注塑产品及其模具快速设计系统的研究

刘晓洁

（山西职业技术学院，山西 太原 030006）

0 引言

随着科学技术的发展，塑料制品在实际生活中的应用越来越广泛，而作为生产注塑产品的主要工具——注塑模具，具有生产效率高、产品质量稳定、可节约材料及生产成本低等特点，因此，在很多方面，塑料制品已成为金属制品的替代物；但是传统的设计方法是凭借经验对新产品进行设计-分析-再设计，周期长、成本高，因此发展模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。本文利用Pr o／E作为注塑产品的主要设计工具，以其外挂插件EMX4.1作为塑料模具的快速设计平台，极大地缩短了整套产品设计制造的循环周期，为企业在市场竞争中立于不败之地打下了良好的基础。

1 快速设计与制造系统平台的选择

1.1 产品设计平台的选择

注塑产品大多数是包括有曲面造型的复杂零件，其造型不仅应该满足注塑产品生产工艺过程的要求，而且应曲线流畅、美观、符合用户要求，这就为设计人员提出了一大要求，即设计产品必须以最直观的方式展现在用户面前，而且能够根据用户要求适度进行修改。因此采用Pro／E软件作为注塑产品设计平台，它以全参数化的设计思想著称，且具有单一数据库全相关性、基于特征设计的实体造型以及用户界面友好等先进特点，能将产品从设计至生产的过程集成在一起，当产品开发过程中某一处进行修改时，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，并使并行工程成为可能，大大缩短了产品的设计周期，完全符合当前工程技术人员的设计思想。

1.2 模具设计平台的选择

本快速设计系统的模具设计平台采用EMX（Expert Moldbase Extension）。EMX是Pr o／E的“模具设计专家”，其“智能式”的设计可以让工程师轻松实现3D环境下的零件装配和更改，利用该模具库，用户可以根据产品提取所需要的标准模架，设计人员在此模架装配原型基础上可以根据用户的需要进行具体修改，完成塑料模具设计，从而减少设计误差及费时的工序。安装出一个完整的模具，只需要用户若干次的鼠标点击，抽出模具库内所需部分即可。由于模具库内的所有零部件均为3D格式，并能够对它们进行快速实时预览，因此，工程师能够及早发现设计误差，可以大幅减少最后时刻的设计变更，最终节约了资金和资源。

2 注塑产品及其模具的快速设计

2.1 产品的创新设计

2.1.1 产品设计要求

如图1所示，根据用户要求进行配套的盖子创新设计，使该烟灰缸也可以作为器皿使用。

2.1.2 产品造型分析及设计

三维实体造型特征分析是高效使用Pro／E的重要步骤，即分析构成零件的特征种类、选择基础及附加特征，并根据给定条件选择曲面特征为基础特征。

首先建立基准曲线，盖子的下缘轮廓应以给定零件外轮廓为参照，以保证盖子与给定件配合；然后建立基准面，草绘曲线镜像快速完成轮廓曲线建立；最后采用边界混合曲面完成产品的总体设计，如图2所示。

根据特征之间的关联，合并曲面并加厚、实体化，生成扣盖中部拉伸圆环、拔模及倒圆角，如图3所示实体。建模过程见图4模型树）。

图1 烟灰缸

图2 曲面

图3 实体

图4 模型树

2.1.3 零件的装配及渲染

装配及渲染是用户最直接的检验设计产品是否满足其需要的一种途径，Pro／E在装配和渲染方面也具有一定优势，图5为创新产品渲染，图6为产品装配的效果。

图5 创新产品

图6 产品装配效果

2.2 创新产品的模具及其装配设计

注塑模具设计在Pr o／E环境中最主要的解决办法是采用族表或者输入几何体的办法。EMX4.1模架扩展专家则是以参数元件为基础，由于参数元件不受约束，因此模具设计灵活，设计者可以很快地改变设计意图或修改尺寸，将繁琐工作变得快捷简单。以创新产品盖为例，具体设计步骤如下。

2.2.1 模具设计

打开Pro／E，进入模具设计模块，通过建立模具模型、设置收缩率、创建模具分型面、构建模具元件体积块、抽取模具元件、生成浇注系统、定义模具开启、上下模的检验等步骤，生成凹、凸模，如图7、图8所示。

2.2.2 模具的总装配设计

调用模架专家系统EMX4.1，首先建立和修改项目，将生成的模具装配模型导入准备项目并对元件分类、选择模具基体、定义组件、添加标准模架、修改模架大小、添加脱模板、添加定位环、浇口套、切除型腔、添加顶杆（自动切出相应的孔及沉孔）、绘制水线等，完成的具架装配如图9所示。

图7 凹模

图8 凸模

图9 模具装配

在模具的总装配设计中，螺钉、顶杆、水路、导向元件等更能体现出该方法方便快捷的优点。如水路，只要设计者画好水线草图，点击相关操作即可生成；标准件选择也如此，打开标准件库选择点击就可自动安装，各类零件自动产生并归于相应图层。最后可进行干涉检查及开模仿真。

3 结束语

Pro／E软件使模型设计、更改简单易行，缩短了产品的研发周期；Pro／E软件与 Expert Mol dbase Extension的结合又提供了一系列快速设计产品及模架的功能，将整个模具设计周期大大缩短。实践证明Pro／E与EMX的结合为模具行业的发展开辟了一条最有效的途径，极大地提高了模具制造业的竞争能力，对于促进企业的技术进步具有良好的推进作用。