具的設(shè)計(jì)及制造周期,提高了模具的質(zhì)量和使用壽命，而且還增加了模具的潛在價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為新產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 積水盤(pán)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 接受任務(wù)書(shū)

成型塑料制件的任務(wù)書(shū)通常由制件設(shè)計(jì)者提出，其內(nèi)容如下：

(2)塑料制件說(shuō)明書(shū)或技術(shù)要求；

(3)生產(chǎn)產(chǎn)量；

(4)塑料制件樣品。

通常模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)由塑料制件工藝員根據(jù)成型塑料制件的任務(wù)書(shū)提出，模具設(shè)計(jì)人員以成型塑料制件任務(wù)書(shū)和模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)模具。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)分析

該模具設(shè)計(jì)的依據(jù)是塑件圖紙和塑料制件樣品。對(duì)于塑件圖紙，要注意圖紙的技術(shù)要求，許多圖紙明確給出尺寸公差等級(jí)、未注圓角、產(chǎn)品壁厚等，這些在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須加以注意；對(duì)于塑料制件樣品，重點(diǎn)是在樣件上提取有用的模具設(shè)計(jì)信息，避免在設(shè)計(jì)上走彎路，這些信息包括分型面的位置、澆口的位置和形式、頂桿的大小與分布、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等等。

該塑件材料為塑料ABS，制件顏色為乳白色，按統(tǒng)一色板檢驗(yàn)，色澤為1008。制件成型后要求外觀挺括，無(wú)明顯縮印、裂紋、流痕、熔接痕、頂白、銀絲斑、冷夾、劃傷、擦毛等缺陷，澆口、頂桿痕及分型合模線等飛邊毛刺應(yīng)修邊完整干凈，不得損傷外觀。尺寸公差按GB/T14486-93標(biāo)準(zhǔn)MT2級(jí)執(zhí)行，內(nèi)外表面粗糙度為Ra3.2，壁厚為2.5mm，未注倒圓角為R0.5mm，訂貨要求采用一模一腔，模具壽命為50萬(wàn)模次。

2.3 消化塑料制件圖和工藝資料

設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真消化圖紙，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術(shù)要求。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結(jié)構(gòu)、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無(wú)涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進(jìn)行分析，看看估計(jì)成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來(lái)。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。消化工藝資料，分析工藝任務(wù)書(shū)所提出的成型方法、設(shè)備型號(hào)、材料規(guī)格、模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型等要求是否恰當(dāng)，能否落實(shí)。成型材料應(yīng)當(dāng)滿足塑料制件的強(qiáng)度要求，具有好的流動(dòng)性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據(jù)塑料制件的用途，成型材料應(yīng)滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。

1.勞動(dòng)力資源短缺?！捌匠删皻狻?使得日本經(jīng)濟(jì)對(duì)勞動(dòng)力的供需矛盾進(jìn)一步凸顯，日本在1988年的有效求人倍率開(kāi)始大于1，并不斷增加。1989年，日本制造業(yè)勞動(dòng)力的供需矛盾在質(zhì)與量上均呈現(xiàn)供給不足，技術(shù)人才短缺成為主要矛盾。根據(jù)《日本工業(yè)新聞》的一項(xiàng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)：日本電氣電子行業(yè)、信息通信行業(yè)、機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)人員嚴(yán)重短缺。被調(diào)查的企業(yè)中，超過(guò)50%的機(jī)械制造行業(yè)表示技術(shù)人員嚴(yán)重不足；汽車(chē)制造、船舶制造和建筑行業(yè)表示技術(shù)人員缺乏的比例為54%；69%的基礎(chǔ)材料企業(yè)表示五年后將出現(xiàn)嚴(yán)重的技術(shù)人才短缺。

2.4 零件三維建模

積水盤(pán)材料為ABS塑料,注塑加工成型。其形狀大體為細(xì)長(zhǎng)形,由兩端復(fù)雜曲面加強(qiáng)筋、勾卡等特征組成,采用Protrusion（伸出項(xiàng)）、Cut（切減項(xiàng)）、Rib（加強(qiáng)筋）、Round（倒圓角）、Offset（偏移）、Curve（曲線）、Surface（曲面）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延長(zhǎng)）、Transformed Surface（鏡像）、Draft（拔模）等實(shí)體特征和曲面特征完成積水盤(pán)的三維數(shù)據(jù)建模。其簡(jiǎn)要建模步驟如下:

(1)建立基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)坐標(biāo)系；

(2)建立積水盤(pán)外形特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Curve、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface、Draft等命令）；

(3)建立柱子、溝槽等部分細(xì)節(jié)特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Draft等命令）；

(4)建立勾卡特征（使用Protrusion、Cut、Round、COPIED_GROUP、Curve等命令）；

(5)建立積水盤(pán)的加強(qiáng)筋特征（Rib、Round）；

(6)加未注脫模斜度1°特征（Draft）；

(7)倒未注圓角R0.5mm（Round）；

(8)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行渲染。最后完成的積水盤(pán)三維數(shù)據(jù)模型如圖1所示（正面與反面效果圖）。

圖1 積水盤(pán)三維模型

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 建立分模文件、裝配參考零件（Ref Model）、創(chuàng)建工件（Workpiece）

Create a new object→在Component Creat對(duì)話框中，Type欄選Manufacturing, sub-type欄選Mold Cavity，輸入文件名kfr35gt-jsp-mold，點(diǎn)OK按鈕確定。Mold Model→Assemble→Ref Model→open kfr35gt-jsp.prt→在Component Placement對(duì)話框中點(diǎn)缺省按鈕（Assemble component at default location）→再點(diǎn)OK按鈕即可。Mold Model→Create→Workpiece→Manual→輸入工件名稱(chēng)kfr35gt-jsp-wrk→Create features→OK→protrusion，根據(jù)積水盤(pán)的最大外形尺寸先創(chuàng)建出一個(gè)稍大于積水盤(pán)的工件即可，因?yàn)樵谶M(jìn)行后續(xù)斜導(dǎo)柱滑塊設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)滑塊的大小來(lái)最終決定動(dòng)、定模芯的大小。

3.2 拔模斜度及厚度檢測(cè)

為了避免在隨后的設(shè)計(jì)中產(chǎn)生不必要的失誤和少走彎路，在建立分型面前必須對(duì)參考零件（Ref Parts）進(jìn)行拔模斜度和厚度檢測(cè)，看是否有倒勾（Untercut）、拔模斜度不合理或零件厚度嚴(yán)重不均等現(xiàn)象，若存在就要修改零件模型，有時(shí)候甚至要修改零件模型的部分結(jié)構(gòu)，直到消除所有該類(lèi)現(xiàn)象為止。但是必須注意在進(jìn)行分模設(shè)計(jì)前最好先將造型好的零件模型請(qǐng)客戶(hù)過(guò)來(lái)確認(rèn)，看修改的地方會(huì)不會(huì)影響外觀、裝配性能等，因?yàn)槿裟阋婚_(kāi)始就不注意這些問(wèn)題，當(dāng)你送樣件給客戶(hù)確認(rèn)時(shí)，客戶(hù)可能提出很多修改要求（包括在零件模型分析后進(jìn)行修改的地方以及客戶(hù)沒(méi)有考慮到的地方），這樣就會(huì)增加很多后續(xù)改模工作，既浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，也增加了模具的制造成本，

3.3 設(shè)置收縮率（0.5%）

Shrinkage→By Dimension→Set/Reset→All Dims→Enter shrink ratio 'S' (Formula: 1 + S )for all dimensions： 0.005→Done Scale。

3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到型腔內(nèi),并在填充的過(guò)程中將注射壓力傳遞到塑件各部位,從而得到所需的塑件。澆注系統(tǒng)一般由澆口、流道、進(jìn)料口、冷料井四部分組成。本模具設(shè)計(jì)采用4個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)料，澆口隨二次分型時(shí)自動(dòng)脫落,這樣既節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間,又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。該澆注系統(tǒng)是在Pro/ENGINEER塑料顧問(wèn)選件中建立的，通過(guò)在流動(dòng)分析過(guò)程中不斷調(diào)整澆口位置、數(shù)量及大小來(lái)優(yōu)化流道系統(tǒng)，最終得到如圖2所示的最佳澆注系統(tǒng)，在這里就不再贅述。

圖2 積水盤(pán)澆注系統(tǒng)

3.5 建立分型面（Parting Surface）

由于積水盤(pán)形狀復(fù)雜，其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜，因此主分型面設(shè)計(jì)的好壞直接影響到相關(guān)成型零件設(shè)計(jì)與加工的難易程度，甚至?xí)绊懙秸赌＞叩氖褂脡勖榇?，在綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理和加工方便等要素的前提下最后設(shè)計(jì)出如圖3所示的主分型面。其簡(jiǎn)要操作步驟為：Parting Surface→Creat→輸入分型面名稱(chēng)（如Parting_Surface01）→Add→根據(jù)零件幾何形狀通過(guò)采用COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface等命令來(lái)完成主分型面的創(chuàng)建。

圖3 積水盤(pán)主分型面

3.6 分模

Mold Volum→Split→選取分型面（Parting Surface）→分割出動(dòng)、定模芯。接著使用Mold Volum→Create，輸入要建立的鑲件的名稱(chēng)，如dongm-huak01、dingmhuak01與xietui1234等，建立如圖4所示的5個(gè)滑塊和4個(gè)斜推。然后抽取出動(dòng)、定模芯（Mold Comp→Extract）→生成澆注件（Molding）→根據(jù)生成的各滑塊和斜推對(duì)動(dòng)、定模芯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)→開(kāi)模（Mold Opening），如圖5所示。最后再次進(jìn)行拔摸檢測(cè)，看是否存在倒勾現(xiàn)象，若有就必須進(jìn)行相應(yīng)修改，直到消除所有倒勾為止。在創(chuàng)建圖5中定模側(cè)的兩滑塊組件時(shí)，必須特別注意每組滑塊之間的運(yùn)動(dòng)方向和形式，由于采用滑塊套滑塊的方式，其動(dòng)作的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，既要保證開(kāi)模時(shí)斜導(dǎo)柱滑塊能順利抽芯，同時(shí)又得保證在關(guān)模時(shí)每個(gè)滑塊組件能順利回復(fù)到位。在進(jìn)行每組滑塊設(shè)計(jì)時(shí)必須清楚它們各自的運(yùn)動(dòng)角度以及斜導(dǎo)柱的運(yùn)動(dòng)角度，為了保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)決定在脫澆板與定模板之間加四個(gè)復(fù)位彈簧，經(jīng)實(shí)踐證明這一舉措是很成功的，若沒(méi)有復(fù)位彈簧就經(jīng)常會(huì)造成斜導(dǎo)柱咬死、拉毛以及斷裂等現(xiàn)象。另外動(dòng)模側(cè)三個(gè)滑塊按照常規(guī)方法去進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可，但必須注意中間的大滑塊為了產(chǎn)品能順利出模，不是在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而是在與水平面成一小角度的斜面上運(yùn)動(dòng)，故在設(shè)計(jì)斜導(dǎo)柱時(shí)必須特別注意這一點(diǎn)。

3.7 模架裝配與零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配本企業(yè)使用Pro/ASSEMBLY裝配模塊創(chuàng)建的三維注塑模架，該模架為三板式細(xì)水口系列模架，模架最大外形尺寸為1250×750×700（單位：mm），擬選用海天HTF760X型注塑機(jī)。同樣在Pro/ASSEMBLY裝配模塊中創(chuàng)建各相關(guān)零部件的三維模型，并不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證各零部件不僅加工簡(jiǎn)單方便，而且模具動(dòng)作也靈活自如。在繪制完所有相關(guān)零部件后，使用菜單欄中的Analysis進(jìn)行全局干涉檢查（Mold Analysis→Global interference→Compute），對(duì)有干涉的地方及時(shí)進(jìn)行修改與優(yōu)化，直到?jīng)]有任何干涉為止。

圖4 滑塊與斜推

圖5 積水盤(pán)分模

3.8 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑料充滿型腔后，應(yīng)通過(guò)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)遵循一定的原則，總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其它零部件、孔系發(fā)生連通現(xiàn)象，以免漏水。本例中動(dòng)、定模水道均采用縱向排布，直徑均為φ10mm，采用Pro/ASSEMBLY裝配模塊中的Cut命令來(lái)完成水道孔的設(shè)計(jì)，其具體布置形式見(jiàn)圖6。冷卻系統(tǒng)設(shè)有翻水孔，以增加冷卻效果，同時(shí)采用O型密封圈密封，以免出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，而且快速管接頭不要露在模具外面，以免吊裝和放置模具時(shí)將其壓壞。

最后使用Mold Analysis中的Assembly Mass Properties進(jìn)行重量計(jì)算，結(jié)果為3.9t。最終生成的三維模具裝配圖如圖6所示。

圖6 積水盤(pán)模具三維圖

4 結(jié)束語(yǔ)

由于塑料制件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，帶來(lái)模具的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，這就要求我們模具設(shè)計(jì)人員不斷地想出更多合理可靠的模具結(jié)構(gòu)來(lái)成型不同要求的制件。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，我們應(yīng)充分利用我們所掌握的有關(guān)數(shù)學(xué)、力學(xué)以及材料學(xué)等相關(guān)方面的知識(shí)，通過(guò)運(yùn)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAE/CAM集成技術(shù)軟件來(lái)進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作，這樣我們就會(huì)不斷提高自身的業(yè)務(wù)技能和專(zhuān)業(yè)水平，從而增加新產(chǎn)品的潛在價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]林清安. Pro/ENGINEER 2000i2零件設(shè)計(jì)高級(jí)篇.北京：北京大學(xué)出版社，2001.

[2]林清安. Pro/ENGINEER 2000i2模具設(shè)計(jì).北京：北京大學(xué)出版社，2001.

[3]塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.