基于Pro_E软件的手机外壳注塑模具设计与数控加工
[制造 ·维修 ]
收稿日期 : 2007210225
作者简介 :董家权 (1984 - ) ,男 ,湖北麻城人 ,在读硕士研究生 ,从事模具 CAD /CAM研究。
基于 P ro /E软件的手机外壳注塑
模具设计与数控加工
董家权 , 傅 旻 , 李茂廷
(天津科技大学 机械工程学院 , 天津 300222)
摘 要 :分析利用 Pro /E软件及其注塑模设计专家 (EMX)系统进行手机外壳注塑模具设计的过程 ,并运用数控编程模块
Pro /NC对模具型腔进行了加工刀路设计 ,模拟其加工过程。指出采用 Pro /E软件来实现模具三维设计和数控加工 ,可
以大大地缩短模具设计和加工周期 ,降低模具设计和加工的成本。
关 键 词 : Pro /E软件 ;模具设计 ;数控加工 ; EMX (模具设计专家 )
中图分类号 : TP391. 73; TQ320. 66 文献标志码 : B 文章编号 : 100522895 (2008) 0420053205
Plastic M ould Design ing and NC M anufacturing of
M obile Shell Based on Pro /E Software
DONG Jia2quan, FU M in,L IMao2ting
(College ofMechanical Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China)
Abstract: The process of injection m old designing of m obile phone shell w ith Pro/E softw are and expert m oldbase extension
is introduced. Furtherm ore, cavity of the m old in processing feed route based on Pro/NC is designed, and its m anufacture
process is sim ulated. It is pointed out that adopting Pro /E software to design 3D modules and NC manufacture , can greatly
shorten the period of mould design and manufacture, and lower the mould design and manufacture cost.
Key words: Pro /E software; mould design; NC manufacture; EMX (expert moldbase extension)
0 前言
Pro /E是美国 PTC公司推出的一套功能强大的 3
维 CAD /CAM一体化、集成化软件。它涵盖了产品从
概念设计到制造的全过程 ,具有参数化设计、三维实体
模型、特征驱动和单一数据库功能等特性。在模具设
计的过程中 ,利用 Pro /E的实体建模技术 ,可以快速地
对将要加工的零件有一个形象的认识 ,在对模型进行
分析后借助于 Pro /E的 Mold模块可以在 3维模型的
基础上直接进行模具设计 ,它提供的“专家模架系统
EMX ( expert moldbase extension) ”是一套功能强大的 3
维化模架设计插件 ,为模具的 3维总装配设计提供了
十分丰富的模座数据库。模具的零件可以利用 Pro /E
软件提供的功能强大的数控编程模块 Pro /NC直接进
行数控加工。手机外壳是手机的重要部件 ,是由复杂
曲面组成 ,手机外壳的设计的好坏将直接影响手机的
质量。本文通过对手机外壳注塑模具的设计和模具主
要零件的数控加工 , 详细地阐述了如何利用 Pro /E软
件进行模具设计和数控加工编程 ,以及应用 EMX进行
模具的 3维总装配设计的一般流程和具体步骤。
1 P ro /E模具设计流程
1. 1 模具设计流程
利用 Pro /E W ildfire软件进行模具设计的流程如
图 1所示 [ 1 ] :首先利用零件的 3维模型创建模具模型 ;
然后设置产品收缩率 ;设计分型面与凸凹模的分割 ;利
用特征设计浇注系统的主流道、分流道和浇口 ;完成模
具组件的生成 ;进行试模 ,建立浇铸件 ,再进行模具开
模和检测 ,最后进行模具的装配和辅助零件的设计 ,模
具设计好后 ,转入数控加工制造 ,从而实现模具设计和
数控加工的集成。
1. 2 模具专家系统
第 26卷 第 4期
2008年 8月 轻工机械
L ight Industry Machinery Vol. 26 No. 4
Aug. 2008
模具专家系统 EMX ( expert moldbase extension)是
Pro /E系统的外挂程序之一 ,专门用来建立标准模座
零件及斜滑块等其他附件 ,此外 ,在 EMX系统中还能
自动产生 2维工程图及材料明细表。利用 EMX可以
大大提高模具型腔、型芯等的设计效率 ,完善开模功
能 ,方便对模具设计过程的修改以及自动化配置 ,大大
缩短模具设计周期。
图 1 模具设计流程图
2 P ro /E的数控加工编程流程
Pro /E软件提供了功能强大的数控编程模块 Pro /
NC。其制造模块具有车削、铣削、钻削等多种功能 ,其
加工环境设置完全符合工况 ,可灵活进行机床和工件
坐标系的设置 ,在不同工序可以设置不同的工件坐标
系 ,便于工件的找正装夹 ,保证加工精度。
图 2为 Pro /NC的数控编程流程图 [ 2 ] :首先建立
加工模型 ,根据被加工零件的技术要求、几何形状、尺
寸及工艺要求将实际运行加工程序的各项环境参数及
操作参数存放在 Pro /NC数据库中 ,然后确定加工路
线和工艺参数、切削参数及辅助功能 ,设置加工刀具的
路径参数 , Pro /NC会获得实际加工时的刀具路径 ,然
后按数控机床所采用的代码驱动数控机床进行加工。
3 手机外壳注塑模具设计 [ 324 ]
3. 1 建立手机外壳 3维模型
造型良好的 3维模型是进行模具设计的基础 ,该
制件曲面较多 ,通过曲面造型、曲面合并、加厚、拉伸剪
切、阵列等命令建立实体模型 [ 5 ] ,如图 3所示。
3. 2 创建模具模型
模具模型包括参照模型和工件 ,参照模型是设计
模具的参照 ,工件是表示直接参与溶料成型的模具元
件的总体积。多型腔模的型腔布置有平衡式和非平衡
式两种。为了保证各个型腔熔体能同时均衡充满 ,一
般选择平衡式的型腔布置。手机外壳需要大批量生
产 ,故采用一模四腔 ,平衡式型腔布置。①导入参考模
型及布置型腔。启动 Pro /E系统 ,通过 EMX新建一个
项目 ,进入模具设计工作界面后 ,在菜单管理器中依次
点选模具模型 →定位参照零件 ,在查找文件对话框中
打开手机外壳模型。在元件布局对话框中 ,参照模型
起点与定向选 CSO,布局起点选择 CAV ITY_1,布局选
择矩形 ,定向选择 Y对称 , X增量输入 - 100, Y增量输
入 - 60,一模四腔 ,平衡式型腔布置设置完成 ,如图 4
所示。②创建工件。在菜单管理器中依次点选模具模
型 →创建 →工件 →手动 ,在弹出的对话框中输入工件
名为 : Workpiece,再依次选则实体 →加材料 →拉伸 →
实体 →完成 ,在“特征构建 ”工具栏中选择草绘工具 ,
打开草绘功能面板 ,选取基准面 MOLDBASE2X2Y为草
绘平面 ,选择 MOLDBASE2X2Z作为顶参考 ,草绘 240 ×
40的矩形 ,双侧拉伸 60,即完成工件的创建。
3. 3 设置收缩率
从模具中取出注塑件后 ,由于温度及压力的变化
会产生收缩现象 ,通过设置适当的收缩率来放大参照
模型 ,便可获得正确的注塑零件。本例材料收缩率取
·45· 轻工机械 L ight IndustryMachinery 2008年第 4期
图 4 型腔布局图
0. 005,采用根据零件尺寸设定收缩率的方式来设置收
缩率。单击模具 →收缩 →按尺寸 →设置 →所有尺寸。
在信息框内并输入收缩率 0. 005,确定即完成收缩率
的设定。
3. 4 构建分型面
在模具的设计、制造过程中 ,模具的分型面的创建
最为关键 , Pro /E提供了非常强大的曲面创建和操作
功能 ,可以通过多种方式来创建分型面 [ 6 ] 。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 ,该零件靠破孔比较多 ,为了分模的需要 ,首先必须
将靠破孔填补。最后采用合并曲面的方式生成分型
面。①填补靠破孔。将工件隐藏起来 ,先完成一个手
机外壳靠破孔的填补 ,单击分型面 →创建 →确定 ,接受
缺省的分型面名称 ,单击增加 →复制 →完成 ,选取不含
靠破孔的所有外表面 ,然后双击“填充环 ”选项 ,选取
手机壳上表面 ,单击确定 ,即完成靠破孔的填补。用同
样的方法完成其它 3个手机外壳曲面靠破孔的修补。
②延拓曲面。修改前面构建的分型面 ,单击延拓 →沿
方向 →向上至曲面 →完成 ,选择每个手机外壳前端缺
口轮廓线 ,延拓至相对应的工件外表面。 ③构建平面
部分分型面。修改前面构建的分型面 ,单击增加 →平
整 →完成 →新设置 ,选择参照零件底部平面为草绘平
面 ,MOULD2FRONT为顶参考 ,引用工件外形作为草图
即可 ,单击确认退出草绘。 ④合并分型面。将前面三
步的分型面合并 ,单击合并 →侧 2→确认 ,该模具的分
型面就构建好了 ,如图 5所示。
图 5 手机外壳注塑模具分型面
3. 5 拆分模具体积块
所谓建立体积块 ,就是将已经创建的工件以分型
面为参照 ,分割为数个体积块。
依次单击模具体积块 →分割 →2个体积块 →所有
工件 →完成 →确定。为芯腔体积块输入名称“cavity”,
为型芯体积块输入名称“core”。
3. 6 抽取模具元件
体积块只是一个有体积无质量的虚拟体 ,不是实
体模具组件 ,所以接下来要进行实体元件抽取工作。
单击模具元件 →抽取 ,选择型芯型腔再单击确定 ,
完成即可。图 6为模具型腔 ,图 7为模具型芯。
3. 7 设计浇口和流道
采用侧浇口 , 2点进浇 ,可减少熔料在模腔内流动
的距离 ,便于注射成型。采用圆形断面分流道 ,散热量
小 ,充模阻力小 ,浇口冻结时间长 ,可提高制件成型质
量。具体设计步骤如下 [ 7 ] :用旋转切除材料的方法完
成主流道的设计 ,分流道单击特征 →型腔组件 →流道
→导圆角 ,草绘流道线路即可。
3. 8 充模仿真
单击铸模 →创建 ,输入浇铸件的名称“mold”即
可 ,生成如图 8所示的浇铸件。
通过该项分析 ,可以发现最后生成制件的形状是
否符合设计要求 ,还可以检查分型面、拆模顺序、流道
的正确性。
图 8 浇铸件
3. 9 开模模拟
步骤为模具进料孔 →定义间距 →定义移动 →选取
模具元件的一条竖直方向的棱为参考方向 ,指向外侧
·55· [制造 ·维修 ] 董家权 ,等 基于 Pro /E软件的手机外壳注塑模具设计与数控加工
的方向为正向 ,输入 100作为移动距离。如图 9所示。
图 9 开模模拟
3. 10 利用模具专家系统 EMX完成模座和其他辅助
零件
单击 EMX4. 1→模具基体 →组件定义 ,弹出模具
组件定义对话框。单击“载入 /保存组件 ”弹出组件对
话框钩选“Fataba_2p”复选框 ,选择“SA _Type”类型。
单击载入 →确定 ,回到“模具组件定义 ”对话框 ,基体
尺寸取 400 ×500。双击 B 板输入厚度 40,双击 U 板
输入厚度 40。选取 M16的止动销 ,LRK类型的直径为
80的定模侧定位环。单击“模具组件 ”对话框下面的
确定按钮。单击模具基体 →装配元件 ,在弹出的对话
框中单击“选择所有对象 ”,图 10 为最终的模具总
装图。
图 10 模具总装配图
4 模具主要零件的数控加工
对本副模具而言 ,型腔的加工过程较为复杂 ,加工
过程细节考虑也较多。因此在这里只对型腔模块进行
数控编程及加工模拟。
4. 1 对型腔进行加工工艺分析
型腔上表面由 4个复杂的曲面 ,浇道和 1个平面
组成 ,由于 3部分所选的刀具和加工方法不一样 ,所以
分为 3道工序加工 ,即先铣曲面 ,再加工浇道 ,最后铣
平面。
4. 2 建立制造模型和设置制造环境
①创建加工几何模型。以第一个工序为例 ,采用
曲面铣削的方式来加工型腔上表面的复杂曲面 ,选取
型腔上表面的复杂曲面为铣削曲面 ,进行编程加工。
②刀具的选择。Pro / E中刀具选择是在制造管理器对
话框中的 NC序列设置完成的。应根据机床的加工能
力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相
关因素正确选用刀具。本例第一工序中刀具选择直径
为 8,长度为 100,材料为 GY8的立铣刀。③加工参数
的设置。 Pro / E 制造参数设置是在参数树管理器对
话框中完成的 , 制造参数分为 6大部分 : NCL (刀位文
件 ) 名称、切割选项、切割参数、进给参数、机械参数、
入口 / 出口参数等 , 其中每一部分都有多个要求设置
的参数 ,累计达 80个左右。Pro / E的参数设置是比较
复杂的 ,一般加工设置时 ,可选简化的参数设置项 ,它
通常包含了上述 6类参数中必须设置的几个重要参
数。现针对型腔的加工 , 在选用曲面铣削加工方式
后 , 参数设置主要考虑工件材料、刀具类型、机床性
能 ,加工工艺性和加工效率等。
4. 3 生成刀具路径
数控 (NC)系列设置完成后 ,在 Pro /E的 NC序列
菜单中选择“轨迹演示 ”命令 ,系统自动生成刀具路
径 ,经过屏幕演示、过切检测 ,如果没有问题就可选择
“完成序列 ”命令完成体积块铣削加工的 NC序列 ,再
选择“CL 数据 ”命令生成 CL刀位文件 ,如图 12所示 ,
此文件经过后处理就能生成符合要求的 NC程序。而
NC程序通过 RS232数据接口上传给数控机床 ,就可
以自动完成模具型腔的加工。
图 12 型腔数控加工的 CL数据
4. 4 VER ICU软件仿真加工
VER ICUT由 CGTECH公司开发 ,数控加工仿真专
用软件 ,具备同时进行刀具轨迹和机床运动仿真的功
能 ,采用先进的 3维显示及虚拟现实技术 ,对数控加工
·65· 轻工机械 L ight IndustryMachinery 2008年第 4期
过程的模拟达到了极其逼真的程度 ,监测加工过程中
存在的问题 ,以避免不必要的损失。选取加工系列后 ,
单击“屏 幕 演 示 ”→“NC 检 测 ”, Pro /E 自 动 调 用
VER ICU软件进行仿真加工 ,如图 13所示。
图 13 VER ICU软件数控仿真加工
5 结束语
Pro /E软件不仅具有强大的造型功能 ,也具有优
异的模具设计和加工制造功能。运用 Pro /E中的模具
设计模块 ,可以很简捷地将模具元件提取 ,大大提高了
模具设计效率 ,降低设计成本。 Pro /NC模块在模具加
工中解决了以往手工编程无法解决的复杂模具零件的
曲面加工 ,使加工中心在制造过程中发挥了更大的作
用 ,大大提高了模具制造效率 ,真正意义上实现了产品
的全相关性设计与制造一体化。
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京 :中国电力出版社 , 2005.
(上接第 52页 )
实体造型所需的. ibl文件 ,借助于 Pro /E强大的实体
造型功能 ,完成椭圆齿轮的实体造型的方法。与传统
的设计方法相比 ,不仅使椭圆齿轮的设计快捷、方便、
计算精度高、设计结果达到最优 ,而且在椭圆齿轮实体
造型的基础上 ,还可以对其进行数控模拟加工 ,生成加
工程序代码 ,为椭圆齿轮的进一步数控加工提供一种
快捷的方法。同时椭圆齿轮实体的创建 ,还为椭圆齿
轮进行产品检测 ,装配设计和有限元分析奠定了基础 ,
具有一定的工程意义。
参考文献 :
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京 :机械工业出版社 , 2006.
[信息 ·简讯 ]
·行业简讯 · 纸浆和造纸化学品市场需求增长
研究报告指出 ,拉美纸浆和造纸化学品市场主要得益于好气候、低成本劳动力和速生桉树的大规模种植。桉树是纸浆生产的
原料。
在亚洲 ,中国与日本是纸和纸板及所需化学品的最大生产国和消费国。日本是纸浆和造纸化学品的成熟市场 ,增速相对较慢 ,
而中国的增速则非常快。据报告分析指出 ,自上世纪 90年代以来 ,中国的纸和纸板新增产能约占全球产能增量的一半以上 ,而且
这种快速增长的趋势至少在未来 10年将得以持续。
美国与西欧是纸浆和造纸化学品的成熟市场 ,当地的造纸工业正在努力提高环境保护。斯堪的纳维亚半岛、美国和西欧已实
施分阶段禁止使用氯漂白剂的计划。斯堪的纳维亚半岛已投用几个完全不用氯漂白剂的纸浆和造纸工厂。加拿大和美国纸浆漂
白工艺环节使用的氯漂白剂大部分已被氯酸钠和双氧水替代。
(摘自《中国包装机械网 》2008205224)
·75· [制造 ·维修 ] 董家权 ,等 基于 Pro /E软件的手机外壳注塑模具设计与数控加工
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