注塑产品设计和制造经验.doc

在注塑产品的开发过程中,模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。本文以某注塑模具的设计为例,介绍了Pro/ENGINEER的特点以及在注塑模具设计中的应用,为高质量模具的设计和制造提供了一条途径。
    Pro/ENGINEER是美国PTC公司出品的CAD/CAM软件,它以参数化设计的观念闻名于世,为传统机械设计与制造带来了巨大的便利。Pro/ENGINEER提供的参数化设计具有3D实体造型、单一资料库以及以特征为设计单位等特点,因此通过使用它设计者可以随时计算出产品的体积、面积、质心、重量和惯性矩等数据,并且不论在3D或2D图形上作尺寸修改,其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。由于Pro/ENGINEER在设计中导入了制造的概念,设计人员可随时对特征作合理、不违反几何的顺序调整、插入、删除和重新定义等修正操作。
一、设计过程
    典型的注塑模设计过程在Pro/ENGINEER环境下,注塑模设计过程包含以下步骤:
    (1)创建塑料件模型(也称为三维造型);
    (2)创建毛坯,用来定义所有模具元件的体积;
    (3)根据不同的收缩率、脱模斜度和塑件模型构建型腔、型芯的特征和尺寸;
    (4)加入模具装配特征形成浇注系统,定义分模面及模块;
    (5)定义模具开启的步骤及检查干涉;
    (6)依需要装配模座,完成冷却系统设计;
    (7)完成所有零件的零件图;
    (8)根据加工需要,生成零件的NC代码。
二、模具型腔和型芯的设计
    在设计过程中,首先通过对塑料件模型的不同部位尺寸设定收缩率、构建设计模型、产生型腔及型芯特征尺寸,然后使设计模型与型腔或型芯毛坯重叠,经过一系列面的生成、延伸及融合等操作形成分模面,最后从毛坯中挖去设计模型,并从分模面切割产生型腔和型芯,如图1、图2和图3所示。
图1 塑件产品
图2 凹模
图3 凸模
    分型面的建立是最复杂而又最关键的部分,其中复制实体表面是通常使用的命令。在复制实体表面时,应尽量采用Copy→Surf&bnd的方式,通过选择种子面与边界面一次选定所需的曲面,而不要使用Copy→Indivsurfs拷贝曲面,再将曲面合并成所需曲面的方式,因为这样做不仅速度慢,而且容易造成曲面丢失,不能完整选定实体表面。
    通过上述方法产生的型腔或型芯是整体式的。考虑到制造工艺,还可通过面对体的操作进一步分解型腔或型芯使整体式变为镶块嵌入式。
    模具设计完成后,使用拔模斜度检查功能可检查模具有无倒扣现象产生。如有倒扣,说明该件无法脱模,必须进行修改。
三、模具零件的加工
    在Pro/ENGINEER的NC模块下,根据加工需要,可生成数控车削、数控铣削及电火花线切割的NC代码,具体过程如图4所示。
图4 模具零件加工流程
四、其他功能
    Pro/ENGINEER具有强大的接口功能,能通过IGES、STL、SET、STEP等格式与其他CAD/CAE/CAM软件实现数据文件的交换。在塑料产品开发中,通常利用这个接口与C-MOLD、MOLDFLOW、Z-MOLD等软件相连,利用它们的分析模块,对Pro/ENGINEER中的造型进行分析,以确定模具的结构及注塑工艺。
    Pro/ENGINEER提供的Pro/PROGRAM是零件与装配自动化设计的一个重要工具,用户可经由非常简单的高级语言来控制零件特征的出现与否、尺寸的大小与零部件的出现与否、零部件的简易显示或完全显示以及零部件的数量等。当零件或装配件的Pro/PROGRAM设计完成后,读取此零件或装配件时,其各种变化情况即可利用交互方式得到不同的几何形状,达到产品设计要求。
    利用Pro/ENGINEER还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通用件和标准件都可根据用户的要求建立,同时用户所设计的每副模具都可作为模具库的组成部分,以供后续模具设计应用。
五、结束语
    Pro/ENGINEER提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体,赋予“设计”完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型和模具设计功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。
    此外,将并行工程技术引入P r o /ENGINEER的模具设计中,可以由传统的模具设计与制造工艺路线(即模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯三维造型→数控加工指令编程→数控加工),改变为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线,不但提高了模具的制造精度,而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺和影响模具寿命