Pro/E中的分型面设计方法

作者：郑州大学 刘保臣 张晓黎 翟震    来源：《现代模具》

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 在注塑模中，分型面的设计直接影响着塑件质量、模具结构和操作的难易程度，是注塑模设计成败的关键因素之一[1]。随着CAD/CAM技术在模具制造业的广泛应用，模具设计也由传统的二维设计转变为三维设计。在众多的CAD/CAM软件中，Pro/E采用单一数据库和参数化设计的方法集产品设计、模具设计和数控加工于一体，强大的功能使其成为行业的佼佼者。在Pro/E模具设计中，利用已有的产品模型，通过建立模具装配模型、设置收缩率、零件厚度和脱模斜度检查、分型面设计、模具体积块分割、模具零件抽取等过程，可以快速完成模具成型零件设计，最后通过专家模架系统（EMX）完成整套模具的设计。在整个过程中，分型面的设计最为复杂和耗时，是利用Pro/E进行模具设计的关键[2]。 分型面设计的一般原则 在注塑模具中，打开模具取出塑料制品的界面称为分型面，它是动、定模在合模状态下的接触面或瓣合式模具的瓣合面。分型面形状和位置的选择不仅直接关系着模具结构的复杂程度和制造难度，而且直接影响着塑件的质量和生产效率，是模具设计的重要环节。在确定分型面时应遵循以下原则： (1）应使模具结构尽量简单。如避免或减少侧向分型，采用异型分型面减少动、定模的修配以降低加工难度等. (2）有利于塑件的顺利脱模。如开模后尽量使塑件留在动模边以利用注塑机上的顶出机构，避免侧向长距离抽芯以减小模具尺寸等. (3）保证塑件的尺寸精度。如尽量把有尺寸精度要求的部分设在同一模块上以减小制造和装配误差等. (4）不影响塑件的外观质量。在分型面处不可避免地出现飞边，因此应避免在外观光滑面上设计分型面. (5）保证型腔的顺利排气。如分型面尽可能与最后充填满的型腔表壁重合，以利于型腔排气。 在Pro/E模具设计中，分型面是将工件或模具零件分割成模具体积块的分割面，具有更广泛的意义。它不仅仅局限于对动、定模或侧抽芯滑块的分割，对于模板中的组合件、镶块同样可以采用分型面进行分割。为保证分型面设计成功和所设计的分型面能对工件进行分割，在设计分型面时必须满足以下两个基本条件[2]： (1)分型面必须与欲分割的工件或模具零件完全相交以期形成分割。 (2）分型面不能自身相交，否则分型面将无法生成。 2Pro/E分型面设计方法 Pro/E中有两类曲面可以用于工件的分割：一是使用Parting Surf专用模块生成的分型面特征；二是在参考模型或零件模型上使用Feature中的Surface生成的曲面特征。由于前者得到的是一个模具组件级的曲面特征，易于操作和管理而最为常用。本文所涉及到的设计方法主要针对前者。从原理上讲，分型面设计方法可以分为两大类[3]：一是采用曲面构造工具设计分型面，如复制参考零件上的曲面、草绘剖面进行拉伸、旋转以及采用其它高级曲面工具等构造分型面；二是采用光投影技术生成分型面，如阴影分型面（Shadow）和裙边分型面(Skirt)等。 2.1 通过复制构造分型面 这种方法是以参考模型为基础，直接复制参考模型上的曲面生成分型面，是一种最为灵活、常用的分型面构造方法，尤其是对于结构复杂的塑件。如图1所示为煤气表计量室塑件。由于塑件四面带有侧凹，在设计模具时需要有四个滑块进行侧抽芯，加上动、定模分型面，需要设计5个分型面才能完成工件的分割。由于每个分型面只是零件轮廓的一部分，采用阴影分型面和裙边分型面往往操作失败；如果采用曲面工具重新构建分型面，工作量将相当大，因此采用复制方法是最好的选择。图2所示是复制生成的分型面之一。 采用复制方法构造的分型面是一个内分型面（型腔或型芯表面），还没有与要分割工件完全相交，不满足Pro/E分型面的第（1）条要求，因此需要对其修改使之满足要求。常用的方法有两种：一是采用曲面延拓（Extend）工具延伸其外边界线到工件边界；二是再构造一个外分型面与之融合（Merge），使其满足要求。复制型分型面的另一个问题是填补破孔，一般可以采用填充环（Fill loop）选项填补破孔，在该选项失败的情况下，就需要采用其它方法来解决。 2.2 利用曲面造型工具构造分型面 Parting Surf模块中的曲面工具可以重新构造各种分型面，其使用技巧与零件环境下的曲面造型完全相同。一般来讲，我们并不用这些曲面工具构造复杂的分型面，更多的是用于对已生成的分型面进行修改，使之满足分型面设计的要求。如图2所示分型面，在采用曲面延拓工具修改曲面时，由于部分边界拉伸时所形成的拉伸面与部分分型面相交而使曲面延拓功能无法实现，为此先使用平面构造工具（Flat）生成一个平面分型面，然后与图2分型面合并（Merge），得到与被分割模块完全相交的分型面，如图3所示。另外，如果采用填充环选项进行填补破孔无法实现时，也可以采用这种方法。如图4所示零件表面上的孔，边缘进行了倒角，并有一定的脱模斜度，需要把小型芯设在定模一侧。在选取外表面和孔的内壁复制分型面时，由于孔的底边不是分型面的内环(Inner Loop)，无法直接采用填充环选项完成破孔的修补，因此需要构造底部平面然后与之融合得到填破孔的分型面。 阴影分型面 2.3 阴影分型面的构造原理是当一个光源（其方向与开模方向相反）照射在参考模型上时，系统复制参考模型上受到光源照射到的曲面部分而产生一个阴影曲面主体，并将曲面上的孔进行填补，然后自动将其外部边界延拓到所要分割工件的表面，生成一个覆盖型的阴影分型面。图5所示是图4塑件采用阴影曲面直接得到的分型面。 阴影分型面是一种快速高效的分型面构造方法。然而，这种方法存在有很大的局限性，一方面，当塑件轮廓曲线在投影方向上存在交叉或曲面间有部分遮挡时，所生成的阴影曲面往往是错误的；另一方面，由于外部轮廓曲线在延拓时不能修改延拓方向，因此对复杂的外部边界，操作往往失败；再者，参考模型表面在投影方向必须具有脱模斜度，即不能有与投影方向平行的表面，否则难以保证分型面正确，因为阴影分型面不允许选择曲面上方或下方的曲线链来进行封闭。 裙边分型面 裙边分型面是沿着参考模型的侧面影像曲线所创建的分型面，是一种填破孔曲面，它不包含参考模型的曲面，与其它方法生成的分型面有着明显的区别。如图6所示是图5零件的裙边分型面。在建立裙边分型面时，必须先构造侧面影像曲线（Silhouette curve）。所谓侧面影像曲线就是在指定视觉方向上参考模型的轮廓曲线，是模具分型时的分模线，如图7所示。它一般包括数个封闭的内环和外环。内环用于封闭分型面上的孔，外环用于延拓曲面边界到要分割工件的边界。 如果参考模型上有与投影方向平行的曲面，在构造侧面影像曲线时，系统允许使用环选择项（Loop Selection）中的链选项(Chains)确定使用上端环或是下端环。因此，在使用侧面影像曲线构造裙边分型面时，参考模型并不需要完全拔模。另外，在延拓曲面外部边界时，延拓方向也是可以重新定义的，因此，一些不能使用阴影分型面的情况往往可以用采用裙边分型面。对需要侧抽芯的模具，不能采用裙边分型面一次分模，一般情况下，可以先构造侧抽芯滑块的分型面进行第一次分割，然后再采用裙边分型面对剩余模块进行二次分割，但在构造侧面影像曲线时应排除侧面环。 结论 通过以上分析可以得出，在Pro/E分型面构造方法中，采用复制方法构造分型面灵活多样，适用于各种情况，其缺点在于曲面选取较为繁琐，后续工作较多，如修补破孔、边界延拓等，在某些情况下设计效率较低；利用曲面工具设计分型面往往与复制法联合使用，主要用于对已有的分型面进行局部修整，使之满足要求，很少单独用于复杂分型面的构造；阴影分型面可以自动完成破孔修补、边界延拓等工作，对于完全拔模、边界曲线简单、表面带有多孔的塑件是一种简洁、高效的分型面构造方法。但是这种方法有很大的局限性，如塑件要求完全拔模，曲面边界延拓方向不能重定义往往造成操作失败等；与阴影曲面相比，裙边曲面对塑件结构限制较少，曲面边界延拓方向可以重新定义，结合灵活多样的侧面影像曲线，可以快速构造满足要求的分型面，是一种常用的分型面构造方法。总之，结合塑件的结构特点和所要采用的模具结构，选择合适的分型面构造方法，是保证模具设计顺利进行的前提。 参考文献 [1] 塑料模具技术手册编委会．塑料模具技术手册．北京：机械工业出版社，1999． [2] Pro/Engineer2001实用教程，严烈编著。冶金工业出版社，北京，2002. [3] Pro/ENGINEER模具设计入门与实务，戴兢志编著。人民邮电出版社，北京，2004.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/3/2007)