基于Pro/E的筆記本電源顯示燈滑鍵注塑模具設計

李耀輝，李洪偉

（蘇州市職業大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215104）

0 引言

隨著CAD/CAE/CAM技術的迅速發展與普及，設計制造業正朝著數字化、全球化、快捷化的方向發展［1］。現代模具行業屬于技術、資金密集型的工藝裝備制造業，注塑模具是模具制造業的一個重要分支，隨著塑料制品的廣泛應用，塑料注塑成型得到了空前的發展。注塑模具一般是訂單式生產，品種多、批量少、工期緊，因此迫切需要一種智能化、集成化程度高的CAD技術。借助CAD軟件進行注塑模具的開發與管理，可以大大提高設計速度，減輕設計人員的工作強度。美國PTC公司推出的Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）大型3D軟件就是一款優秀的CAD軟件，利用其中的模具設計模塊可以快速、高效地進行模具開發。因此，模具計算機輔助設計（CAD）技術的開發與應用已成為決定產品競爭力的關鍵。

1 塑件成型工藝分析

圖1所示為塑件3D模型。該產品為筆記本電源顯示燈滑鍵，屬于內構滑動件，要求有良好的滑動性能。其材質為PC，收縮率為4/1 000，產品長為8.5 mm、寬為4.2mm、高為1.80mm（含凸臺部分），平板部分的高度為0.8mm。由于產品整體尺寸較小，且精度要求不是很高，因此考慮采用一模4穴的布局。塑件上沒有倒勾特征，因此不需要采用側向分型。

2 塑件成型方案論證

由于產品為內構滑動件，裝配后只有頂部的圓柱臺裸露在外，且要保證沿長度方向滑動通暢。因此，公母模分模面的PL線設計如圖2所示，即將沿長度方向一側的分型線下降0.2mm（平板高度的1/3左右），下降長度為5.0mm，下降部分PL線的兩側角度為45°，這樣可以使公母模仁在該處形成插破，在合模時可起到一定的定位作用；孔特征處的PL線設計也采用“特征的1/3在母模側”的原則，但由于孔為裝配孔，為避免由于裝配及加工原因而導致的孔處斷差問題，在模型前處理時應采取相應的措施。另外，為保證產品順利脫模，在產品四周側面、孔和圓柱凸臺設置拔模斜度，如圖3所示。

圖1 塑件3D模型

圖2 公母模分模面PL線

3 模型前處理

首先對模型進行拔模分析，結果如圖4所示。由圖4可以看出，模型的四周、孔和凸臺的側面均無拔模斜度，無法保證產品順利脫模，因此，在模具設計前應對模型進行前處理。

拔模前，需先將塑件待拔模面處的圓角移除，同時對塑件一側長度方向及孔處的PL線進行正確設計，拔模后再恢復原有的圓角特征，具體過程見圖5的模型前處理特征樹。其中，“復制”和“偏移”特征是將模型的圓角移除；“草繪1”是創建模型基準坐標系“CSO”的X、Y基準軸的草繪線；通過“拉伸1”特征對模型上孔特征處的母模側進行切除以防止斷差形成（單邊切除寬度為0.1mm，切除深度為0.2mm），如圖6左側所示；“草繪2”是繪制模型長度方向的PL草繪線，如圖6右側所示；“斜度”特征是根據圖3所示的拔模要求對模型進行拔模處理，模型長度方向上的滑動面處以“草繪2”特征為樞軸進行分割拔模；“倒圓角”特征是對模型的4個棱邊及凸臺進行圓角恢復處理。

圖3 產品拔模設計

圖4 塑件拔模分析

圖5 模型前處理特征樹

模型前處理的最終結果如圖7所示。

4 模具設計

4.1 分型面設計

Pro/E中模具設計的難點也是關鍵點之一就是分型面的設計及實現方法。該塑件模具公、母模分模面的PL線設計如圖2所示，本產品結構上無側孔、倒勾等特征，因此無需側抽芯機構，只需一個主分型面即可實現開模。

圖6 孔處斷差及分割拔模樞軸繪制

圖7 模型前處理結果

由于模具布局為一模4穴，Pro/E軟件中對于一模多腔的模具設計有兩種實現方法［2］：一種是單腔模實體曲面法，即首先進行一腔的模具設計，設計完成后單獨打開分割出的模具元件，通過對元件實體曲面進行復制及旋轉、實體化等操作完成一模多腔的設計；另一種是一模多腔定位參照零件法，即在參照零件調入時按多穴進行設計，分型面設計完成后直接分割出多穴的模具元件。

本設計中采用“一模多腔定位參照零件法”實現模具設計，即調用參照模型時直接按4穴進行布局。設計分型面時，首先遮蔽其他3個參照模型，先進行單穴的分型面設計，主要通過“側面影像＋裙邊”的方式進行單穴分型面的實現，利用“曲面裁剪”命令將生成的分型面裁剪成單穴的結果，如圖8（a）所示。再利用“移動”、“裁剪”、“延伸”、“合并”等命令生成2穴的分型面，如圖8（b）所示，最后通過“旋轉”、“合并”等命令生成完整的四穴分型面，如圖8（c）所示。由圖8（c）可以看出，由于塑件長度方向進行分割拔模，所以分型面上分流道特征處會形成臺階面，對模具的加工、裝配都會產生一定影響，可通過曲面拉伸和合并方式進行處理，結果如圖8（d）所示。為減小成型過程中的脹形力對合模精度的影響，可通過在模仁上設計管位來提高模具定位精度，分型面上管位的設計主要通過“偏移”命令實現，結果如圖8（e）所示。分型面設計過程及結果見圖8。

4.2 模具結構設計

分型面設計完成后即可通過“分割體積塊”和“抽取模具元件”命令得到模具型腔元件。澆注系統和流道設計也是Pro/E模具設計中的一個重要環節。

澆注系統的設計合理與否對產品的成型質量、模具的加工裝配及模具壽命等都有重要影響。本設計為一模四穴的側澆口方式，故采用梯形截面的分流道形式。分流道的參數設計如下［3］：寬度B為5.0mm；高度H為2.5mm；單側角度α為15°。另外，為了減少流道凝料，降低制品成本，在型腔側采用下沉式澆口形式，即澆口套直接固定在母模仁上與分流道連通實現進膠。流道設計結果如圖9所示。

水路設計應使產品冷卻均勻，并在較短時間內頂出成型，水路排布的好壞直接關系到產品的成型品質和成型周期。由于產品尺寸較小，根據模流分析結果，公、母模側各設計兩條水路，如圖10所示。

5 模架設計

一套完整的注塑模具還需要有模架支撐，需要頂出機構將塑件頂出模腔，需要澆口套、定位圈等零件與注射機連接匹配，需要復位銷對頂出機構進行復位等。這些工作都可以在Pro/E的EMX系統中完成，EMX（Expert Moldbase Extension）為專家模架系統，是ProE系統中的一個外掛模塊，專門用來建立各種標準模架和模具標準零件及滑塊、斜銷等零件，能夠自動生成模具工程圖及明細表，還可以模擬模具開模過程進行動畫仿真和干涉檢查，并將仿真結果輸出視頻文件，是一個功能強大且方便的模具設計工具。模架設計結果如圖11所示。

圖8 分型面設計過程及結果

圖9 流道設計

圖10 冷卻水路設計

6 結束語

在基于Pro/E環境下設計了筆記本電源顯示燈滑鍵塑料模具。利用Pro/E的實體造型PART模塊、模具設計模塊MOLDESIGN功能和模架設計外掛模塊EMX，可以快速、高效地實現模型前處理、模具開發和模架設計等過程，改變了傳統的設計理念，大大縮短產品開發周期、提高產品設計制造質量，降低生產成本，適應了市場的快速響應要求［4］，適應當代模具發展中的產品快速更新換代、開發成本周期力求壓縮的趨勢。

圖11 模架設計結果

［1］劉毅，王華，郭瑩，等.基于Pro/E的塑料頂蓋注塑模具設計［J］.模具技術，2007（2）：41-45.

［2］胡清根，楊細蓮，陳馳文.基于Pro/E的一模多腔塑料模具設計［J］.鑄造技術，2011（8）：1195-1197.

［3］屈華昌.塑料成型工藝與模具設計［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］孔剛，李珊.基于UG的吹風機外殼注塑模具設計及數控加工［J］.科學技術與工程，2009（11）：6520-6523.