Pro_E在注塑模具设计中的应用及研究.pdf

第8卷第4期2008年8月湖南工业职业技术学院学报JOURNALOFHUNANINDUSTRYPOLYTECHNICVol18No14Aug12008Pro/E在注塑模具设计中的应用及研究欧阳中和张秀玲(湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410127)摘要Pro/E软件采用单一数据库和参数化造型技术,具备概念设计、基础设计和详细设计的功能,为模具的集成制造提供了良好的平台。这里在阐述Pro/E软件的技术特点基础上,总结归纳了基于Pro/E的注塑模具设计流程,最后,以一个管接头模具为例,对设计流程进行了简单阐述。关键词Pro/E；注塑模具；管接头中图分类号TG71/78文章标识码A文章编号1671-5004(2008)04-0003-04TheApplyandDiscussofPro/EonInjectionMouldOUYang-zhonghe,ZHANGXiu-lin(HunanBiologicalandElectromechanicalPolytechnic,Changsha410127,Hunan)AbstractPro/Esoftwareusingasingledatabaseandparametricmodelingtechniques,withconceptualdesign,basicdesignanddetaileddesignfeaturesfortheintegratedmanufacturingmoldsprovidedanexcellentplatform1Inthispaper,onPro/Esoftwareonthebasisofthetechnicalfeatures,summarizedbasedonthePro/Einjectionmolddesignprocess,finally,toajointdieasanexampleofthedesignprocesswassimpleon.KeywordsPro/E；injectionmould；adaptor收稿日期2008-06-05作者简介欧阳中和(1959),男,湖南长沙人,湖南生物机电职业技术学院副教授,研究方向:模具设计与制造。在现代社会,塑料制品的使用越来越广泛,在很多方面,它已成为金属制品的替代物。塑料模具作为成型方式中的一种,是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。由于模具成型方式具有生产效率高,产品质量稳定,可节约材料及生产成本低等特点,发展模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。对于注塑模具设计,传统的设计方法主要依靠模具设计师的直觉和经验,模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产,模具的设计周期长,成本高。而Pro/E软件具有3D实体造型、单一资料库以及以特征作为设计单位等特点,通过提供参数化设计,可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等,而且不论在3D或2D图形上做尺寸修改,其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。由于Pro/E在设计中导入制造的概念,可随时对特征做合理、不违反集合的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。Pro/E所提供的上述功能满足了现代产业中并行工程的需要。一、Pro/E软件技术特点Pro/E是美国参数技术公司出品的CAD/CAM软件。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。在机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等行业都得到广泛应用。特别是在模具设计过程中,Pro/E可以实现产品造型、模具设计、注射模拟到模具制造整个过程。由此将问题发现于正式生产前,大大缩短制模时间,提高模具加工精度。Pro/E系统主要技术特点如下:11全面的并行性Pro/E软件开发环境在支持并行工程方面是独一无二的。通过一系列完全相关的模块它们能够表达产品的外形、装配及其功能Pro/E能够把多个部门同时致力于同一产品模型中。这包括在工业设计和机械设计方面的多项功能,包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。21真正的全相关性过去的二维设计中设计人员把大量时间都花在了图形绘制和错误修改上,产品数据的更改常常是顾此失彼。Pro/E可由三维模型自动生成二维工程样图,这样就把设计人员从繁琐的、冗长的手工绘图中解放出来,以便将精力集中于产品设计的方案构思、结构优化等创造性的工作上。目前,虽然有很多CAD软件也能够做到这一点,但Pro/E所采用的是统一的数据库,所有的解决方案完全相互关联。在设计阶段的任何时候进行的数据更改,都会扩展到整个制造过程中,自动更新所有的工程文件,将设计中的错误减少到最小。31完全的硬件独立性Pro/E可以在所有主要的UNIX,WindowsNT以及Win2dowsXP平台上运行,并且在每一个平台上保持同样的外观,使用起来的感觉也一样；用户根据需要选择最经济的硬件配置,也可以选择异型结构的多品种平台。由于Pro/E独特的数据结构模式,产品信息可以毫无困难的在不同平台间流动。PRO/E用户界面简洁,概念清晰,符合工程技术人员的设计思3想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型。Pro/E建立在工作站上,系统独立于硬件,便于移植。41新颖的参数化特征造型Pro/E问世之前,CAD软件所流行的是采用自由化设计的实体造型技术。产品模型一旦建立,修改起来很不方便。Pro/E首先成功地实现了参数化设计,设计人员通过尺寸驱动就可以得到满意的结果。特征造型使产品模型不但具有几何拓扑信息,同时还具有与材料、精度、装配、加工等相关的工程语义信息。图1基于Pro/E的注塑模具设计的基本流程二、基于Pro/E的注塑模具设计流程Pro/E设计模具功能十分强大。在其功能模块中有用于注塑模具设计的Pro/MOLDESIGN、用于铸造模具设计的Pro/CASTING。当然,也可以在Pro/ASSEMBLY中进行模具设计。Pro/MOLDESIGN是Pro/E系统中的一个专用模块,提供了方便实用的三维环境下塑料模具设计与分析工具。利用这些工具,我们可以由塑料制件数字化模型建立模具装配棋型,设计分型面、浇注系统及冷却系统,生成模具成型零件的三维实体模型,从而方便而准确地完成塑料模具核心部分的设计工作。再利用Pro/E系统的布局及装配模块,我们还可以进行模具的顶出系统和三维总装配设计,并最终利用工程图模块生成二维工程图。Pro/MOLDESIGN模块还提供了一些模具设计过程中非常实用的分析检测功能,其中包括拔模检测、厚度检测、分型面检测、投影面积计算、充模仿真、开模仿真、于涉检测等。在模具设计过程中适当地应用这些分析检测功能,可使模具设计更为合理、准确,且能避免设计中不必要的重复劳动。利用Pro/E的外挂软件塑料顾问,在模具设计初期分析浇口的位置,然后根据它提供的浇口参考位置来做具体的浇口,并分析熔接痕、气泡,以及产品充型是否能充满。基于Pro/E的注塑模具设计的基本流程可简要的用图1来表示。三、管接头注塑模具设计Pro/E有许多应用模块,在注塑模具设计中应用Pro/E制造模具模块和模架设计专家系统可以非常方便快捷的设计出模具的全部内容。不仅效率高,而且直观性好,准确性高。本节以管接头注塑模具设计为例介绍了由制件到注塑模具的设计成型过程。11制件的3D模型设计管接头采用Pro/E零件模块的成形实体功能,通过创建拉伸、镜像、抽壳、复制、倒圆角和剪切等特征命令建立实体。管接头的零件模型如图2所示。图2管接头的零件模型制品的材料为ABS,这种通用塑料易于成型和机械加工,具有优良的物理机械性能和低温抗冲击性,良好的电性能、耐磨性、尺寸稳定性、耐化学性和染色性,优良的流动性和综合性能,成型工艺性好。制件厚度均匀,精度等级为一般精度。制件结构对称,内侧有凹陷,需要设置内抽芯机构；外侧有凸起,需要设置斜导柱分型与抽芯机构。21制品的注射成型工艺性分析在模具结构中,采用侧浇口,两点进浇,采取一模一腔的布局,由于采用两点进浇,故减少了熔料在模腔内流动的距离,便于注射成型。顶出方式采用推板脱模,制件的固定柱采用顶管脱模方式。门锁孔采用斜导柱分型抽芯机构完成侧抽,内腔采用斜顶杆完成内侧抽。冷却方式采取水冷形式,冷却水孔布置采用直通式布置,各通道在模具外用软管连接,具体的结构见模具设计部分。31模具设计利用Pro/E软件制造模块(CAM)中的模具型腔子模块进行分模设计,设计步骤如下:(1)打开Pro/E,新建制造模具型腔取文件名4第4期湖南工业职业技术学院学报2008年(pipe1mfg)进入分模界面；(2)将工件作为参考零件装配到界面上,由于是第一次装配,所以可用缺省装配；(3)通过控制层的图标把参考模型的基准面遮蔽,从而使图面简化；(4)模具浇注系统方案的确定利用Pro/E的塑料顾问模块,在模具设计初期分析一下浇口的大体位置,然后根据它提供的浇口位置来做具体的浇口,然后分析熔接痕,气泡,以及产品充型是否能充满。通过塑性顾问分析可以知道,浇口的最佳位置在塑件的中部区域,考虑到制件的外观美观及模具结构的设计需要,将浇口设置在制件顶部的内侧,然后用塑性顾问进行充模状况的分析,可对填充质量、填充时间和压力降做出可视化分析,如图3图5所示。图3填充质量示意图图4填充时间示意图图5压力降示意图(5)建立工件型芯体积块和型腔体积块。可以通过手工草绘,也可通过自动设定参数直接生成。如图6、图7所示；(6)设置收缩率。取ABS塑料的收缩率为0101,采用补偿公式1+S进行设置；(7)设计分型面。在分模过程中,分型面的设计是最为关键。本例的分型面的建构步骤如下:新建分型面增加复制制件所有外表面完成；与零件底面重合处拉伸一个平整曲面；将复制曲面与拉伸曲面合并,并选对保留侧。分型面设计如图8图10所示；图6型芯体积块图图7型腔体积块图8出水口处的分型面图9完成后的主分型面图10斜顶杆分型面(8)生成模具成型零件。通过创建球形拉料杆体积块、销体积块、内侧抽体积块,最终生成模具体积块。然后用斜顶杆52008年湖南工业职业技术学院学报第4期分型面分别去分割第5步生成的型芯体积块,生成斜顶杆和修正后的型芯体积块如图11图13所示。在生成模具成型零件之后,可通过模塑仿真功能实现浇注系统和型腔的充填,最后生成单一实体特征的模塑零件,可以检查模塑件的形状是否符合设计要求,另外也可以检测分型面是否正确1图11修正后的型芯体积块图12斜顶杆体积块图13滑块体积块(9)开模仿真。步骤为模具进料孔定义间距定义移动。在模型树中选择滑块slide11prt完成选取选取滑块的一条水平方向的棱为参考方向,指向外侧的方向为正向,输入50作为移动距离完成。用同样的方法完成第二步开模仿真,如图14和图15所示。图14第一步的开模仿真图15完成后的开模仿真(10)模具的总装配设计调用模架专家系统EMX411,选好模架类型和各模板尺寸,把型腔和型心装进模架,设计完成浇注冷却系统、顶出系统和抽芯滑块装置,并装配好螺钉、导柱和导套等标准件,如图16所示。图16完成后的模具总装配模型四、结论Pro/E软件是一个完整集成了从设计构思到制成零件功能的CAD解决方案,它使设计模具、分析模具和制造模具这一过程只需要用一个软件包就能实现。利用该解决方案体现出来的灵活性,借助管接头注塑模具的设计过程,显示了Pro/E在塑料注射模具设计中的便捷、高效,为企业节约了模具开发时间、成本,提高了企业的竞争力,为其带来了巨大的经济效益。参考文献1葛正浩1Pro/ENGINEERWildfire塑料模具设计入门与实践M1北京:化学工业出版社,200412刘品德,余世浩,叶建红1基于Pro/E软件的注塑模具设计技术J1机械制造,2005(8):46-4813申开智1塑料成型模具M1北京:中国轻工业出版社,200214林清安1Pro/Engineer模具设计M1北京:北京大学出版社,200116第4期湖南工业职业技术学院学报2008年