学文网一、引言
塑料成型制品在电器设备、电子仪表、通信工具、电子玩具和生活用品等方面应用广泛。注塑模具是塑料成型加工中的工艺装备，利用其特定形状去复制成型或复制加工具有一定形状和尺寸的塑料制件。
塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑料制件质量、降低生产成本起着重要作用。随着现代工业技术的发展、新型塑料的产生，塑料制件的外形趋于复杂化、多样化，注塑模具成型零件多为复杂的曲面构成。计算机技术的发展，为模具设计及制造采用现代化方法提供了保证。模具的计算机辅助设计（CAD）在提高生产率、改善质量、降低成本及减轻劳动强度方面都具有传统设计方法所不能比拟的优越性，因此模具CAD技术的开发与应用已成为决定产品竞争力的要素。Pro/ENGINEER是集成化的CAD/CAM软件，包括产品造型设计、模具开发和数控加工仿真等多种功能，广泛应用于电子、玩具等行业。
二、模具CAD的多种模式
应用Pro/ENGINEER进行塑料模具设计通常包含以下步骤：塑件分析模具成型零件设计模架及其他零件设计零件***和装配***的生成与绘制。模具成型零件的设计是模具CAD的重点，模架及标准件一般利用EMX（专家模架系统）来定义完成。Pro/ENGINEER软件系统包含专用的模具设计模块――Mold design，提供了方便、实用的三维模具设计与分析的各种工具，可实现从产品三维建模到模型装配、分型面设计、浇注系统和冷却系统布置等步骤，从而完成模具成型部分的设计。除此以外，还可以在组件设计模块、零件设计模块中进行分模设计。模具成型零件设计的常见模式分别如下。
模具设计模式：在Mold模块中，创建模具模型，通过阴影曲面、裙边曲面、曲面复制和曲面合并等编辑方法形成分型面；然后以分型面拆分工件，获取模具各成型部分体积块，再由体积块形成模具成型零件。这种分模方法虽然操作繁琐，需要理解分模计算原理并具有较强的空间想象力，但对于各种产品结构都比较适用，是最基本的方法。
零件模式：在Part模块下利用灵活方便的曲面创建及编辑方法，分别形成属于动模的产品面和属于定模的产品面，再根据产品形状创建分型面，构成模具各成型零件的曲面模型，以完成产品分模的过程。这种方法要求设计者对模具结构很熟悉，具有丰富的设计经验，能直接根据产品形状构建模具成型零件；或者对于其他软件转入的产品曲面模型进行分模时，不需转换为实体模型即可由产品曲面构建模具成型零件。
组件模式：在Assembly模块下，利用分型面及产品参照模型进行实体化切除材料处理，直接形成模具成型零件。对于分型面比较简单的产品，组件模式的分模方法更快捷灵活。
实际应用过程中应根据设计对象的具体情况而采用合适的分模方法。
三、组件模式下的模具设计
在组件模式下进行模具设计，其基本原理为：根据产品的形状创建分型曲面，应用元件的Cutout（切除）操作及曲面实体化，以产品模型及分型面对工件进行实体布尔切减运算，分别产生模具各成型零件，然后按照缺省定位装配为模具成型整体结构。组件设计模式完整地体现了产品塑料件通过模具成型及开模的逻辑思路，对于从根本上理解模具设计的原理很有帮助；而且在模具设计模块中分模失败时组件模式也是一种比较有效的解决方法。基本过程如下。
（1）建立一个新的组件设计文件。
（2）按照要求装配产品参照模型并创建工件。
（3）创建分型曲面。
（4）分别进行实体布尔运算，产生模具成型零件。
四、组件模式应用实例
如***1所示塑料盖为某电子产品的外壳零件，外形尺寸约130mm×60mm×13mm，材料选用ABS，要求外观光滑，生产数量5万件。产品外形曲面比较规则，壁厚均匀，无侧凹及倒钩，只需设计主分型面即可分模，现根据产品结构形状及生产批量，确定模具基本结构为一模两件的两板模具，结构简单，加工方便，能很好地满足使用要求。型腔采取平衡式布局，使每个型腔压力、进料均衡，塑料熔体同时均匀充满每个型腔，保证塑料件的质量稳定一致。分流道选用圆形截面，比表面积小，流动效率高，热量不易散失。侧浇口设在塑料盖底端侧面，去除容易，不留明显痕迹。型腔布局如***2所示。
应用Pro/ENGINEER软件组件模式进行模具成型零件设计，然后以模架专家系统EMX完成型腔布局、模架及标准件设计，具体过程如下。
1.建立新组件文件
新建文件，文件类型选择“组件”（Assembly）“设计”（Design），文件名称可以根据零件类型命名为waike_asm，进入软件的组件模式。
2.装配塑料外壳零件模型
塑料外壳为深度较小、开口端面较大的盖形结构，确定开模方向为塑料外壳底端面的法向，按照开模方向与组件坐标系的Z 轴一致的原则装配产品参照模型。塑料件由于温度及压力的变化会产生收缩现象，还需要根据产品结构及原材料特性设置适当的收缩率来放大参照模型，以补偿注塑件尺寸变化 。
3.创建工件模型
模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，根据塑料件的形状尺寸，参考设计经验数据，确定模具型腔的壁厚为25m m，并在组件中通过新建零件的方法建立工件模型。参照模型和工件结果如***3所示。
4.构建分型曲面
开模方向为塑料盖开口方向，在此方向上的最大轮廓处于端面，分型面选取端面，使塑件留在动模，既有利于顺利脱模，简化模具结构，又不会影响塑件的外观。Pro/ENGINEER软件曲面功能丰富，应根据产品分型面的具体形状灵活应用，本塑料件可采取复制产品表面、创建填充曲面，然后将二者合并的方法产生分型面，结果如***4所示。
5.参照零件的布尔切减
首先从工件中切除参照的零件模型即可形成模具模腔，即模具闭合状态下各成型零件构成的整体：在组件模式中单击“编辑”“元件操作”，在弹出的菜单管理器中选取“切除”（***5），在弹出的对话框中先选取工件作为被切除零件并确认，再选取产品参照模型作为切除参照零件，并单击“完成”，则完成参照零件从工件中的布尔切减运算，产生模腔整体模型。
6.产生模具成型零件
按照满足塑料件成型并能顺利脱模的分模需要，应用分型曲面实体化切除材料方法，将上一步产生的模腔整体模型进行拆分并分别保存，则形成各个模具成型零件。方法如下。
（1）在模型树中选取工件，并在右键菜单中选取“激活”。
（2）选取前面步骤中完成的分型曲面，单击主菜单栏“编辑”“实体化”，在弹出的操控板中选取切除材料***标，并选择材料切除方向向上，如***6所示，单击完成***标。
（3）在模型树中选取工件，然后在右键菜单中选取“打开”，将此零件保存副本为waike-core，即为模具型芯零件。
（4）对上述工件零件的实体化特征进行编辑定义，调整材料切除方向向下，再将此零件保存副本为waikecavity，即为模具型腔零件。成型零件如***7所示。
在进行元件布尔切减的过程中，如果模具包含滑块、镶件等多个成型零件，则根据需要创建多个分型曲面，并以相应曲面先切减产生滑块、镶件，再切减形成型芯、型腔零件。
7.装配成型零件
将上述模具成型零件按照“缺省”放置装配，即完成模具成型部分组件设计。在此组件中可继续添加特征进行浇注系统设计。
8.模架设计
Pro/ENGINEER模架专家系统EMX包括多个厂家的标准模架及模具标准件，能自动产生模具工程***及零件明细表，可完成模座和其他辅助零件设计。依次选取“模具基体”“组件定义”，在对话框中，选择“Fataba_s”，类型为“SA_T y pe”的标准模架，根据产品形状尺寸及型腔数量选取模架基本尺寸，自定义模板厚度、导柱导套、浇口套和定位环，单击确定按钮完成组件的选择。点击“模具基体”“装配元件”“选择所有对象”，最终的模具总装***如***8所示。
五、结语
Pro/ENGINEER软件应用于塑料模具设计有多种方法，在“组件模式”设计环境下，不需要创建模具体积块，通过导入塑件3D实体设计模型，设置收缩率，直接按照模具装配状态创建模具成型零件，包括模具型芯、模具型腔和滑块、镶件等，与其他分模设计方法相比简化了分模步骤，实际应用中有利于缩短模具设计周期，提高开发效率。同时，在“模具设计与制造”专业课程教学中，通过“组件模式”介绍注塑模具成型原理、模具结构组成，比较直观，便于学生增强对模具的感性认识；再结合不同模具设计模式的对比，对于学生掌握模具3D分模的基本思想及各种分模技巧奠定了坚实的基础。
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