PRO/E在模具设计教学中的应用与研究

摘 要：近年来，长三角地区的模具行业蓬勃发展，在一些地方模具行业已成为支柱产业。针对地区行业的特点，嘉兴技师学院将美国PTC公司的PRO/E软件引入到模具设计教学中来，并在实际教学中做了大量的探索与研究。本文通过一个教学案例，详细说明了模具设计课堂教学的整个过程。

关键词：PRO/E 模具设计 应用

模具是工业生产中的重要工艺装备，它具有生产精度高、生产效率高、生产周期短等特点；它的生产技术水平已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要手段。近年来长三角地区的模具行业蓬勃发展，在一些地方模具行业也已经成为其支柱产业。但就本地区模具行业自身而言，设计、加工水平参差不齐，在经济危机的大环境下，产品附加值较低的模具企业举步维艰，急需转型升级。目前，行业急需一大批既掌握传统模具设计制造工艺，又懂得先进模具设计制造方法的复合性技术人员。

嘉兴技师学院根据行业对人才的需求，在机械制造系数控技术应用专业开设了模具设计课程，课程以岗位工作能力为导向，以培养专业技术知识和实际应用能力为出发点，以助推企业转型升级为目标。针对地区行业的特点，学校将美国PTC公司的PRO/E软件引入到模具设计教学中来，并在实际教学中做了大量的探索与研究。

一、PRO/E在模具设计中的优势

PRO/E（PRO/Engineer）自问世以来，已经被广泛地应用于航空航天、机械、家电、模具等各行各业，已成为世界上最普及的三维CAD/CAM应用软件。它的出现为模具设计人员提供了一个方便快捷的平台。与其他三维设计软件相比，该软件最大的优势在于全参数化的设计和单一数控库结构，这样可以使产品的设计与修改变得更为简便。同时PRO/E专门为模具设计开发了模具设计模块Mold Base Library和EMX（Expert Moldbase Extension）以及塑料顾问模块（Plastic advisor），可以为模具设计者节省大量的时间。

以上PRO/E软件的应用优势在注塑模具设计中体现更明显，可以使模具设计者在最短的时间内完成头塑件分析、收缩率设置、分型面的建立、流道设计、模具装配和模具机构仿真等工作。

二、PRO/E在模具设计教学中的应用

在模具的日常教学中，笔者以项目教学的方式大量应用PRO/E软件进行模具设计，下面以端盖项目（如图1所示）为例，介绍该项目的教学流程。

1.模具的塑件分析

该塑件形状较为简单，但由于侧面有孔且内侧有倒钩，因此该制品的模具需要设置斜顶抽芯机构。该斜顶抽芯机构的斜销也作为脱模机构，用来将塑件从型芯中推出，因而设计时要考虑到斜销的角度大小，避免无法推出塑件。根据产品批量和斜顶抽芯机构的特点，该模具初步定产为一模单腔的结构，塑件材料为采用聚氯乙烯（PVC）。

基于以上条件，应用PRO/E的塑料顾问模块对该塑件进行可行性分析，输入正确的工艺参数，即可用塑料顾问模拟浇注系统进行填充。塑料顾问可以评估注塑工艺的参数是否合理，并在屏幕上提供充模动画，提示可能出现问题的部位和环节，如熔接痕、抽坑、应力集中等问题。本例经过塑料顾问进行分析，具有实际可行性，可以进行模具设计。

最后用PRO/E计算出塑件的体积为6×mm3，质量为8.4g。根据塑件的体积与质量，查《注塑模设计与和产应用》手册，选定注射机型号为：SZ-60/40。

2.模具的型腔设计

（1）引入参照模型。启动PRO/E制造模块并选定模具型腔，将单位设置成公制，然后再选择参照零件（即该塑料制品）的路径和名称，进行定位，并调整好参照零件的坐标系（PRO/E要求参照模型的Z轴与模具的开模方向一致）。

（2）设置收缩率、创建毛坯工作部件（workpiece）。塑料制品成型冷却至常温后，其尺寸会收缩。该塑料制品材料为PVC，其收缩率设置为0.5%。运行PRO/E中的模具收缩命令，在文本框中输入0.005。毛坯工作部件可以自动或者手动创建，但它的尺寸必须完全包容参照模型。

（3）选择分型面。分型面的选择是模具设计中的关键步骤。在本模具设计中，由于制品的结构比较特殊，分型面选在制品的最大外形尺寸处，便于排气，使注射出来的塑件不会产生气孔，同时也有利于型芯、型腔镶件的安装。由于该塑件的内表面有两个侧孔和两个倒钩，因此模具要加入四个副分型面。如图2所示，然后利用PRO/E分割与抽取功能生成模具元件。

（4）浇注系统及冷却系统的设计。PRO/E的浇注系统设计包括主流道、分流道以及浇口的设计。选择模具特征中流道命令和流道类型，然后绘制流道线，即可生成流道，浇口的设计亦如此。冷却系统设计同样十分方便，与浇注系统的设计类似，选择水线命令，设置合适的水道直径和开孔位置，绘制水线的起点和终点，即可在模具零件上自动生成水线。

（5）成型零件的设计。成型零件的设计是该模具设计中的核心内容，主要包括凹模、凸模、抽芯机构的设计，利用前面步骤创建好的模具元件、流道完成该步内容。如图3所示。

图3

3.模具的框架设计并生成工程图

该步骤可通过PRO/E的EMX模块直接生成，EMX可加载国内外各大模具和模架制造商的标准模架。通过启动EMX模块，选择合适的模架并正确选择装配坐标系，EMX模块即可直接生成模具总装三维效果图（如图4所示），并且可以动态模拟演示注射开模过程，模架加载完成后，便可转入PRO/E工程图模块生成工程图。

图4

三、结语

这种将PRO/E软件应用到模具设计教学中的课堂模式，满足了模具行业对人才的要求，同时使原先枯燥的课堂教学变得生动具体。学生通过多个项目的训练，能够初步掌握模具设计、制造、装配的整个工艺流程，充分调动了学生的积极性和创造性，提高了学生解决实际问题的能力，为企业培养出了一大批急需的高技能人才。

参考文献：

[1]邹继强.塑料制品及其成型模具设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]关兴举.杜智敏等.PRO/ENGINEER塑料模具设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2006.