基于ProE EMX的滑輪制品注塑模具設計

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1、基于Pro/E EMX的滑輪制品注塑模具設計 EMX(Expert Moldbase Extension)是Pro/E中一套功能強大的三維模架設計插件，用于設計和細化注塑模模架。結合Pro/Moldesdign模塊，注塑模成型零件設計完成后，可以建立與之相配套的標準模架及設備、導向件、定位環(huán)、澆口襯套、螺釘、頂桿、定位銷及支柱等輔助零件，完成模具裝配，并可進一步進行開模仿真及干涉檢查，最后自動生成2D工程圖及物料清單表(BOM )。 Pro/Engineer EMX具備以下特點： (1)通過2D特定圖形用戶界面，快速實時預覽、添加、修改模架部件;自動完成諸如余隙切口、螺紋孔、

2、組件安裝、頂桿修飾等工作; (2)內建大量模架庫，支持多個模架組件供應商信息，可以從模架和組件供應商中預先定制組件和部件; (3)智能模具組件及組裝; (4)可自動生成模具及各模板的2D工程圖，自動創(chuàng)建BOM表。 (5)可進行干涉檢查及開模仿真。自動檢驗整個模具的開啟順序，其中包括滑塊、提鉤和頂桿等的動作。 圖1 滑輪模型 1、塑件工藝性分析 滑輪塑件的實體模型如圖1所示，其總體尺寸為:直徑98mm，總高度26mm，兩邊各有4個加強筋，結構呈對稱分布，塑件壁厚3mm.該塑件要求外觀質量好，有一定的強度和剛度。材料為聚酰胺66(PA66 )，耐磨性好、強度高、易

3、成型，大批量生產。 在模具設計前必須對塑件進行工藝性分析，包括質量屬性、厚度檢測和拔模斜度檢測等，計算制品的質量和體積，檢查制品結構中是否存在倒勾、壁厚嚴重不勻及拔模斜度不合理等現(xiàn)象。使用"分析(Analysis )→模型(Model) →質量屬性(Mass Properties)"命令，輸入制件材料密度1. lg/cm3,系統(tǒng)自動完成滑輪模型質量屬性的計算，結果為:體積=44681.17mm3，曲面面積=31558.8 mm2，質量=49.15g。同樣，用此法可以計算出帶澆注系統(tǒng)的開模件的質量屬性并與所選注射機注射量進行匹配，以提高注塑工藝的可靠性。通常要求帶澆注系統(tǒng)的開模件的質量小

4、于注射機額定注射量的80%，否則會出現(xiàn)塑件成型不完整或產品組織疏松的缺陷;對熱敏性塑料而言，開模件質量要大于注射機額定注射量的30%，否則原料會因在料筒內停留時間過長而導致高溫分解，從而降低塑件性能。 通常，注塑件的壁厚要求均勻。不均勻的壁厚會導致塑件產生內應力、翹曲、縮凹等各種缺陷。若壁厚過小，成型時流動阻力大，復雜制品就難以充滿型腔;若壁厚過大，不但會造成用料過多增加成本，還會增加塑件成型的冷卻時間。使用"分析(Analysis )→模型(Model) →質量屬性(Mass Properties)"命令，可對制件進行厚度檢測，選過軸線的任一截面為檢測平面，檢測結果如圖2所示。

5、 圖2 塑件厚度檢測 為了順利地使塑件從模具型腔中取出或從塑件中抽出型芯，必須考慮內外壁有足夠的拔模斜度。使用"分析(Analysis) →模具分析(MoldAnalysis) →拔模檢測(Draft Check)"命令，設置檢測條件，從圖3的結果中可以看出，輪邊緣部分為黃色，不滿足拔模要求，但可以通過哈夫塊側向分型機構加以解決，其余部分均可滿足拔模斜度要求。 圖3 拔模檢測 綜合以上分析，可以看出，該塑件結構設計比較合理，壁厚均勻，拔模斜度適當，選用的材料成型工藝性好，可以滿足注塑成型工藝要求。 2 模具結構分析 采用一模兩腔對稱布局，在動模一側采用哈夫塊進行側

6、向抽芯，推桿頂出哈夫塊，使之沿斜導向槽運動并張開，來實現(xiàn)滑輪塑件的推出運動。若采用點澆口進料，雖然塑件質量好，但模具結構復雜，需采用三板兩開模具結構。在不影響塑件成型質量的前提下，在此采用側澆口進料，模具結構簡單、澆口容易去除且不影響塑件外觀，通過Pro/E中的塑料顧問(Plastic Advisor)模塊對確定的模具結構進行注塑成型工藝分析，結果證明該模具結構是可行的。 3 EMX中的模具結構及成型零件設計 3.1加載參考模型及工件 在EMX中，按照一模二腔對稱布局加載滑輪參考模型(Ref Model )，設置工件毛坯(Workpiece)的尺寸為296mm x 39

7、6mm x 123mm, A板(定模板)的厚度為27mm, B板(動模板)的厚度為96mm。 3.2設置收縮 在創(chuàng)建模具時，應當考慮材料的收縮并相應地增加參照模型的尺寸，以補償注塑成型時塑件尺寸的變化。聚酞胺收縮率較大，一般在1.0%-2.5%之間，在此取中間值1.75%。使用"收縮(Shrinkage) →公式(Formula ) →按尺寸(ByDimension) →1+S→所有尺寸(All Dims )"命令，完成收縮率的設置。 澆注系統(tǒng)一般由主澆道、分流道、澆口、冷料井組成。使用"特征(Feature) →型腔組件(Cavity Assem) →實體(Solid

8、) →切減材料(Cut) →旋轉(Revolve)"命令創(chuàng)建圓錐形主澆道，使用"特征( Feature ) →型腔組件(Cavity Assem) →流道(Runner)"中的"倒圓角(Round )"命令創(chuàng)建圓形分流道，"梯形(Trapezoid)"命令創(chuàng)建梯形澆口的設計，本模具采用的澆注系統(tǒng)如圖4所示。 圖4 澆注系統(tǒng) 3.4 創(chuàng)建分型面 分型面的設計要根據模型的幾何形狀、澆注系統(tǒng)的合理安排、塑件的外觀質量要求、有利于頂出和排氣等因素綜合考慮。該滑輪共有5個分型面，分別是主分型面、定模型芯分型面、動模型芯分型面、哈夫塊分型面、哈夫分型面，如圖5所示。主分型面用于將塑件分割

9、為定模和動模部分，其余4個分型面分別用來分割嵌人式的動、定模型芯，以及兩個哈夫塊。應用"分型面(Parting Surf)"功能，分型面創(chuàng)建過程中使用了"復制(Copy)"、"填補破孔(Fill Loop )"、"延拓(Extend)"、"平整(Flat)"、"拉伸(Extrude )"、"旋轉( Revolve )"、"合并(Merge)"等方法。 圖5 3.5 生成模具成型零件 使用"模具體積塊(Mold Volume ) →分割( Split)"命令，以分型面分割工件得到模具體積塊，再利用"模具元件(Mold Comp) →抽取( Extract )"命令，將分割的體積

10、塊抽取得到成形零件.在分割整體體積塊時，應注意分割順序的先后，對有的塑件來說，分割順序會影響設計結果。應遵循由小及大、先局部后整體的原則依次分割。完成2個定模型芯、2個動模型芯、定模板、動模板、2個哈夫塊等模具成型零件的創(chuàng)建。 3.6 試模填充 生成模具成型零件后，利用"鑄模( Molding )"功能，便可進行試模仿真，系統(tǒng)可模擬注塑成型過程，生成一個帶澆注系統(tǒng)凝料的成型塑件，利用此結果設計人員可以判斷設計是否準確。試模填充可以檢查以下項目: (1)塑件造型有無破洞; (2)分型面設計是否正確; (3)主流道、分流道、澆口、塑件之間有無完全連接。 如果

11、填充不成功，可以針對以上項目進行檢查及修改。圖4為滑輪注塑件試模填充仿真件。 4 模架及附屬機構設計 4.1在EMX中選擇標準模架 根據模具布置及工件尺寸需要，使用"模具基體(Moldbase) →組件定義(Assembly Definition )"命令，在"模具組件定義(Definition of the Assembly)"對話框中設定模架尺寸為296mm x 396mm，模架供應商為"fiasco"，模架型號為"emx-tutorial-mfg"，修改定模板厚度為27mm，動模板厚度改為96mm ,以形成足夠的推出空間，接下來就可以根據需要加載相關零部件了。

12、 4.2設計導向零件 導向零件是保證動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，包括導向襯套和導桿。使用"模具基體(Moldbase ) →組件定義(AssemblyDefinition) →添加導向件"命令，設置導向襯套和導桿，選擇定模板作為導向襯套的放置位置、動模板作為導桿的放置位置，分別選擇導向襯套及導桿的類型并輸入內徑和長度等參數(shù)完成導向襯套和導桿的設置。 4.3設計澆注系統(tǒng)零件 澆注系統(tǒng)零件包括定位環(huán)和澆口襯套，使用"模具組件定義(Definition of the Assemble) →功能(Functions) →添加設備"命令，分別選擇"定模側定位環(huán)(

13、Loc Ring Fix-H)"及"澆口襯套(Sprue Bushing)"，分別選擇零件類型并設置相應的參數(shù)完成定位環(huán)和澆口襯套的設計。 4.4設計頂出系統(tǒng) 頂桿孔的設計除了必須綜合考慮推出平衡、頂桿數(shù)量與分布盡可能合理、與其他零部件或孔系無干涉等要素外，還需兼顧水道孔位置分布，以確保頂桿孔設計的完善與合理。該模具通過6根頂桿將兩個哈夫塊頂出，哈夫塊在向上運動的同時，沿導滑面張開，可達到推出塑件的目的。首先設計好頂桿放置點，如圖6所示，在EMX中選"頂桿(Ejector pin) →定義(Define) →在現(xiàn)有點上(On Existing Points)"命令，設置好頂桿參

14、數(shù)如類型、直徑等，完成頂桿的設置。 4.5 設計冷卻系統(tǒng) 熔融塑料充滿型腔后，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保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其他零部件及孔系發(fā)生千涉現(xiàn)象。動、定模水道均采用沿模板方向平行排布。選擇"特征(Feature) →型腔組件(Cavity Assem) →水線(WaterLine )"命令，在"創(chuàng)建水道"對話框中設置好水道的類型、截面直徑、布置方式、設置末端條件等參數(shù)后，系統(tǒng)即可自動生成定模板及動模板冷卻水道，如圖7所示。另外，還可定義冷卻元件如噴嘴、接頭、管塞、密封塞、O形環(huán)等。 圖7 設置好的冷卻水道 4.6

15、裝配已定義的所有元件 使用"模具基體(Moldbase) →裝配元件(Assemble Component)"命令，選擇設備、導向件、螺釘、頂桿、定位銷、支柱等全部項目，裝配好的模具如圖8所示。 圖8 5 模具動作仿真 模具整體結構設計完成后，可以對模具的頂出、復位、側抽芯等動作進行模擬仿真，以確認各種動作的合理性。使用"模具進料孔(Mold Opening) →定義間距(Define Step ) →定義移動 (Define Move)"命令，按系統(tǒng)提示依次設置好移動元件、開模方向和間距，實現(xiàn)開模步驟的靜態(tài)仿真，設置的模具打開爆炸圖如圖9所示。使用"開模模擬(Ope

16、ning Simulation)"功能，設置好開模距離及運動時間，系統(tǒng)產生一個名為TMP的臨時文件窗口，顯示完全開模時的畫面。在"動畫(Animation )"對話框可以設置模具動作的動畫。 圖9 開模爆破圖 6 打開模具工程圖 模具設計完成后，EMX在工作目錄下自動生成模具裝配工程圖、各模板工程圖文件及零件清單文件，而且可以對其進行更改。在Pro/E中選擇圖紙尺寸為A1，將圖中比例設置為0.5，調整視圖位置，自動生成的模具裝配工程圖如圖10所示。最后將Pro/E中的2D工程圖輸出到AutoCAD中進一步進行編輯，按照注塑模設計規(guī)范進行尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度等的標注以及技術要求的填寫等，最后將完善的設計圖紙進行輸出。 圖10 模具裝配工程圖 7 結論 Pro/E軟件中的EMX插件，包含了多家模架供應商的信息以及智能組件和模架，內建了十分豐富的模座數(shù)據庫，利用它完成模具設計非常靈活，可以快速設計模架以及一些輔助裝置，能很快的改變設計意圖或修改尺寸。Pro/E EMX軟件可以將以前的繁瑣工作變得快捷簡單，尤其是螺釘、頂桿、水路、導向元件等的設計更能體現(xiàn)出其方便快捷的優(yōu)點，大大減少塑料模具所需的設計、定制、細化模架部件和組件的時間，提高了設計效率。