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基于Pro/E带内扣的手机后壳注射模设计

2020-10-24张赐成

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本文以NOKIA手机后壳为例,介绍了基于Pro/E的带内扣塑件的注射模设计,设计过程中采用了很多设计技巧,对类似模具设计有一定的指导意义。

1 引言

    当前,整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。到目前为止,多品种小批量生产方式占工业生产的比例达到75%以上。由此可见,一方面是制品使用周期缩短,另一方面样式变化频繁,要求模具的生产周期愈短愈好。因此,开发快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。随着技术的日臻完善给塑件设计注入了新鲜的活力并打破了传统的前卫概念,零件的体积、重量都朝着轻、薄、小巧方向发展,功能也越来越丰富。同时给设计、制造提出了挑战,特别是很多塑件采用内扣的结构,此类塑件在分模时有很多的技巧。Pro/E已成为全世界最普及的CAD/CAM系统,广泛应用于机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天等行业,可谓是全方位的3D产品开发软件。在产品造型中,薄壳件模具设计有80%的设计工作是在Pro/E下完成的。其外挂工具EMX中的模具设计功能非常强大。本文以NOKIA手机后壳为例,介绍利用Pro/E设计带内扣塑件的模具结构。

2 产品造型与注射模的设计并行方法

    尽管注射模种类很多,但是一般情况下产品造型中注射模设计都要求:第一,要明确注射模的设计要求,即分析设计出来的注射模应保证注射成型的塑件(塑料制品)符合图纸的形状与尺寸要求,模具结构简单,安装牢固,工作安全可靠,便于制造,价格低廉;第二,收集资料,分析塑件的工艺性,如发现塑件的工艺性差,则在不影响塑件的使用性能的情况下,提出便于塑件的修改意见,使塑件设计、塑件的工艺、注射模设计与制造生产相互协调。实现的方法主要有传统手工设计和CAD系统设计两种。

    手工设计方法就是靠人工进行系统中各个环节的设计和实现,它的流程如图1所示。手工方法的好处是灵活、不需要太大的初始投入,但手工方法效率低,受不同程度和经验的人为限制,返工率比较高,造成较大的浪费。尤其对于技术含量高的注射成型来说,手工方法更容易造成设计制造的失败。如果要有比较完善的计算分析,则人工方法的工作量就非常大,甚至很难实现,不利于技术的推广普及。

传统的模具设计流程

图1 传统的模具设计流程

    CAD系统设计方法就是计算机辅助设计及辅助分析方法,模具CAD系统主要是由计算机和一些外部设备以及相应的软件组成,CAD技术已经广泛应用于各种模具设计,以注射模为例,它以计算机软件为工具,不仅包括资料查询、设计构思、模型建立、分析计算、自动绘图、零件成型过程、充模过程模拟、塑件产品的整体造型、塑料零件设计、零件的装配、零件的缩水处理、分型面的产生、浇口和浇道设计、注射模拟、模具的分型、模架的选择设计、二维三维图的出图这一系列的过程,而且包括对制造中的物流和信息进行控制、管理和监督以及相对于物流系统是“离线”工作的工艺准备、生产作业计划、数控编程等。目前,它已被公认为现代注射模技术的一个重要方面,是注射模生产实现自动化的保证。它的流程如图2所示,大大提高了模具的设计和制造精度,缩短了新产品的试制周期。

CAD系统设计流程

图2 CAD系统设计流程

3 运用Pro/E实现模具设计的流程

    模具设计在Pro/E环境下进行,所用到的外挂工具是EMX。Pro/E能够仿真注射模设计的过程,它能让注射模设计人员创建、修改和分析模具构件,并在模具设计变化时,快速更新。其外挂工具EMX能大大缩短模具设计人员花费在创建、定制和细化模架部件以及注射模和压铸模所需的模具组件上的时间。该过程把模具设计人员从耗时、重复性的模具细化工作中解放出来。以NOKIA手机后壳为例,用Pro/E实现内扣塑件的分型面的设计流程如下。

    3.1 产品造型设计

    用Pro/E设计的翻盖手机的键盘面板及底盖造型如图3所示,采用薄板流线体形成一种良好的视觉美感,给人以优美、浪漫的曲线美感。

手机后壳模型

图3 手机后壳模型

    3.2 塑件流动性分析

    现在主流的塑件流动性分析软件是MoldFlow,但是由于其昂贵的价格,一般的公司比较少使用,用Pro/E自带的Plastic Adviser模块分析正确率也可以达到50%-60%,可以满足一般的塑件分析,在此模块中可以对塑件的浇口位置、注射条件、压力损失、冷却质量、塑件缺陷进行分析,还可以模拟注射过程,在分析的基础上经过工程师的经验校正也可以取得很好的效果。

    3.3 注射模结构设计

    模具结构设计是注射模设计的关键,也是一个难点,其中有很多的技巧,具体的设计步骤如下:

    (1)型腔的布局。

    由于是薄壁零件且有内扣,充模比较困难,模具又需要采用斜顶机构,所以采用1模1腔。在Pro/E里面的操作是:模具模型→定位参照零件→布局,在布局对话框里面按照保存文件的路径打开零件,并设置参照模型起点与定向和布局起点。

    (2)设置收缩率。

    在生产过程中,塑件固化和冷却后体积会缩小,所以在模具设计之前,必须考虑材料的收缩并按比例增加参照零件的尺寸。收缩率的设置与所选用的塑料、注射条件有关,根据说明书中确定的数值为准,在这里以零件的收缩率为0.005为例,在参照零件中创建收缩特征。在Pro/E设置收缩率的方式有两种:按比例收缩、按尺寸收缩,选用按比例收缩时可以对不同的坐标方向分别设置收缩率,按尺寸收缩时可以对每个尺寸分别设置收缩率。

    (3)添加工件。

    工件代表直接参与熔融材料成型的模具元件的整个体积,在Pro/E里面添加工件有手动和自动两种方式,操作步骤为:模具模型→创建→工件→自动/手动。

    (4)设计分型面。

    分型面也称分模面,它是用多种方法建立的曲面特征,其目的是用来分割工件或现有体积块,从而构建出新的模具体积块。分型面的设计是模具设计的主要工作,只有设计出正确的分型面才能够顺利地分模,分型面设计的合理与否关系到模具结构的复杂程度、塑料制品的质量,对注射工艺也有很大的影响。设计分型面也是用Pro/E设计模具的一个关键,占用了设计的大部分时间,本例的分型面设计如下:

    a.修改模型颜色。

    在模型树中打开参照零件SJHK_REF.PRT,再单击主菜单视图→颜色和外观,在出现的外观编辑器对话框中设置零件表面为金黄色,如图4所示。

修改模型颜色

图4 修改模型颜色

    此时更改的只是参照零件表面的颜色,整个零件的颜色并未更改,利用此方法可巧妙地将参照零件与分型面的颜色区分开来,这是在参照零件内创建分型面的重要步骤。

    b.设计分型面。

    在菜单管理器中一次点击特征→曲面,通过曲面选项中的各种方法设计分型曲面,本例分型面设计结果如图5所示。

分型面设计

图5 分型面设计

    滑块1处分型面的设计比较简单,滑块2(见图6)、滑块3(见图7)处分型面的设计比较繁琐、重要,

滑块2

图6 滑块2

滑块3

图7 滑块3

    (5)构建模具体积块。

    模具元件是通过构造体积块创建的,模具或模具体积块没有实体材料,它由位于工件模型中的封闭体积块空间中的曲面组成。利用分型面可以快速地分割工件或体积块,从而得到新的模具体积块,其具体操作为:先用滑块分型面分割工件,再用主分型面分割工件得到动模、定模。

    (6)抽取模具体积块。

    模具体积块构建完成后,就可以从工件中抽取它们,以生成模具元件。抽取体积块时,系统用实体材料填充指定的体积块。生成的模具元件的名称与体积块的名称相同。

    (7)定义开模动作。

    模具设计完成以后,可以通过定义模具的开模动作来检查模具结构的正确性。操作步骤为:模具进料孔→定义间距→定义移动,再选取体积块、定义开模的方向和距离,在定义2、3两个滑块的开模动作时要注意,滑块的开模方向是沿着右侧斜线,开模距离为l/cos10°(l为铸模的开模距离),开模结果如图8所示。

开模

图8 开模

    从图8可以清晰地看到滑块顺利地与塑件脱离,达到了开模的效果。

    用Pro/E的外挂EMX可以很方便地设计模具的模架,读者可以自行设计,在此不再赘述。

4 结束语

    以往的模具设计是一项绝大部分依靠经验的设计工作,基本上每个人所走的步骤都是相同的。不同之处主要在于每个人所设计出来的产品的差异,以及所花费的时间及最后成品的质量。而采用与传统模具设计不同的思路,运用Pro/E+EMX联合设计,可以减少试模时间,提高生产效率,既弥补了经验不足的缺陷,又使得设计工作变得比较简单快捷。

责任编辑:程玥
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