基于Pro/E5.0-EMX6.0軟件的塑料模具設計

陳海英

(陜西航空職業技術學院 材料與建筑工程學院，陜西 漢中 723102)

計算機技術的快速發展，帶動了模具設計軟件的飛速進步。模具CAD/CAE/CAM 正向三維化、集成化、智能化和網絡化方向發展，模具的檢測、加工設備向精密、高效和多功能發展[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，采取參數化技術、全數據相關、單一數據庫、支持并行操作的實體參數化設計軟件[2]。利用它可以進行零件設計、裝配、數控加工、模具設計以及各種分析等。EMX 是Pro/E 中一套功能強大的三維模架設計插件，用于設計和細化注塑模模架。結合Pro/Moldesign 模塊，注塑模成型零件設計完成后，可以建立與之相配套的標準模架及設備、導向件、定位環、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構復雜，壁厚較薄，表面質量要求高，成型相對困難，這對塑料模具的設計提出了更高的要求。本文以實例來說明Pro/E5.0-EMX6.0 的設計過程。

1 Pro/E 模具設計步驟

1.1 建立模具模型

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。然后，通過裝配的方式調入已經畫好的零件，如圖1 所示。最后加入“工件”完成模具模型的創建。模型收縮率的設置也最好在這一階段完成[3]。

圖1 塑件

1.2 設計分模面

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計的重點，也是設計中的難點。在Pro/E 中，建立分模面有兩種方式：一是通過主菜單下“編輯”中的相關命令來建立；二是通過右工具箱中的“分型面”工具來建立。

1.3 設計澆注系統

注塑模的澆注系統由主流道、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”、“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。

1.4 拆模

拆模分兩步進行，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，不是實體，必須生成模具實體元件，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。

1.5 鑄模和開模

通過以上的幾個步驟，所有的模具組件都已經產生，使用菜單管理器中的“鑄模”項，可以利用這些組件產生一個注塑件，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入開模菜單。開模的過程相當于對模具的頂出、側抽芯等動作進行模擬，以確認各種動作的合理性。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 開模狀態圖

2 模具的檢測分析

注射模具作為生產工裝，必須與所使用的注射機的技術規格相匹配。注射模具設計時，要求塑件和澆注系統凝料的質量之和小于注射機最大注射量的80%，否則會出現塑件成形不完整或產品組織疏松的缺陷；同時，對熱敏性塑料來講，還要求塑件和澆注系統凝料的質量之和大于注射機額定注射量的30%否則塑料在料筒內停留時間過長，會導致塑料高溫分解，從而降低塑件的質量和性能。

還有很多因素會影響模具的質量，所以模具的質量分析尤其重要，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雜，并且檢測的結果僅在信息欄中給出，所以不做詳細說明。

3 EMX 模架設計

3.1 在EMX 中選擇標準模架

新建EMX 文件，導入模具裝配模型，因為本套模具將一模六腔做成整體模具元件，所以將模型數量改為一模一腔，其他選項采用默認值，完成裝配。然后加載模架并修改其尺寸[4]。

3.2 設計側分型機構

側分型機構是保證側壁帶有孔、凹穴、凸臺等塑件在脫模之前先抽掉側向成型零件的機構，包括斜導柱、滑塊、楔緊塊。使用“滑塊”→“定義”，設計側分型機構，選擇斜導柱的放置模板，選擇側抽類型、更改參數即可完成設置，如圖4 所示。

圖4 側滑塊示意圖

3.3 設計導向零件

導向零件是保證動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，包括導向襯套和導桿。使用“組件定義”下“添加導向件”命令，設置導向襯套和導桿，選擇定模板作為導向襯套的放置位置、型芯固定板作為導桿的放置位置，分別選擇導向襯套及導桿的類型并輸入內徑和長度等參數完成導向襯套和導桿的設置。也可通過菜單中的“導向元件”→“定義”完成。

3.4 設計澆注系統零件

澆注系統零件包括定位環和澆口襯套，使用“設備”→“定義”，分別選擇“定位環”及“主流道襯套”，分別選擇零件類型并設置相應的參數完成定位環和澆口襯套的設計。

3.5 設計頂出系統

頂桿孔的設計除了必須綜合考慮推出平衡、頂桿數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，以確保頂桿孔設計的完善與合理。該模具采用雙推板二次推出機構，通過四根設在下推板的頂桿推動推件板，同時完成側抽芯，通過設在上推板上的18 根小推桿將塑件從凹模中推出。首先設計好頂桿放置點和修剪面，然后在EMX 中選擇“頂桿”→“定義”，設置好頂桿參數，如類型、直徑等，完成頂桿的設置。

3.6 設計冷卻系統

熔融塑料充滿型腔后，應通過冷卻使之定型，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生干涉現象。本例在定模設置水道，在模板水平面內排布。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”命令設置冷卻元件。

3.7 裝配已定義的所有元件

使用“模架”→“元件狀態”，選擇設備、導向件，等全部項目，裝配好的模具如圖5 所示。

圖5 裝配好的模具

4 生成工程圖

新建文件文件類型“繪圖”，導入EMX 文件，進入繪圖狀態，然后插入“普通視圖”和“投影視圖”，根據繪圖需要進行更改，如圖6 所示。最后將Pro/E 中的2D 工程圖轉成“.dwg”格式在AutoCAD 中進一步進行編輯，按照注塑模設計規范進行尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度等的標注以及技術要求的填寫等，最后將完善的設計圖紙進行輸出。

圖6 模具裝配工程圖（未修改）

［1］李大興，張秀棉.模具技術現狀與發展趨勢綜述[J].模具制造，2005，2：1-4.

［2］孫江宏，段大高，黃小龍.中文版Pro/ENGINEER2001 入門與實例應用[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 模具設計基礎入門[M].北京：電子工業出版社，2011，3：87-92.

［4］張國新，趙潔.模具CAD/CAM[M].北京：機械工業出版社，2011，10：127-138.