基于Pro_E的筐壳类塑件注塑模具设计与制造

基于Pro/E的筐壳类塑件注塑模具设计与制造王正伦1，王智祥2（1.重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆 400074；2.重庆交通大学船舶工程中心，重庆 400074）摘要：针对筐壳类塑件壁薄、难以成型的特点，探讨了Pro/E软件在注塑模具设计中的优点，介绍了注塑模具开发的一般流程。

设计了前、后、左、右四个侧向的斜导柱侧抽芯机构，来成型侧面孔和实现侧向抽芯。

把整个型腔设计成侧滑块和型腔底板的形式，降低了模具型腔加工的难度。

采用模具专家系统EMX，提高了设计效率。

在传统的设计基础上，将模流分析、数控模拟加工等现代数值分析方法成功应用到筐壳类塑件注塑模具的开发中。

结果表明基于Pro/E的模流分析方法可大大提高模具开发的成功率，缩短开发周期。

关键词：Pro/E；注塑模具；模流分析；数控加工中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2011) 09－0034－05Injection mold design and manufacturing of basket shell plastic parts based on Pro/EWANG Zheng-lun1，WANG Zhi-xiang2( 1.School of Mechanical & Electrical Automotive Engineering,Chongqing Jiaotong University, Chongqing, 400074, China;2.Center of Vessel Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China ) Abstract：For the characteristics of basket shell plastic parts thin shell and difficult to shape, the advantages of Pro/E software have been discussed, and the general process of injection mold development has been described. the front, back, left, and right lateral oblique column-side pulling mechanism is designed to form the side hole and achieve the side pulling. The entire cavity is designed into and the cavity bottom and side slider to reduce the difficulty of the processing on mold cavity. The expert system of mold has been used to improve design efficiency. Based on the traditional design, modern numerical analysis methods such as mold flow analysis and CNC simulation machining have been successfully applied to the injection mold development of basket shell plastic parts. It has been pointed out that mold flow analysis method based on Pro/E can greatly improve the success rate of mold development and shorten the development cycle.Key words：Pro/E；injection mold；mold flow analysis；CNC machining———————————————收稿日期：2011－04－22基金项目：重庆市科技攻关项目（CSTC2008AB3033）作者简介：王正伦（1984－），男，河南濮阳人，硕士研究生，主要研究方向为机械工程及材料成型加工；王智祥（1955－），男，四川资阳人，教授，主要研究方向为材料成型加工。

随着塑料工业的不断发展，塑料零件在工业及日常用品中所占的比例越来越大。

据调查显示，家电行业中的注塑模具在所有模具中的比例已达到35%左右。

随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新的要求，消费者对家电外观及色彩作为购买依据的因素的比例已经超过了50%。

由此可见，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将有广阔的市场前景[1]。

对于注塑模具设计，传统设计方法的设计周期长、成本高，往往不能跟上市场竞争节奏。

这是由于传统设计方法主要依靠模具设计师经验和直觉，模具通常经过反复试模和修正才能投入生产。

而利用Pro/E软件设计，通过模拟注塑零件的塑料填充过程，借助Pro/E塑料设计顾问使设计者能够有导向地进行设计，及时发现可能出现的问题并提出相应补救建议，不至于在模具开发制造之后才发现问题[2]。

1 基于Pro/E的注塑模具设计流程Pro/E是美国PTC公司推出的功能强大的三维CAD/CAM一体化、集成化软件，涵盖产品从概念设计到制造全过程，具有参数化设计、三维实体模型、单一数据库功能等特性[3]。

利用Pro/E进行注塑模具设计要经过建立塑件的三维模型、设置产品收缩率、设计分型面和浇注系统、确定抽芯类型、试模和检验等过程。

模具设计好后，可以进行数控加工制造，生成NC代码文件，从而实现模具设计和制造的快速开发[4]。

流程图如图1所示。

2 筐壳类塑件注塑模具的实例分析筐壳类的塑件在家电产品中最为常见，如冰柜里的分栏筐、洗衣机内的脱水筒等。

这类塑件大都为体积较大的薄壁结构，而且承载力要求高，一般四周有通气孔，需要四个方向的侧抽芯机构，因而成型工艺较复杂。

图1 基于Pro/E的模具设计流程图本文以筐壳塑件为例，将模流分析、数控模拟加工的方法成功应用到筐壳类塑件注塑模具的开发中。

2.1 建立塑件的三维模型及工艺分析根据筐壳类塑件的使用场合要求，绘制设计塑件草图（图2）。

制品的底部设计为正方形，从而使四个侧面的面积相等、结构统一，四个侧面同时需要侧抽芯。

塑件四个侧面采用长矩形孔，底面主要起支撑作用，采用了圆孔。

为了提高结构稳定性，四个侧面设有纵横交错的加强筋，并且塑件表面的倒角曲面和孔比较多。

为了避免浇口留下的疤痕对底面平整度的影响，底部设有凸缘。

根据零件草图建立塑件三维模型（图3）。

（a）侧面局部图（b）底面局部图图2 塑件零件图塑件材料采用ABS（Acrylonitril Butadiene- styrene Copolymer，丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物），属于热塑性塑料。

ABS的综合性能较好，冲击韧性和机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性，易于成型和机械加工。

由于ABS 吸湿性强，塑料成型前充分预热干燥，并且采用较高的加热温度和较高的注射压力。

由于该塑件体积较大，故采用一模一腔式的布模方式。

在Pro/E软件中可以方便计算出该几何形状复杂的塑件体积3×21×22 cm3，输入ABS 密度ρ＝1.1g/cm³，计算塑件质量为340.1 g。

根据注塑量的大小，设备选用SZ 400/1600型注塑机。

图3 在Pro/E中建立的塑件三维模型图为了使塑料制品易于从模具内脱出，在设计时必须保证制品的内、外壁具有足够的脱模斜度。

脱模斜度与塑料的品种和制品的形状、模具结构等有关，一般情况下脱模斜度取1°～2°，这里取ABS的脱模斜度为1°30'。

此外，还要进行最大注射量校核、注塑机锁模力校核、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核、开模行程校核等工艺校核。

2.2 浇注系统设计浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进道，作用是将塑料熔体充满型腔，并将注射压力传递到模具型腔的各个部位[5]。

浇注系统设计好坏对塑件性能、外观和成型难易程度的影响很大。

工件模型是所有模具型腔与型芯体积之和，本例使用Pro/E提供的手动或自动工具来创建。

模具收缩率设置可以使用Pro/E提供的收缩命令完成，这里设置收缩因子S＝0.005。

主流道是指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具，其形状、大小直接影响塑料的流速及填充时间。

在卧式或立式注塑机使用的模具中，主流道常垂直于分型面，通常创建在淬硬浇口衬套内（图4）。

浇口形式采用直流浇口，这种浇口由主流道直接进料，故溶体的压力损失小、成型容易，非常适用于外形大而深的生活日用品的制造。

图4 主流道衬套及其固定形式2.3 模具型腔元件的成型分型面不仅影响制品的脱模及外观，还影响成型零件的加工工艺性。

本例中分型面创建在制品开模方向上投影面积较大的面。

分型面在Pro/E 中是一种特殊的曲面特征，创建分型面也就是创建曲面特征的方法。

这里采用复制、拉伸的命令来创建分型面。

用已创建的分型面来分割工件模型得到模具体积块，但模具体积块不是真正的实体特征，而是一个有体积无质量的曲面特征，需要经过抽取才能得到模具的凹凸模及型芯组件。

由抽取命令得到模具元件如图5所示。

（a）底部型腔（b）侧向型芯图5 抽取得到的模具元件本例中塑件不但四周和底部有散热孔，需要进行四面侧抽芯，而且在中间设有横向加强筋，加强筋部位也需要侧抽芯。

因两者同时侧抽芯，所以整个型腔都要被设计成侧滑块和型腔底板形式，不能做成单纯的一个型腔形式。

而型腔底板仍可看作一个小的型腔，它是整体式的，这种模式也使型腔加工的难度降低了。

2.4 塑件模流分析对于生成的塑件能否在选定的工艺参数下具有较好的充模质量，这在传统的模具设计方法中是无法进行分析的，而基于Pro/E的模具设计方法却可以很容易实现。

本文调用了塑料顾问Plastic Advisor，对塑件进行模流分析。

塑件充模过程分析如图6所示，塑件流动状态非常好，能够在短时间内充满模具型腔。

注射时模内压力分析如图7所示，塑件几乎没有压力值过小的部分，避免了充模压力不足的问题。

塑件的质量分析如图8所示，显示大部分为浅灰色，表示质量效果很好，只有在边缘和浇口处出现极少部分的深灰色，而这些部位一般很少影响到塑件的使用性能。

通过以上模流分析，塑件在充模过程中存在的问题不大，如果出现不合理的地方，只要局部修正一下模具几何尺寸或工艺参数就可以避免质量缺陷。