基于Pro/ENGINEER软件的倒装注射模具设计

作者：无锡泽宇精密机械制造有限公司 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, ... 随着我国家用电器制造行业的迅速发展和产品市场竞争力的不断提升，家用电器产品的外形也变得越来越复杂，为缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，丰富产品的品种，除了要拥有自身的核心技术外，还必须利用国内外先进的CAD/CAE/CAM集成技术软件。Pro/ENGINEER正是这样一种全方位的3Ｄ产品开发设计软件,集成零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。通过利用Pro/ENGINEER软件进行产品三维造型、产品装配、模具开发等一体化设计，从而缩短了产品的开发周期，提高了模具质量，降低了模具在开发与制造过程中的成本，为企业创造了良好的经济效益。 下面板是柜式空调器的主要部件,是由复杂的外形曲面和进风栅等特征组成,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。首先采用Pro/ENGINEER Wildfire2.0软件建立柜机下面板的三维数据模型,并以此为基础进行浇注系统设计、分模设计及装配设计等,然后将所有相关零部件进行结构优化设计、顶杆孔设计和冷却系统设计等，直至整付模具全部设计完毕，其具体设计流程如图1所示。 下面板产品设计 设计依据分析 该模具设计的依据仅是塑件图纸，没有塑料制件样品，在产品设计初期要注意图纸的技术要求，特别是图纸明确给出尺寸公差等级、未注圆角、产品壁厚、拔模斜度及配合间隙等，同时要分析如何设置分型面、浇口的位置、顶杆的位置以及如何设计抽芯机构等等。 该塑件材料为塑料ABS/HIPS，制件颜色为驼灰色，按统一色板检验。制件成型后要求表面平整光洁，不得有扭曲变形、裂纹、流痕、熔接痕等外观缺陷，U面平直度≥1mm。尺寸公差按GB/T14486-93标准MT2级执行，外表面亚光处理，内表面粗糙度为Ra3.2，壁厚为2.8mm，未注倒圆角为R0.5～R1mm，外表面不允许设置浇口，订货要求采用倒装式注射模设计(倒装注射模就是浇注系统与顶出系统均在定模侧的注射模具)，模具寿命为50万模次。 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。 下面板三维建模 下面板材料为ABS或HIPS塑料,注塑加工成型。其形状大体为长方形, 由进风栅、加强筋、勾卡等特征组成, 采用Protrusion（ 伸出项） 、Cut（切减项） 、Rib（加强筋）、Offset（偏移）、Round（倒圆角）、Shell（壳）、Curve（曲线）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延长）、Transformed Surface（镜像）、Draft（拔模）、Sweep（可变截面扫描）等实体特征和曲面特征完成下面板的三维数据建模。其简要建模步骤如下: (1) 建立基准面和基准坐标系； (2) 建立面板外形特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Curve、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface等命令）； (3) 建立薄壁（壁厚为2.8mm）实体特征（Shell）； (4) 建立中间进风栅特征（ 使用Protrusion、Cut、Offset、Round、Sweep、Curve、Surface、Surface Merge 、Surface Extension 、Transformed Surface、Draft等命令）； (5) 建立勾卡特征（使用Protrusion、Cut、Round、COPIED_GROUP、Curve等命令）； (6) 建立下面板背部的加强筋特征（Rib、Round）； (7) 加未注脱模斜度1 °特征（Draft）； (8) 倒未注圆角R 0.5 ～ R 1mm（Round）； (9) 对产品进行渲染。最后完成的下面板三维数据模型如图2所示。 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kfr75L-xmb-mold， 点OK按钮确定。Mold Model→Assemble→Ref Model→open kfr75L-xmb.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kfr75L-xmb-wrk→Createfeatures→OK→protrusion，根据下面板的实际尺寸创建出一个合理的工件即可。 设置收缩率（0.5%） Shrinkage→By Dimension→Set/Reset→Al l Dims→ Enter shr ink ratio ‘S’ (Formula: 1 + S ) for all dimensions：0.005→Done Scale。 分析参考零件（Ref Parts）的厚度及拔模斜度 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，直到消除所有该类现象为止。 浇注系统设计 由于下面板外表面不允许开设浇口，故只能将下面板内表面放于定模侧， 将浇注系统和顶出系统放在同侧，而且浇注系统尽量分布在定模中间较小范围内，以便有足够的空间布置顶杆和斜顶，并且在推板中间开设一个方形槽以便安装脱浇板。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。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。本模具设计采用24个点浇口进料，浇口随二次分型时自动脱落,节约生产时间,提高生产效率。其具体形状如图3所示，在Pro/ENGINEER塑料顾问选件中建立浇注系统，并进行相关流动分析，经过塑料顾问选件中不断调整浇口位置、数量及大小来优化流道系统，在最后得到如图3所示的最佳浇注系统，在这里就不再赘述。 建立分型面 （Parting Surface）Parting Surface→Creat→输入分型面名称（如xmb-Parting_Surface）→Add→根据零件几何形状建立出如图4所示的分型面。 分模 Mold Volum → 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xd123456，建立如图5所示的6个小斜顶。然后抽取出动、定模芯（Mold Comp→Extract）、生成浇注件（Molding）和开模（Mold Opening），如图4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。 装配自制模架 装配本企业使用Pro/ASSEMBLY装配模块创建的三维注塑模架，该模架为细水口系列倒装注射模架，模架最大外形尺寸为1500×1050×920（单位：mm），拟选用三菱MMIII-1600型注塑机。 零部件结构优化设计 在Pro/ASS EMBLY 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， 没有卡滞现象。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），对有干涉的地方进行修改与优化，直到没有任何干涉为止。 顶杆孔设计 顶杆孔的设计除了必须综合考虑顶出平衡、顶杆数量与分布尽可能合理、与其它零部件或孔系无干涉或穿透等要素外、还需兼顾水道孔位置分布，以确保顶杆孔设计的完善与合理。其操作方法主要通过采用Pro/ASSEMBLY装配模块中的Cut命令来完成顶杆孔的设计，顶杆与顶杆孔采用H7/f6的滑动间隙配合，滑动配合表面粗糙度为Ra0.8，其配合段长度为20～25mm，其余采用单面0.5mm的间隙配合。 冷却水道设计 塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到制品。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。本例中动模水道纵向排布，定模水道横向排布，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7.6t。最终生成的三维模具装配图如图6所示。 在完成三维模具结构设计后，接着就要生成模具装配图及各成型零件工程图，然后按照注射模设计规范进行尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度等标注以及技术要求的填写等，最后对图纸进行校对和晒图。在图纸绘制完成后，接着就要进行模具的加工、配模、试模等，直至最后通过注射机注射出的塑料制品得到客户确认后即完成整付模具的设计及制造。 结束语 倒装注射模结构设计在实际模具开发过程中很少遇到， 其设计思路与方法同普通注射模设计也不大一样， 它要求顶出系统也布置在定模侧， 而且顶出系统一般是通过两个油缸和四个行程开关等来完成顶出和复位动作。通过在实践中熟练掌握倒装注射模的设计思路和方法，不仅能够丰富自己的注射模具设计与开发经验， 而且还能为企业创造良好的经济效益。

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