基于Pro/E的筆記本電源顯示燈滑鍵注塑模具設(shè)計(jì)

李耀輝，李洪偉

（蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

0 引言

隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，設(shè)計(jì)制造業(yè)正朝著數(shù)字化、全球化、快捷化的方向發(fā)展［1］?，F(xiàn)代模具行業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型的工藝裝備制造業(yè)，注塑模具是模具制造業(yè)的一個(gè)重要分支，隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用，塑料注塑成型得到了空前的發(fā)展。注塑模具一般是訂單式生產(chǎn)，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(shù)。借助CAD軟件進(jìn)行注塑模具的開發(fā)與管理，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)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(yōu)秀的CAD軟件，利用其中的模具設(shè)計(jì)模塊可以快速、高效地進(jìn)行模具開發(fā)。因此，模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已成為決定產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵。

1 塑件成型工藝分析

圖1所示為塑件3D模型。該產(chǎn)品為筆記本電源顯示燈滑鍵，屬于內(nèi)構(gòu)滑動件，要求有良好的滑動性能。其材質(zhì)為PC，收縮率為4/1 000，產(chǎn)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(chǎn)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(cè)向分型。

2 塑件成型方案論證

由于產(chǎn)品為內(nèi)構(gòu)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(shè)計(jì)如圖2所示，即將沿長度方向一側(cè)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(cè)角度為45°，這樣可以使公母模仁在該處形成插破，在合模時(shí)可起到一定的定位作用；孔特征處的PL線設(shè)計(jì)也采用“特征的1/3在母模側(cè)”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(dǎo)致的孔處斷差問題，在模型前處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施。另外，為保證產(chǎn)品順利脫模，在產(chǎn)品四周側(cè)面、孔和圓柱凸臺設(shè)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(jìn)行拔模分析，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，模型的四周、孔和凸臺的側(cè)面均無拔模斜度，無法保證產(chǎn)品順利脫模，因此，在模具設(shè)計(jì)前應(yīng)對模型進(jìn)行前處理。

拔模前，需先將塑件待拔模面處的圓角移除，同時(shí)對塑件一側(cè)長度方向及孔處的PL線進(jìn)行正確設(shè)計(jì)，拔模后再恢復(fù)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(fù)制”和“偏移”特征是將模型的圓角移除；“草繪1”是創(chuàng)建模型基準(zhǔn)坐標(biāo)系“CSO”的X、Y基準(zhǔn)軸的草繪線；通過“拉伸1”特征對模型上孔特征處的母模側(cè)進(jìn)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(cè)所示；“草繪2”是繪制模型長度方向的PL草繪線，如圖6右側(cè)所示；“斜度”特征是根據(jù)圖3所示的拔模要求對模型進(jìn)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(jìn)行分割拔模；“倒圓角”特征是對模型的4個(gè)棱邊及凸臺進(jìn)行圓角恢復(fù)處理。

圖3 產(chǎn)品拔模設(shè)計(jì)

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(jié)果如圖7所示。

4 模具設(shè)計(jì)

4.1 分型面設(shè)計(jì)

Pro/E中模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)也是關(guān)鍵點(diǎn)之一就是分型面的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該塑件模具公、母模分模面的PL線設(shè)計(jì)如圖2所示，本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上無側(cè)孔、倒勾等特征，因此無需側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，只需一個(gè)主分型面即可實(shí)現(xiàn)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(jié)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(shè)計(jì)有兩種實(shí)現(xiàn)方法［2］：一種是單腔模實(shí)體曲面法，即首先進(jìn)行一腔的模具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后單獨(dú)打開分割出的模具元件，通過對元件實(shí)體曲面進(jìn)行復(fù)制及旋轉(zhuǎn)、實(shí)體化等操作完成一模多腔的設(shè)計(jì)；另一種是一模多腔定位參照零件法，即在參照零件調(diào)入時(shí)按多穴進(jìn)行設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)完成后直接分割出多穴的模具元件。

本設(shè)計(jì)中采用“一模多腔定位參照零件法”實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)，即調(diào)用參照模型時(shí)直接按4穴進(jìn)行布局。設(shè)計(jì)分型面時(shí)，首先遮蔽其他3個(gè)參照模型，先進(jìn)行單穴的分型面設(shè)計(jì)，主要通過“側(cè)面影像＋裙邊”的方式進(jìn)行單穴分型面的實(shí)現(xiàn)，利用“曲面裁剪”命令將生成的分型面裁剪成單穴的結(jié)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(zhuǎn)”、“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(jìn)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(chǎn)生一定影響，可通過曲面拉伸和合并方式進(jìn)行處理，結(jié)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(shè)計(jì)管位來提高模具定位精度，分型面上管位的設(shè)計(jì)主要通過“偏移”命令實(shí)現(xiàn)，結(jié)果如圖8（e）所示。分型面設(shè)計(jì)過程及結(jié)果見圖8。

4.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分型面設(shè)計(jì)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(tǒng)和流道設(shè)計(jì)也是Pro/E模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否對產(chǎn)品的成型質(zhì)量、模具的加工裝配及模具壽命等都有重要影響。本設(shè)計(jì)為一模四穴的側(cè)澆口方式，故采用梯形截面的分流道形式。分流道的參數(shù)設(shè)計(jì)如下［3］：寬度B為5.0mm；高度H為2.5mm；單側(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)進(jìn)膠。流道設(shè)計(jì)結(jié)果如圖9所示。

水路設(shè)計(jì)應(yīng)使產(chǎn)品冷卻均勻，并在較短時(shí)間內(nèi)頂出成型，水路排布的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的成型品質(zhì)和成型周期。由于產(chǎn)品尺寸較小，根據(jù)模流分析結(jié)果，公、母模側(cè)各設(shè)計(jì)兩條水路，如圖10所示。

5 模架設(shè)計(jì)

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

圖8 分型面設(shè)計(jì)過程及結(jié)果

圖9 流道設(shè)計(jì)

圖10 冷卻水路設(shè)計(jì)

6 結(jié)束語

在基于Pro/E環(huán)境下設(shè)計(jì)了筆記本電源顯示燈滑鍵塑料模具。利用Pro/E的實(shí)體造型PART模塊、模具設(shè)計(jì)模塊MOLDESIGN功能和模架設(shè)計(jì)外掛模塊EMX，可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)模型前處理、模具開發(fā)和模架設(shè)計(jì)等過程，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)了市場的快速響應(yīng)要求［4］，適應(yīng)當(dāng)代模具發(fā)展中的產(chǎn)品快速更新?lián)Q代、開發(fā)成本周期力求壓縮的趨勢。

圖11 模架設(shè)計(jì)結(jié)果

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

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

［4］孔剛，李珊.基于UG的吹風(fēng)機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)及數(shù)控加工［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009（11）：6520-6523.