復雜曲面注塑模具三維設計

黃紅輝++王凌云

摘 要：在PRO/E模具設計模塊中，對于復雜曲面構成的吸塵器機殼產品的模具設計，其他方法都很難實現時，巧妙地運用其聚合功能，快速成功地設計了吸塵器復雜殼體獨特結構的注射模具。本文說明了這些方法的具體步驟，并介紹利用軟件進行模具的三維細節設計時處理復雜結構的一些有用的方法。

關鍵詞：PRO/E 復雜曲面 模具

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0095-02

Abstract： Using Pro/E in designing the injection mold of a cleaner shell with complex surface， successfully designed a unique injection mold by using gather method when other method not available. The specific step of design in the process of using gather method is discussed in this paper and some of the useful methods of the detail design for complex structure of injection mold are also discussed.

Key Words： PRO/E； Curved surface； Injection Mould

PRO/E三維設計軟件在模具設計方面的突出表現，使其成為當今最受歡迎的模具設計軟件之一。尤其是它強大的曲面設計功能，在復雜型腔設計方面，更是手工設計所無法比擬的。多數情況下，PRO/E的自動分模功能都可以很方便地將工件直接生成凸凹模，效率十分高。但遇到制件形狀復雜，外輪廓線不封閉時，自動分模功能就很難奏效了。本文例舉了這樣一個制件，不但無法采用PRO/E自動分模，而且其結構上的橫向軸孔以及倒勾，給實際開模帶來很大的困難。

通過對結構的仔細分析，巧妙地運用PRO/E的聚合功能，綜合考慮模具制造要求，成功設計出獨特結構的模具，給大家在遇到類似問題時，提供了很好的參考[1-2]。

1 產品分析

如圖所示，為一吸塵器后殼零件，形狀大部分是曲面，一端有一個很大的缺口，另一端則是完全敞開，曲面被截斷。取而代之是一平面，上面有兩個軸孔支座。該平面與其他3個平面形成一個向下的開口盒，并在兩側有8條筋板與曲面外殼相連，另兩側向內分布了9條筋板。在缺口的里側有兩個大的倒勾，端面和頂面還有3個小倒勾和一些凹坑。產品厚度為1.5～2.5mm，產品尺寸為320mm×280mm×180mm，采用工程塑料制成。

考慮產品較大，采用了兩點進澆。用plastic advisor進行模流分析，通過分析比較決定采用兩點進澆，注射所用時間短，壓力損失小[3]（圖2）。

2 注射成型零件設計

正如以上分析指出的，由于制件外型和內型都很復雜。由許多曲面組成，且所有邊緣都倒了圓角，用側影線—裙邊自動分型或設計分型面比較困難。利用聚合可以復制設計模型的曲面和參考邊，直接得到模具型芯的主要部分。這種方法也是拆分電極的重要方法。其原理就是把曲面向底平面投影，然后將曲面和投影所包圍的空間充填成實體。從而獲得體積塊，即型芯或電極。它比側影線—裙邊法減少了復雜的選擇環和延拓方向控制的麻煩。而且，成功率極高。在此基礎上，采用合并、切除等方法，即可得到模具型芯的其他部分以及型腔部分。

2.1 設計型芯

利用聚合法創建模具型芯的方法如下：

“模具（鑄造）”（MOLD（CAST））>“模具體積塊”（Mold Volume）>“創建”（Create）>“聚合”（Gather）>“定義”（Define）。

（1）“聚合步驟”（GATHER STEPS）菜單中，選適用的復選框。

選取（Select）——從參考零件中選取曲面或特征。

排除（Exclude）——從體積塊定義中排除邊或曲面環。

填充（Fill）——在體積塊上填充內部輪廓線或曲面上的孔。

關閉（Close）——通過指定頂部曲面或底部關閉聚合的體積塊。

（2）選“曲面和邊界”（Surf&Bnd）或“曲面”（Surfac es）。從制件結構可以看出，其內部有一個完整的平面邊界的空間，同時考慮加工的需要，可以將其單獨生成型芯的鑲塊。因此，本模具的型芯部分作兩次進行，分別聚合。第一次選“曲面和邊界”，在殼體內四方盒內任意選一曲面作為種子面，然后以四方盒的外表面為邊界。完成以下步驟后就可得到型芯鑲塊（圖3（a））。第二次選“曲面”，這一次則要手工選取所需要的殼體的其他內表面，以便生成模具型芯的另外一部分。這時，有一些曲面和方盒內的曲面是連成一體的，也會被選中，這就要用到排出選項，選定不要的曲面環，進行排除。完成以下步驟后，得到型芯的外部（圖3（b））。

（3）通過指定末端環閉合體積塊。通過向上拉伸基體面組到頂曲面創建體積塊。

（4）完成其他步驟后，分割出模具型芯的體積塊。

（5）將分割出的第二塊型芯體積塊進行添加特征和合并等操作，設計型芯的其他部分（圖4）。為了便于成型出軸承和殼體一端尖角和邊緣部分，將型芯延伸出去。由于軸孔方向與開模方向垂直，要采取橫向抽芯，考慮使模具緊湊，設計一對斜頂桿，同時又使其成為軸孔的分型部分，因此，沿軸孔內端面切割出頂桿孔。沿軸承和尖角的邊緣切割出分型面，另外，型芯鑲塊與型芯延長部分要從曲面過渡到平面，所以開設了過渡槽。

2.2 制作模具型腔

可以采用同樣的方法做出的模具型腔的體積塊，從而得到模具的型腔部分（圖5）。

3 模架及頂出系統設計

進入EMX設計選擇合適的模架，設計模具整體。以便于后續的澆注系統、冷卻系統和頂出系統等模具部分的設計。由于殼體上有眾多的筋板和倒勾等，制件脫模力要很大，所以設計了20根圓頂桿和4根方頂桿。其尾部倒勾也采用了兩根方頂桿成型，在頂出制件后，使倒勾部分可以脫模。軸孔處采用斜頂桿側抽，簡化了模具結構，同時又可以增加頂出力。制件頂部還有一處倒勾則采用安裝在定模固定板上的插銷成型，開模后插銷拔出，倒勾即可強行脫模。

4 結語

由于現在產品更新換代速度的加快，要求模具的設計和制造速度也要加快。一般一幅中等程度復雜的模具的制造時間縮短到一個月以內，模具的設計時間不到一周。因此，采用模具設計軟件對模具進行設計，可以大大提高效率。尤其是模具的三維設計，對結構復雜的模具，更加直觀，更容易啟發設計者的思路，使得模具的設計又好又快。

參考文獻

[1] 葛正浩.PRO/ENGINNER塑料模具設計入門與實踐[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2] 徐云杰.基于PRO/E復雜分型面的模具型腔設計[J].模具技術，2007（2）：38-40.

[3] 葛銀川，葛正浩.基于Pro/E的照相機前蓋的模具設計及模流分析[J].塑料工業，2009（3）：56-58.

[4] 付偉，張海，曹愛文.基于PRO/E的分模方法及技巧[J].模具工業，2006（5）：65-70.

[5] Manzione LT.Application of Computer Aided Engineering in Injection Molding[M].Munich：Hanser Publisher，1987.