劉曉潔

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，塑料制品在實(shí)際生活中的應(yīng)用越來越廣泛，而作為生產(chǎn)注塑產(chǎn)品的主要工具——注塑模具，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，因此，在很多方面，塑料制品已成為金屬制品的替代物；但是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是憑借經(jīng)驗(yàn)對新產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)-分析-再設(shè)計(jì)，周期長、成本高，因此發(fā)展模具工業(yè)已成為當(dāng)代促進(jìn)塑料制品及機(jī)電產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)廉價生產(chǎn)的重要手段。本文利用Pr o／E作為注塑產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)工具，以其外掛插件EMX4.1作為塑料模具的快速設(shè)計(jì)平臺，極大地縮短了整套產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的循環(huán)周期，為企業(yè)在市場競爭中立于不敗之地打下了良好的基礎(chǔ)。

1 快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)平臺的選擇

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺的選擇

注塑產(chǎn)品大多數(shù)是包括有曲面造型的復(fù)雜零件，其造型不僅應(yīng)該滿足注塑產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程的要求，而且應(yīng)曲線流暢、美觀、符合用戶要求，這就為設(shè)計(jì)人員提出了一大要求，即設(shè)計(jì)產(chǎn)品必須以最直觀的方式展現(xiàn)在用戶面前，而且能夠根據(jù)用戶要求適度進(jìn)行修改。因此采用Pro／E軟件作為注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺，它以全參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想著稱，且具有單一數(shù)據(jù)庫全相關(guān)性、基于特征設(shè)計(jì)的實(shí)體造型以及用戶界面友好等先進(jìn)特點(diǎn)，能將產(chǎn)品從設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的過程集成在一起，當(dāng)產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行修改時，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計(jì)中，同時自動更新所有的工程文檔，并使并行工程成為可能，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，完全符合當(dāng)前工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思想。

1.2 模具設(shè)計(jì)平臺的選擇

本快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)平臺采用EMX（Expert Moldbase Extension）。EMX是Pr o／E的“模具設(shè)計(jì)專家”，其“智能式”的設(shè)計(jì)可以讓工程師輕松實(shí)現(xiàn)3D環(huán)境下的零件裝配和更改，利用該模具庫，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品提取所需要的標(biāo)準(zhǔn)模架，設(shè)計(jì)人員在此模架裝配原型基礎(chǔ)上可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行具體修改，完成塑料模具設(shè)計(jì)，從而減少設(shè)計(jì)誤差及費(fèi)時的工序。安裝出一個完整的模具，只需要用戶若干次的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，抽出模具庫內(nèi)所需部分即可。由于模具庫內(nèi)的所有零部件均為3D格式，并能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行快速實(shí)時預(yù)覽，因此，工程師能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差，可以大幅減少最后時刻的設(shè)計(jì)變更，最終節(jié)約了資金和資源。

2 注塑產(chǎn)品及其模具的快速設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求

如圖1所示，根據(jù)用戶要求進(jìn)行配套的蓋子創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使該煙灰缸也可以作為器皿使用。

2.1.2 產(chǎn)品造型分析及設(shè)計(jì)

三維實(shí)體造型特征分析是高效使用Pro／E的重要步驟，即分析構(gòu)成零件的特征種類、選擇基礎(chǔ)及附加特征，并根據(jù)給定條件選擇曲面特征為基礎(chǔ)特征。

首先建立基準(zhǔn)曲線，蓋子的下緣輪廓應(yīng)以給定零件外輪廓為參照，以保證蓋子與給定件配合；然后建立基準(zhǔn)面，草繪曲線鏡像快速完成輪廓曲線建立；最后采用邊界混合曲面完成產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)，如圖2所示。

根據(jù)特征之間的關(guān)聯(lián)，合并曲面并加厚、實(shí)體化，生成扣蓋中部拉伸圓環(huán)、拔模及倒圓角，如圖3所示實(shí)體。建模過程見圖4模型樹）。

圖1 煙灰缸

圖2 曲面

圖3 實(shí)體

圖4 模型樹

2.1.3 零件的裝配及渲染

裝配及渲染是用戶最直接的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否滿足其需要的一種途徑，Pro／E在裝配和渲染方面也具有一定優(yōu)勢，圖5為創(chuàng)新產(chǎn)品渲染，圖6為產(chǎn)品裝配的效果。

圖5 創(chuàng)新產(chǎn)品

圖6 產(chǎn)品裝配效果

2.2 創(chuàng)新產(chǎn)品的模具及其裝配設(shè)計(jì)

注塑模具設(shè)計(jì)在Pr o／E環(huán)境中最主要的解決辦法是采用族表或者輸入幾何體的辦法。EMX4.1模架擴(kuò)展專家則是以參數(shù)元件為基礎(chǔ)，由于參數(shù)元件不受約束，因此模具設(shè)計(jì)靈活，設(shè)計(jì)者可以很快地改變設(shè)計(jì)意圖或修改尺寸，將繁瑣工作變得快捷簡單。以創(chuàng)新產(chǎn)品蓋為例，具體設(shè)計(jì)步驟如下。

2.2.1 模具設(shè)計(jì)

打開Pro／E，進(jìn)入模具設(shè)計(jì)模塊，通過建立模具模型、設(shè)置收縮率、創(chuàng)建模具分型面、構(gòu)建模具元件體積塊、抽取模具元件、生成澆注系統(tǒng)、定義模具開啟、上下模的檢驗(yàn)等步驟，生成凹、凸模，如圖7、圖8所示。

2.2.2 模具的總裝配設(shè)計(jì)

調(diào)用模架專家系統(tǒng)EMX4.1，首先建立和修改項(xiàng)目，將生成的模具裝配模型導(dǎo)入準(zhǔn)備項(xiàng)目并對元件分類、選擇模具基體、定義組件、添加標(biāo)準(zhǔn)模架、修改模架大小、添加脫模板、添加定位環(huán)、澆口套、切除型腔、添加頂桿（自動切出相應(yīng)的孔及沉孔）、繪制水線等，完成的具架裝配如圖9所示。

圖7 凹模

圖8 凸模

圖9 模具裝配

在模具的總裝配設(shè)計(jì)中，螺釘、頂桿、水路、導(dǎo)向元件等更能體現(xiàn)出該方法方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。如水路，只要設(shè)計(jì)者畫好水線草圖，點(diǎn)擊相關(guān)操作即可生成；標(biāo)準(zhǔn)件選擇也如此，打開標(biāo)準(zhǔn)件庫選擇點(diǎn)擊就可自動安裝，各類零件自動產(chǎn)生并歸于相應(yīng)圖層。最后可進(jìn)行干涉檢查及開模仿真。

3 結(jié)束語

Pro／E軟件使模型設(shè)計(jì)、更改簡單易行，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期；Pro／E軟件與 Expert Mol dbase Extension的結(jié)合又提供了一系列快速設(shè)計(jì)產(chǎn)品及模架的功能，將整個模具設(shè)計(jì)周期大大縮短。實(shí)踐證明Pro／E與EMX的結(jié)合為模具行業(yè)的發(fā)展開辟了一條最有效的途徑，極大地提高了模具制造業(yè)的競爭能力，對于促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有良好的推進(jìn)作用。