基于Proe的簡單飛機(jī)模型塑膠模具設(shè)計(jì)

1、基于PRO/E的簡單玩具飛機(jī)模型的塑膠模具設(shè)計(jì)黃錦峰指導(dǎo)老師：袁成宇老師（華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院02農(nóng)機(jī) 海南 儋州 571737）摘 要 本文在探討Pro/Engineer在注塑模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用的基礎(chǔ)上,分析了簡單飛機(jī)模型設(shè)計(jì)的工藝特點(diǎn)，并介紹了相應(yīng)塑膠模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及模具的工作過程，通過實(shí)例詳細(xì)闡述了在Pro/Engineer軟件平臺(tái)上進(jìn)行注射模具設(shè)計(jì)的具體方法和步驟。關(guān)鍵詞 注射模具設(shè)計(jì) 飛機(jī)模型 Pro/E軟件 Plastic mould design for a simple airplane model based on Pro/EHuangJinFengInstructs

2、teacher ：YuanChengYu(Grade2002, Agricultural Machinery, Engineering College, South China University of Tropical Agriculture, DanZhou HaiNan,571737) AbstractBased on discussing the application of Pro/Engineer in the mold design, this article has analyzed the technologic characterize of the simple air

3、plane model design and introduced the method of the corresponding plastic mold structural design and the process of the mold work. It explained the concrete method and step of the injecting mold which carried on the Pro/Engineer software platform in detail through the example. Key words inject ion m

4、ould design airplane model Pro / E 1前言1.1塑料工業(yè)的發(fā)展 在塑料加工行業(yè)中約有95%的產(chǎn)品靠模具生產(chǎn),產(chǎn)品的更新及新產(chǎn)品的開發(fā)都是以模具的更新 和工藝的改進(jìn)為前提.注塑制件約占所有塑料制件總產(chǎn)量的 30 % ,注射模具的產(chǎn)量占世界塑料成型模 具總產(chǎn)量的一半以上.這主要是因?yàn)橄鄬?duì)于其它塑料成型工藝方法注射成型工藝能完成復(fù)雜精密塑料制作的成型,而且成型效率高隨著塑料產(chǎn)品的外觀越來越復(fù)雜,功能性越來越多樣化,傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法很難設(shè)計(jì)和表達(dá)出合理的模具結(jié)構(gòu),因此需要大力開發(fā)和應(yīng)用模具設(shè)計(jì)、分析和制造方面的軟件.目前在國內(nèi)應(yīng)用的主要軟件有1: 美國PTC公司CA

5、D/CAM/CAE集成化系統(tǒng)Pro/engineer2: 美國EDS公司的CAD/CAM軟件UG 3：美國SOLIDWORKS公司的Solidworks軟件4: 以色列CIMATRON公司的三維CAD/CAM軟件Cimatron5: 北京航空航天大學(xué)軟件工程研究所的 CAD/CAM軟件CAXA等. 上述各種軟件各具特色 ,但在國內(nèi)使用相對(duì)比較普及的還數(shù) Pro/ engineer 軟件。PRO/E可謂是一個(gè)全方位的3產(chǎn)品開發(fā)軟件,集成了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析,產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體。其首創(chuàng)的參數(shù)式設(shè)計(jì)

6、給傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)帶來了許多新觀念,強(qiáng)調(diào)實(shí)體模型架構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)的面模型架構(gòu)和線模型架構(gòu)。PRO/E還具有良好的數(shù)據(jù)接口,它可以將圖紙輸出為多種格式,可以方便地和AUTOCAD,SOLIDWORK等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 。1.2 Pro/E模具設(shè)計(jì)的應(yīng)用如今在模具制造行業(yè)，普遍采用Pro/E設(shè)計(jì)制造及分模。Pro/E憑借其強(qiáng)大的特征造型功能贏得了用戶的青睞，Pro/Moldesign是Pro/E的可選模塊，主要用于塑料模具和壓鑄模具的設(shè)計(jì)。工業(yè)產(chǎn)品在完成造型設(shè)計(jì)后，依據(jù)產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì),加工出模具是產(chǎn)品批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。Pro/Moldesign為塑膠模具的型腔設(shè)計(jì)提供了簡單可靠的功能模塊。Pro/E模具設(shè)計(jì)

7、應(yīng)用的新技術(shù)，它與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法一樣，都是基于注塑工藝及注塑模型，注塑工藝包括開模方向，拔模斜度，分模線，分模面，收縮率，以及澆注系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝流程等，利用Pro/E軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助注塑工藝設(shè)計(jì)和模仿生產(chǎn)操作，軟件分析功能進(jìn)行流道分析，溫度分析和脫模干涉檢查，減少了工藝設(shè)計(jì)工程的失誤。利用Pro/E軟件平臺(tái)進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)步驟如下：1.建立模具模型：包括參考模型的導(dǎo)入，毛胚模型的創(chuàng)建，成型收縮率的設(shè)定。2.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.利用Parting Surf定義分模面 。4.運(yùn)用Mold Volume 命令拆模，產(chǎn)生體積塊。5.抽取模具元件。6.試模，開模，檢測(cè)。7.將各模具元件導(dǎo)入CAM軟件編制加

8、工程序。運(yùn)用Pro/E 中的模具設(shè)計(jì)模塊，可以很簡捷地將已經(jīng)造好的模型的制件的模具元件提取。利用定義好的主分型面，可先將凹凸模拆分出來，再依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抽芯，滑塊，斜導(dǎo)柱，頂針孔等組件。型腔與各元件設(shè)計(jì)完成，生產(chǎn)具體三維視圖后，轉(zhuǎn)入模具CAM階段。居于Pro/E的模具設(shè)計(jì)模式，能縮短模具研發(fā)的時(shí)間，加快模具加工進(jìn)程，提高模具加工進(jìn)程，提高模具精度要求。對(duì)企業(yè)快速響應(yīng)客戶要求，增強(qiáng)市場(chǎng)競爭力都有非常重要的意義。2 三維建模    飛機(jī)模型材料為PS( 聚苯乙烯 )塑料,注塑加工成型。飛機(jī)模型形狀基本為機(jī)體,機(jī)翼，機(jī)尾及一些小特征組成,三維模型采用了掃描混合、旋轉(zhuǎn)、

9、拉伸、切割、倒圓角、混合邊界、投影、鏡像、拔模、實(shí)體化等功能完成了飛機(jī)模型的以PRO/E為軟件平臺(tái)建立飛機(jī)模型的三維數(shù)據(jù)模型,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行注塑模設(shè)計(jì),具體步驟如下：(1)建立基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)坐標(biāo)系；(2)建立混合邊界特征；(3)建立拉伸曲面特征；(4)建立曲面總體特征；(5)利用曲面生成薄壁實(shí)體特征；(6)建立飛機(jī)模型的機(jī)尾特征,包括機(jī)尾的拉伸特征、切割特征、拔模斜角特征；(7)建立飛機(jī)模型頂部操作室特征；先在TOP基準(zhǔn)面草繪曲線然后投影到機(jī)體，后用混合掃描建立曲面，實(shí)體化完成操作；(8)倒圓角；對(duì)機(jī)體的磷邊倒圓角加強(qiáng)模型的強(qiáng)度；(9)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行渲染。完成的飛機(jī)模型三維實(shí)體如圖1所示。 圖1 三

10、維效果圖3 建立模具模型模具模型的建立采用以下步驟進(jìn)行：(1)參考模型的導(dǎo)入、毛坯模型的創(chuàng)建、成型收縮率的設(shè)定。(2)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3)利用分型面定義分模面。 (4)運(yùn)用模具體積塊命令拆模，產(chǎn)生體積塊。 (5)抽取模具元件。(6)試模、開模、檢測(cè)。 (7)將各模具元件導(dǎo)入CAM軟件編制加工程序。3.1 模具模型的建立在建立手機(jī)模具模型過程時(shí)，首先應(yīng)調(diào)入產(chǎn)品模型和模具坯料模型，也可直接在Mold模塊下創(chuàng)建。執(zhí)行【新建】命令，選擇【制造模具型腔】，調(diào)入一模具型腔設(shè)計(jì)文件。圖2是玩具飛機(jī)模型在PRO/E環(huán)境下的三維效果圖，可直接調(diào)入該文件并定義其為參考模型，將其定位，然后設(shè)置注射材料成型收

11、縮率為0.5。圖2 飛機(jī)模型圖創(chuàng)建工件模型，工件可以從外部導(dǎo)入也可以在當(dāng)前文件下建立，在此選擇自動(dòng)創(chuàng)建工件比草繪更簡捷，最后建立的模具模型如圖3所示。圖3 模具模型3.2：分型面的建立在PRO/E中模具分型面的定義有多種方法，其中包括【平整】、【復(fù)制】、【混合】、【裙邊】等。對(duì)于玩具飛機(jī)模型，由于表面不復(fù)雜采用【復(fù)制】【拓展】方法定義分型面相對(duì)比較簡單。首先【復(fù)制】建立模型的主分型面。后用側(cè)面影像剪切不必要的曲面，而后【拓展】功能將主分型面拓展到相應(yīng)的曲面，圖4是建立好的分型面。圖4 分型面3.3： 拆模、抽取模具型腔利用剛才建立的分型面將參考工件拆分成型腔、和型芯體積塊。依次單擊【模具體積塊

12、】【分割】 【兩個(gè)體積塊】【所有工件】【完成】。在PRO/E文本框中輸入生成的體積塊名稱。體積塊只是一個(gè)有體積無質(zhì)量的虛擬體，不是實(shí)體PART模具組件，所以接下來要進(jìn)行實(shí)體元件抽取工作。運(yùn)用【模具元件】菜單項(xiàng)將模具體積精確地轉(zhuǎn)換成實(shí)際的模具型腔，圖5為拆模后的開模狀態(tài)圖，圖6和圖7分別為手機(jī)面板的型芯（公模）與型腔（母模）。圖5圖6圖74飛機(jī)模型注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1塑件分析 （1）塑料選材  該玩具飛機(jī)模型是給小朋友玩的一種玩具。左右對(duì)稱、因?yàn)椴皇枪I(yè)用品所有精度要求不是很高、其外形尺寸為279mm * 180mm * 64mm。此塑件選用ps（聚苯乙烯）塑料成型, 聚苯乙烯是工業(yè)

13、中應(yīng)用最多的塑料之一，其綜合性能良好、具有較好的成型性、韌度、化學(xué)穩(wěn)定性和表面硬度，其耐熱性是它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一般PS塑料連續(xù)耐溫溫度范圍為77104°C。其他與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)為塑料彈性模量E=28003500/MPa 收縮率為0.20.8 泊松比 0.32。 （2）塑件的工藝分析本零件為簡單玩具飛機(jī)模型,零件要求無縮癟毛刺變形等缺陷,外表面為鏡面。零件的注塑模澆口設(shè)在飛機(jī)模型的表面。塑件的工藝性應(yīng)重點(diǎn)考慮如下幾個(gè)問題:     脫模斜度 為了便于從模具型腔中取出或從塑件中抽出型芯進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮塑件內(nèi)外壁應(yīng)具有足夠的脫模斜度。設(shè)計(jì)中取脫模斜度為

14、1。      零件壁厚 合理的確定零件的壁厚是很重要的,零件的壁厚應(yīng)盡量均勻,避免太薄,否則會(huì)因收縮不均勻而使塑件變形產(chǎn)生氣泡。本零件除中間機(jī)體部分為似圓柱體外的壁厚為>4,符合熱塑性塑料制品的最小壁厚。     其它在零件設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的工藝要求如:加強(qiáng)筋、支撐面、圓角等在模具設(shè)計(jì)過程中可以按照?qǐng)D紙進(jìn)行設(shè)計(jì)。    圖8 飛機(jī)模型三視圖4.2注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)     (1)確定成型腔數(shù)  考慮到零件尺寸比較大,在注射方向的投影面積也比較大,本零

15、件采用一模一腔的成型方法。     (2)選擇分型面 分型面的位置直接影響模具的使用、制造及塑件質(zhì)量,必須慎重選擇。本模具選擇如圖9所示分型面。圖9 選定的分型面    (3)收縮率  影響收縮率的因素主要有塑料的品種,塑件形狀及壁厚。對(duì)于收縮范圍較小的塑料品種,確定收縮值時(shí)一般取其平均值,可以不考慮塑件形狀及壁厚；對(duì)于收縮率較大的塑料品種,確定收縮率時(shí)應(yīng)根據(jù)塑件形狀,尤其是壁厚來選擇收縮值,塑件的各個(gè)部位的收縮值也各不同。本零件采用0.5的收縮率    (4)澆注系統(tǒng) 澆注

16、系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到型腔內(nèi),并在填充的過程中將注射壓力傳遞到塑件各部位,而得到要求的塑件。澆口位置及澆口種類決定了溶膠在型腔中的流動(dòng)方向與路徑，如果澆口位置不當(dāng)或澆口種類選用不合適，則可能使塑件變形或某些尺寸偏差。由于PS具有較好的流動(dòng)性，因此，可采用截面積較小的澆口，本模具設(shè)計(jì)有以下兩個(gè)特點(diǎn):     本模具采用了點(diǎn)澆口，澆口位置在模型機(jī)體上，這樣能使溶體流動(dòng)均勻，填充充分，可以有效降低塑件變形幾率。     澆口自動(dòng)脫落,節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。 (5) 模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Pro/ENGINEER的“模具設(shè)計(jì)?！?Ex

17、pert Moldbase Extension, EMX)，利用該模具庫，家用電器、玩具和汽車零件制造商們將可在模具開發(fā)及制造方面有效地控制成本。該模具庫不只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的3D模具庫，其“智能式”的設(shè)計(jì)還可以讓工程師輕松實(shí)現(xiàn)3D環(huán)境下的零件裝配和更改，從而減少設(shè)計(jì)誤差及公式化和費(fèi)時(shí)的工序。另外，只需要若干次的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，用戶便可從模具庫內(nèi)抽出所需部份，然后安裝出一個(gè)完整的模具。由于模具庫內(nèi)的所有零部件均為3D格式，并能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行快速及實(shí)時(shí)預(yù)覽，因此，工程師能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差。這一特征可以大幅減少最后時(shí)刻的設(shè)計(jì)變更，最終節(jié)約了資金和資源。 Pro/ENGI

18、NEER EMX提供了“智能式”模架和模具組件。它有助于消除各種因單調(diào)及重復(fù)性工作所造成的失誤，如設(shè)計(jì)螺釘和脫模頂桿的排屑孔。其快速預(yù)覽式圖像用戶接口(GUI)更允許在自動(dòng)安放3D零件或組合之前進(jìn)行快速及實(shí)時(shí)預(yù)覽。 一直以來，Pro/ENGINEER以其先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征設(shè)計(jì)的實(shí)體造型、便于移植設(shè)計(jì)思想的特點(diǎn)、友好的軟件用戶界面以及,符合工程技術(shù)人員的機(jī)械設(shè)計(jì)思想，成為三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最富有魅力的軟件。最新的Pro/ENGINEER野火版擁有強(qiáng)大的互聯(lián)互通功能，并且建立在統(tǒng)一的完備的數(shù)據(jù)庫以及完整而多樣的模型上。由于它有數(shù)十多個(gè)模塊供用戶選擇，故能將整個(gè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程集成在

19、一起。目前，Pro/ENGINEER已經(jīng)在中國模具行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用模架擴(kuò)展專家EMX提供一系列功能快速設(shè)計(jì)模架以及一些輔助裝置，將整個(gè)模具設(shè)計(jì)周期減少到最低。在 Pro/ENGINEER 的環(huán)境中，對(duì)于注塑模具設(shè)計(jì)，幾乎所有可以利用的解決方案都是以族表或者用輸入幾何體的辦法來解決。 模架擴(kuò)展專家EMX 則是以使用不受約束的參數(shù)元件為基礎(chǔ)。它完成的模具設(shè)計(jì)非常靈活，能很快的改變?cè)O(shè)計(jì)意圖或修改尺寸。它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(dǎo)向元件等更能提現(xiàn)出其方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本模具的實(shí)際要求我們選擇了Futaba-2p標(biāo)準(zhǔn)的sa-type組件生成了我們需要的模架結(jié)構(gòu)

20、。通過計(jì)算與分析，借助EMX數(shù)據(jù)庫最終得到的模具裝配圖如圖10所示圖10模架零配件的尺寸：模架標(biāo)準(zhǔn)尺寸（mm）主要尺寸W550L650定模座板A50定模板B100動(dòng)模板C100支承板D63動(dòng)模座板F50墊塊W180E150推板W2330G40推桿固定板W3330H20復(fù)位桿直徑20導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向段直徑40固定段直徑50推板導(dǎo)柱導(dǎo)向段直徑32定模套板螺釘公稱尺寸10×M12動(dòng)模套板螺釘公稱尺寸10×M12推板螺釘公稱尺寸M12模座螺釘公稱尺寸10×M20 (6) 選用注塑模用鋼種注塑模成型零件的毛胚，凹模和主型芯以板材和模塊供應(yīng)，常用50或55調(diào)質(zhì)鋼，硬度為250-2

21、80HB,易于切削加工，舊模復(fù)修時(shí)的焊接性能較好，但拋光性和耐磨性較差，型芯和鑲件常以棒材供應(yīng)，常用淬火變形小，淬透性好的高碳合金鋼，經(jīng)熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種，淬火后回火HRC55,有良好耐磨性，本模架鋼材料選用如下：導(dǎo)柱、導(dǎo)套：（表面耐磨、有韌性、抗曲、不易折斷）20Mn2B成型零部件：（強(qiáng)度高、耐磨性好、熱處理變形小，耐腐朽）50或45主流道導(dǎo)套：（耐磨性好、耐腐朽）50，55頂桿、拉料桿等：（強(qiáng)度和耐磨性）45、50或55模板、推板、固定板、模座：（一定的強(qiáng)度和剛度）40Cr、50、40MnB裝配圖裝配圖明細(xì)表 (7) 模具工作過程如上圖10，開模時(shí)，由于塑件的收縮率緊包動(dòng)模型心8，與其同時(shí)塑件隨動(dòng)模移動(dòng)留在動(dòng)模型心上，到打開模行程后，注塑機(jī)液壓頂桿頂出，推動(dòng)椎板21前移，頂著固定板前移，進(jìn)而推動(dòng)頂針19推出塑件，閉合時(shí)，定模7壓迫復(fù)位桿16使脫模機(jī)構(gòu)復(fù)位，完成一個(gè)成型周期。   5 結(jié)果與討論在Pro/E環(huán)境