基于Pro/E的笔记本电源显示灯滑键注塑模具设计

2015-12-31李耀辉李洪伟

机械工程与自动化 2015年3期

李耀辉，李洪伟

（苏州市职业大学机电工程学院，江苏苏州 215104）

0 引言

随着CAD/CAE/CAM技术的迅速发展与普及，设计制造业正朝着数字化、全球化、快捷化的方向发展［1］。现代模具行业属于技术、资金密集型的工艺装备制造业，注塑模具是模具制造业的一个重要分支，随着塑料制品的广泛应用，塑料注塑成型得到了空前的发展。注塑模具一般是订单式生产，品种多、批量少、工期紧，因此迫切需要一种智能化、集成化程度高的CAD技术。借助CAD软件进行注塑模具的开发与管理，可以大大提高设计速度，减轻设计人员的工作强度。美国PTC公司推出的Pro/ENGINEER（简称Pro/E）大型3D软件就是一款优秀的CAD软件，利用其中的模具设计模块可以快速、高效地进行模具开发。因此，模具计算机辅助设计（CAD）技术的开发与应用已成为决定产品竞争力的关键。

1 塑件成型工艺分析

图1所示为塑件3D模型。该产品为笔记本电源显示灯滑键，属于内构滑动件，要求有良好的滑动性能。其材质为PC，收缩率为4/1 000，产品长为8.5 mm、宽为4.2mm、高为1.80mm（含凸台部分），平板部分的高度为0.8mm。由于产品整体尺寸较小，且精度要求不是很高，因此考虑采用一模4穴的布局。塑件上没有倒勾特征，因此不需要采用侧向分型。

2 塑件成型方案论证

由于产品为内构滑动件，装配后只有顶部的圆柱台裸露在外，且要保证沿长度方向滑动通畅。因此，公母模分模面的PL线设计如图2所示，即将沿长度方向一侧的分型线下降0.2mm（平板高度的1/3左右），下降长度为5.0mm，下降部分PL线的两侧角度为45°，这样可以使公母模仁在该处形成插破，在合模时可起到一定的定位作用；孔特征处的PL线设计也采用“特征的1/3在母模侧”的原则，但由于孔为装配孔，为避免由于装配及加工原因而导致的孔处断差问题，在模型前处理时应采取相应的措施。另外，为保证产品顺利脱模，在产品四周侧面、孔和圆柱凸台设置拔模斜度，如图3所示。

图1 塑件3D模型

图2 公母模分模面PL线

3 模型前处理

首先对模型进行拔模分析，结果如图4所示。由图4可以看出，模型的四周、孔和凸台的侧面均无拔模斜度，无法保证产品顺利脱模，因此，在模具设计前应对模型进行前处理。

拔模前，需先将塑件待拔模面处的圆角移除，同时对塑件一侧长度方向及孔处的PL线进行正确设计，拔模后再恢复原有的圆角特征，具体过程见图5的模型前处理特征树。其中，“复制”和“偏移”特征是将模型的圆角移除；“草绘1”是创建模型基准坐标系“CSO”的X、Y基准轴的草绘线；通过“拉伸1”特征对模型上孔特征处的母模侧进行切除以防止断差形成（单边切除宽度为0.1mm，切除深度为0.2mm），如图6左侧所示；“草绘2”是绘制模型长度方向的PL草绘线，如图6右侧所示；“斜度”特征是根据图3所示的拔模要求对模型进行拔模处理，模型长度方向上的滑动面处以“草绘2”特征为枢轴进行分割拔模；“倒圆角”特征是对模型的4个棱边及凸台进行圆角恢复处理。

图3 产品拔模设计

图4 塑件拔模分析

图5 模型前处理特征树

模型前处理的最终结果如图7所示。

4 模具设计

4.1 分型面设计

Pro/E中模具设计的难点也是关键点之一就是分型面的设计及实现方法。该塑件模具公、母模分模面的PL线设计如图2所示，本产品结构上无侧孔、倒勾等特征，因此无需侧抽芯机构，只需一个主分型面即可实现开模。

图6 孔处断差及分割拔模枢轴绘制

图7 模型前处理结果

由于模具布局为一模4穴，Pro/E软件中对于一模多腔的模具设计有两种实现方法［2］：一种是单腔模实体曲面法，即首先进行一腔的模具设计，设计完成后单独打开分割出的模具元件，通过对元件实体曲面进行复制及旋转、实体化等操作完成一模多腔的设计；另一种是一模多腔定位参照零件法，即在参照零件调入时按多穴进行设计，分型面设计完成后直接分割出多穴的模具元件。

本设计中采用“一模多腔定位参照零件法”实现模具设计，即调用参照模型时直接按4穴进行布局。设计分型面时，首先遮蔽其他3个参照模型，先进行单穴的分型面设计，主要通过“侧面影像＋裙边”的方式进行单穴分型面的实现，利用“曲面裁剪”命令将生成的分型面裁剪成单穴的结果，如图8（a）所示。再利用“移动”、“裁剪”、“延伸”、“合并”等命令生成2穴的分型面，如图8（b）所示，最后通过“旋转”、“合并”等命令生成完整的四穴分型面，如图8（c）所示。由图8（c）可以看出，由于塑件长度方向进行分割拔模，所以分型面上分流道特征处会形成台阶面，对模具的加工、装配都会产生一定影响，可通过曲面拉伸和合并方式进行处理，结果如图8（d）所示。为减小成型过程中的胀形力对合模精度的影响，可通过在模仁上设计管位来提高模具定位精度，分型面上管位的设计主要通过“偏移”命令实现，结果如图8（e）所示。分型面设计过程及结果见图8。

4.2 模具结构设计

分型面设计完成后即可通过“分割体积块”和“抽取模具元件”命令得到模具型腔元件。浇注系统和流道设计也是Pro/E模具设计中的一个重要环节。

浇注系统的设计合理与否对产品的成型质量、模具的加工装配及模具寿命等都有重要影响。本设计为一模四穴的侧浇口方式，故采用梯形截面的分流道形式。分流道的参数设计如下［3］：宽度B为5.0mm；高度H为2.5mm；单侧角度α为15°。另外，为了减少流道凝料，降低制品成本，在型腔侧采用下沉式浇口形式，即浇口套直接固定在母模仁上与分流道连通实现进胶。流道设计结果如图9所示。

水路设计应使产品冷却均匀，并在较短时间内顶出成型，水路排布的好坏直接关系到产品的成型品质和成型周期。由于产品尺寸较小，根据模流分析结果，公、母模侧各设计两条水路，如图10所示。

5 模架设计

一套完整的注塑模具还需要有模架支撑，需要顶出机构将塑件顶出模腔，需要浇口套、定位圈等零件与注射机连接匹配，需要复位销对顶出机构进行复位等。这些工作都可以在Pro/E的EMX系统中完成，EMX（Expert Moldbase Extension）为专家模架系统，是ProE系统中的一个外挂模块，专门用来建立各种标准模架和模具标准零件及滑块、斜销等零件，能够自动生成模具工程图及明细表，还可以模拟模具开模过程进行动画仿真和干涉检查，并将仿真结果输出视频文件，是一个功能强大且方便的模具设计工具。模架设计结果如图11所示。

图8 分型面设计过程及结果

图9 流道设计

图10 冷却水路设计

6 结束语

在基于Pro/E环境下设计了笔记本电源显示灯滑键塑料模具。利用Pro/E的实体造型PART模块、模具设计模块MOLDESIGN功能和模架设计外挂模块EMX，可以快速、高效地实现模型前处理、模具开发和模架设计等过程，改变了传统的设计理念，大大缩短产品开发周期、提高产品设计制造质量，降低生产成本，适应了市场的快速响应要求［4］，适应当代模具发展中的产品快速更新换代、开发成本周期力求压缩的趋势。