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基于Pro/E的塑料水龙头弧形抽芯模具设计
2017-06-05 17:04:05  作者:刘玲 田龙 蒋修宏   来源:互联网
  •   随着塑料工业的发展,塑料逐渐代替了金属。近年来,作为替代金属水龙头的塑料水龙头得到了广泛应用。随着计算机技术的发展,CAD技术日臻完善,而三维软件Pro/E作为综合性软件,具有模具设计功能,使得传统模 ...

  随着塑料工业的发展,塑料逐渐代替了金属。近年来,作为替代金属水龙头的塑料水龙头得到了广泛应用。随着计算机技术的发展,CAD技术日臻完善,而三维软件Pro/E作为综合性软件,具有模具设计功能,使得传统模具设计方法转向了现代模具设计方法,应用该方法能够大幅度提高产品质量,缩短研发与生产周期,降低生产成本。本文以塑料水龙头的模具设计为例,介绍了Pro/E模具设计的过程及水龙头模具弧形抽芯结构的设计。

  1 塑料件结构分析

  塑料水龙头零件结构如图1所示,所用材料一般为硬聚乙烯。从图1可以看出,在水龙头出水口处有一段60°弯管与两截直管连接,弯管直径比直管小,且两直管有外螺纹,在它们连接处的中间有一个用来开关水的阀,内部结构较复杂。通过对其结构分析可知,成型这种管状件的模具,其型芯不能用简单的直线或弧线动作进行抽芯。具有直线与弧线双重动作的抽芯机构,其直型芯只能沿轴线方向脱出,弯型芯应沿弧形方向脱出。

  

图1 塑料水龙头零件结构

  图1 塑料水龙头零件结构

  2 用Pro/E软件设计模具简介

  在Pro/E的模具设计模块下,注塑模具的设计和制造过程包含以下步骤:(1)创建塑件模型;(2)创建毛坯,用来确定所有模具元件的体积;(3)根据模具装配特征设计浇注系统,确定分型面及模块;(4)根据不同的收缩率和脱模斜度,依据塑件模型构建型腔、型芯特征或尺寸;(5)设计模具推出和抽芯机构,检查运动机构是否存在干涉问题;(6)依需要装配模座,完成冷却系统设计;(7)完成所有零件的零件图。在以上7个步骤中,第1步、第3步和第5步尤为重要:第1步是模具设计的开始,模具设计的合理性及准确性依赖于产品的准确性;第3步决定塑件成型后能否完全从模具中脱出、充模的合理性和各模腔充填时的均衡性;第5步决定塑件脱模时受力的均衡性。

  3 塑料水龙头注塑模具设计

  3.1 创建塑件模型

  采用Pro/E造型功能可以设计出水龙头的三维图形如图2所示,但是在进行模具设计之前需要对三维图形进行前处理,包括产品的剖面修补、修改公差和脱模检查等 。剖面修补后通过信息特征的几何检查,看看有没有几何重叠,没有几何重叠后就可以进行分模了,而脱模检查可以分析零件哪些结构妨碍分模需要去掉,图3为分模前处理结果。从图3可以看出,分型面不需要去圆角,也不需设计脱模斜度,因为主分型面两侧为半圆,即无需脱模斜度,由于圆管的特殊结构,内部为型芯也无需脱模斜度,只需在分模处对3个型芯进行脱模斜度设计即可。

  

图2 水龙头的三维图

  图2 水龙头的三维图

  

图3 脱模检查

  图3 脱模检查

  3.2 创建毛坯及确定分型面和浇注系统

  分型面的设计不仅与脱模直接相关,还与成型塑件的尺寸精度、表面质量等因素有关,是模具设计的关键。Pro/E有两种方式设计分型面:一种是复制零件曲面,主要针对零件特征较少的零件;另一种是分型面生成技术中的裙边技术,主要针对形状复杂的零件。塑料水龙头的模具分型面符合第一种方式,弧形弯管不能用拉伸去做侧抽芯,用复制曲面的方法得到侧抽芯的分型面。

  利用Pro/E的分模技术分模后,建立浇注系统,根据零件的结构特点,采用一模四腔形式建立如图4所示的浇注系统。

  

图4 浇注系统的建立

  图4 浇注系统的建立

  3.3 弧形抽芯结构的设计

  通过分析水龙头的结构可知,需要有两个侧向直抽芯和一个侧向弧形抽芯结构。由于斜导柱具有较高的可靠性,故考虑使用斜导柱作为抽芯的传力零件,要实现弧形抽芯,需借鉴图5(a)的结构。要实现弧形和直线的动作,需对其进行改进,将弧形型芯和铰链做在一起,另一端用销轴固定在下模型腔上,让铰链绕其旋转,便可进行弧线移动,再用拉杆将铰链和侧滑块连接起来,即可进行直线移动,实现弧形型芯的脱模,其弧形抽芯三维结构如图5(b)所示。

  

图5 弧形抽芯结构设计

  图5 弧形抽芯结构设计

  弧形抽芯动作的可靠性采用三维模型进行抽芯动作的仿真模拟,以销轴为定点圆心,以铰链长为半径进行弧形移动;在斜导柱侧向移动的同时,拉杆两端也随之转动,从而保证了弧形抽芯是连续平滑的,不会出现卡死现象。图6为弧形抽芯仿真模拟的瞬间,从图6可以看出,仿真模拟完全可以完成弧形抽芯动作,且可靠准确,达到了设计目的,简化了模具结构。

  

图6 弧形抽芯的仿真模拟结果

  图6 弧形抽芯的仿真模拟结果

  3.4 塑料水龙头总体模具设计

  

图7 动模部分

  图7 动模部分

  弧形抽芯关键技术解决后,利用Pro/E的模具设计模块功能,分模后创建模具的脱模机构以及其他相关结构,设计出模具的动模部分如图7所示。从图7可以看出,模具的侧向抽芯采用弧形抽芯结构,利用斜导柱作为导向零件,建立了斜导柱在定模一侧、滑块在动模侧的抽芯机构,这种机构工作效率高,可实现较大距离的抽芯。顶出机构采用常用的顶杆顶出机构,结构简单,方便可靠。将设计好的定模部分和动模部分调入标准模架,进行装配即得到如图8所示的模具装配图。

  

图8 塑料水龙头模具总装图

  图8 塑料水龙头模具总装图

  1-动模座板;2-推板底板;3-推杆固定板;4-复位杆;5-动模板;6-斜导柱;7-塑件;8-滑块;9-螺钉;10-定模扳;11-定模座板;12-定位环;13-紧固螺钉;14-浇口套;15-销轴;16-拉杆

  注塑成型结束后,注射机开模机构带动模具开模,同时斜导柱6与滑块8产生相对运动,实现水龙头直型芯的侧向移动,同时斜导柱带动弧形抽芯滑块进行相对运动,在销轴15的作用下使弧形侧型芯转动,由于拉杆16的作用,使弧形侧型芯进行直线运动,动定模分型后,靠推杆(图中未画出)使塑件脱模。

  4 结语

  利用Pro/E模具设计功能设计了塑料水龙头模具,着重介绍了分型面的创建、浇注系统的建立、弧形抽芯结构的设计等。用Pro/E可有效提高模具的设计效率,节省了成本。本模具抽芯机构的设计对于其他兼有直线抽芯与圆弧抽芯或仅有圆弧抽芯的模具设计具有参考作用。



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