proe软件在注射模具设计与制造中的应用

2013-08-10 by:proe培训中心来源:仿真在线

1 注射成型工艺及模具设计的特点

在塑料加工行业中约有95 %的产品靠模具生产,产品的更新及新产品的开发都是以模具的更新和工艺的改进为前提。注塑制件约占所有塑料制件总产量的30% ,注射模具的产量占世界塑料成型模具总产量的一半以上。这主要是因为相对于其它塑料成型工艺方法注射成型工艺能完成复杂精密塑料制作的成型,而且成型效率高。要顺利完成注射的工艺循环周期,除了设备和工艺保障外,关键在于模具结构设计合理优化。首先是注射模具在成型过程中要承受很大的注射压力,这对于模具的整体刚度、强度、导向精度、顶出机构的运动平稳度以及定位精度等都有很高要求;其次是注射成型时塑料熔体的温度大都在200 ℃左右,如果仅仅靠模具自身的传导传热降温,成型的周期会非常长,成型效率很低,因此需要良好的冷却循环系统;第三是注射模具用来批量生产,一般少则几万件多则几百万件,因此要求模具结构合理优化,模具材料及热生理状态良好;第四是塑料产品的结构越来越复杂,很多产品带有侧向的孔、凸台、凹陷等结构,因此需要侧向分型与抽芯机构自动完成这些结构部分的成型与脱模,抽芯动作要运用相应机构将开模的直线运动转换为所需方向的抽芯动作,在结构设计过程中需要有巧妙的机构来完成。以上注射模具的特点决定了注射模具设计的独特之处。过去由于塑料产品的外形结构相对简单,模具设计工程师往往手绘或者利用二维软件进行模具结构及零部件的设计。随着塑料产品的外观越来越复杂,功能性越来越多样化,传统的二维设计方法很难设计和表达出合理的模具结构,因此需要大力开发和应用模具设计、分析和制造方面的软件。目前在国内应用的主要软件有:美国PTC公司CAD/ CAM/ CAE集成化系统proengineer,美国EDS公司的CAD/CAM 软件UGⅡ,美国SOL IDWORKS公司的Solidworks 软件,以色列CIMATRON 公司的三维CAD/ CAM 软件Cimat ron ,北京航空航天大学软件工程研究所的CAD/ CAM 软件CAXA 等。上述各种软件各具特色,但在国内使用相对比较普及的还数proengineer 软件。

2 proe在注射模具设计与制造中的功能优势

proe是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。其特点是可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易与灵活。另外,proe是建立在统一基础上的数据库,不像传统的CAD/CAM 系统那样建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户不管他是哪一个部门都为一件产品造型而工作。例如,一旦工程详图有改变,NC(数控) 工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合,使得一件产品的设计与修改结合起来。这使得设计更优化,成品质量更高,价格也更便宜。

proe功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型、三维上色实体或线框造型和完整工程图产生及不同视图。proe是一个功能定义系统,即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现,其中包括:筋、槽、倒角和抽空等。采用这种手段来建立形体,对于工程来说更自然、更直观,无需采用复杂的几何设计方式。系统的参数化功能赋予形体符号式尺寸,不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体。这样,工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系,任何一个参数改变,其相关的特征也会自动显示,还可传送给绘图机或一些支持Post script 格式的彩色打印机。proe还可输出三维和二维图形给予其他应用软件,诸如有限元分析及后置处理等对模具的受力及热应力情况进行分析,从而确定浇注系统更加合理的位置和冷却系统的开设。这都是通过标准数据交换格式来实现,用户更可配上proe软件的其它模块或自行利用C 语言编程,以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块) 具有大部分的设计能力、组装能力(人工) 和工程制图能力(不包括ANSI,ISO ,DIN 或JIS标准) ,并且支持符合工业标准的绘图仪(HP,HPGL) 和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。

以上功能模块可以对使塑料产品造型、分型面的提取、模具结构三维设计、模具装配及模具动作情况进行模拟,检查是否干涉等变得更加方便可靠。

proe软件在其它结构设计中也应用得非常广泛,但这些功能模块在注射模具计算机辅助设计的优势体现得更加淋漓尽致。

3 基于proe的模具设计与制造方法

3. 1 proe软件辅助注射模具设计

计算机辅助设计应用的新技术,它与传统设计方法一样、都是基于注塑工艺及注塑模型. 注塑工艺包括开模方向、拔模斜度、分模线、分模面、收缩率以及浇注系统、生产工艺流程等。工艺选择得正确、合适,不仅可保证零件尺寸、形状精确,提高生产率,也可降低成本。采用proe软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模枋生产操作,利用软件分析功能进行流道分析,温度分析和脱模干涉检查,减少了工艺设计过程的失误。利用proe软件进行注射模具设计与分析的方法及步骤为:

1) 建立注塑模型。建立注塑模型并将设计模型装配到其中。设计模型在装入注塑模型后,即作为一个参考模型被替代了。参考模型是设计模型的一个拷贝,它们之间建立了一个关联关系。也可直接修改参考模型,然后将注塑模型Regenerate ,也能得到理想的效果.

2) 确定最优开模方向和附加拔模斜度的区域.通过检查参考模型的拔模斜度来确定一个最优开模方向。同时,根据工艺需要为参考模型增加拔模斜度及圆角.

3) 生成参考模型分模线和注塑模型分模面。分模线可从参考模型中提取或依据参考模型确定。它们是一些注塑特征,用于确定分模面的位置,要利用Pro/ Molding 功能开模。

4) 设置参考模型收缩率。利用Shringe 功能为整个模型设置收缩率。

5) 注塑模型特征操作填补加工孔、增加流道、浇口等特征并进行装配。沿分模面确定开模步骤,可以检查干涉并对模型进行必要的修改。

6) 对参考零件的壁厚、形状进行检查并进行必要的修改。

3.2 proe软件辅助模具制造

注塑模具的核心在于复杂型面零件的加工,且问题集中在带有圆滑过渡的主模零件这一类型,proe软件提供的Manufacturing 模块可以对复杂面零件进行模拟加工,调整加工的各种参数,控制零件的精度,输出刀轨文件。模具的复杂型面大都由铣削加工完成。proe铣加工提供了体积铣、局部铣、表面加工、等高线加工、轮廓加工、面加工等加工方法。在加工过程中,为了满足实际加工要求,模拟加工前还必须确定和调整工艺参数、毛坯材料和加工余量、刀具、装夹方式、切削参数、铣削方式,经过运算处理将直接动态仿真刀具运动轨迹转换为零件切削过程中的加工信息.

通过直接观察确定刀具运动轨迹是否最佳,并可运行Color 以不同颜色代表毛坯面、加工面或过切面,通过动态逼真的刀具和运用Gouge Check 来判断是否过切,修改加工方式和加工参数。

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