基于Pro/ENGINEER软件的下壳体注射模具设计

作者：江苏春兰机械制造有限公司 张晓陆

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, ... 摘要:本文以壁挂空调器下壳体注射模具设计为例，详细地介绍了Pro/ENGINEER软件中的零件模块、模具模块、装配模块等在复杂注射模具设计过程中的使用方法和程序，充分展现了定模侧两复杂斜导柱滑块组件的结构设计要点，希望能对复杂注射模具设计有一定的指导意义。 目前产品的竞争，尤其是家用电器产品的竞争越来越激烈，如何缩短产品的开发周期，及时推出适合市场的新产品成为各大公司共同关心的问题。Pro/ENGINEER软件以其强大的造型及结构设计功能在产品的开发设计中得到越来越广泛的应用，为有效缩短产品的开发周期提供了条件。下壳体是壁挂空调器的主要部件,是由复杂的外形特征组成,其设计的好坏将直接影响到空调器的外观、装配性能和产品内在质量等要素。通过利用Pro/ENGINEER Wildfire2.0软件进行下壳体的三维数据模型设计、浇注系统设计、分模设计及装配设计和冷却系统设计等，不仅缩短了模具的设计及制造周期,提高了模具的质量和使用寿命，而且还增加了模具的潜在价值和市场竞争力，为新产品迅速占领市场打下了坚实的技术基础。 下壳体产品设计 接受任务书 成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下： (1)过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等； (2)塑料制件说明书或技术要求； (3)生产产量； (4)塑料制件样品。 通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书和模具设计任务书为依据来设计模具。 设计依据分析 该模具设计的依据是塑件图纸和塑料制件样品。对于塑件图纸，要注意图纸的技术要求，许多图纸明确给出尺寸公差等级、未注圆角、产品壁厚等，这些在模具设计时必须加以注意；对于塑料制件样品，重点是在样件上提取有用的模具设计信息，避免在设计上走弯路，这些信息包括分型面的位置、浇口的位置和形式、顶杆的大小与分布、抽芯机构的设计等等。 该塑件材料为塑料HIPS，制件颜色为乳白色，按统一色板检验，色泽为1008。制件成型后要求外观挺括，无明显缩印、裂纹、流痕、熔接痕、顶白、银丝斑、冷夹、划伤、擦毛等缺陷，浇口、顶杆痕及分型合模线等飞边毛刺应修边完整干净，不得损伤外观。尺寸公差按GB/T14486-93标准MT2级执行，内表面粗糙度为Ra3.2，外表面粗糙度为Ra1.6，壁厚为2.5mm，未注倒圆角为R0.5mm，订货要求采用一模一腔，模具寿命为45万模次。 消化塑料制件图和工艺资料 设计人员要认真消化图纸，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。 零件三维建模 下壳体材料为HIPS塑料,注塑加工成型。其形状大体为长方形,由周边及中间有复杂曲面、加强筋、勾卡等特征组成,采用Protrusion（伸出项）、Cut（切减项）、Rib（加强筋）、Round（倒圆角）、Offset（偏移）、Curve（曲线）、Surface（曲面）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延长）、Transformed Surface（镜像）、Draft（拔模）等实体特征和曲面特征完成下壳体的三维数据建模。其简要建模步骤如下: (1) 建立基准面和基准坐标系； (2) 建立下壳体外形与中间曲面特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Curve、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface、Draft等命令）； (3) 建立柱子、沟槽等部分细节特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Draft等命令）； (4) 建立勾卡特征（使用Protrusion、Cut、Round、COPIED_GROUP、Curve等命令）； (5) 建立下壳体的加强筋特征（Rib、Round）； (6) 加未注脱模斜度1°特征（Draft）； (7) 倒未注圆角R0.5mm（Round）； (8) 对产品进行渲染。最后完成的下壳体三维数据模型如图1所示（正面与反面效果图）。 模具结构设计 建立分模文件、装配参考零件（Ref Model）、创建工件（Workpiece） Create a new object→在Component Creat对话框中，Type栏选Manufacturing, sub-type栏选Mold Cavity，输入文件名kfr35gt-xkt-mold，点OK按钮确定。Mold Model→Assemble→Ref Model→open kfr35gt-jsp.prt→在Component Placement对话框中点缺省按钮（Assemble component at default location）→再点OK按钮即可。Mold Model→Create→Workpiece→Manual→输入工件名称kfr35gt-xkt-wrk→Create features→OK→protrusion，根据下壳体的最大外形尺寸先创建出一个稍大于下壳体的工件即可，因为在进行后续斜导柱滑块设计时需根据滑块的大小来最终决定动、定模芯的大小。 拔模斜度及厚度检测 为了避免在随后的设计中产生不必要的失误和少走弯路，在建立分型面前必须对参考零件（Ref Parts）进行拔模斜度和厚度检测，看是否有倒勾（Untercut）、拔模斜度不合理或零件厚度严重不均等现象，若存在就要修改零件模型，有时候甚至要修改零件模型的部分结构，直到消除所有该类现象为止。但是必须注意在进行分模设计前最好先将造型好的零件模型请客户过来确认，看修改的地方会不会影响外观、装配性能等，因为若你一开始就不注意这些问题，当你送样件给客户确认时，客户可能提出很多修改要求（包括在零件模型分析后进行修改的地方以及客户没有考虑到的地方），这样就会增加很多后续改模工作，既浪费了宝贵的时间，也增加了模具的制造成本。 设置收缩率（0.5%） Shrinkage→By Dimension→Set/Reset→All Dims→ Enter shrink ratio 'S' (Formula: 1 + S ) for all dimensions： 0.005→Done Scale。 浇注系统设计 浇注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,从而得到所需的塑件。浇注系统一般由浇口、流道、进料口、冷料井四部分组成。本模具设计采用6个点浇口进料，浇口随二次分型时自动脱落,这样既节约了生产时间,又提高了劳动生产效率。该浇注系统是在Pro/ENGINEER塑料顾问选件中建立的，通过在流动分析过程中不断调整浇口位置、数量及大小来优化流道系统，最终得到如图2所示的最佳浇注系统，在这里就不再赘述。 建立分型面（Parting Surface） 由于下壳体形状复杂，其模具结构设计就更为复杂，因此主分型面设计的好坏直接影响到相关成型零件设计与加工的难易程度，甚至会影响到整副模具的使用寿命。为此，在综合考虑结构设计合理和加工方便等要素的前提下最后设计出如图3所示的主分型面。其简要操作步骤为：Parting Surface→Create→输入分型面名称（如Parting_Surface01）→Add→根据零件几何形状通过采用COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface等命令来完成主分型面的创建。 分模 Mold Volume→Split→选取分型面（Parting Surface）→分割出动、定模芯。接着使用Mold Volum→Create，输入要建立的镶件的名称，如dongm-huak01、dingm-huak01与xietui等，建立如图3所示的5个滑块和1个斜推。然后抽取出动、定模芯（Mold Comp→Extract）→生成浇注件（Molding）→根据生成的各滑块和斜推对动、定模芯进行优化设计→开模（Mold Opening），如图3所示。最后再次进行拔摸检测，看是否存在倒勾现象，若有就必须进行相应修改，直到消除所有倒勾为止。在创建图3中定模侧的两滑块组件时，必须特别注意每组滑块之间的运动方向和形式，由于采用滑块套滑块的方式，其动作的稳定性就显得尤为重要，既要保证开模时斜导柱滑块能顺利抽芯，同时又得保证在关模时每个滑块组件能顺利回复到位。在进行每组滑块设计时必须清楚它们各自的运动角度以及斜导柱的运动角度，为了保证运动平稳决定在脱浇板与定模板之间加四个复位弹簧，经实践证明这一举措是很成功的，若没有复位弹簧就经常会造成斜导柱咬死、拉毛以及断裂等现象。另外动模侧三个滑块按照常规方法去进行结构设计即可，但必须注意中间的大滑块为了产品能顺利出模，不是在水平面内运动，而是在与水平面成一小角度的斜面上运动，故在设计斜导柱时必须特别注意这一点。 模架装配与零部件结构设计 装配本企业使用Pro/ASSEMBLY装配模块创建的三维注塑模架，该模架为三板式细水口系列模架，模架最大外形尺寸为1650×920×945（单位：mm），拟选用海天HTF1250X型注塑机。同样在Pro/ASSEMBLY装配模块中创建各相关零部件的三维模型，并不断进行结构优化设计，以保证各零部件不仅加工简单方便，而且模具动作也灵活自如。在绘制完所有相关零部件后，使用菜单栏中的Analysis进行全局干涉检查（Mold Analysis→Global interference→Compute），对有干涉的地方及时进行修改与优化，直到没有任何干涉为止。 冷却系统设计 塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到所需制品。冷却水道的位置分布应遵循一定的原则，总的来说，应保证塑件充分冷却且收缩平衡，而又不与其它零部件、孔系发生连通现象，以免漏水。本例中动、定模水道均采用纵向排布，直径均为φ10mm，采用Pro/ASSEMBLY装配模块中的Cut命令来完成水道孔的设计，其具体布置形式见图6。冷却系统设有翻水孔，以增加冷却效果，同时采用O型密封圈密封，以免出现泄漏现象，而且快速管接头不要露在模具外面，以免吊装和放置模具时将其压坏。 最后使用Mold Analysis中的Assembly Mass Properties进行重量计算，结果为6.7t。最终生成的三维模具装配图如图4所示。 结束语 由于塑料制件的结构越来越复杂，带来模具的结构也越来越复杂，这就要求我们模具设计人员不断地想出更多合理可靠的模具结构来成型不同要求的制件。在实际的设计工作中，我们应充分利用我们所掌握的有关数学、力学以及材料学等相关方面的知识，通过运用国内外先进的CAD/CAE/CAM集成技术软件来进行模具结构设计与开发工作，这样我们就会不断提高自身的业务技能和专业水平，从而增加新产品的潜在价值和市场竞争力，为企业带来了良好的经济效益。(end)

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