基于Pro/E的注塑模具的優(yōu)化設(shè)計研究

郭國誼

（新余學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江西 新余 338000）

基于Pro/E的注塑模具的優(yōu)化設(shè)計研究

郭國誼

（新余學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江西 新余 338000）

在新時代的背景下，我國經(jīng)濟(jì)有了快速發(fā)展，與此同時，我國的科技水平也得到了提升。隨著生產(chǎn)力的不斷提升，傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代高效生產(chǎn)的目標(biāo)，企業(yè)對注塑模具的設(shè)計提出了全新的要求。企業(yè)為了提高自身的生產(chǎn)效益，將不得不利用Pro/E技術(shù)來實現(xiàn)注塑模具的優(yōu)化設(shè)計。文章著重分析了基于Pro/E的注塑模具優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容，詳細(xì)論述了注塑模具優(yōu)化設(shè)計的細(xì)節(jié)內(nèi)容。

注塑模具；Pro/E；優(yōu)化設(shè)計

Pro/E的具體功能是能夠模擬進(jìn)行模具的注塑過程，在這個過程中能夠不斷發(fā)現(xiàn)問題，并糾正發(fā)現(xiàn)的錯誤。Pro/E中添加了參數(shù)化設(shè)計，可以簡化設(shè)計者的操作步驟，只需要繪制出某一圖形的具體特征，再經(jīng)過生成后就能夠得到讓自己滿意的圖形，操作較為簡便，十分適用于現(xiàn)代化生產(chǎn)。

1 注塑模具設(shè)計理論

注塑模具設(shè)計指的是操作員利用計算機(jī)以及專業(yè)軟件來進(jìn)行注塑模具的開發(fā)，其中主要包括澆注系統(tǒng)設(shè)計、冷料井設(shè)計等?；赑ro/E的注塑模具設(shè)計是一項科技含量較高的技術(shù)，它與當(dāng)今時代的設(shè)計制造理念相符合，進(jìn)而在我國的模具制造業(yè)中得到了廣泛的使用，而優(yōu)化注塑模具的設(shè)計能夠提高企業(yè)的產(chǎn)品經(jīng)營利潤，是目前我國注塑模具生產(chǎn)企業(yè)急需做到的一個點。

2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

澆注系統(tǒng)所指的是材料自注塑機(jī)噴嘴流出到進(jìn)入型腔后所經(jīng)過的總路徑。澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注塑模具優(yōu)化設(shè)計中極為重要的一個步驟，因為其直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量，所以應(yīng)該得到注塑模具操作人員的高度重視。

2.1 澆注系統(tǒng)主流道設(shè)計

澆注系統(tǒng)的主流道位于噴嘴與型腔相連接的部分。一般情況下，主流道都是處在注塑模具動模板的中心位置，并且會與其他分流道相連接。主流道的形狀大多都是圓錐形，這樣設(shè)計的原因是能夠在注塑結(jié)束之后能夠更加輕易地實現(xiàn)脫模，并且不容易損傷模具形狀。

2.2 澆注系統(tǒng)分流道設(shè)計

分流道有以下幾個設(shè)計要求：第一，根據(jù)溶體性質(zhì)的不同來設(shè)計不同的分流道；第二，分流道的拐角處應(yīng)該要保持圓滑，不應(yīng)留有棱角；第三，分流道的表面要保證平滑，不能太粗糙；第四，當(dāng)分流道較長時，應(yīng)該要在澆口與分流道相連接的尾端裝置冷料裝置，以此來防止熔料凝固造成管道堵塞。

分流道有多種形狀，而不同形狀的分流道也具有不同的作用。在設(shè)計注塑模具的澆注系統(tǒng)時，分流道的設(shè)計也是極為重要的，其主要是基于主流道與整個模具型腔的大小與樣式來進(jìn)行設(shè)計的。分流道的設(shè)計一定要合理，這樣才能夠使熔料平均地進(jìn)入不同的分流道，并且減小在流動過程中所受到的阻力，增強(qiáng)熔體的流動性，避免熔體在分流道內(nèi)凝固的現(xiàn)象出現(xiàn)。相同種類與體積的熔料在分流道中流動時，應(yīng)該盡量減小其的熱損失與流動阻力，這樣的分流道設(shè)計才是成功的。在分流道的設(shè)計之中，分流效率最優(yōu)的是圓形截面，但是因為其加工難度較高，因此一般僅用于熱流道模具之中，而注塑模具生產(chǎn)企業(yè)最長使用的是U型截面與梯形截面，這兩種截面設(shè)計雖然分流效率較低，沒有圓形截面高，但是因為這兩種截面設(shè)計較為簡單，并且實際操作起來較為便利，便于脫模，因此受到了廣大注塑模具生產(chǎn)企業(yè)的喜愛，并且以此來代替圓形截面分流道。

2.3 冷料井設(shè)計

冷料井的主要作用是把流道里熔體中的冷料截取掉，避免讓這些冷卻的熔體進(jìn)入型腔內(nèi)，以此來保證注塑產(chǎn)品不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。冷料井一般設(shè)置在注塑模具的動模板上，冷料井的直徑應(yīng)該要大于主流道的直徑，而深度要比其直徑更大，這樣設(shè)計的目的是能夠完全去除熔體之中的冷料，并將其拉出。

3 排氣引氣系統(tǒng)設(shè)計

3.1 排氣系統(tǒng)設(shè)計

排氣系統(tǒng)設(shè)計所指的是在注塑模具上面通過設(shè)計排氣系統(tǒng)來讓整個熔料能夠順利地從料斗內(nèi)進(jìn)入到型腔之中，并完成最終的冷卻成型。因為在注入熔料的時候，注塑機(jī)會對管內(nèi)的熔料進(jìn)行加壓，以此來保證熔料能夠順利進(jìn)入到型腔內(nèi)，所以就一定要在模具中設(shè)計一個排氣系統(tǒng)，這樣做的主要目的是減少熔接痕，避免出現(xiàn)熔料燃燒的現(xiàn)象，以此來保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

在普通的注塑模具生產(chǎn)中，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都會涉及以下幾種排氣系統(tǒng)：

第一，排氣槽排氣：在體型較大的模具生產(chǎn)制造中，因為型腔的體積較大，因此在其內(nèi)存在的氣體量也會較多，這時候就需要開設(shè)排氣槽，因為排氣槽能夠排出較多的氣體，減少因為型腔內(nèi)的氣體過多而引發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

第二，分型面排氣：當(dāng)注塑模具的體型較小的時候，型腔內(nèi)存在的氣體也相對較少，這時候就不需要在模具上開設(shè)排氣槽，只要設(shè)計分型面排氣就好。在設(shè)計分型面排氣的位置時，設(shè)計者需要注意不要將其開設(shè)在熔料流動的旁邊，避免出現(xiàn)熔料流出的現(xiàn)象。

第三，配合間隙排氣：這種排氣方法并不需要開設(shè)專門的槽口，而是利用一些接口來實現(xiàn)型腔內(nèi)氣體的排放。

第四，粉末燒結(jié)金屬排氣：有一些型腔的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并不適用上述的幾種排氣方法，這時候就可以使用粉末燒結(jié)金屬排氣。一般來說是在注塑的過程中，在分型面與頂針部位防治粉末燒結(jié)金屬來實現(xiàn)型腔內(nèi)部氣體的排出。這種排氣方法主要是利用粉末燒結(jié)金屬來實現(xiàn)排氣，但是因為粉末燒結(jié)金屬不夠強(qiáng)韌，經(jīng)常會出現(xiàn)破損，使產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，所以使用的并不多。

第五，排氣井排氣：這種排氣方法是在模具上設(shè)置排氣井，以此來排出型腔內(nèi)過多的氣體。它的工作原理是型腔內(nèi)所存在的氣體被進(jìn)入的熔料擠進(jìn)排氣井內(nèi)，這種排氣方法操作簡單而且效果較為理想，是目前注塑模具生產(chǎn)企業(yè)普遍接受的排氣方法。

3.2 引氣系統(tǒng)設(shè)計

顧名思義，引氣系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)是全然相反的兩個系統(tǒng)，它所存在的主要目的是將型腔外的空氣引進(jìn)型腔內(nèi)部，以此減少型腔脫出不便的情況。當(dāng)注塑完成并冷卻之后，因為型腔內(nèi)的空氣已經(jīng)基本被排出，所以塑材與型腔壁之間會緊緊黏合在一起，沒有辦法使產(chǎn)品脫模，這個時候就需要往型腔內(nèi)注入空氣，減少型腔內(nèi)與外部的壓強(qiáng)差，完成最終的脫模步驟。

4 注塑模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計主要是圍繞冷卻水路來開展設(shè)計的，其中主要涵蓋以下內(nèi)容：冷卻水路的具體布局、尺寸的大小、用何種液體進(jìn)行冷卻等。在整個注塑過程中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是否合理會直接影響到型腔內(nèi)產(chǎn)品的成型時間與最終的產(chǎn)品質(zhì)量，所以，是否擁有一個設(shè)計優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)是判斷注塑模具設(shè)計是否優(yōu)秀的重要因素。

5 基于Pro/E的中空球形柄注塑模具的設(shè)計

基于Pro/E的中空球形柄的設(shè)計流程如下所示。

5.1 預(yù)先處理中空球形柄的設(shè)計模型

首先需要創(chuàng)建一個基本的坐標(biāo)，然后對具體的數(shù)值進(jìn)行修改與確定，以此來保證模型的使用質(zhì)量。利用Pro/E來完成精度的設(shè)置，并嚴(yán)格控制模型的撥磨斜度，這樣做的主要目的是為了能夠在生產(chǎn)制作產(chǎn)品的時候，注塑模具內(nèi)的塑件能夠輕易地脫模，避免因為脫模不便而損壞產(chǎn)品表面的現(xiàn)象發(fā)生。

5.2 模具的布局及收縮率的設(shè)定

在設(shè)計具體的工件模型時，應(yīng)該要把早先已經(jīng)制作完成的一個產(chǎn)品放置在模型之中，然后利用Pro/E的先進(jìn)技術(shù)來對模具最終的形狀與樣式進(jìn)行修改與確定，最終在模塊中再來修改與設(shè)計要制作與生產(chǎn)的模具。因為受到熱脹冷縮的影響，因此模具的收縮度應(yīng)該要進(jìn)行一定的計算，在制作中空球形柄的具體操作中，筆者所設(shè)定的收縮率為0.006。

5.3 對澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

在設(shè)計中空球形柄的澆注系統(tǒng)時，可以利用切割時的切割圖案來完成模具的澆注，或者也可以使用注塑模具之中的主流道或者分流道來實現(xiàn)澆注。為了避免在澆鑄過程中因為雜質(zhì)與多余氣體的存在而使得產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，可以在中空球形柄的注塑模具上設(shè)置一個冷料井與排氣井，這樣一來能夠解決在澆鑄過程中出現(xiàn)的雜質(zhì)與氣泡問題，保證中空球形柄的治量。在澆注完成之后，可以在中空球形柄的注塑模具內(nèi)設(shè)置U型冷卻裝置來幫助型腔內(nèi)熔體的冷卻，最終完成整個中空球形柄的制作。

5.4 脫模

在完成中空球形柄的澆注與冷卻之后，最后的步驟就是將模具從型腔內(nèi)取出，也就是脫模。在Pro/E的多項技術(shù)中，“分割”這個技術(shù)能夠很好地處理這一項內(nèi)容。在最終的脫模步驟完成之后，這樣中空球形柄的設(shè)計與制作才算最終完成。

6 結(jié)語

Pro/E技術(shù)能夠有效提高注塑模具的生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)注塑模具的每一個環(huán)節(jié)都能夠仿真完成，并且實現(xiàn)自動化?；赑ro/E的注塑模具的優(yōu)化設(shè)計研究能夠簡化注塑模具的生產(chǎn)流程，解放生產(chǎn)力與勞動力，讓注塑模具生產(chǎn)企業(yè)有更多的勞動力空間去生產(chǎn)更多的產(chǎn)品。不僅如此，基于Pro/E的注塑模具的優(yōu)化設(shè)計還能夠在很大程度上提高注塑模具的產(chǎn)品質(zhì)量，這將能給注塑模具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營帶來更多的利潤，并且有利于注塑模具生產(chǎn)企業(yè)的長久與穩(wěn)定發(fā)展。

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Research on optimization design of injection mold based on Pro/E

Guo Guoyi
（Mechanical Engineering College of Xinyu University, Xinyu 338000, China）

In the new era, China’s economy has developed rapidly, at the same time, the level of science and technology in our country has been improved. With the continuous improvement of productivity, the traditional injection mold’s design method has not adapted to target of the modern and efficient production, and the enterprises put forward new requirements to the injection mold’s design. In order to improve their production efficiency, Enterprises will have to use Pro/E technology to achieve the optimization of injection mold’s design. This paper focused on the analysis of the content of the optimization design of injection mold based on Pro/E, and discussed the details of the optimization design of the injection mold.

injection mold; Pro/E; optimization design

郭國誼（1968— ），男，江西永豐，碩士，副教授；研究方向：機(jī)械、模具的設(shè)計與制造及其教學(xué)，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用及其教學(xué)。