在纸浆模塑模具设计中的应用

      纸浆模塑T业在我国已有近20年的发展历史。20世纪80年代以来，湖南、北京、山东和江苏等省市相继引进国外先进的纸浆模塑生产线。1984年湖南纸浆模塑总厂投资1000多万元从法国引进一条转鼓式自动纸浆模塑生产线．主要用于鸡蛋托盘的生产，这是中国纸浆模塑的开始。E个世纪80年代末，我国开始自行研究纸浆模塑技术。l988年我国开发出一条冈产纸浆模塑生产线，  主要以禽蛋托、啤酒托、水果托为主。产品比较单一，档次也较低。到了90年代后期．纸浆模塑制品已被广泛用于包装农副产品、家电、电子、仪器仪表等产品。纸浆模塑的成型是利用模具经过真空吸附得到的。因此，在纸浆模塑制品的生产过程巾，模具的开发和设计是一个关键环节。模具的开发设计技术要求高、投入较大、周期较长、风险也较大。随着纸浆模塑制品生产规模的日益扩大、使用市场的不断拓展和产品性能的逐高，纸模模具的开发与设计引起了研究者和企业界的重视，开发技术也日趋完善和成熟。

        1    纸模及其模具设计CAD现状 

        目前在我国，绝大多数纸浆模塑模具设计还是凭实践经验，利用一般的二维CAD软件如AUTOCAD、CAXA电子罔板等进行。这些软件与国内外机械行业目前常用的实体造型模具设计软件UG、CATIA和Pro／E等相比，在造型能力、模具设计的灵活性和设计资源共享等方面有着明显的不足。Pro／ENGINEER是一套基于三维基础上进行设计的工具．其强大的功能是其它3D设计软件所不能比拟的。运用手工设计制图早已成为历史．即使采用像AutoCAD进行设计也显得效率低和不够直观，AutoCAD的三维设计的功能与其相比也较弱，Pro／ENGINEER提供了一个较为完整的解决方案．从全参数设计，到基础模型等都与传统的CAD系统有着极大的不同。由于目前纸浆模塑制品的模具设计尚处于初级阶段，其加工组装等工序大部分还是依靠手工完成。同时。它不同于塑料模具的设计，要考虑到注塑问题，  因此不涉及流道、浇口、冷却系统和顶杆等的设计。本文参考Pm／E中模具设计(MOLDDESIGN)模块的功能及其设计流程．将纸浆模塑制品的模具设计和Pro／E中模具设计模块进行合，总结得出了利用Pro／E进行模具设计的新方法．为纸浆模具设计提出了新的方式。

        2  纸浆模制品模具设计的一般步骤

        一般情况下模具的设计步骤如下： 

        (1)收集资料对包装用纸浆模制品模具设计的一步是收集必要的资料，被包装物的性质、形状、尺寸。重量和包装技术要求等资料，被包装物的实物和图纸。

        (2)纸浆模制品的设计根据实物与图纸设计纸浆模产品  ，产品应根据用户要求而定。如果是全封闭包装应选择合理的分离面．做成二个纸浆模制品；如果是对称包装，则只是左右手的结构异构件。

        (3)模具种类的选择按产品的性质与用途选择合适的模具结构形式、材料、加工方法等技术路线。

        (4)进行必要的工艺计算根据纸浆种类，纸浆的加工条件和生产时产品成型及干燥条件。计算湿纸模的外型尺寸和内腔的定位面受力点的尺寸。

        (5)模具总体没计根据上述分析和初步计算，可进行模具总体设计．通常先画结构草图，算出模具的闭合高度，定出模具的外型尺寸，然后对各部件的结构进行设计，确定方案。

        上述5个步骤互相联系、相互结合、相互补充。一般情况下，在总体设计时，Fh于同时考虑对各部件的设计，他们之间的先后次序并。纸浆模塑整个生产的过程中有成型模具、定型模具、整型模具和模切模具等，根据生产工艺的不同以及所生产在制品的不同。模塑生产中所需要的模具也不相同。尽管每套模具在结构设计上基本相同，但在尺寸方面仍存在着差异。成型模具和整型模具相比，涉及到一个收缩率的问题，而整型模具的尺寸是直接根据纸模的内、外尺寸得到，相对比较简单明了，因此本文主要以整型模具的结构设计来说明Pro／E中模具的设计过程。

        3  Pro／ENGINEER中模具设计流程

        利用Pro／E进行纸浆模塑制品的模具设计主要应用了其模具设计(MOLDDESIGN)模块，通 
常情况下，模具设计流程如下：

        (1)进入Pm／ENGINEER  中的模具设计(MOLDDESIGN)模块，创建参照模型。可以装配参照模型和工件，或直接创建参照模型和工件，或检索模具模型。

        (2)创建模具模型的收缩。可为某些或所有尺寸创建各项同性的比例收缩或收缩系数。可将按尺寸收缩应用到设计模型上，使设计模型保持不变，以便在其它应用程序中使用。

        (3)定义体积块或分型面以将其分割成单独的元件。

        (4)抽取模具体积块以生成模具元件。抽取完成后。模具元件成为功能完全的Pro／E零件。它可以在零件模式中调出，在绘图中使用，以及应用Pm／NC进行加工等。

        (5)增加浇口，浇道和流水线作为模具特征。

        (6)定义模具开模的步骤。对每一步进行是否与静态零件相干涉的检测．有必要时．修改模具元件。应  CAVITY文件。以上步骤是针对于塑料注塑模具的设计过程，其巾涉及到模具收缩率，浇El。浇道等设计问题，而在纸浆模塑模具的设计过程巾不会涉及这些问题  由于纸浆模塑制品的成型模具为具有多孔和切口的金属模．模上包有一层金属网(一般称之为网模)，  因此加工得到的成形模具与所设计出来的模具还是有差别的  但这种差别是可以消除的，设计者可以根据实际模具与设计模具之间存在的差别取得经验数据并重新应用于设计中。本文只注重于利用Pro／E进行模具的结构设计，至于完整模具的组装及加工等问题，有待于进一步的研究。纸浆模具的设计是建立在纸模制品尺寸确定的基础上。因此结合上述模具设计流程，本文首先进行纸模制品结构的设计，  根据在MOLDDESIGN模块中模具及其纸模制品的相互对应关系。在工件巾以模塑制品的表面为分型面进行分割，得到模具的上凸模具和下凹模具。纸浆模具的设计不同予塑料注塑模具，不需要考虑浇口、浇道、流水线等的设计。

        4  具体纸模制品及其模具设计范例

       4．1  以纸模包装盒产品的模具设计流程进行简单的介绍

       (1)新建MANUFACTURING模块下的MOLD

        (2)直接插入包装盒零件，或者直接在组装模式下设计包装盒零件．设计好的纸模结构

        (3)在组装模式下直接进行辅助T件的设计，此工件用来形成模具的凸模体积块(MOLD—VOLUME1)和凹模体积块(MOLD—VOLUME2)，工件颜色区别于纸模的颜色。 

        (4)复制包装盒的外表面得到分型面，然后将分型面向各方向进行延拓，使其与辅助件面相交。分型面的建立直接影响着模具元件的生成。其创建过程不能自相交。利用分型面分割得到模具体积块。模具体积块是只有体积，没有质量的凸、凹模型腔。赋予模具材料得到其模具元件，得到的上凸模具(MOLD—CORE)和下凹模具(MOLD—CAVITY)。 

  
        (5)分别定义凸模和凹模的上、下移动。由上述可知，利用Pm／E进行设计时，重点是进行了包装盒的结构设计，在包装盒的设计过程中用到了Pro／E中的三维建模功能，如托伸，旋转，抽壳，拔模，倒圆角，孔等诸多特征。而模具元件的生成则是通过分型面将辅助工件块进行分割得到体积块．体积块经过抽取得到对应的上，下模具元件。南此得到的模具及其纸模制品是完全配套的，因此其模具的尺寸和纸模制品的尺寸是完全对应的。

4．2  利用Pm／E进行纸模模具设计的优点

        (1)设计思想简单。将传统方式下根据纸模制品的尺寸。经过计算然后进行模具的设计这种方式转变成只进行其纸模制品的结构设计，之后得到其对应的模具．简化了复杂繁重的绘图工作。

        (2)模具尺寸和纸模尺寸的精确对应性。单独进行设计时，由于人为原冈会导致一定的误差．使得纸模和模具之间的配合不够精确，而利用Pr0／E进行设计的模具尺寸是根据纸模的尺寸而得到的．因此尺寸相对精确。

        (3)模具设计的效率高，时间短。