基于ProE EMX的滑轮制品注塑模具设计

基于Pro/E EMX的滑轮制品注塑模具设计EMX(Expert Moldbase Extension)是Pro/E中一套功能强大的三维模架设计插件，用于设计和细化注塑模模架。结合Pro/Moldesdign模块，注塑模成型零件设计完成后，可以建立与之相配套的标准模架及设备、导向件、定位环、浇口衬套、螺钉、顶杆、定位销及支柱等辅助零件，完成模具装配，并可进一步进行开模仿真及干涉检查，最后自动生成2D工程图及物料清单表(BOM )。 Pro/Engineer EMX具备以下特点： (1)通过2D特定图形用户界面，快速实时预览、添加、修改模架部件;自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作; (2)内建大量模架库，支持多个模架组件供应商信息，可以从模架和组件供应商中预先定制组件和部件; (3)智能模具组件及组装; (4)可自动生成模具及各模板的2D工程图，自动创建BOM表。 (5)可进行干涉检查及开模仿真。自动检验整个模具的开启顺序，其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作。 图1 滑轮模型1、塑件工艺性分析 滑轮塑件的实体模型如图1所示，其总体尺寸为:直径98mm，总高度26mm，两边各有4个加强筋，结构呈对称分布，塑件壁厚3mm.该塑件要求外观质量好，有一定的强度和刚度。材料为聚酰胺66(PA66 )，耐磨性好、强度高、易成型，大批量生产。 在模具设计前必须对塑件进行工艺性分析，包括质量属性、厚度检测和拔模斜度检测等，计算制品的质量和体积，检查制品结构中是否存在倒勾、壁厚严重不匀及拔模斜度不合理等现象。使用分析(Analysis )模型(Model) 质量属性(Mass Properties)命令，输入制件材料密度1. lg/cm3,系统自动完成滑轮模型质量属性的计算，结果为:体积=44681.17mm3，曲面面积=31558.8 mm2，质量=49.15g。同样，用此法可以计算出带浇注系统的开模件的质量属性并与所选注射机注射量进行匹配，以提高注塑工艺的可靠性。通常要求带浇注系统的开模件的质量小于注射机额定注射量的80%，否则会出现塑件成型不完整或产品组织疏松的缺陷;对热敏性塑料而言，开模件质量要大于注射机额定注射量的30%，否则原料会因在料筒内停留时间过长而导致高温分解，从而降低塑件性能。 通常，注塑件的壁厚要求均匀。不均匀的壁厚会导致塑件产生内应力、翘曲、缩凹等各种缺陷。若壁厚过小，成型时流动阻力大，复杂制品就难以充满型腔;若壁厚过大，不但会造成用料过多增加成本，还会增加塑件成型的冷却时间。使用分析(Analysis )模型(Model) 质量属性(Mass Properties)命令，可对制件进行厚度检测，选过轴线的任一截面为检测平面，检测结果如图2所示。 图2 塑件厚度检测为了顺利地使塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，必须考虑内外壁有足够的拔模斜度。使用分析(Analysis) 模具分析(MoldAnalysis) 拔模检测(Draft Check)命令，设置检测条件，从图3的结果中可以看出，轮边缘部分为黄色，不满足拔模要求，但可以通过哈夫块侧向分型机构加以解决，其余部分均可满足拔模斜度要求。 图3 拔模检测综合以上分析，可以看出，该塑件结构设计比较合理，壁厚均匀，拔模斜度适当，选用的材料成型工艺性好，可以满足注塑成型工艺要求。 2 模具结构分析 采用一模两腔对称布局，在动模一侧采用哈夫块进行侧向抽芯，推杆顶出哈夫块，使之沿斜导向槽运动并张开，来实现滑轮塑件的推出运动。若采用点浇口进料，虽然塑件质量好，但模具结构复杂，需采用三板两开模具结构。在不影响塑件成型质量的前提下，在此采用侧浇口进料，模具结构简单、浇口容易去除且不影响塑件外观，通过Pro/E中的塑料顾问(Plastic Advisor)模块对确定的模具结构进行注塑成型工艺分析，结果证明该模具结构是可行的。 3 EMX中的模具结构及成型零件设计 3.1加载参考模型及工件 在EMX中，按照一模二腔对称布局加载滑轮参考模型(Ref Model )，设置工件毛坯(Workpiece)的尺寸为296mm x 396mm x 123mm, A板(定模板)的厚度为27mm, B板(动模板)的厚度为96mm。 3.2设置收缩 在创建模具时，应当考虑材料的收缩并相应地增加参照模型的尺寸，以补偿注塑成型时塑件尺寸的变化。聚酞胺收缩率较大，一般在1.0%-2.5%之间，在此取中间值1.75%。使用收缩(Shrinkage) 公式(Formula ) 按尺寸(ByDimension) 1+S所有尺寸(All Dims )命令，完成收缩率的设置。 浇注系统一般由主浇道、分流道、浇口、冷料井组成。使用特征(Feature) 型腔组件(Cavity Assem) 实体(Solid) 切减材料(Cut) 旋转(Revolve)命令创建圆锥形主浇道，使用特征( Feature ) 型腔组件(Cavity Assem) 流道(Runner)中的倒圆角(Round )命令创建圆形分流道，梯形(Trapezoid)命令创建梯形浇口的设计，本模具采用的浇注系统如图4所示。 图4 浇注系统3.4 创建分型面 分型面的设计要根据模型的几何形状、浇注系统的合理安排、塑件的外观质量要求、有利于顶出和排气等因素综合考虑。该滑轮共有5个分型面，分别是主分型面、定模型芯分型面、动模型芯分型面、哈夫块分型面、哈夫分型面，如图5所示。主分型面用于将塑件分割为定模和动模部分，其余4个分型面分别用来分割嵌人式的动、定模型芯，以及两个哈夫块。应用分型面(Parting Surf)功能，分型面创建过程中使用了复制(Copy)、填补破孔(Fill Loop )、延拓(Extend)、平整(Flat)、拉伸(Extrude )、旋转( Revolve )、合并(Merge)等方法。 图53.5 生成模具成型零件 使用模具体积块(Mold Volume ) 分割( Split)命令，以分型面分割工件得到模具体积块，再利用模具元件(Mold Comp) 抽取( Extract )命令，将分割的体积块抽取得到成形零件.在分割整体体积块时，应注意分割顺序的先后，对有的塑件来说，分割顺序会影响设计结果。应遵循由小及大、先局部后整体的原则依次分割。完成2个定模型芯、2个动模型芯、定模板、动模板、2个哈夫块等模具成型零件的创建。 3.6 试模填充 生成模具成型零件后，利用铸模( Molding )功能，便可进行试模仿真，系统可模拟注塑成型过程，生成一个带浇注系统凝料的成型塑件，利用此结果设计人员可以判断设计是否准确。试模填充可以检查以下项目: (1)塑件造型有无破洞; (2)分型面设计是否正确; (3)主流道、分流道、浇口、塑件之间有无完全连接。 如果填充不成功，可以针对以上项目进行检查及修改。图4为滑轮注塑件试模填充仿真件。 4 模架及附属机构设计 4.1在EMX中选择标准模架 根据模具布置及工件尺寸需要，使用模具基体(Moldbase) 组件定义(Assembly Definition )命令，在模具组件定义(Definition of the Assembly)对话框中设定模架尺寸为296mm x 396mm，模架供应商为fiasco，模架型号为emx-tutorial-mfg，修改定模板厚度为27mm，动模板厚度改为96mm ,以形成足够的推出空间，接下来就可以根据需要加载相关零部件了。 4.2设计导向零件 导向零件是保证动模与定模合模时正确定位和导向的重要零件，包括导向衬套和导杆。使用模具基体(Moldbase ) 组件定义(AssemblyDefinition) 添加导向件命令，设置导向衬套和导杆，选择定模板作为导向衬套的放置位置、动模板作为导杆的放置位置，分别选择导向衬套及导杆的类型并输入内径和长度等参数完成导向衬套和导杆的设置。 4.3设计浇注系统零件 浇注系统零件包括定位环和浇口衬套，使用模具组件定义(Definition of the Assemble) 功能(Functions) 添加设备命令，分别选择定模侧定位环(Loc Ring Fix-H)及浇口衬套(Sprue Bushing)，分别选择零件类型并设置相应的参数完成定位环和浇口衬套的设计。 4.4设计顶出系统 顶杆孔的设计除了必须综合考虑推出平衡、顶杆数量与分布尽可能合理、与其他零部件或孔系无干涉等要素外，还需兼顾水道孔位置分布，以确保顶杆孔设计的完善与合理。该模具通过6根顶杆将两个哈夫块顶出，哈夫块在向上运动的同时，沿导滑面张开，可达到推出塑件的目的。首先设计好顶杆放置点，如图6所示，在EMX中选顶杆(Ejector pin) 定义(Define) 在现有点上(On Existing Points)命令，设置好顶杆参数如类型、直径等，完成顶杆的设置。 4.5 设计冷却系统 熔融塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到所需制品。冷却水道的位置分布应保证塑件充分冷却且收缩平衡，而又不与其他零部件及孔系发生千涉现象。动、定模水道均采用沿模板方向平行排布。选择特征(Feature) 型腔组件(Cavity Assem) 水线(WaterLine )命令，在创建水道对话框中设置好水道的类型、截面直径、布置方式、设置末端条件等参数后，系统即可自动生成定模板及动模板冷却水道，如图7所示。另外，还可定义冷却元件如喷嘴、接头、管塞、密封塞、O形环等。 图7 设置好的冷却水道4.6装配已定义的所有元件 使用模具基体(Moldbase) 装配元件(Assemble Component)命令，选择设备、导向件、螺钉、顶杆、定位销、支柱等全部项目，装配好的模具如图8所示。 图85 模具动作仿真 模具整体结构设计完成后，可以对模具的顶出、复位、侧抽芯等动作进行模拟仿真，以确认各种动作的合理性。使用模具进料孔(Mold Opening) 定义间距(Define Step ) 定义移动 (Define Move)命令，按系统提示依次设置好移动元件、开模方向和间距，实现开模步骤的静态仿真，设置的模具打开爆炸图如图9所示。使用开模模拟(Opening Simulation)功能，设置好开模距离及运动时间，系统产生一个名为TMP的临时文件窗口，显示完全开模时的画面。在动画(Animation )对话框可以设置模具动作的动画。 图9 开模爆破图6 打开模具工程图 模具设计完成后，EMX在工作目录下自动生成模具装配工程图、各模板工程图文件及零件清单文件，而且可以对其进行更改。在Pro/E中选择图纸尺寸为A1，将图中比例设置为0.5，调整视图位置，自动生成的模具装配工程图如图10所示。最后将Pro/E中的2D工程图输出到AutoCAD中进一步进行编辑，按照注塑模设计规范进行尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度等的标注以及技术要求的填写等，最后将完善的设计图纸进行输出。 图10 模具装配工程图7 结论 Pro/E软件中的EMX插件，包含了多家模架供应商的信息以及智能组件和模架，内建了十分丰富的模座数据库，利用它完成模具设计非常灵活，可以快速设计模架以及一些辅助装置，能很快的改变设计意图或修改尺寸。Pro/E EMX软件可以将以前的繁琐工作变得快捷简单，尤其是螺钉、顶杆、水路、导向元件等的设计更能体现出其方便快捷的优点，大大减少塑料模具所需的设计、定制、细化模架部件和组件的时间，提高了设计效率。