复杂曲面注塑模具三维设计

黄红辉++王凌云

摘 要：在PRO/E模具设计模块中，对于复杂曲面构成的吸尘器机壳产品的模具设计，其他方法都很难实现时，巧妙地运用其聚合功能，快速成功地设计了吸尘器复杂壳体独特结构的注射模具。本文说明了这些方法的具体步骤，并介绍利用软件进行模具的三维细节设计时处理复杂结构的一些有用的方法。

关键词：PRO/E 复杂曲面 模具

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0095-02

Abstract： Using Pro/E in designing the injection mold of a cleaner shell with complex surface， successfully designed a unique injection mold by using gather method when other method not available. The specific step of design in the process of using gather method is discussed in this paper and some of the useful methods of the detail design for complex structure of injection mold are also discussed.

Key Words： PRO/E； Curved surface； Injection Mould

PRO/E三维设计软件在模具设计方面的突出表现，使其成为当今最受欢迎的模具设计软件之一。尤其是它强大的曲面设计功能，在复杂型腔设计方面，更是手工设计所无法比拟的。多数情况下，PRO/E的自动分模功能都可以很方便地将工件直接生成凸凹模，效率十分高。但遇到制件形状复杂，外轮廓线不封闭时，自动分模功能就很难奏效了。本文例举了这样一个制件，不但无法采用PRO/E自动分模，而且其结构上的横向轴孔以及倒勾，给实际开模带来很大的困难。

通过对结构的仔细分析，巧妙地运用PRO/E的聚合功能，综合考虑模具制造要求，成功设计出独特结构的模具，给大家在遇到类似问题时，提供了很好的参考[1-2]。

1 产品分析

如图所示，为一吸尘器后壳零件，形状大部分是曲面，一端有一个很大的缺口，另一端则是完全敞开，曲面被截断。取而代之是一平面，上面有两个轴孔支座。该平面与其他3个平面形成一个向下的开口盒，并在两侧有8条筋板与曲面外壳相连，另两侧向内分布了9条筋板。在缺口的里侧有两个大的倒勾，端面和顶面还有3个小倒勾和一些凹坑。产品厚度为1.5～2.5mm，产品尺寸为320mm×280mm×180mm，采用工程塑料制成。

考虑产品较大，采用了两点进浇。用plastic advisor进行模流分析，通过分析比较决定采用两点进浇，注射所用时间短，压力损失小[3]（图2）。

2 注射成型零件设计

正如以上分析指出的，由于制件外型和内型都很复杂。由许多曲面组成，且所有边缘都倒了圆角，用侧影线—裙边自动分型或设计分型面比较困难。利用聚合可以复制设计模型的曲面和参考边，直接得到模具型芯的主要部分。这种方法也是拆分电极的重要方法。其原理就是把曲面向底平面投影，然后将曲面和投影所包围的空间充填成实体。从而获得体积块，即型芯或电极。它比侧影线—裙边法减少了复杂的选择环和延拓方向控制的麻烦。而且，成功率极高。在此基础上，采用合并、切除等方法，即可得到模具型芯的其他部分以及型腔部分。

2.1 设计型芯

利用聚合法创建模具型芯的方法如下：

“模具（铸造）”（MOLD（CAST））>“模具体积块”（Mold Volume）>“创建”（Create）>“聚合”（Gather）>“定义”（Define）。

（1）“聚合步骤”（GATHER STEPS）菜单中，选适用的复选框。

选取（Select）——从参考零件中选取曲面或特征。

排除（Exclude）——从体积块定义中排除边或曲面环。

填充（Fill）——在体积块上填充内部轮廓线或曲面上的孔。

关闭（Close）——通过指定顶部曲面或底部关闭聚合的体积块。

（2）选“曲面和边界”（Surf&Bnd）或“曲面”（Surfac es）。从制件结构可以看出，其内部有一个完整的平面边界的空间，同时考虑加工的需要，可以将其单独生成型芯的镶块。因此，本模具的型芯部分作两次进行，分别聚合。第一次选“曲面和边界”，在壳体内四方盒内任意选一曲面作为种子面，然后以四方盒的外表面为边界。完成以下步骤后就可得到型芯镶块（图3（a））。第二次选“曲面”，这一次则要手工选取所需要的壳体的其他内表面，以便生成模具型芯的另外一部分。这时，有一些曲面和方盒内的曲面是连成一体的，也会被选中，这就要用到排出选项，选定不要的曲面环，进行排除。完成以下步骤后，得到型芯的外部（图3（b））。

（3）通过指定末端环闭合体积块。通过向上拉伸基体面组到顶曲面创建体积块。

（4）完成其他步骤后，分割出模具型芯的体积块。

（5）将分割出的第二块型芯体积块进行添加特征和合并等操作，设计型芯的其他部分（图4）。为了便于成型出轴承和壳体一端尖角和边缘部分，将型芯延伸出去。由于轴孔方向与开模方向垂直，要采取横向抽芯，考虑使模具紧凑，设计一对斜顶杆，同时又使其成为轴孔的分型部分，因此，沿轴孔内端面切割出顶杆孔。沿轴承和尖角的边缘切割出分型面，另外，型芯镶块与型芯延长部分要从曲面过渡到平面，所以开设了过渡槽。

2.2 制作模具型腔

可以采用同样的方法做出的模具型腔的体积块，从而得到模具的型腔部分（圖5）。

3 模架及顶出系统设计

进入EMX设计选择合适的模架，设计模具整体。以便于后续的浇注系统、冷却系统和顶出系统等模具部分的设计。由于壳体上有众多的筋板和倒勾等，制件脱模力要很大，所以设计了20根圆顶杆和4根方顶杆。其尾部倒勾也采用了两根方顶杆成型，在顶出制件后，使倒勾部分可以脱模。轴孔处采用斜顶杆侧抽，简化了模具结构，同时又可以增加顶出力。制件顶部还有一处倒勾则采用安装在定模固定板上的插销成型，开模后插销拔出，倒勾即可强行脱模。

4 结语

由于现在产品更新换代速度的加快，要求模具的设计和制造速度也要加快。一般一幅中等程度复杂的模具的制造时间缩短到一个月以内，模具的设计时间不到一周。因此，采用模具设计软件对模具进行设计，可以大大提高效率。尤其是模具的三维设计，对结构复杂的模具，更加直观，更容易启发设计者的思路，使得模具的设计又好又快。

参考文献

[1] 葛正浩.PRO/ENGINNER塑料模具设计入门与实践[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 徐云杰.基于PRO/E复杂分型面的模具型腔设计[J].模具技术，2007（2）：38-40.

[3] 葛银川，葛正浩.基于Pro/E的照相机前盖的模具设计及模流分析[J].塑料工业，2009（3）：56-58.

[4] 付伟，张海，曹爱文.基于PRO/E的分模方法及技巧[J].模具工业，2006（5）：65-70.

[5] Manzione LT.Application of Computer Aided Engineering in Injection Molding[M].Munich：Hanser Publisher，1987.