基于Proe的简单飞机模型塑胶模具设计

1、基于PRO/E的简单玩具飞机模型的塑胶模具设计黄锦峰指导老师：袁成宇老师（华南热带农业大学机电工程学院02农机 海南 儋州 571737）摘 要 本文在探讨Pro/Engineer在注塑模具设计中应用的基础上,分析了简单飞机模型设计的工艺特点，并介绍了相应塑胶模具结构设计方法及模具的工作过程，通过实例详细阐述了在Pro/Engineer软件平台上进行注射模具设计的具体方法和步骤。关键词 注射模具设计 飞机模型 Pro/E软件 Plastic mould design for a simple airplane model based on Pro/EHuangJinFengInstructs

2、teacher ：YuanChengYu(Grade2002, Agricultural Machinery, Engineering College, South China University of Tropical Agriculture, DanZhou HaiNan,571737) AbstractBased on discussing the application of Pro/Engineer in the mold design, this article has analyzed the technologic characterize of the simple air

3、plane model design and introduced the method of the corresponding plastic mold structural design and the process of the mold work. It explained the concrete method and step of the injecting mold which carried on the Pro/Engineer software platform in detail through the example. Key words inject ion m

4、ould design airplane model Pro / E 1前言1.1塑料工业的发展 在塑料加工行业中约有95%的产品靠模具生产,产品的更新及新产品的开发都是以模具的更新 和工艺的改进为前提.注塑制件约占所有塑料制件总产量的 30 % ,注射模具的产量占世界塑料成型模 具总产量的一半以上.这主要是因为相对于其它塑料成型工艺方法注射成型工艺能完成复杂精密塑料制作的成型,而且成型效率高随着塑料产品的外观越来越复杂,功能性越来越多样化,传统的二维设计方法很难设计和表达出合理的模具结构,因此需要大力开发和应用模具设计、分析和制造方面的软件.目前在国内应用的主要软件有1: 美国PTC公司CA

5、D/CAM/CAE集成化系统Pro/engineer2: 美国EDS公司的CAD/CAM软件UG 3：美国SOLIDWORKS公司的Solidworks软件4: 以色列CIMATRON公司的三维CAD/CAM软件Cimatron5: 北京航空航天大学软件工程研究所的 CAD/CAM软件CAXA等. 上述各种软件各具特色 ,但在国内使用相对比较普及的还数 Pro/ engineer 软件。PRO/E可谓是一个全方位的3产品开发软件,集成了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析,产品数据库管理等功能于一体。其首创的参数式设计

6、给传统的模具设计带来了许多新观念,强调实体模型架构优于传统的面模型架构和线模型架构。PRO/E还具有良好的数据接口,它可以将图纸输出为多种格式,可以方便地和AUTOCAD,SOLIDWORK等进行数据交换 。1.2 Pro/E模具设计的应用如今在模具制造行业，普遍采用Pro/E设计制造及分模。Pro/E凭借其强大的特征造型功能赢得了用户的青睐，Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块，主要用于塑料模具和压铸模具的设计。工业产品在完成造型设计后，依据产品三维模型设计,加工出模具是产品批量生产的关键。Pro/Moldesign为塑胶模具的型腔设计提供了简单可靠的功能模块。Pro/E模具设计

7、应用的新技术，它与传统设计方法一样，都是基于注塑工艺及注塑模型，注塑工艺包括开模方向，拔模斜度，分模线，分模面，收缩率，以及浇注系统，生产工艺流程等，利用Pro/E软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模仿生产操作，软件分析功能进行流道分析，温度分析和脱模干涉检查，减少了工艺设计工程的失误。利用Pro/E软件平台进行注塑模具设计步骤如下：1.建立模具模型：包括参考模型的导入，毛胚模型的创建，成型收缩率的设定。2.浇注系统设计。3.利用Parting Surf定义分模面 。4.运用Mold Volume 命令拆模，产生体积块。5.抽取模具元件。6.试模，开模，检测。7.将各模具元件导入CAM软件编制加

8、工程序。运用Pro/E 中的模具设计模块，可以很简捷地将已经造好的模型的制件的模具元件提取。利用定义好的主分型面，可先将凹凸模拆分出来，再依据产品结构设计抽芯，滑块，斜导柱，顶针孔等组件。型腔与各元件设计完成，生产具体三维视图后，转入模具CAM阶段。居于Pro/E的模具设计模式，能缩短模具研发的时间，加快模具加工进程，提高模具加工进程，提高模具精度要求。对企业快速响应客户要求，增强市场竞争力都有非常重要的意义。2 三维建模    飞机模型材料为PS( 聚苯乙烯 )塑料,注塑加工成型。飞机模型形状基本为机体,机翼，机尾及一些小特征组成,三维模型采用了扫描混合、旋转、

9、拉伸、切割、倒圆角、混合边界、投影、镜像、拔模、实体化等功能完成了飞机模型的以PRO/E为软件平台建立飞机模型的三维数据模型,以此为基础进行注塑模设计,具体步骤如下：(1)建立基准面和基准坐标系；(2)建立混合边界特征；(3)建立拉伸曲面特征；(4)建立曲面总体特征；(5)利用曲面生成薄壁实体特征；(6)建立飞机模型的机尾特征,包括机尾的拉伸特征、切割特征、拔模斜角特征；(7)建立飞机模型顶部操作室特征；先在TOP基准面草绘曲线然后投影到机体，后用混合扫描建立曲面，实体化完成操作；(8)倒圆角；对机体的磷边倒圆角加强模型的强度；(9)对飞机进行渲染。完成的飞机模型三维实体如图1所示。 图1 三

10、维效果图3 建立模具模型模具模型的建立采用以下步骤进行：(1)参考模型的导入、毛坯模型的创建、成型收缩率的设定。(2)浇注系统设计(3)利用分型面定义分模面。 (4)运用模具体积块命令拆模，产生体积块。 (5)抽取模具元件。(6)试模、开模、检测。 (7)将各模具元件导入CAM软件编制加工程序。3.1 模具模型的建立在建立手机模具模型过程时，首先应调入产品模型和模具坯料模型，也可直接在Mold模块下创建。执行【新建】命令，选择【制造模具型腔】，调入一模具型腔设计文件。图2是玩具飞机模型在PRO/E环境下的三维效果图，可直接调入该文件并定义其为参考模型，将其定位，然后设置注射材料成型收

11、缩率为0.5。图2 飞机模型图创建工件模型，工件可以从外部导入也可以在当前文件下建立，在此选择自动创建工件比草绘更简捷，最后建立的模具模型如图3所示。图3 模具模型3.2：分型面的建立在PRO/E中模具分型面的定义有多种方法，其中包括【平整】、【复制】、【混合】、【裙边】等。对于玩具飞机模型，由于表面不复杂采用【复制】【拓展】方法定义分型面相对比较简单。首先【复制】建立模型的主分型面。后用侧面影像剪切不必要的曲面，而后【拓展】功能将主分型面拓展到相应的曲面，图4是建立好的分型面。图4 分型面3.3： 拆模、抽取模具型腔利用刚才建立的分型面将参考工件拆分成型腔、和型芯体积块。依次单击【模具体积块

12、】【分割】 【两个体积块】【所有工件】【完成】。在PRO/E文本框中输入生成的体积块名称。体积块只是一个有体积无质量的虚拟体，不是实体PART模具组件，所以接下来要进行实体元件抽取工作。运用【模具元件】菜单项将模具体积精确地转换成实际的模具型腔，图5为拆模后的开模状态图，图6和图7分别为手机面板的型芯（公模）与型腔（母模）。图5图6图74飞机模型注塑模结构设计 4.1塑件分析 （1）塑料选材  该玩具飞机模型是给小朋友玩的一种玩具。左右对称、因为不是工业用品所有精度要求不是很高、其外形尺寸为279mm * 180mm * 64mm。此塑件选用ps（聚苯乙烯）塑料成型, 聚苯乙烯是工业

13、中应用最多的塑料之一，其综合性能良好、具有较好的成型性、韧度、化学稳定性和表面硬度，其耐热性是它的另外一个优点，一般PS塑料连续耐温温度范围为77104°C。其他与模具设计有关的参数为塑料弹性模量E=28003500/MPa 收缩率为0.20.8 泊松比 0.32。 （2）塑件的工艺分析本零件为简单玩具飞机模型,零件要求无缩瘪毛刺变形等缺陷,外表面为镜面。零件的注塑模浇口设在飞机模型的表面。塑件的工艺性应重点考虑如下几个问题:     脱模斜度 为了便于从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯进行设计时必须考虑塑件内外壁应具有足够的脱模斜度。设计中取脱模斜度为

14、1。      零件壁厚 合理的确定零件的壁厚是很重要的,零件的壁厚应尽量均匀,避免太薄,否则会因收缩不均匀而使塑件变形产生气泡。本零件除中间机体部分为似圆柱体外的壁厚为>4,符合热塑性塑料制品的最小壁厚。     其它在零件设计过程中应注意的工艺要求如:加强筋、支撑面、圆角等在模具设计过程中可以按照图纸进行设计。    图8 飞机模型三视图4.2注射模具结构设计     (1)确定成型腔数  考虑到零件尺寸比较大,在注射方向的投影面积也比较大,本零

15、件采用一模一腔的成型方法。     (2)选择分型面 分型面的位置直接影响模具的使用、制造及塑件质量,必须慎重选择。本模具选择如图9所示分型面。图9 选定的分型面    (3)收缩率  影响收缩率的因素主要有塑料的品种,塑件形状及壁厚。对于收缩范围较小的塑料品种,确定收缩值时一般取其平均值,可以不考虑塑件形状及壁厚；对于收缩率较大的塑料品种,确定收缩率时应根据塑件形状,尤其是壁厚来选择收缩值,塑件的各个部位的收缩值也各不同。本零件采用0.5的收缩率    (4)浇注系统 浇注

16、系统的作用是将熔融状态的塑料填充到型腔内,并在填充的过程中将注射压力传递到塑件各部位,而得到要求的塑件。浇口位置及浇口种类决定了溶胶在型腔中的流动方向与路径，如果浇口位置不当或浇口种类选用不合适，则可能使塑件变形或某些尺寸偏差。由于PS具有较好的流动性，因此，可采用截面积较小的浇口，本模具设计有以下两个特点:     本模具采用了点浇口，浇口位置在模型机体上，这样能使溶体流动均匀，填充充分，可以有效降低塑件变形几率。     浇口自动脱落,节约生产时间,提高生产效率。 (5) 模架结构设计Pro/ENGINEER的“模具设计专”(Ex

17、pert Moldbase Extension, EMX)，利用该模具库，家用电器、玩具和汽车零件制造商们将可在模具开发及制造方面有效地控制成本。该模具库不只是一个标准的3D模具库，其“智能式”的设计还可以让工程师轻松实现3D环境下的零件装配和更改，从而减少设计误差及公式化和费时的工序。另外，只需要若干次的鼠标点击，用户便可从模具库内抽出所需部份，然后安装出一个完整的模具。由于模具库内的所有零部件均为3D格式，并能够对它们进行快速及实时预览，因此，工程师能够及早发现设计误差。这一特征可以大幅减少最后时刻的设计变更，最终节约了资金和资源。 Pro/ENGI

18、NEER EMX提供了“智能式”模架和模具组件。它有助于消除各种因单调及重复性工作所造成的失误，如设计螺钉和脱模顶杆的排屑孔。其快速预览式图像用户接口(GUI)更允许在自动安放3D零件或组合之前进行快速及实时预览。 一直以来，Pro/ENGINEER以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型、便于移植设计思想的特点、友好的软件用户界面以及,符合工程技术人员的机械设计思想，成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件。最新的Pro/ENGINEER野火版拥有强大的互联互通功能，并且建立在统一的完备的数据库以及完整而多样的模型上。由于它有数十多个模块供用户选择，故能将整个设计和生产过程集成在

19、一起。目前，Pro/ENGINEER已经在中国模具行业得到了非常广泛的应用模架扩展专家EMX提供一系列功能快速设计模架以及一些辅助装置，将整个模具设计周期减少到最低。在 Pro/ENGINEER 的环境中，对于注塑模具设计，几乎所有可以利用的解决方案都是以族表或者用输入几何体的办法来解决。 模架扩展专家EMX 则是以使用不受约束的参数元件为基础。它完成的模具设计非常灵活，能很快的改变设计意图或修改尺寸。它可以将以前的繁琐工作变得快捷简单，尤其是螺钉、顶杆、水路、导向元件等更能提现出其方便快捷的优点。根据本模具的实际要求我们选择了Futaba-2p标准的sa-type组件生成了我们需要的模架结构

20、。通过计算与分析，借助EMX数据库最终得到的模具装配图如图10所示图10模架零配件的尺寸：模架标准尺寸（mm）主要尺寸W550L650定模座板A50定模板B100动模板C100支承板D63动模座板F50垫块W180E150推板W2330G40推杆固定板W3330H20复位杆直径20导柱导套导向段直径40固定段直径50推板导柱导向段直径32定模套板螺钉公称尺寸10×M12动模套板螺钉公称尺寸10×M12推板螺钉公称尺寸M12模座螺钉公称尺寸10×M20 (6) 选用注塑模用钢种注塑模成型零件的毛胚，凹模和主型芯以板材和模块供应，常用50或55调质钢，硬度为250-2

21、80HB,易于切削加工，旧模复修时的焊接性能较好，但抛光性和耐磨性较差，型芯和镶件常以棒材供应，常用淬火变形小，淬透性好的高碳合金钢，经热处理后在磨床上直接研磨至镜面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等钢种，淬火后回火HRC55,有良好耐磨性，本模架钢材料选用如下：导柱、导套：（表面耐磨、有韧性、抗曲、不易折断）20Mn2B成型零部件：（强度高、耐磨性好、热处理变形小，耐腐朽）50或45主流道导套：（耐磨性好、耐腐朽）50，55顶杆、拉料杆等：（强度和耐磨性）45、50或55模板、推板、固定板、模座：（一定的强度和刚度）40Cr、50、40MnB装配图装配图明细表 (7) 模具工作过程如上图10，开模时，由于塑件的收缩率紧包动模型心8，与其同时塑件随动模移动留在动模型心上，到打开模行程后，注塑机液压顶杆顶出，推动椎板21前移，顶着固定板前移，进而推动顶针19推出塑件，闭合时，定模7压迫复位杆16使脱模机构复位，完成一个成型周期。   5 结果与讨论在Pro/E环境