基于Pro/E的开关盒注塑模具设计

窦小丽+李俊敏

摘 要：本文以开关盒为例，遵循注塑模具设计的一般步骤，进行了塑件工艺分析、注射机的选择以及模具各组成部分结构设计，最终借助Pro/E软件完成模具的三维设计，为相似零件的模具设计提供一定参考。

关键词：注塑模具；模具设计；开关盒；Pro/E

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.001

0 前言

Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国参数化技术公司（PTC）推出的一款大型CAD/CAM/CAE参数化软件，涵盖零件、组件、模具设计、机构仿真运动等多个应用模块。目前Pro/E已广泛应用于注塑模具设计，有效地缩短模具设计周期。本文以开关盒（如图1所示，材料为聚苯乙烯PS）为例，重点介绍注塑模具结构设计方案，并借助Pro/E软件完成模具的三维设计。

1 塑件的工艺分析

①原材料分析。PS是常用热塑性塑料，无毒无味，电绝缘性优良，透明性好，透光率很高，有一定的化学稳定性，适用于制造接线盒、电池盒等。在成型性能方面，PS成型加工性好，可用注射、挤出等多种方法加工；流动性好，应注意模具间隙，防止溢边。

②塑件结构、尺寸精度分析。开关盒近似为长方体，侧边倒角，顶部端面四角均布4个M4螺纹嵌件，侧面和底孔各有一个Φ12mm的通孔。因此模具设计时必须设置侧向分型与抽芯机构，考虑金属螺纹嵌件的固定，属于中等复杂程度零件。开关盒底部壁厚为4mm、侧壁3mm，壁厚比较均匀；重要尺寸为54±0.6mm，尺寸精度为MT4级，其余未注尺寸取MT5级，容易满足成型要求。

2 注射机的选择

根据开关盒的二维图纸，利用Pro/E软件进行三维建模，测出其体积为38.23cm3。综合考虑生产批量、精度和外形尺寸等要素，决定采用一模两件的模具结构，从而可估算出塑件和浇注系统凝料的体积约为（浇注系统凝料一般为塑件的20%）。因此初选XS-ZY-125型螺杆式注射机，其最大注射量为125cm3。

3 注塑模的结构设计

（1）分型面的选择 分型面是决定模具结构形式的重要因素，根据分型面的选择原则和塑件成型要求，确定分型面选择在顶部端面处，以保证顺利脱模及塑件的外表美观。

（2）浇注系统的设计 浇注系统由主流道、分流道、冷料穴和浇口组成。为便于将凝料从主流道中拔出，主流道设计为圆锥形，尺寸由注射机喷嘴尺寸确定，球面半径为14mm，小端直径为4.5mm，斜度为4°。由于一模两件，分流道采用平衡式布置，单边流道长度取10mm，截面拟采用直径为6mm的圆形，其比表面积最小，以减少热量损失。多型腔模具的浇口一般采用截面为矩形的侧浇口，根据壁厚选择截面尺寸为。

（3）侧向分型与抽芯机构的设计 开关盒有一个侧孔，需要设置抽芯机构，本模具选用斜导柱侧向分型与抽芯机构，主要由斜导柱、滑块、锁紧块和定位装置构成。斜导柱的抽芯距计算为6mm，倾斜角根据经验值取18°，斜导柱直径查表取12mm。考虑侧型芯强度和装配问题，滑块和侧型芯采用镶嵌式连接。为使模具结构简单，降低模具装配程度，拟采用整体式滑块和整体导向槽的形式。锁紧块采用销钉定位、螺钉紧固的方式和定模板连接，加工方便，应用普遍，锁紧角度一般大于斜导柱倾斜角2～3°，取20°。定位装置采用弹簧顶销形式，结构简单。

（4）成型零件结构设计 本模具采用一模两件的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等，凹模和凸模拟采用镶嵌式结构，分别嵌入定模板和动模板中。要固定金属螺纹嵌件可采用螺纹型芯，螺纹型芯安装在动模板上，开模时能和塑件一道取出且便于装卸。

（5）推出机构的设计 采用最简单最常用的推杆推出机构，圆形推杆，均布在开关盒的端部和底部强度和刚度较大的部位，直径分别为6mm和10mm。

（6）冷却水道的设计 PS的模具温度为20～60℃，为缩短成型周期，提高生产率，需要根据开关盒的形状、壁厚及材料来设计合理的冷却水回路，根据塑件的平均壁厚，冷却水道直径可选择10mm。

（7）模架的选择 模架是设计、制造塑料注塑模具的基础部件，可参照塑料注射模模架标准（GB/T12555-2006）。由于本模具结构为单分型面多型腔模具，宜选用直浇口A型模架。根据凹模尺寸，由经验公式选取2730系列模架，即模板宽为270mm，长为300mm。

4 Pro/E模具设计

将开关盒的三维模型调入Pro/E模具模型中作为参考模型，设置收缩率（PS的平均收缩率为0.55%）并创建工件，再根据模具设计方案创建浇注系统，创建合适的分型面、分割模具体积块，生成型腔、型芯和滑块等，制模并进行开模演示以检测开模是否干涉。最后借助Pro/E的外挂程序—EMX（专家模架系统），将生成的型腔、型芯等调入模架库，并在模架库中创建模具标准件、推出机构和冷却系统，完成整个注塑模具的结构设计，其剖面如图2所示。

5 结束语

本文主要介绍了开关盒的注塑模具结构设计方案，再借助Pro/E软件完成模具设计。理论设计为核心思想，软件应用为辅助手段，两者有机结合能更好地缩短模具设计周期，设计成符合工程应用的注塑模具。

参考文献：

[1]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2007（04）.

作者简介：窦小丽，女，江苏泰州人，硕士，讲师，研究方向机械制造、模具设计与制造。