Pro_E在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及研究.pdf

第8卷第4期2008年8月湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNALOFHUNANINDUSTRYPOLYTECHNICVol18No14Aug12008Pro/E在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及研究歐陽中和張秀玲(湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410127)摘要Pro/E軟件采用單一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化造型技術(shù),具備概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能,為模具的集成制造提供了良好的平臺(tái)。這里在闡述Pro/E軟件的技術(shù)特點(diǎn)基礎(chǔ)上,總結(jié)歸納了基于Pro/E的注塑模具設(shè)計(jì)流程,最后,以一個(gè)管接頭模具為例,對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。關(guān)鍵詞Pro/E；注塑模具；管接頭中圖分類號(hào)TG71/78文章標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1671-5004(2008)04-0003-04TheApplyandDiscussofPro/EonInjectionMouldOUYang-zhonghe,ZHANGXiu-lin(HunanBiologicalandElectromechanicalPolytechnic,Changsha410127,Hunan)AbstractPro/Esoftwareusingasingledatabaseandparametricmodelingtechniques,withconceptualdesign,basicdesignanddetaileddesignfeaturesfortheintegratedmanufacturingmoldsprovidedanexcellentplatform1Inthispaper,onPro/Esoftwareonthebasisofthetechnicalfeatures,summarizedbasedonthePro/Einjectionmolddesignprocess,finally,toajointdieasanexampleofthedesignprocesswassimpleon.KeywordsPro/E；injectionmould；adaptor收稿日期2008-06-05作者簡(jiǎn)介歐陽中和(1959),男,湖南長(zhǎng)沙人,湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向:模具設(shè)計(jì)與制造。在現(xiàn)代社會(huì),塑料制品的使用越來越廣泛,在很多方面,它已成為金屬制品的替代物。塑料模具作為成型方式中的一種,是家用電器、汽車和航空航天等領(lǐng)域中塑料制品的重要生產(chǎn)工具。由于模具成型方式具有生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn),發(fā)展模具工業(yè)已成為當(dāng)代促進(jìn)塑料制品及機(jī)電產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)廉價(jià)生產(chǎn)的重要手段。對(duì)于注塑模具設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要依靠模具設(shè)計(jì)師的直覺和經(jīng)驗(yàn),模具通常經(jīng)過反復(fù)的試模和修正才能投入生產(chǎn),模具的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),成本高。而Pro/E軟件具有3D實(shí)體造型、單一資料庫以及以特征作為設(shè)計(jì)單位等特點(diǎn),通過提供參數(shù)化設(shè)計(jì),可使設(shè)計(jì)者隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、重量、慣性矩等,而且不論在3D或2D圖形上做尺寸修改,其相關(guān)的2D或3D實(shí)體模型及裝配、制造等也自動(dòng)修改。由于Pro/E在設(shè)計(jì)中導(dǎo)入制造的概念,可隨時(shí)對(duì)特征做合理、不違反集合的順序調(diào)整、插入、刪除、重新定義等修正動(dòng)作。Pro/E所提供的上述功能滿足了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中并行工程的需要。一、Pro/E軟件技術(shù)特點(diǎn)Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司出品的CAD/CAM軟件。它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、NC加工、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)模擬、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體。在機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、自行車、航天、家電、玩具等行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。特別是在模具設(shè)計(jì)過程中,Pro/E可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品造型、模具設(shè)計(jì)、注射模擬到模具制造整個(gè)過程。由此將問題發(fā)現(xiàn)于正式生產(chǎn)前,大大縮短制模時(shí)間,提高模具加工精度。Pro/E系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)如下:11全面的并行性Pro/E軟件開發(fā)環(huán)境在支持并行工程方面是獨(dú)一無二的。通過一系列完全相關(guān)的模塊它們能夠表達(dá)產(chǎn)品的外形、裝配及其功能Pro/E能夠把多個(gè)部門同時(shí)致力于同一產(chǎn)品模型中。這包括在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的多項(xiàng)功能,包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。21真正的全相關(guān)性過去的二維設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員把大量時(shí)間都花在了圖形繪制和錯(cuò)誤修改上,產(chǎn)品數(shù)據(jù)的更改常常是顧此失彼。Pro/E可由三維模型自動(dòng)生成二維工程樣圖,這樣就把設(shè)計(jì)人員從繁瑣的、冗長(zhǎng)的手工繪圖中解放出來,以便將精力集中于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方案構(gòu)思、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作上。目前,雖然有很多CAD軟件也能夠做到這一點(diǎn),但Pro/E所采用的是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,所有的解決方案完全相互關(guān)聯(lián)。在設(shè)計(jì)階段的任何時(shí)候進(jìn)行的數(shù)據(jù)更改,都會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)制造過程中,自動(dòng)更新所有的工程文件,將設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤減少到最小。31完全的硬件獨(dú)立性Pro/E可以在所有主要的UNIX,WindowsNT以及Win2dowsXP平臺(tái)上運(yùn)行,并且在每一個(gè)平臺(tái)上保持同樣的外觀,使用起來的感覺也一樣；用戶根據(jù)需要選擇最經(jīng)濟(jì)的硬件配置,也可以選擇異型結(jié)構(gòu)的多品種平臺(tái)。由于Pro/E獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式,產(chǎn)品信息可以毫無困難的在不同平臺(tái)間流動(dòng)。PRO/E用戶界面簡(jiǎn)潔,概念清晰,符合工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思3想與習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上,具有完整而統(tǒng)一的模型。Pro/E建立在工作站上,系統(tǒng)獨(dú)立于硬件,便于移植。41新穎的參數(shù)化特征造型Pro/E問世之前,CAD軟件所流行的是采用自由化設(shè)計(jì)的實(shí)體造型技術(shù)。產(chǎn)品模型一旦建立,修改起來很不方便。Pro/E首先成功地實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員通過尺寸驅(qū)動(dòng)就可以得到滿意的結(jié)果。特征造型使產(chǎn)品模型不但具有幾何拓?fù)湫畔?同時(shí)還具有與材料、精度、裝配、加工等相關(guān)的工程語義信息。圖1基于Pro/E的注塑模具設(shè)計(jì)的基本流程二、基于Pro/E的注塑模具設(shè)計(jì)流程Pro/E設(shè)計(jì)模具功能十分強(qiáng)大。在其功能模塊中有用于注塑模具設(shè)計(jì)的Pro/MOLDESIGN、用于鑄造模具設(shè)計(jì)的Pro/CASTING。當(dāng)然,也可以在Pro/ASSEMBLY中進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。Pro/MOLDESIGN是Pro/E系統(tǒng)中的一個(gè)專用模塊,提供了方便實(shí)用的三維環(huán)境下塑料模具設(shè)計(jì)與分析工具。利用這些工具,我們可以由塑料制件數(shù)字化模型建立模具裝配棋型,設(shè)計(jì)分型面、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng),生成模具成型零件的三維實(shí)體模型,從而方便而準(zhǔn)確地完成塑料模具核心部分的設(shè)計(jì)工作。再利用Pro/E系統(tǒng)的布局及裝配模塊,我們還可以進(jìn)行模具的頂出系統(tǒng)和三維總裝配設(shè)計(jì),并最終利用工程圖模塊生成二維工程圖。Pro/MOLDESIGN模塊還提供了一些模具設(shè)計(jì)過程中非常實(shí)用的分析檢測(cè)功能,其中包括拔模檢測(cè)、厚度檢測(cè)、分型面檢測(cè)、投影面積計(jì)算、充模仿真、開模仿真、于涉檢測(cè)等。在模具設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)?shù)貞?yīng)用這些分析檢測(cè)功能,可使模具設(shè)計(jì)更為合理、準(zhǔn)確,且能避免設(shè)計(jì)中不必要的重復(fù)勞動(dòng)。利用Pro/E的外掛軟件塑料顧問,在模具設(shè)計(jì)初期分析澆口的位置,然后根據(jù)它提供的澆口參考位置來做具體的澆口,并分析熔接痕、氣泡,以及產(chǎn)品充型是否能充滿。基于Pro/E的注塑模具設(shè)計(jì)的基本流程可簡(jiǎn)要的用圖1來表示。三、管接頭注塑模具設(shè)計(jì)Pro/E有許多應(yīng)用模塊,在注塑模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用Pro/E制造模具模塊和模架設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)可以非常方便快捷的設(shè)計(jì)出模具的全部?jī)?nèi)容。不僅效率高,而且直觀性好,準(zhǔn)確性高。本節(jié)以管接頭注塑模具設(shè)計(jì)為例介紹了由制件到注塑模具的設(shè)計(jì)成型過程。11制件的3D模型設(shè)計(jì)管接頭采用Pro/E零件模塊的成形實(shí)體功能,通過創(chuàng)建拉伸、鏡像、抽殼、復(fù)制、倒圓角和剪切等特征命令建立實(shí)體。管接頭的零件模型如圖2所示。圖2管接頭的零件模型制品的材料為ABS,這種通用塑料易于成型和機(jī)械加工,具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和低溫抗沖擊性,良好的電性能、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和染色性,優(yōu)良的流動(dòng)性和綜合性能,成型工藝性好。制件厚度均勻,精度等級(jí)為一般精度。制件結(jié)構(gòu)對(duì)稱,內(nèi)側(cè)有凹陷,需要設(shè)置內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)；外側(cè)有凸起,需要設(shè)置斜導(dǎo)柱分型與抽芯機(jī)構(gòu)。21制品的注射成型工藝性分析在模具結(jié)構(gòu)中,采用側(cè)澆口,兩點(diǎn)進(jìn)澆,采取一模一腔的布局,由于采用兩點(diǎn)進(jìn)澆,故減少了熔料在模腔內(nèi)流動(dòng)的距離,便于注射成型。頂出方式采用推板脫模,制件的固定柱采用頂管脫模方式。門鎖孔采用斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)完成側(cè)抽,內(nèi)腔采用斜頂桿完成內(nèi)側(cè)抽。冷卻方式采取水冷形式,冷卻水孔布置采用直通式布置,各通道在模具外用軟管連接,具體的結(jié)構(gòu)見模具設(shè)計(jì)部分。31模具設(shè)計(jì)利用Pro/E軟件制造模塊(CAM)中的模具型腔子模塊進(jìn)行分模設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)步驟如下:(1)打開Pro/E,新建制造模具型腔取文件名4第4期湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2008年(pipe1mfg)進(jìn)入分模界面；(2)將工件作為參考零件裝配到界面上,由于是第一次裝配,所以可用缺省裝配；(3)通過控制層的圖標(biāo)把參考模型的基準(zhǔn)面遮蔽,從而使圖面簡(jiǎn)化；(4)模具澆注系統(tǒng)方案的確定利用Pro/E的塑料顧問模塊,在模具設(shè)計(jì)初期分析一下澆口的大體位置,然后根據(jù)它提供的澆口位置來做具體的澆口,然后分析熔接痕,氣泡,以及產(chǎn)品充型是否能充滿。通過塑性顧問分析可以知道,澆口的最佳位置在塑件的中部區(qū)域,考慮到制件的外觀美觀及模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要,將澆口設(shè)置在制件頂部的內(nèi)側(cè),然后用塑性顧問進(jìn)行充模狀況的分析,可對(duì)填充質(zhì)量、填充時(shí)間和壓力降做出可視化分析,如圖3圖5所示。圖3填充質(zhì)量示意圖圖4填充時(shí)間示意圖圖5壓力降示意圖(5)建立工件型芯體積塊和型腔體積塊?？梢酝ㄟ^手工草繪,也可通過自動(dòng)設(shè)定參數(shù)直接生成。如圖6、圖7所示；(6)設(shè)置收縮率。取ABS塑料的收縮率為0101,采用補(bǔ)償公式1+S進(jìn)行設(shè)置；(7)設(shè)計(jì)分型面。在分模過程中,分型面的設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵。本例的分型面的建構(gòu)步驟如下:新建分型面增加復(fù)制制件所有外表面完成；與零件底面重合處拉伸一個(gè)平整曲面；將復(fù)制曲面與拉伸曲面合并,并選對(duì)保留側(cè)。分型面設(shè)計(jì)如圖8圖10所示；圖6型芯體積塊圖圖7型腔體積塊圖8出水口處的分型面圖9完成后的主分型面圖10斜頂桿分型面(8)生成模具成型零件。通過創(chuàng)建球形拉料桿體積塊、銷體積塊、內(nèi)側(cè)抽體積塊,最終生成模具體積塊。然后用斜頂桿52008年湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第4期分型面分別去分割第5步生成的型芯體積塊,生成斜頂桿和修正后的型芯體積塊如圖11圖13所示。在生成模具成型零件之后,可通過模塑仿真功能實(shí)現(xiàn)澆注系統(tǒng)和型腔的充填,最后生成單一實(shí)體特征的模塑零件,可以檢查模塑件的形狀是否符合設(shè)計(jì)要求,另外也可以檢測(cè)分型面是否正確1圖11修正后的型芯體積塊圖12斜頂桿體積塊圖13滑塊體積塊(9)開模仿真。步驟為模具進(jìn)料孔定義間距定義移動(dòng)。在模型樹中選擇滑塊slide11prt完成選取選取滑塊的一條水平方向的棱為參考方向,指向外側(cè)的方向?yàn)檎?輸入50作為移動(dòng)距離完成。用同樣的方法完成第二步開模仿真,如圖14和圖15所示。圖14第一步的開模仿真圖15完成后的開模仿真(10)模具的總裝配設(shè)計(jì)調(diào)用模架專家系統(tǒng)EMX411,選好模架類型和各模板尺寸,把型腔和型心裝進(jìn)模架,設(shè)計(jì)完成澆注冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和抽芯滑塊裝置,并裝配好螺釘、導(dǎo)柱和導(dǎo)套等標(biāo)準(zhǔn)件,如圖16所示。圖16完成后的模具總裝配模型四、結(jié)論P(yáng)ro/E軟件是一個(gè)完整集成了從設(shè)計(jì)構(gòu)思到制成零件功能的CAD解決方案,它使設(shè)計(jì)模具、分析模具和制造模具這一過程只需要用一個(gè)軟件包就能實(shí)現(xiàn)。利用該解決方案體現(xiàn)出來的靈活性,借助管接頭注塑模具的設(shè)計(jì)過程,顯示了Pro/E在塑料注射