基于Pro/E的照相機外殼注射模具設計

張賜成

(五邑大學機電學院,廣東江門529000)

0 引言

傳統的模具設計主要靠經驗。經過反復的試模-修模-試模的試錯方式來進行新模的開發,效率很低,即使有經驗的工程師設計一副新模具也要花費數周甚至幾個月的時間,并且精度難以保證。而采用與傳統模具設計不同的思路,運用 Pro/E+ EMX聯合設計,可以大大縮短模具設計周期,提高產品設計的準確性,降低產品開發和模具成本。本文以照相機外殼為例,介紹了該軟件在注射模開發中的應用。

1 模具設計的流程[1]

利用PRO/E軟件進行模具設計是一個比較復雜的過程。其設計流程:

(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)創建模具模型,包括根據原始塑件,定義參照模型和模具坯料兩部分工作。

(3)設定收縮率。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設計中,允許對3個方向定義不同的收縮率,也可以根據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雜,則分型面的形狀也越復雜。

(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)設計澆注系統。

(8)模擬開模,并在開模中進行干涉檢測。

(9)使用“塑料顧問”功能模塊執行模流分析。

(10)裝配模座,并進行細部的模座設計。

(11)生成過程圖。

2 照相機外殼注射模設計過程

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]。

該塑件的結構形狀較復雜,側向枝節較多,側面沒有孔,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,內部不能有導電雜質。由于需對外表面進行電鍍,所以外表面應比較光滑,內表面無特別要求。

2.2 澆注系統的設計

注射模的澆注系統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。澆注系統在模具中占有非常重要的地位。其設計合理與否對塑件的成型起到決定性的作用。應用Feature→Cavity Assem→Solid→Cut功能建立模具澆注系統,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化[2]。由于塑件外表面形狀較復雜,孔槽較多,壁厚較薄,所以根據實際需要選擇一般側澆口單點進料,產生的澆注系統如圖2所示。

圖1 塑件Fig.1 Plastics parts

圖2 澆注件Fig.2 Molding parts

2.3 分型面設計

定模和動模相接觸的面稱為分型面。模具設計中分型面的選擇很關鍵,它決定了模具的結構,應根據分型面選擇原則和塑件的成型要求來確定分型面。本次設計塑件為照相機外殼,內外表面都比較復雜,分型面比較多,分步建立如圖3所示分型面組,既可降低模具的復雜程度,減少模具加工難度,又便于成型后出件。分型面設在塑件外表面中間最大尺寸處。其優點在于便于脫模,有利于側向抽芯,開模時塑件留在動模上。零件中有個大空和倒扣結構,分別建立分型面,以利于創建鑲件。由于塑件為薄壁件,模具為側澆口形式,所以采用單分型面。利用PRO/E軟件進行模具設計的過程中,分型面的選擇和設計是將毛坯分割形成模具零件的關鍵步驟。首先,對塑件模型的不同部位尺寸設定收縮率,構建設計毛坯,產生型腔、型芯特征尺寸,然后通過裝配,使設計模型與型腔和型芯毛坯重疊。由于塑件采用1模4腔的結構形式,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計

直接與塑料接觸構成塑件形狀的零件稱為成型零件。其中,構成塑件外形的成型零件稱為型腔,構成塑件內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軟件進行模具設計的過程中,分型面創建完成后,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計[3],即:把已經做好的分型面用Mold Volume→Split將毛坯分成4個Volume,選擇Mold Comp→Extract將Volume轉化為實體型腔和型芯部分,如圖4所示。

2.5 抽芯機構和脫模機構設計

在完成動、定模成型零件設計后,利用 Pro/E的外掛模塊EMX(模具設計專家)可以直接導入標準模架完成結構件的設計,并且可以利用EMX中的滑塊裝配工具完成抽芯機構的設計。Pro/E EMX能大大縮短模具設計人員在創建、定制和細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,設置頂桿位置后自動加載頂桿完成脫模機構設計。

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,在移動過程中斜導柱迫使滑塊外移,同時帶動側型芯完成抽芯,最后由頂桿頂出塑件,實現脫模,合模時復位桿使頂桿復位[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 結束語

運用Pro/E+EMX進行聯合設計,可以減少試模時間,提高生產效率,既彌補了經驗不足的缺陷,又使設計工作變得簡單快捷,提高了設計效率,縮短了模具開發時間,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.塑料與橡膠模具設計[M].北京:電子工業出版社,2007.

[3] 齊曉杰.塑料成型工藝與模具設計[M].北京:機械工業出版社,2006.

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