基于Pro_E的塑料顶盖注塑模具设计
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文章编号：1001-4934(2007)02-0041-05
基于Pro/E的塑料顶盖注塑模具设计
刘 毅，王 华，郭 莹，董金虎
（陕西理工学院 材料科学与工程学院， 陕西 汉中 723003）
摘 要：介绍了利用Pro/E及其注塑模设计专家（EMX4.1）设计塑料顶盖注塑模具的设计
过程，特别阐述了利用Pro/E进行塑料模具设计的高效率特性。其单一数据库、参数化、
基于特征、全相关联的设计特点，不但使设计模具的周期大大缩短，且从设计到制造的整
个过程中，保证了数据的完整性与一致性。
关键词：塑料顶盖；注塑模；Pro/E；EMX
中图分类号：TP391.7 文献标识码：B
Abstract: Design process of the injection mould for the plastic top cover using Pro/E and expert
moldbase extension was introduced in detail．High efficiency of injection mould design using
Pro/E was emphasized．Characteristics of single database，parametric，feature based and fully
relativity not only greatly shortens the cycle of mould design，but also ensures the data integrality
and consistency in the whole process from design to manufacture．
Keywords: plastic top cover ;injection mould ; Pro/E ; EMX
收稿日期： 2006-09-26
作者简介： 刘 毅（1983-），男，本科。
0 引言
随着CAE技术的迅速发展与普及，设计制
造业正朝着数字化、全球化、快捷化的方向发
展。由于市场经济的剧烈竞争，促使工业产品
朝着多品种、小批量、高质量、低成本的方向
发展。为保持产品的市场竞争力，产品的开发
周期、生产周期越来越短，作为制造各种产品
的关键工艺装备之一——模具的计算机辅助设
计（CAD）技术的开发与应用已成为决定产品
竞争力的关键。
1 塑件的工艺性分析
图1所示为塑料顶盖塑件图及顶盖的Pro/E
实体模型。该塑件材料为PE塑料，塑件等级5
35
15
5
20
5
50
30
R2
16
80
1020
70 +0.08
0
图1 塑料顶盖塑件及顶盖的Pro/E实体模型
模具 技术2007.No.
42 Die and Mould Technology No.2 2007
级精度，未注公差尺寸按GB/T14486-1993，7
级精度；φ16 mm与φ70 mm有同轴度要求。产
品的脱模斜度与收缩率有关，塑件的平均收缩
率取0.023[1]。
2 塑件模具的设计
2.1 参数计算与工艺设计
（1）顶盖参数 塑件体积：V1=66.67 cm3；
浇注系统体积：V2=26.67 cm3；总体积：V=V1+
V2=93.34 cm3；最大成型投影面积：S塑=52.24
cm2。
（2）注塑机的选择 根据塑件总体积，选
择SZ400/1 600型注塑机，主要参数：螺杆直径
48 mm，注塑量416 cm3，注塑压力141 MPa，
注塑速率22.2 g/s，锁模力1 600 kN，模具最小
厚度150 mm，模具最大厚度550 mm，定位孔直
径φ150 mm，定位孔深度20 mm，顶出力1 600
kN，拉杆间距410 mm×410 mm。
（3）注塑机锁模力校核 锁模力是注塑机
锁模装置施加于模具的最大夹紧力，其作用在
于平衡和克服模腔压力作用产生的胀型力，保
证成型、防止溢料。注塑机锁摸力与模腔压力
的关系可用下式表示：
F0＞P锁×A
A—塑件和浇注系统在分型面上的投影之
和，cm2
查手册得P锁=25 MPa
F0＞25×52.24=1 306 kN
所选的注塑机锁模力为1 600 kN，满足要
求。
（4）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
模具长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间
距相适合。即：模具长×宽=446 mm×346 mm
＜410 mm×410 mm（拉杆间距410 mm×410
mm），模具最小厚度150 mm＜模具闭和高度H锁
268 mm＜模具最大厚度550 mm，故满足要求。
（5）开模行程校核 此模具为单分形面注
塑模，取出塑件所需的开模距离必须小于注塑
机的最大开模行程。 由手册得：S≥H1+H2+
（5～10）
S—注塑机最大开模行程，S=360 mm
H1—塑件脱出距离，H1为35 mm
H2—包括流道凝料在内的塑件高度，H2
为85 mm
H1+H2+（5～10）=35+85+10=130 mm，故
满足要求。
（6）分型面设计 该模具的设计难点之一
就是分型面的设计与在Pro/E中的实现。分型面
共有三个，其中PARTSURF1是主分型面，其
它两个是用来分割嵌入式的型芯和侧型芯。主
分型面由许多曲面组成的，要用到曲面的合并
及相交。单击菜单管理器中的【模具|分型面|创
建】，输入分型面名称；用【增加|复制|完成】
通过实体曲面复制得到旋转曲面；用【增加|
平整|完成】得到平整平面；用【增加|拉伸|完
成】得到侧面凸台曲面，然后将所有的曲面合
并便得到主分型面。在建立分型面的过程中，
需注意：分型面不能有缺口。两个型芯分型面
很容易实现，用【增加|旋转|完成】便能实现。
得到的分型面如图2所示。
（7）浇注系统设计及运用Plastic Advisor
注塑仿真分析
① 浇口分析 在确定了分型面以后，浇注
口的选择执行【应用程序|塑料顾问】，然后点
击【确定】，再给出材料和有关工艺参数，开
始分析最佳浇口位置。分析结果如图3所示：蓝
色的位置（箭头所示中心孔处）属于最适合作
浇口的位置。
② 浇注系统 采用轮辐式点浇口，即从中
图2 分型面示意图
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心孔内侧，以轮辐式结构分散（3个点）引入，
具体结构如图4所示。
斑外）浇注质量最好，黄色（箭头所示靠近中
心孔处的亮斑）中等，没有差的（红色），质
量符合要求。
注射时模内压力分析如图6所示：深蓝色部
分（箭头所示边沿处深色区域）压力不足，不
过所占比例较少，且不是主要受力区。可选择
较大注射压力。
塑件注射过程流动分析如图7所示：图中显
示流动分析全为绿色，表示注射过程流动状态
非常好。 在【模具组件定义】对话框中装配浇口套
和定位圈，如图4所示。单击菜单管理器中的
【模具|特征|型腔组件|实体|切剪材料|旋转|实体|
完成|单侧|完成】以建立冷料穴和浇口套过孔；
单击菜单管理器中的【模具|特征|型腔组件|模
具|流道|半倒圆角】建立分流道；单击菜单管理
器中的【模具|特征|型腔组件|模具|流道|梯形】
建立分流道。
质量分析如图5所示：绿色（除箭头所示亮
塑件的冷却质量分析如图8所示：图中显示
大部分为绿色，表示冷却效果好，极少部分为
黄色（箭头所示靠近中心孔处的亮斑），表示
一般能够达到冷却的要求。
2.2 成型零件设计
EMX有2种工作模式，即组件（ASM）模
式和制造（MFG）模式，在ASM模式中，成型
图4 浇注系统设计示意图
图3 浇口分析
图7 塑件注射过程流动分析
图6 塑件注射时模内压力分析
图5 塑件质量分析
模具 技术2007.No.
44 Die and Mould Technology No.2 2007
|准备|】，确认【准备元件】对话框中的选项。
（2）加载并定义模架 执行【EMX4.1|模
具基本|组件定义|】，在【模具组件定义】对话
框中单击【载入\保存组件】选Hasco公司的制
造类型模架emx_tutorial_mfg。
定义A、B板参数；定义导柱和导套；定义
复位杆；定义螺钉数目。执行【EMX4.1|模具
基本|装配元件|】，选全部项目，完成装配。
2.4 抽芯机构、推出机构的设计
（1）抽芯机构的设计 在EMX中设计抽
芯机构，比传统的设计效率要高，因为系统本
身带有各种实例。
① 建立滑块抽芯坐标系统 滑块坐标系建
立在分型面上35mm。侧型芯的左侧面—X轴
的法平面；MOLDBASE_X_Z基准面—Y轴的
法平面；ADTM1基准面（MOLDBASE_X_Y偏
移35 mm）—确定XY平面，即坐标的高度位
置。若建立的坐标Y轴朝下，可在【坐标系】对
话框中进入【坐标系】进行调整，保证X轴朝
左。
② 建立滑块抽芯机构 单击滑块按钮，选
择上一步建立的坐标系，选择A板上表面作为
斜导柱的放置平面，再选择B板的上表面作为
动模面，便得如图9左图所示的【滑块定义】对
话框；选取SINGLE_LOCKING示意图框便进
入如图9右图所示的【滑块定义】参数对话框；
通过计算，选取系统自带实例Z180/40 mm×
100 mm×63 mm。斜导柱的长度为140 mm，角
度为15°。确定后，滑块机构及其通过孔便建
立在模架上。执行【EMX4.1|定位销|装配自动
零件需要各自事先设计好；在MFG模式下，参
照模型与成型零件的制作都在EMX中进行。考
虑到直接用被分形面切割的工件表面形成动定
模板腔，故采用MFG模式设计模具。
2.2.1 在EMX中加载参照模型
（1）建立模具工程目录；执行【EMX4.1|
项目|新建】；在弹出的【定义新项目】中输入
项目名称，零件前缀，选择制造模式。
（2）定位参照零件。
2.2.2 在EMX中设计成型零件
（1）应用收缩 单击菜单管理器中的【模
具|收缩|按尺寸|设置/复位|所有尺寸】，后按提
示操作。
（2）修改毛坯 在【模具组件定义】中修
改毛坯的尺寸，即模板的长宽高。此尺寸的确
定要保证复位杆、推出机构、抽芯机构的设计
位置。
（3）分割体积块及抽取模具元件 根据设
计好的分型面，运用菜单管理器中的【模具|模
具体积块|分割|】进行三次分割得到4个成型零
件。而后抽取模具元件，运用菜单管理器中的
【模具|模具元件|抽取|】，至此，成型零件设
计完成。
2.3 模架设计
Pro/E EMX4.1提供了智能、自动化模架和
模具组件设计。
（1）EMX项目准备 执行【EMX4.1|项目
图8 塑件冷却质量分析
图9 斜导柱滑块抽芯机构设计示意图
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螺钉|】，选择侧抽芯机构的左右侧压块和防磨
板；执行【EMX4.1|定位销|装配自动销|】，选
择侧抽芯机构的左右侧压板。系统便自动加上
装配销钉和螺钉。
（2）推出机构的设计 由于塑件壁厚为5
mm，与最大直径之比为5/80>1/20由手册得，
该件属厚壁件。采用9根推杆顶出，推杆直径为
4 mm。
模具的三维模型及开模如图10、图11、图
12所示。
3 结论
在基于Pro/E环境下的塑料顶盖注塑模设
计中，利用Pro/E的外挂软件EMX4.1（注塑模
设计专家）能够实现产品设计、模具设计、计
算机辅助加工等工艺过程，改变了传统的设计
理念，能使设计人员创建、修改、仿真分析模
具构件。其中Plastic Advisor（塑料顾问）使
得塑件的仿真分析变得更容易；EMX专家系统
的模架库使得设计周期更加缩短，其开模仿真
模拟、干涉检查使得设计的准确度较传统设计
高；Pro/E的单一数据库为模具的加工提供了准
确的数据来源。基于Pro/E的塑料模设计方法
能够缩短产品开发周期、提高产品设计制造质
量、降低成本和快速响应市场。
参考文献：
[1] 贾润礼，程志远.实用注塑模设计手册[M].北京：中
国轻工业出版社，2000.
[2] 李 军.精通PRO/ENGINEER中文野火版模具设计
篇[M].北京：中国青年电子出版社，2006.
[3] 申开智.塑料成型模具（第二版）[M].北京：中国轻工
业出版社，1998.
图10 模具装配图
图11 动模装配示意图及塑件
图12 静模装配示意图
模具 技术2007.No.
基于Pro_E的塑料顶盖注塑模具设计.pdf
