基于Pro/ENGINEER軟件的積水盤注射模具設計

張曉陸

（江蘇春蘭機械制造有限公司，江蘇泰州，225300）

1 引言

目前產品的競爭，尤其是家用電器產品的競爭越來越激烈，如何縮短產品的開發(fā)周期，及時推出適合市場的新產品成為各大公司共同關心的問題。Pro/ENGINEER軟件以其強大的造型及結構設計功能在產品的開發(fā)設計中得到越來越廣泛的應用，為有效縮短產品的開發(fā)周期提供了條件。積水盤是壁掛空調器的主要部件,是由復雜的外形特征組成,其設計的好壞將直接影響到空調器的積水效果、裝配性能和產品內在質量等要素。通過利用Pro/ENGINEER Wildfire2.0軟件進行積水盤的三維數(shù)據模型設計、澆注系統(tǒng)設計、分模設計及裝配設計和冷卻系統(tǒng)設計等，不僅縮短了模具的設計及制造周期,提高了模具的質量和使用壽命，而且還增加了模具的潛在價值和市場競爭力，為新產品迅速占領市場打下了堅實的技術基礎。

2 積水盤產品設計

2.1 接受任務書

成型塑料制件的任務書通常由制件設計者提出，其內容如下：

(2)塑料制件說明書或技術要求；

(3)生產產量；

(4)塑料制件樣品。

通常模具設計任務書由塑料制件工藝員根據成型塑料制件的任務書提出，模具設計人員以成型塑料制件任務書和模具設計任務書為依據來設計模具。

2.2 設計依據分析

該模具設計的依據是塑件圖紙和塑料制件樣品。對于塑件圖紙，要注意圖紙的技術要求，許多圖紙明確給出尺寸公差等級、未注圓角、產品壁厚等，這些在模具設計時必須加以注意；對于塑料制件樣品，重點是在樣件上提取有用的模具設計信息，避免在設計上走彎路，這些信息包括分型面的位置、澆口的位置和形式、頂桿的大小與分布、抽芯機構的設計等等。

該塑件材料為塑料ABS，制件顏色為乳白色，按統(tǒng)一色板檢驗，色澤為1008。制件成型后要求外觀挺括，無明顯縮印、裂紋、流痕、熔接痕、頂白、銀絲斑、冷夾、劃傷、擦毛等缺陷，澆口、頂桿痕及分型合模線等飛邊毛刺應修邊完整干凈，不得損傷外觀。尺寸公差按GB/T14486-93標準MT2級執(zhí)行，內外表面粗糙度為Ra3.2，壁厚為2.5mm，未注倒圓角為R0.5mm，訂貨要求采用一模一腔，模具壽命為50萬模次。

2.3 消化塑料制件圖和工藝資料

設計人員要認真消化圖紙，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術要求。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結構、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進行分析，看看估計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來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。消化工藝資料，分析工藝任務書所提出的成型方法、設備型號、材料規(guī)格、模具結構類型等要求是否恰當，能否落實。成型材料應當滿足塑料制件的強度要求，具有好的流動性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據塑料制件的用途，成型材料應滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。

1.勞動力資源短缺。“平成景氣” 使得日本經濟對勞動力的供需矛盾進一步凸顯，日本在1988年的有效求人倍率開始大于1，并不斷增加。1989年，日本制造業(yè)勞動力的供需矛盾在質與量上均呈現(xiàn)供給不足，技術人才短缺成為主要矛盾。根據《日本工業(yè)新聞》的一項調查統(tǒng)計：日本電氣電子行業(yè)、信息通信行業(yè)、機械制造行業(yè)的技術人員嚴重短缺。被調查的企業(yè)中，超過50%的機械制造行業(yè)表示技術人員嚴重不足；汽車制造、船舶制造和建筑行業(yè)表示技術人員缺乏的比例為54%；69%的基礎材料企業(yè)表示五年后將出現(xiàn)嚴重的技術人才短缺。

2.4 零件三維建模

積水盤材料為ABS塑料,注塑加工成型。其形狀大體為細長形,由兩端復雜曲面加強筋、勾卡等特征組成,采用Protrusion（伸出項）、Cut（切減項）、Rib（加強筋）、Round（倒圓角）、Offset（偏移）、Curve（曲線）、Surface（曲面）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延長）、Transformed Surface（鏡像）、Draft（拔模）等實體特征和曲面特征完成積水盤的三維數(shù)據建模。其簡要建模步驟如下:

(1)建立基準面和基準坐標系；

(2)建立積水盤外形特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Curve、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface、Draft等命令）；

(3)建立柱子、溝槽等部分細節(jié)特征（使用Protrusion、Cut、Offset、Round、COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Draft等命令）；

(4)建立勾卡特征（使用Protrusion、Cut、Round、COPIED_GROUP、Curve等命令）；

(5)建立積水盤的加強筋特征（Rib、Round）；

(6)加未注脫模斜度1°特征（Draft）；

(7)倒未注圓角R0.5mm（Round）；

(8)對產品進行渲染。最后完成的積水盤三維數(shù)據模型如圖1所示（正面與反面效果圖）。

圖1 積水盤三維模型

3 模具結構設計

3.1 建立分模文件、裝配參考零件（Ref Model）、創(chuàng)建工件（Workpiece）

Create a new object→在Component Creat對話框中，Type欄選Manufacturing, sub-type欄選Mold Cavity，輸入文件名kfr35gt-jsp-mold，點OK按鈕確定。Mold Model→Assemble→Ref Model→open kfr35gt-jsp.prt→在Component Placement對話框中點缺省按鈕（Assemble component at default location）→再點OK按鈕即可。Mold Model→Create→Workpiece→Manual→輸入工件名稱kfr35gt-jsp-wrk→Create features→OK→protrusion，根據積水盤的最大外形尺寸先創(chuàng)建出一個稍大于積水盤的工件即可，因為在進行后續(xù)斜導柱滑塊設計時需根據滑塊的大小來最終決定動、定模芯的大小。

3.2 拔模斜度及厚度檢測

為了避免在隨后的設計中產生不必要的失誤和少走彎路，在建立分型面前必須對參考零件（Ref Parts）進行拔模斜度和厚度檢測，看是否有倒勾（Untercut）、拔模斜度不合理或零件厚度嚴重不均等現(xiàn)象，若存在就要修改零件模型，有時候甚至要修改零件模型的部分結構，直到消除所有該類現(xiàn)象為止。但是必須注意在進行分模設計前最好先將造型好的零件模型請客戶過來確認，看修改的地方會不會影響外觀、裝配性能等，因為若你一開始就不注意這些問題，當你送樣件給客戶確認時，客戶可能提出很多修改要求（包括在零件模型分析后進行修改的地方以及客戶沒有考慮到的地方），這樣就會增加很多后續(xù)改模工作，既浪費了寶貴的時間，也增加了模具的制造成本，

3.3 設置收縮率（0.5%）

Shrinkage→By Dimension→Set/Reset→All Dims→Enter shrink ratio 'S' (Formula: 1 + S )for all dimensions： 0.005→Done Scale。

3.4 澆注系統(tǒng)設計

澆注系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到型腔內,并在填充的過程中將注射壓力傳遞到塑件各部位,從而得到所需的塑件。澆注系統(tǒng)一般由澆口、流道、進料口、冷料井四部分組成。本模具設計采用4個點澆口進料，澆口隨二次分型時自動脫落,這樣既節(jié)約了生產時間,又提高了勞動生產效率。該澆注系統(tǒng)是在Pro/ENGINEER塑料顧問選件中建立的，通過在流動分析過程中不斷調整澆口位置、數(shù)量及大小來優(yōu)化流道系統(tǒng)，最終得到如圖2所示的最佳澆注系統(tǒng)，在這里就不再贅述。

圖2 積水盤澆注系統(tǒng)

3.5 建立分型面（Parting Surface）

由于積水盤形狀復雜，其模具結構設計就更為復雜，因此主分型面設計的好壞直接影響到相關成型零件設計與加工的難易程度，甚至會影響到整付模具的使用壽命。為此，在綜合考慮結構設計合理和加工方便等要素的前提下最后設計出如圖3所示的主分型面。其簡要操作步驟為：Parting Surface→Creat→輸入分型面名稱（如Parting_Surface01）→Add→根據零件幾何形狀通過采用COPIED_GROUP、Surface、Surface Merge、Surface Extension、Transformed Surface等命令來完成主分型面的創(chuàng)建。

圖3 積水盤主分型面

3.6 分模

Mold Volum→Split→選取分型面（Parting Surface）→分割出動、定模芯。接著使用Mold Volum→Create，輸入要建立的鑲件的名稱，如dongm-huak01、dingmhuak01與xietui1234等，建立如圖4所示的5個滑塊和4個斜推。然后抽取出動、定模芯（Mold Comp→Extract）→生成澆注件（Molding）→根據生成的各滑塊和斜推對動、定模芯進行優(yōu)化設計→開模（Mold Opening），如圖5所示。最后再次進行拔摸檢測，看是否存在倒勾現(xiàn)象，若有就必須進行相應修改，直到消除所有倒勾為止。在創(chuàng)建圖5中定模側的兩滑塊組件時，必須特別注意每組滑塊之間的運動方向和形式，由于采用滑塊套滑塊的方式，其動作的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，既要保證開模時斜導柱滑塊能順利抽芯，同時又得保證在關模時每個滑塊組件能順利回復到位。在進行每組滑塊設計時必須清楚它們各自的運動角度以及斜導柱的運動角度，為了保證運動平穩(wěn)決定在脫澆板與定模板之間加四個復位彈簧，經實踐證明這一舉措是很成功的，若沒有復位彈簧就經常會造成斜導柱咬死、拉毛以及斷裂等現(xiàn)象。另外動模側三個滑塊按照常規(guī)方法去進行結構設計即可，但必須注意中間的大滑塊為了產品能順利出模，不是在水平面內運動，而是在與水平面成一小角度的斜面上運動，故在設計斜導柱時必須特別注意這一點。

3.7 模架裝配與零部件結構設計

裝配本企業(yè)使用Pro/ASSEMBLY裝配模塊創(chuàng)建的三維注塑模架，該模架為三板式細水口系列模架，模架最大外形尺寸為1250×750×700（單位：mm），擬選用海天HTF760X型注塑機。同樣在Pro/ASSEMBLY裝配模塊中創(chuàng)建各相關零部件的三維模型，并不斷進行結構優(yōu)化設計，以保證各零部件不僅加工簡單方便，而且模具動作也靈活自如。在繪制完所有相關零部件后，使用菜單欄中的Analysis進行全局干涉檢查（Mold Analysis→Global interference→Compute），對有干涉的地方及時進行修改與優(yōu)化，直到沒有任何干涉為止。

圖4 滑塊與斜推

圖5 積水盤分模

3.8 冷卻系統(tǒng)設計

塑料充滿型腔后，應通過冷卻使之定型，從而得到所需制品。冷卻水道的位置分布應遵循一定的原則，總的來說，應保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其它零部件、孔系發(fā)生連通現(xiàn)象，以免漏水。本例中動、定模水道均采用縱向排布，直徑均為φ10mm，采用Pro/ASSEMBLY裝配模塊中的Cut命令來完成水道孔的設計，其具體布置形式見圖6。冷卻系統(tǒng)設有翻水孔，以增加冷卻效果，同時采用O型密封圈密封，以免出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，而且快速管接頭不要露在模具外面，以免吊裝和放置模具時將其壓壞。

最后使用Mold Analysis中的Assembly Mass Properties進行重量計算，結果為3.9t。最終生成的三維模具裝配圖如圖6所示。

圖6 積水盤模具三維圖

4 結束語

由于塑料制件的結構越來越復雜，帶來模具的結構也越來越復雜，這就要求我們模具設計人員不斷地想出更多合理可靠的模具結構來成型不同要求的制件。在實際的設計工作中，我們應充分利用我們所掌握的有關數(shù)學、力學以及材料學等相關方面的知識，通過運用國內外先進的CAD/CAE/CAM集成技術軟件來進行模具結構設計與開發(fā)工作，這樣我們就會不斷提高自身的業(yè)務技能和專業(yè)水平，從而增加新產品的潛在價值和市場競爭力，為企業(yè)帶來了良好的經濟效益。

[1]林清安. Pro/ENGINEER 2000i2零件設計高級篇.北京：北京大學出版社，2001.

[2]林清安. Pro/ENGINEER 2000i2模具設計.北京：北京大學出版社，2001.

[3]塑料模具設計手冊編寫組.塑料模具設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.