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、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,成型相對困難,這對塑料模具的設(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。
開始新的模具模型時,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
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模具體積塊。同時,系統(tǒng)自動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。
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。
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。
通過以上的幾個步驟,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)生一個注塑件,該注塑件也是一個零件模型,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)于對模具的頂出、側(cè)抽芯等動作進(jìn)行模擬,以確認(rèn)各種動作的合理性。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
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,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%,否則會出現(xiàn)塑件成形不完整或產(chǎn)品組織疏松的缺陷;同時,對熱敏性塑料來講,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)停留時間過長,會導(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分析方法,這些檢測分析是開模前的一個工作,主要包括拔模、厚度、分模面等的檢測與分析。由于檢測操作過程不復(fù)雜,并且檢測的結(jié)果僅在信息欄中給出,所以不做詳細(xì)說明。
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]。
側(cè)分型機(jī)構(gòu)是保證側(cè)壁帶有孔、凹穴、凸臺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
導(dǎo)向零件是保證動模與定模合模時正確定位和導(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。
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)。
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推件板,同時完成側(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。
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。
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
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.