基于CREO的遙控器造型與模具設(shè)計(jì)

黃 智

中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院（廣東中山 528400）

1 引言

CREO是在PRO/E的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的一款新軟件，以其強(qiáng)大的造型功能及模具設(shè)計(jì)功能在塑件開(kāi)發(fā)與模具設(shè)計(jì)中得到非常廣泛的應(yīng)用，但與UG相比，CREO有一個(gè)特殊的功能，那就是可以對(duì)塑件進(jìn)行模流分析。但是，目前大部分職業(yè)院校在安排3D造型軟件的教學(xué)計(jì)劃中，以UG為主，而忽略了CREO，在校期間只接受了UG方面的培訓(xùn)，而沒(méi)有接受CREO方面的培訓(xùn)，從而導(dǎo)致畢業(yè)生在走向社會(huì)之后，需重新參加培訓(xùn)班，專門學(xué)習(xí)CREO，才能適用工廠的需求。現(xiàn)在也有不少模具廠在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，也是以UG為主，如果需要對(duì)塑件進(jìn)行模流分析時(shí)，就重新購(gòu)買專業(yè)的模流分析軟件，造成資源浪費(fèi)。

遙控器外殼塑件由復(fù)雜的曲面特征組成，對(duì)外表面要求非常高，因此，必須開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的塑料模具才能滿足塑件的需求，模具質(zhì)量將直接影響到塑件的美觀與裝配性能。通過(guò)利用CREO軟件進(jìn)行塑件外殼塑件的三維模型設(shè)計(jì)、脫模斜度與膠厚檢測(cè)模塊功能、模流分析功能、排模與分模設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，不僅能設(shè)計(jì)出符合要求的塑件，而且能快速地設(shè)計(jì)出合格的塑料模具。

2 塑件外殼設(shè)計(jì)分析與模具要求

遙控器的外殼材料為ABS，注射成型，尺寸為220×70×10.5mm，壁厚為2.0mm，塑件中間為空殼，無(wú)加強(qiáng)筋，塑件易變形；CREO軟件具有體積分析命令，經(jīng)分析得知該塑件的體積為37,987.4mm3，經(jīng)查相關(guān)資料，ABS的密度為1.38g/cm3，因此該塑件的重量為38cm3×1.38g/cm3=52.44g，要求采用1模2腔，模具壽命為50萬(wàn)模次，適合100t的注塑機(jī)。

3 塑件設(shè)計(jì)的基本過(guò)程

利用掃描曲面，創(chuàng)建外殼的基本特征（掃描曲面），然后運(yùn)用曲面加厚命令，創(chuàng)建實(shí)體，最后利用實(shí)體特征命令，創(chuàng)建塑件外殼上面的按鍵孔、屏幕孔、扣位等，最后完成的塑件外殼三維造型，如圖1所示。

圖1 遙控器外殼三維模型

4 塑件結(jié)構(gòu)分析

為了保證塑料模具在注射時(shí)所生產(chǎn)的塑件能夠順利脫模，并且塑件表面無(wú)明顯的收縮縫等不良現(xiàn)象，在模具設(shè)計(jì)開(kāi)始前必須對(duì)塑件的3D造型進(jìn)行分析，檢查塑件的拔模斜度是否合理，膠位厚度是否均勻，塑件的3D造型是否有倒扣。若存在不合理的設(shè)計(jì)，就必須修改塑件的造型，有時(shí)候甚至要修改塑件的部分結(jié)構(gòu)，直到消除所有不合理的現(xiàn)象為止，否則，所開(kāi)發(fā)的模具就會(huì)存在隱患，現(xiàn)在的CREO軟件提供了這方面的檢測(cè)功能。

（1）塑件的拔模斜度分析：選取橫向菜單欄里的“分析”選項(xiàng)卡，再單擊“拔模斜度”按鈕→選擇整個(gè)實(shí)體→選取正確的基準(zhǔn)面（TOP）作為拔模分析面。計(jì)算機(jī)軟件能自動(dòng)檢測(cè)有倒扣的曲面。對(duì)于存在不合理的拔模斜度，CREO會(huì)用紅色顯示出來(lái)，拔模分析的結(jié)果如圖2所示，分析結(jié)果符合脫模要求。

圖2 脫模角度分析

（2）塑件的膠位厚度分析：選取橫向菜單欄里的“分析”選項(xiàng)卡，再單擊“厚度”按鈕，然后選取分析的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)、剖面方面與間隔，輸入允許的最大與最小膠位厚度，CREO能檢測(cè)到超出充許范圍的膠位厚度，對(duì)超出允許厚度的剖面用紅色顯示剖面，分析結(jié)果顯示沒(méi)有紅顏色的剖面出現(xiàn)，膠位均勻，符合設(shè)計(jì)要求，如圖3所示。

（3）為了和下蓋扣緊，該遙控器塑件的左右兩邊各有一個(gè)倒扣位，該倒扣位不能正常脫模，需用斜頂或滑塊機(jī)構(gòu)才能脫模，根據(jù)模具的基本常識(shí)，用外斜頂方法脫模比較合理。

圖3 塑件外殼三維模型拔模檢測(cè)

（4）模流分析：CREO有一個(gè)簡(jiǎn)易的模流分析功能模塊（Mold Analysis），可以在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)前，對(duì)塑件的進(jìn)膠口位置進(jìn)行分析，找出合理的澆口位置，并且對(duì)模具中可能存在的隱患進(jìn)行預(yù)判，以便在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中采取相應(yīng)的措施。具體操作步驟是選取“應(yīng)用程序”選項(xiàng)卡，再選取“Mold Analysis”按鈕，選取“澆口”按鈕，選擇合理的澆口位置，必要時(shí)還需要做輔助流道，該塑件共有3個(gè)進(jìn)澆口，方框附近一個(gè)，按鍵附近2個(gè)，如圖4所示，其中塑件圖中右邊窗口里面的“十”字型就是輔助流道，塑件注射成型后可以剔除。

圖4 創(chuàng)建澆口

（5）進(jìn)入Plastic Advisor對(duì)話框中，選取指定的注射材料、注射壓力、注射溫度等，生成一個(gè)彩色的模流分析圖，顯示熔體填充型腔的時(shí)間、溫度等，如圖5所示。

圖5 模流分析圖

（6）在模流分析圖5中，可以顯示在注射時(shí)可能存在的溶接線、氣泡、燒焦等缺陷，針對(duì)這些缺陷，模具設(shè)計(jì)員可以通過(guò)調(diào)整澆口位置、增加頂桿等相應(yīng)的措施，將溶接線、氣泡、燒焦位等隱患最小化，其中熔接線的位置如圖6中白色線所示。

圖6 顯示當(dāng)前的溶接線位置

5 模具設(shè)計(jì)

（1）型腔排位。

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況和注塑機(jī)的大小，可以在模具設(shè)計(jì)中1模2腔。具體步驟是：創(chuàng)建一個(gè)新的模具文件，導(dǎo)入塑件模型，并進(jìn)行排模，考慮到塑件上有扣位，需用通過(guò)斜頂才能脫模，為了保持模具平衡，在排模時(shí)采用一正一反的方式排放，兩個(gè)塑件的中心距相距100mm，如圖7所示。

圖7 模具排位圖

（2）確定收縮率。

該塑件的原材料為ABS，收縮率為0.5%，具體步驟：當(dāng)參考模型加載進(jìn)來(lái)，并排好位之后，就要對(duì)塑件模型放縮水，以便生產(chǎn)的塑件經(jīng)過(guò)熱脹冷縮后，符合實(shí)際要求。具體步驟是：在“模具”選項(xiàng)卡下面單擊“收縮”按鈕，選取按比例收縮，并在公式中輸入0.005，即可完成對(duì)該塑件的放縮水。

（3）創(chuàng)建工件。

在“模具”選項(xiàng)卡中單擊“工件”命令，再依次選取“創(chuàng)建工件”→輸入工件名→“創(chuàng)建特征”→“拉伸”，工件的外形尺寸及排放如圖8所示，厚度為80mm。具體尺寸可以在進(jìn)行后續(xù)斜導(dǎo)柱滑塊設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)滑塊的大小來(lái)最終決定動(dòng)、定模型芯型腔的大小。

圖8 工件尺寸圖

6 創(chuàng)建分型面并分模

（1）創(chuàng)建主分型面。

由于塑件外殼對(duì)其表面要求較高，孔位在前模有圓角位，同時(shí)也為了防止在注射時(shí)出現(xiàn)的披鋒影響外觀，因此應(yīng)在模具上把孔位的碰穿位設(shè)在后模，注射后的塑件更美觀。主分型面的創(chuàng)建步驟是復(fù)制塑件的內(nèi)殼曲面，并填充上面的孔。最后是創(chuàng)建一個(gè)拉伸曲面，并與上述的曲面合并，即完成主分型面的創(chuàng)建，如圖9所示。

圖9 塑件外殼主分型面

（2）創(chuàng)建斜頂分型面。

該款塑件的左右兩側(cè)各有兩個(gè)倒扣，不能正常脫模，需以斜頂?shù)姆绞矫撃！Ｐ表敺中兔鎰?chuàng)建方法是：創(chuàng)建封閉的拉伸曲面，如圖10所示。

圖10 創(chuàng)建斜頂分型面

（3）分模。

完成創(chuàng)建模具的分型面之后，即可進(jìn)行分模，也就是將模具分成前、后模以及斜頂?shù)龋唧w步驟是：“模具”→“模具體積塊”→“模具塊分割”→選取主分型面后，即可將模具分割出動(dòng)、定模型芯、型腔。接著使用同樣的方法，使用斜頂?shù)姆中兔妫瑢⒑竽Ｖ械牡箍鄄课唬M(jìn)行進(jìn)一步的分模，將斜頂分割出來(lái)。根據(jù)生成的各滑塊和斜頂對(duì)動(dòng)、定模芯型腔再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)→開(kāi)模（Mold Opening）。最后再次進(jìn)行拔摸檢測(cè)，看是否存在倒扣現(xiàn)象，若有就必須進(jìn)行相應(yīng)修改，直到消除所有倒勾為止。

7 創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)在注射模具中非常重要，它直接影響到模具和塑件的質(zhì)量。CREO有一個(gè)專門的命令來(lái)創(chuàng)建冷卻水路。具體使用方法是選取主菜單下的“模具”→“水線”→輸入冷卻水路的直徑→選取基準(zhǔn)面后，即可繪制冷水的布局，自動(dòng)生成冷卻水路，十分方便。

8 利用EMX進(jìn)行模架設(shè)計(jì)及模具裝配

CREO有一個(gè)強(qiáng)大的模架外塊模塊EMX，它含有許多模架供應(yīng)商的模架信息，有十分豐富的模架數(shù)據(jù)庫(kù)，模具設(shè)計(jì)人員可以按照需要，直接從EMX的模架庫(kù)里導(dǎo)入所需的模架，并在此基礎(chǔ)上稍加修改，可以很方便地設(shè)計(jì)出符合要求的模架。EMX模具設(shè)計(jì)的基本流程如下：

單擊“新建”按鈕，并在對(duì)話框上進(jìn)行相應(yīng)的選擇，選取“確定”后系統(tǒng)進(jìn)入EMX設(shè)計(jì)環(huán)境，它包括項(xiàng)目元件的建立、添加及前后模的分類。

（1）加載標(biāo)準(zhǔn)模架：在“EMX常規(guī)”選項(xiàng)卡中單擊“模架”欄中的“裝配定義”按鈕，直接加載指定的模架，再針對(duì)各細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，整理出符合要求的模架，在這套模具設(shè)計(jì)中，選取的標(biāo)準(zhǔn)模架是futabs_s，模架大小為350×350mm。

（2）創(chuàng)建澆注系統(tǒng)，并加載定位環(huán)與澆口套（主流道襯套）。

塑料模具的澆注系統(tǒng)是指注射材料從注塑機(jī)噴嘴出來(lái)后到達(dá)模腔前在模具中所流經(jīng)的通道，主要由主流道、分流道、澆口等幾部分組成。針對(duì)這個(gè)模塊，CREO有一個(gè)單獨(dú)的創(chuàng)建流道的命令，設(shè)計(jì)人員可以用旋轉(zhuǎn)切除的命令創(chuàng)建主流道，用命令創(chuàng)建圓形的分流道及梯形的進(jìn)澆口。

（3）加載模具配件。

注射模的標(biāo)準(zhǔn)配件包括頂桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、定位梢及鏍絲等，單擊“EMX常規(guī)”選項(xiàng)卡中模架區(qū)域欄中的“元件狀況”按鈕，加載模具配件，把模具中常用的配件加載進(jìn)來(lái)，如螺絲、頂桿、導(dǎo)柱導(dǎo)套等，使用起來(lái)十分方便。

（4）加載斜頂抽芯機(jī)構(gòu)。

該塑件有兩個(gè)不同類型的抽芯，一個(gè)是斜頂內(nèi)側(cè)抽芯，一個(gè)是斜頂外側(cè)抽芯，CREO為用戶提供十分豐富個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)，具體在“EMX工具”→“斜頂機(jī)構(gòu)”中，用戶可以根據(jù)需要，直接從CREO斜頂庫(kù)中選取合理的斜頂。

（5）頂出系統(tǒng)。

頂出系統(tǒng)是注射模非常關(guān)鍵的一部分，CREO為用戶提供了非常快捷的頂桿設(shè)計(jì)命令，在使用該命令時(shí)的基本步驟：“EMX常規(guī)”→選取“視圖”區(qū)域中的“顯示動(dòng)模”，并在動(dòng)模板上指定頂桿的位置，并選設(shè)定好頂桿的修剪曲面，然后系統(tǒng)自動(dòng)按用戶的要求（大小與形狀）生成頂桿，同時(shí)，CREO能自動(dòng)按照塑料塑件的形狀，修剪頂桿的長(zhǎng)度，使之與塑件剛好匹配。

（6）復(fù)位裝置。

注射模將塑件頂出后，動(dòng)模板上的頂出機(jī)構(gòu)需要在復(fù)位裝置的作用下進(jìn)行復(fù)位后，才能開(kāi)始下一個(gè)注射周期的動(dòng)作，復(fù)位桿的創(chuàng)建方法與頂桿的創(chuàng)建方法相同。

（7）拉料桿。

拉料桿的作用是將定模流道里的注射材料扣在動(dòng)模里，并隨頂出時(shí)一起頂出，保持流道暢通。具體創(chuàng)建方法與頂桿、復(fù)位桿相同。

（8）加載冷卻系統(tǒng)。

冷卻系統(tǒng)是注射模的關(guān)鍵，它直接影響塑件的質(zhì)量，CREO為用戶提供了非常方便的創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)的方法，具體步驟是：首先確定運(yùn)水的位置，然后選取“EMX元件”→“冷卻區(qū)域”中的“定義”，即可定義運(yùn)水頭的形狀，可以直接將運(yùn)水孔及沉頭螺母一起創(chuàng)建出來(lái)，使用起來(lái)十分方便。

（9）模具裝配圖。

通過(guò)上述操作后，模具設(shè)計(jì)的整體裝配圖基本完成，如圖11所示。

（10）開(kāi)模仿真模擬。

模具裝配圖設(shè)計(jì)完成之后，可以利用CREO系統(tǒng)的EMX仿真功能進(jìn)行開(kāi)模的仿真模擬，模擬注射、進(jìn)料、冷卻、開(kāi)模、頂出的整個(gè)過(guò)程，并且還可以檢查出模具設(shè)計(jì)中存在的干涉，它是一個(gè)動(dòng)畫過(guò)程，開(kāi)模仿真模擬十分逼真。

圖11 模具裝配圖

9 模具工程圖

為了方便車間的生產(chǎn)工人在加工、裝配時(shí)能閱讀圖紙，模具裝配圖設(shè)計(jì)完成之后，還需要轉(zhuǎn)化成2D圖紙，但CREO設(shè)計(jì)2D工程圖時(shí)，不如AutoCAD簡(jiǎn)單、實(shí)用，因此，一般情況下，在設(shè)計(jì)模具的工程圖時(shí)，可以將CREO的圖紙轉(zhuǎn)成AutoCAD格式，并用AutoCAD設(shè)計(jì)出符合要求的模具工程圖。

10 結(jié)束語(yǔ)

目前，塑件造型軟件和模具設(shè)計(jì)軟件智能化程度很度，在塑件造型和模具設(shè)計(jì)中，如果能合理運(yùn)用這些軟件的功能，就可以設(shè)計(jì)出符合要求的塑件造型，并且能對(duì)塑件或模具中存在的缺陷進(jìn)行分析，以便設(shè)計(jì)出更合理的模具。