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基于Pro/E毒消柜控制面板的注塑模具设计 梁江波 葛正浩 厉成龙 丁英杰 （陕西科技大学 陕西•咸阳 712081） 摘 要:借绍利用Pro/E软件对消毒柜控制面板注塑模具进行辅助设计的过程,重点阐述应用Pro/E模具模块分模的流程。指明采用模具CAD/CAM软件Pro/E来实现模具三维设计,可以大大缩短设计和制造周期,提高产品设计准确性,降低设计成本。 关键词: Pro/E模具；分模；消毒柜控制面板；模架设计专家系统 3D design of disinfectant tank’s faceplate injection mould based on Pro/Engineer Liangjiangbo Gezhenghao Dingyingjie Lichenglong （Shanxi University of Science & Technology, Xianyang, Shanxi, 712081,China） Abstract Introduce the process of designing the injection mould for disinfectant tank’s faceplate based on Pro/Engineer. Expanded the process of parting module on emphases. directed that 3D softwares have got extensive application. the softwares of Pro/E,can shorten the period of mould design and manufacture, it also lowered the product cost. Key words ：Pro/E；mould；parting module；disinfectant tank’s faceplate；manufacture 1 引 言 Pro/E是美国PTC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM/CAE一体化软件,也是目前我国模具行业中应用最为广泛的设计软件之一。Pro/E有许多应用模块,在注塑模具设计中应用Pro/E制造模具模块和模架设计专家系统(EMX)可以非常方便快捷的设计出模具的全部内容。不仅效率高,而且直观性好,准确性高。本文以消毒柜控制面板注塑模设计为例介绍了由制件到注塑模具的设计成型过程。 2 制品实体造型 消毒柜控制面板采用Pro/E零件模块的成形实体功能,通过创建拉伸、抽壳、复制、阵列、倒圆角、剪切、加强筋等特征命令建立实体如图1-1。 图1-1 消毒柜控制面板的零件模型 3 制品的结构特征分析 制品的材料为ABS，这种通用塑胶易于成型和机械加工，具有优良的物理机械性能和低温抗冲击性，良好的电性能、耐磨性、尺寸稳定性、耐化学性，染色性，优良的流动性和良好的综合性能，成型工艺性好。 该制件为ZLD-38型消毒柜的控制面板,如图1-1所示。其上有6个固定孔，用螺钉将其固定在壳体上；有三个按键孔、一个VFD显示孔和一个侧向的门开关孔。控制电路板和电磁门开关在装配时要安装在其腔体内。可见面要求平整、光滑、色泽均匀一致，无气泡、裂纹、收缩、融合纹等注塑缺陷，分型面无飞边、毛刺；壁厚偏差一致，脱模斜度应不大于。在将其安装在壳体上后，其上表面要贴pop贴。为了提高其强度在其内部设有加强筋。 4 零件成型工艺性分析 在模具结构中，采用侧浇口，两点进浇，采取一模两腔的布局，由于采用两点进浇，故减少了熔料在模腔内流动的距离，便于注射成型。顶出方式采用推板脱模，制件的固定柱采用顶管脱模方式。门锁孔采用斜导柱分型抽芯机构完成侧抽，内腔的控制板卡采用斜顶杆完成内侧抽。冷却方式采取水冷形式，冷却水孔布置采用直通式布置,各通道在模具外用软管连接，具体的结构见模具设计部分。 5 模具设计 利用Pro/E软件制造模块(CAM)中的模具型腔子模块进行分模设计,设计步骤如下: (1)打开Pro/E,新建→制造→模具型腔→取文件名() →进入分模界面。(2)将工件作为参考零件装配到界面上,由于是第一次装配,所以可以用缺省装配。(3)通过控制层的图标把参考模型的基准面遮蔽,从而使图面简化。(4)建立工件体积块。可以通过手动草绘,也可通过自动设定参数直接生成。如图1-2所示。 图1-2 工件体积块 图1-3 模具体积块 图1-4 分型面1 (5)设置收缩率。通过用比例方式,对所有尺寸用公式S=1+α进行设置。 (6)创建模具体积块。通过创建球形拉料杆体积块、销体积块、内侧抽体积块，最终生成模具体积块。如图1-3所示。(7)设计分型面。在分模过程中,分型面的设计是最为关键。本例的分型面的建构步骤如下：①新建分型面→复制→制件所有外表面→填补外表面上的所有孔；②与零件底面重合处拉伸一平整曲面；③将复制曲面与拉伸曲面合并,并选对保留侧。分型面设计完成如图1-4、图1-5、图1-6、图1-7所示。 图1-5 分型面2 图1-6 分型面3 图1-7 分型面4 (8)拆模。步骤为:模具体积块→分割→2个体积块→所有工件→选取分型面,将工件分割开来,并分别定义名称rest、rest1、 rest2、rest3。将生成的体积块抽取生成模具成型零件,步骤为:模具元件→抽取。 (9)开模仿真。步骤为:模具进料孔→定义间距→定义移动。如图1-8所示。 图1-8 制件开模仿真图 6 用塑料顾问做模具的流动模拟分析 打开制件文件，单击应用程序菜单下的塑性顾问，单击 按钮，启动塑料顾问应用程序。对填充质量和压力降做出可视化分析，如下图所示。 图1－9 填充质量示意图 图1-10 预期质量示意图 图1-11 压力降示意图 在菜单条中依次点击Results→summary，打开“Results summary”对话框，制件的加工参数和流动的相关参数见图1-12。 图1-12 加工参数与流动的相关参数 7 制品注射模具的3D总装配设计 调用模架专家系统,选好模架类型和各模板尺寸, 把型腔和型心装进模架，设计完成浇注冷却系统、顶出系统及抽芯滑块装置，并装配好螺钉、导柱、导套等标准件如图1-13所示。 图1-13 完成后的模具总装配模型 图1-14 模具开模状态图 8 开模仿真 .依次点击→模具基体→装配元件→在弹出的“装配元件”对话框中按下 ，将所有的元件装配到模具总装配模型中去，完成后的模具开模状态图如图1-14所示。 9 结束语 本文以消毒柜控制面板为例介绍了利用Pro/E建立实体模型,并进行模具设计的整个过程。通过设计发现基于Pro/E的模具设计有如下优点:①能直接根据产品的三维数据生成模具的型心和型腔,提高设计的准确性。②利用标准模架库,减少了模具标准件的绘制,提高了效率。③实现了全三维的设计,直观,可靠。④统一的数据库使零件修改、模具修改非常方便。⑤根据加工要求可通过数控模块生成刀轨文件,通过后 置处理生成数控程序。 参考文献: [1] 林清安. Pro/Engineer模具设计[M].北京:北京大学出版社,2001. [2] 何满才.模具设计与加工-MASTERCAM[M].北京:人民邮电出版社,2002. [3] 葛正浩.Pro/ENGINEER Wildfire塑料模具设计入门与实践.化学工业出版社，2004. [4] 史铁梁.模具设计指导，机械工业出版社，2003. [5] 申开智.塑料成型模具，中国轻工业出版社，2002.

模具专业毕业设计模式的实践与探讨以模具专业学生的毕业设计模式的改革为例，探讨计算机技术在模具专业学生毕业设计中的应用范围、步骤及结果，明确指出了模具设计理论同先进设计方法相结合在模具专业学生毕业设计教学环节的重要性和必然性。 关键词：模具设计 毕业设计 计算机技术 1 引言 模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。 根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。 2 模具专业学生培养目标 深圳大学模具设计专业隶属于深圳大学工程技术学院机械制造及其自动化专业，主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对珠江三角洲，特别是深圳周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。 根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。 3 计算机技术在注射模中的应用领域 塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面： (1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。 (2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。 (3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。 (4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。 (5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。 (6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。 目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。 4 模具专业毕业设计模式 模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是学生大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要学生了解大量的实践经验。 通过毕业设计，应使学生在下述基本能力上得到培养和锻炼：①塑料制品的设计及成型工艺的选择；②一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；④了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合， 以往的毕业设计严格来说只能算是模具设计这门课的课程设计；老师指定一个塑料产品，有时甚至连产品模型图都交给学生，学生按照谍本上的模具设计步骤一步步做下去，由于没有实践经验，学校也不可能将学生的设计变成实际产品，因此，设计的合不合理，学生不知道，即使有经验的老师指不出不合理处，学生也没有感性认识，只能是纸上谈兵。学生踏人社会，从事实际产品设计，往往会发现无从下手，即使设计出来也是废纸一张，通常都要通过1到2年的时间才能入门。因此，学生常会感叹：在学校什么也没学到这不能不说是我们教育的失败。 为了改变这种状况，在99级的毕业设计中，我们采取将模具设计内容同CAD/CAM/CAE紧密结合在一起，学生通过先进的软件仿真，可以随时发现自己在每一步设计中的不合理处，会找出各种解决方案让设计趋于合理，同时掌握了最先进的设计，加上及分析技术，提高了学生的学习兴趣和创新能力，使毕业设计真正成为了学生实际工作前的一次全过程模拟。设计流程如图1所示。为了保证毕业设计的质量，我们专门成立了一个 由4名老帅组成的模具设计指导小组，每个老师负责设计流程的一个步骤。此次参加模具设计毕业课题的学生共15人，我们分成5组，每组3人。 首先在布置毕业设计题目时，不给出具体的塑件制品，只是告诉学生要做一个开关按钮，学生根据自己的兴趣，确定自己的设计产品：游戏机手柄按钮、眼镜盒开关按钮、电灯墙壁开关按钮以及鼠标按钮等。通过市场调研、查阅大量的文献资料，确定自己塑件的外形及内部结构。采用三维造型软件Pro/E设计出塑件的内外结构，用AutoCAD绘出二维图，在结构设计过程中，运用结构分析软件MSCPatran分析按钮受力后的结构强度、刚度及应力等，对结构进行不断修正，学生会发现机械设计、工业产品设计、材料力学、理论力学等课程的知识在这个阶段都有所体现，对以前所学课程也是一个综合应用的过程。图2为某学牛设计的游戏机按钮装配图及爆炸图，图3为按钮对角两点受力时的最大变形和最大应力图。塑料制品设计完成后，进行模具结构设计，采用的是Prom/E下的模具设计模块对产品建立工件进行分型、分割、抽取得到型芯、型腔文件；通过专家模座系统EMX(Pro/E,系统外挂程序之一)建立标准模座零件及滑块、斜销等其它附件。这个过程实际上并没有结束，它要同后续的注塑过程数值分析紧密联系起来，所采用的注射流动分析软件是MoldFlow，根据熔体在浇注系统和型腔中的流动过程的动态图，改进模具浇注系统、调整注射工艺参数，使模具各系统的设计达到最佳。图4为分析出的最佳浇注位置以及采用圆形排列的流道方式进行注塑，最后注塑出来的结果。图5为按钮模具的装配图及爆炸图。模具结构完成后，进行数控加工，我们采用的是加工软件，完成模具的虚拟加工过程，并自动编制数控加工的NC代码，利用仿真模块可以查看加工完后工件的合理性。 最后学生要提供详细的设计说明书以及完整的二维、三维图纸。在论文撰写阶段和答辩过程中，学生还采用了ACDSee图像软件，用来截取设计图像并辅助介绍整个设计过程；采用Office软件用来做文字的处理，写出分析报告。 每位学生在整个设计完成后，都必须对自己的没计 过程及结果做一个总结，提出本设计的创新与特色在何处。例如在建模部分或流道设计部分，同时也要考虑设计中存在问题以及相应的解决方法，从大多数学生的总结来看，学生迫切体会到了实践经验的欠缺，因此，在下一届学生的毕业设计中我们力争多请企业的设计人员同学生交流，多让学生接触到实际的设计、生产过程， 至此，学生完成了一个项目的全过程：塑料制品设计--模具设汁--模具加工．学生可以在计算机上看到自己设计、加工出来的最终产品，体会到成功的感觉。5 结束语 通过对此次毕业设计模式的改革，学生既对大学四年课程的学习做了—个总结，同时又掌握了最流行的、同社会实际最靠近的设计、加工方法。因此，本届模具专业方向的毕业生受到了社会的欢迎，深圳某大型台资公司模具部一次意愿接受本校的毕业生5名．取得了很好的社会效益。 (end)

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