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目 錄
1 引言 (1)
1.1 課題的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義 (1)
1.2 注塑模的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過程簡介 (1)
1.2.1基本要求和注意事項(xiàng) (2)
1.2.2注塑模設(shè)計(jì)程序 (2)
1.2.2.1接受任務(wù)書 (3)
1.2.2.2調(diào)研、消化原始材料 (3)
1.2.2.3選擇成型設(shè)備 (3)
1.2.2.4擬定模具結(jié)構(gòu)方案 (3)
1.2.2.5方案的討論和論證 (4)
1.2.2.6繪制模具裝配圖 (4)
1.2.2.7繪制零件圖 (5)
1.2.2.8編寫設(shè)計(jì)說明書 (6)
1.4 注塑模具CAD技術(shù)發(fā)展過程 (7)
1.5 注塑模具CAD技術(shù)的應(yīng)用 (8)
1.6 國內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀 (10)
2 塑件注塑成型的工藝分析 (12)
2.1 塑件成型工藝分析 (12)
2.2 鬧鐘后蓋原料（ABS）的成型特性與工藝參數(shù) (13)
3 注射機(jī)型號(hào)的確定 (14)
3.1選擇注射機(jī)型號(hào) (14)
3.2 模架的選定 (14)
3.3 最大注射壓力的校核 (16)
4. 塑件工作尺寸的計(jì)算 (18)
4.1 型腔的徑向尺寸計(jì)算 (18)
4.2 型芯尺寸的計(jì)算 (20)
4.3 模具型腔壁厚的計(jì)算 (22)
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (23)
5.1 主流道設(shè)計(jì) (23)
5.2 冷料井設(shè)計(jì) (24)
5.3 分流道設(shè)計(jì) (24)
5.4 澆口選擇 (25)
6 分型面的選擇與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (27)
6.1 分型面的選擇 (27)
6.2 排氣糟的設(shè)計(jì) (28)
7 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) (28)
8 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) (29)
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (30)
9.1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (31)
9.2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (31)
10 模具的裝配 (31)
10.1 模具的裝配順序 (32)
10.2 開模過程分析 (33)
11 三維造型及數(shù)控仿真加工 (33)
11.1 UG軟件在模具制造中的應(yīng)用特點(diǎn) (33)
11.2 零件造型簡介 (34)
11.3 確定型腔布置及型芯和型腔的建立 (38)
11.4 分型面的選擇 (38)
12 型芯的數(shù)控仿真加工 (43)
12.1 零件的分析 (43)
12.2 零件鋼材的選用 (44)
12.3 加工方案 (44)
12.4 加工型芯的具體操作 (48)
12.4.1 粗加工CAV_ROU1 (48)
12.4.2 半精CAV_0.1 (51)
12.4.3 FIXED_FIN1 (53)
12.4.4 平面精加工PM_FINISH (56)
12.4.5 鉆孔加工 (58)
13 型腔的數(shù)控仿真加工 (60)
13.1 加工方案 (60)
13.2 加工型腔的具體操作 (63)
13.2.1 粗加工CAV_ROU1 (63)
13.2.2 鉆孔加工 (65)
13.2.3 平面精加工PM_FINISH (66)
13.2.4 FIXED_FIN1 (68)
13.2.5 清根加工FLOW (70)
結(jié) 論 (72)
參考文獻(xiàn) (73)
致 謝 (74)
75
1引言
1.1課題的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義
合成材料是當(dāng)今時(shí)代的主題，尤其是合成塑料，塑料是具有很多優(yōu)良的性能的材料與此同時(shí)也有別于其他材料的特點(diǎn)，近些年來它在航空、航天等特殊領(lǐng)域得到了廣泛的采用。作為塑料制造裝備業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——塑料模具的設(shè)計(jì)與制造業(yè)也得到空前的發(fā)展機(jī)遇，尤其是塑料成型加工中的重要單元——塑料注射模具，由于它易成型形狀復(fù)雜的制品并且有較高的成型效率，又可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度自動(dòng)化，從而得到飛速迅猛的發(fā)展，在我國隨著現(xiàn)代工業(yè)化水平的提高塑料成型也隨著時(shí)代的不同特色越來越鮮明，精密程度和復(fù)雜程度也越來越高，技術(shù)水平較以往有了顯著的飛躍，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念不斷的推出，新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層出不窮，逐步縮小和發(fā)達(dá)國家之間的距離。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也隨之提高，而產(chǎn)品的更新是以新穎的造型設(shè)計(jì)和愈加精密的模具設(shè)計(jì)、制造為基礎(chǔ)的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標(biāo)。UGS公司研制針對(duì)塑料注塑模設(shè)計(jì)的Mold?Wizard軟件模塊而在眾多輔助設(shè)計(jì)制造軟件中，Unigraphics 軟件是當(dāng)今世界較先進(jìn)、面向制造業(yè)的綜合軟件。
該軟件的功能覆蓋了整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計(jì)、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過程，在模具、航空、汽車、機(jī)械、電器電子等各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。UG軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設(shè)計(jì)和沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
1.2注塑模的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過程簡介
熱塑性塑料注射模的特點(diǎn)是由塑料原材料的特性所決定的，最主要的有兩點(diǎn)：一是注射時(shí)塑料熔體的充模流動(dòng)特性，二是模腔內(nèi)塑料冷卻固化時(shí)的收縮行為，這兩點(diǎn)決定了注塑模的特殊性和設(shè)計(jì)難度。由于塑料熔體屬于粘彈體，熔體流動(dòng)過程粘度隨剪切應(yīng)力、剪切速率而變化，流動(dòng)過程中大分子沿流動(dòng)方向產(chǎn)生定向；模腔充滿后熔體被部分壓縮；冷卻固化過程中塑料的收縮非常復(fù)雜，模腔內(nèi)各部位、各方向塑料收縮率不同，不同種類、牌號(hào)的塑料收縮率有很大差異，同一牌號(hào)的樹脂或塑料在加工時(shí)配方不同其充模流動(dòng)特性及收縮率也不同?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)注塑模時(shí)首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使設(shè)計(jì)的模具合理適用，并可在設(shè)計(jì)中有效利用塑料特性，如點(diǎn)澆口模具用于塑料絞鏈制品。
1.2.1 基本要求與注意事項(xiàng)
合理地選擇模具結(jié)構(gòu)：根據(jù)塑件的圖紙及技術(shù)要求，研究和選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒ㄅc設(shè)備，結(jié)合工廠的機(jī)械加工能力，提出模具結(jié)構(gòu)方案，充分征求有關(guān)方面的意見，進(jìn)行分析討論，以使設(shè)計(jì)出的模具結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量可靠，操作方便。必要時(shí)可根據(jù)模具設(shè)計(jì)和加工的需要，提出修改塑件圖紙的要求，但需征得用戶同意后方可實(shí)施。正確地確定模具成型零件的尺寸：成型零件是確定制件形狀、尺寸和表面質(zhì)量的直接因素，關(guān)系甚大，需特別注意。計(jì)算成型零件尺寸時(shí)，一般可采用平均收縮率法。對(duì)精度較高并需控制修模余量，可按公差帶法計(jì)算，對(duì)于大型精密制件，最好能用類比法，實(shí)測(cè)塑件幾何形狀在不同方向上的收縮率進(jìn)行計(jì)算。
設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)制造方便：設(shè)計(jì)模具時(shí)，盡量做到使設(shè)計(jì)的模具制造容易，造價(jià)便宜。特別那些比較復(fù)雜的成型零件，必須考慮是采用一般的機(jī)械加工方法加工還是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎樣進(jìn)行組裝，類似問題在設(shè)計(jì)模具時(shí)均應(yīng)考慮和解決，同時(shí)還應(yīng)考慮到試模以后的修模，要留有足夠的修模余量。
充分考慮塑件設(shè)計(jì)特色，盡量減少后加工，盡量用模具成型出符合塑件設(shè)計(jì)特點(diǎn)的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，減少澆口、溢邊的尺寸，避免不必要的后加工。但應(yīng)將模具設(shè)計(jì)與制造的可行性與經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，防止片面性。
設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)效率高、安全可靠：這一要求涉及到模具設(shè)計(jì)的許多方面，如澆注系統(tǒng)需充模和閉?？欤＞吡慵?yīng)是耐磨耐用類零件，應(yīng)對(duì)其材料溫調(diào)系統(tǒng)效果好，脫模機(jī)構(gòu)靈活可靠，自動(dòng)化程度高等。
模具零件的耐用度影響整個(gè)模具的使用壽命，為此還應(yīng)考慮如何但需注意零件壽命與模具相適應(yīng)。
模具結(jié)構(gòu)要適應(yīng)塑料的成型特性：在設(shè)計(jì)模具時(shí)并盡量滿足要求，同樣是獲得優(yōu)質(zhì)制件的重要措施。
1.2.2 注塑模設(shè)計(jì)程序[2]
注塑模具是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)理論和實(shí)踐要求都很強(qiáng)，其設(shè)計(jì)過程一般可分為一下步驟。
1.2.2.1 接受任務(wù)書
“模具設(shè)計(jì)任務(wù)書”通常由模具設(shè)計(jì)人員以“模具設(shè)計(jì)任務(wù)書”為依據(jù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。包括：
① 、經(jīng)過審簽的正規(guī)塑料制件圖紙，并注明所用塑料的牌號(hào)與要求（如色澤、透明度等）
② 、塑料制件的說明書或技術(shù)要求；
③、 成型方法；
④、 生產(chǎn)數(shù)量；
⑤ 、塑料制件樣品；
1.2.2.2 調(diào)研、消化原始資料
收集整理有關(guān)制件設(shè)計(jì)、成型工藝、成型設(shè)備、機(jī)械加工、特種工藝等有關(guān)資料，以備設(shè)計(jì)模具時(shí)使用。
1.2.2.3 選擇成型設(shè)備
模具與設(shè)備必須配套使用。因?yàn)槎鄶?shù)情況下都是根據(jù)成型設(shè)備的種類來進(jìn)行模具設(shè)為此，在設(shè)汁模具之前，首先要選擇好成型設(shè)備，這就需要了解各種成型設(shè)備的規(guī)格、性能與特點(diǎn)。
以注塑機(jī)來說，如注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出方式與即離、噴嘴直徑與噴嘴球面半徑、定位孔尺寸、模具最大與最小厚度、模板行程竿，都將影響到模具的結(jié)構(gòu)尺寸與成型能力。同時(shí)還應(yīng)初估模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機(jī)上安裝與使用。
1.2.2.4 擬定模具結(jié)構(gòu)方案
理想的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能充分發(fā)揮成型設(shè)備的能力（如合理的型腔數(shù)目和自動(dòng)化水平等），在絕對(duì)可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝技術(shù)要求（如塑件的幾何形狀、尺寸精度、表面光潔度等）和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求（成本低、效率高、使用壽命長、節(jié)省勞動(dòng)力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起：
( l ）塑件成型 按塑件形狀結(jié)構(gòu)合理確定其成型位置，因成型位置在很大程度上影響模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；
( 2 ）型腔布置 根據(jù)塑件的形狀大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度、批量大小以及模具制造的難易、成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式；
( 3 ）選擇分型面 分型面的位置要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質(zhì)量及工藝操作等；
( 4 ）確定澆注系統(tǒng) 包括主流道、分流道、冷料穴（冷料井），澆口的形狀、大小和位置，排氣方法、排氣槽的位置與尺寸大小等；
( 5 ）選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序，拉料桿、推桿、推管、推板等脫模零件的組合方式，合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及側(cè)向分型氣抽芯機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)；
( 6 ）模溫調(diào)節(jié) 模溫的測(cè)量方法，冷卻水孔道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關(guān)系；
( 7 ）確定主要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據(jù)所選材料，通過理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定型腔、型芯、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、滑塊等主要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸以及安裝、固定、定位、導(dǎo)向等方法；（支承與聯(lián)接如何將模具的各個(gè)組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件，按照使用與設(shè)計(jì)要求組合成一體，獲得模具的總體結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)方案的擬定，是設(shè)計(jì)工作的基本環(huán)節(jié)。它既是設(shè)計(jì)者的構(gòu)思過程，也是設(shè)計(jì)對(duì)象的胚胎，設(shè)計(jì)者應(yīng)將其結(jié)果用簡圖和文字加以描繪與記錄，作為方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。
1.2.2.5 方案的討論與論證
擬定初步方案時(shí)，應(yīng)廣開思路，隨后廣泛征求意見，進(jìn)行分析論證與權(quán)衡，選出最合埋的方案。
1.2.2.6 繪制模具裝配圖
裝配圖盡量采用1: 1 的比例畫出，但允許放大或縮小。要做到視圖選擇合理，先從模腔開始，由里向外，一般采用3-4個(gè)視圖。主要內(nèi)容有：
① 型腔與型芯的結(jié)構(gòu)；
② 澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式；
③ 分型面及分型脫模機(jī)構(gòu)；
④ 合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)；
⑤ 冷卻或加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式與部位；
⑥ 安裝、支承、連接、定位等零件的結(jié)構(gòu)、數(shù)量及安裝位置；
⑦ 確定裝配圖的圖紙幅面、繪圖比例、視圖數(shù)量布置及方式。
繪制模具裝配圖時(shí)應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：
① 認(rèn)真、細(xì)致、干凈、整潔地將修改已就的結(jié)構(gòu)草圖，
② 將原草圖中不細(xì)不全的部分在正式圖上補(bǔ)細(xì)補(bǔ)全；
③ 標(biāo)注技術(shù)要求和使用說明，包括某些系統(tǒng)的性能要求按標(biāo)準(zhǔn)畫在正式圖紙上（如頂出機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)等），裝配工藝要求確定的尺寸要求等）,（如裝配后分型面的貼合間隙的大小、上下面的平行度、需由裝配使用與裝拆注意事項(xiàng)以及檢驗(yàn)、試模、維修等）。
④ 全面檢查，糾正設(shè)計(jì)或繪圖過程中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)與遺漏。
1.2.2.7 繪制零件圖
繪制零件圖時(shí)應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：
① 凡需自制的零件都應(yīng)畫出單獨(dú)的零件圖
② 圖形盡可能按1 正確，布置得當(dāng)；
③ 統(tǒng)一考慮尺寸形位公差、表面粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)方法與位置，避免擁擠與十可將用得最多的一種粗糙度以“其余”’的形式標(biāo)于圖紙右上角；
④ 零件圖的編號(hào)應(yīng)與裝配圖中的序號(hào)一致；
⑤ 標(biāo)注技木要求，填寫標(biāo)題欄；
1.2.2.8 編寫設(shè)計(jì)說明書
編寫設(shè)計(jì)說明書有以下內(nèi)容：
① 目錄；
② 設(shè)計(jì)題目或設(shè)計(jì)任務(wù)書；
③ 塑件分析（含塑件圖）；
④ 塑料材料的成型特性與工藝參數(shù)；
⑤ 設(shè)備的選擇：設(shè)備的型號(hào)、主要參數(shù)及有關(guān)參數(shù)的校核；
⑥ 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：塑件成型位置，分型面的選擇，主流道、分流道、澆口、排氣槽的形式、部位與尺寸以及流長比的校核等；
⑦ 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算：型腔、型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸計(jì)算、強(qiáng)度校核等；
⑧ 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：脫模力的計(jì)算，拉料機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)形、安裝定位、尺寸配合以及某些構(gòu)件所需的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性校核；
⑨ 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：抽拔距與抽拔力的計(jì)算，抽芯機(jī)構(gòu)的形式、結(jié)構(gòu)、尺寸以及必要的驗(yàn)算；
⑩ 脫螺紋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：脫模方式的選擇，止轉(zhuǎn)方法、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
設(shè)計(jì)小結(jié)：體會(huì)、建議等；
參考資料：資料編號(hào)、名稱、作者、出版年月。
在編寫過程中要注意：文字簡明通順，繕寫整齊清晰，計(jì)算正確完整，并要畫出與設(shè)計(jì)計(jì)算有關(guān)的結(jié)構(gòu)簡圖。計(jì)算部分只要求列出公式、代人數(shù)據(jù)，求出結(jié)果即可，運(yùn)算過程可以省略。寫好后校對(duì)，最后裝訂成冊(cè)。
1.3注塑模具CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展背景
傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，模具設(shè)計(jì)加工以后往往需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修改才能正式投入生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式制約了新產(chǎn)品的開發(fā)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)塑料制品質(zhì)量要求越來越高，且產(chǎn)品更新快，價(jià)格越來越低，市場(chǎng)競(jìng)爭激烈，在這種情況下，對(duì)模具的要求是交貨期短、質(zhì)量好、價(jià)格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)、手工設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式己不能適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求，為了在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的殘酷競(jìng)爭中取勝，跟上產(chǎn)品更新的速度，模具制造業(yè)必須采用新技術(shù)、新工藝來解決傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題。
常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世紀(jì)40年代問世以來，雖然注射模的歷史不過幾十年的時(shí)間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國塑料消耗量以體積計(jì)算己經(jīng)超過鋼、銅、鋁的總和，美國和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過一萬家。塑料工業(yè)對(duì)模具的迫切需求促使注射模CAD技術(shù)迅速發(fā)展，而近幾十年塑料流變學(xué)、幾何造型技術(shù)、NC加工以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)又為注射模CAD系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。
始于20世紀(jì)60年代，英國、美國、加拿大等國的學(xué)者如J.R.Pearson(英國)、J.F.Stevenson(美國)、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國)等開展了一系列有關(guān)塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動(dòng)與冷卻的基礎(chǔ)研究。在合理的簡化基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代完成了一維流動(dòng)與冷卻分析程序，20世紀(jì)70年代完成了二維分析程序，20世紀(jì)80年代開展三維流動(dòng)與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后開展了流動(dòng)、保壓、冷卻、應(yīng)力分析的注塑工藝全過程的集成化研究。這些卓有成效的研究成果為開發(fā)適用型的注射模分析軟件奠定了基礎(chǔ)。
在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機(jī)和汽車制造公司開發(fā)并使用。例如美國Lockheed飛機(jī)公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國McDonnell Douglas飛機(jī)公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國General Motor汽車公司的AD2000系統(tǒng)等。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，曲面造型技術(shù)發(fā)展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B樣條曲面相繼問世，出現(xiàn)了一批以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)。如英國的DUCT系統(tǒng)，美國的CAMAX系統(tǒng)等。曲面造型系統(tǒng)比較適用于具有復(fù)雜型腔表面的注射模。20世紀(jì)80年代實(shí)體造型技術(shù)發(fā)展迅速，如美國斯坦福大學(xué)的Geomod系統(tǒng)、羅徹斯特大學(xué)的PADL系統(tǒng)、日本北海道大學(xué)的TIPS系統(tǒng)、英國劍橋大學(xué)的BULID系統(tǒng)等，它們?yōu)閷?shí)體造型軟件的開發(fā)做了奠基性工作。
正是由于近20年來上述領(lǐng)域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術(shù)才會(huì)得到日新月異的進(jìn)步。
1.4注塑模具CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展過程
注射模設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。
(1)人工設(shè)計(jì)階段
這一階段一直持續(xù)到CAD技術(shù)的發(fā)展初期，當(dāng)時(shí)的注射模設(shè)計(jì)純粹依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資料，從塑件的工藝計(jì)算到注射模的設(shè)計(jì)制圖，全靠手工操作完成，設(shè)計(jì)效率較為低下。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)過程純粹依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，所以模具和塑件的質(zhì)量難以保障。
(2)通用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段
20世紀(jì)70年代，以手工為主的注射模設(shè)計(jì)己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢(shì)，于是人們開始嘗試使用當(dāng)時(shí)比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)。這個(gè)時(shí)期的主要特征是三維幾何造型技術(shù)的應(yīng)用。在幾何造型方面分別采用了三維線框模型、曲面模型和實(shí)體模型技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)計(jì)算和圖樣繪制的自動(dòng)化，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。但是，這只是將設(shè)計(jì)人員從手工繪圖中解放了出來，起到的只是輔助繪圖的功能，沒有完全體現(xiàn)其輔助設(shè)計(jì)功能。
到了20世紀(jì)80年代，隨著UG- 11, Pro/E等優(yōu)秀通用集成軟件系統(tǒng)的問世，注射模CAD技術(shù)也蓬勃發(fā)展起來。這個(gè)時(shí)期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。參數(shù)化設(shè)計(jì)以一種全新的思維方式來進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改。它用約束來表達(dá)產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來修改設(shè)計(jì)模型。這樣，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，無需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動(dòng)態(tài)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，設(shè)計(jì)人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設(shè)計(jì)出一組形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，新的設(shè)計(jì)系統(tǒng)都增加了參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形的功能，成為初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計(jì)、多種方案比較和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的有效手段。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上提高了注射模設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，提高了注射模設(shè)計(jì)的水平。但是參數(shù)化設(shè)計(jì)只適用于單一的零件設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行部件或復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，修改參數(shù)就很容易引起結(jié)構(gòu)干涉。
在通用的CAD軟件上加載了各種標(biāo)準(zhǔn)零件庫，如螺栓、螺母等，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率也起到了重要的作用。
(3)專用注射模CAD系統(tǒng)注射模設(shè)計(jì)階段
采用通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)，雖然在很大程度上提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。但是，一方面由于通用CAD系統(tǒng)在一定意義上說還只是一種幾何建模工具，注塑模設(shè)計(jì)效率的提高僅在于三維效果的增強(qiáng)、繪圖及建檔速度的加快等實(shí)現(xiàn)手段上，注塑模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的加入還主要依賴于人工干預(yù)，每一次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程與手工實(shí)現(xiàn)基本一樣，設(shè)計(jì)效率沒有從根本上得到提高。另一方面，作為通用的CAD系統(tǒng)，在開發(fā)之初都是作為通用機(jī)械設(shè)計(jì)工具來構(gòu)思的，因此在使用這些通用CAD軟件設(shè)計(jì)注射模時(shí)，仍會(huì)感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來發(fā)展的趨勢(shì)是開發(fā)自動(dòng)化和智能化程度較高的注射模CAD技術(shù)。
1.5注塑模具設(shè)計(jì)中CAD的應(yīng)用
以計(jì)算機(jī)為專用注塑模設(shè)計(jì)分析軟件為主具設(shè)計(jì)模具。軟件可直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫中模架型式尺寸、金屬材料數(shù)據(jù)、塑料材料及加工參數(shù)，通過幾何造型及圖形變換可得到模板及模腔與型芯形狀尺寸，迅速完成注塑模設(shè)計(jì)。利用軟件分析功能對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行充模、保壓、冷卻分析模擬，脫模后塑件內(nèi)溫度分布、應(yīng)力分布、收縮、翹曲變形預(yù)測(cè)及充模時(shí)缺陷預(yù)測(cè)，依據(jù)分析模擬結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行修改并反復(fù)模擬，待模具確定后，由繪圖機(jī)輸出模具裝配圖及零件圖，由打印機(jī)輸出設(shè)計(jì)參數(shù)及模擬結(jié)果。一般零件可直接交加工，型芯、型腔可由計(jì)算機(jī)NC 模式傳給數(shù)控機(jī)床加工。模具CAD 技術(shù)是模具傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的革命，大大提高了設(shè)計(jì)效率，尤其是系列化或類似塑件注塑模的設(shè)計(jì)效率提高更為顯著。由于目前有關(guān)軟件技術(shù)水平的局限及人們對(duì)塑料有關(guān)加工性能的認(rèn)識(shí)尚未完全明了過程中仍需人工輸人大量參數(shù)，并由設(shè)計(jì)者判斷結(jié)果的正確性與可靠性程度，取決于設(shè)計(jì)者對(duì)塑料原材料及其加工特性的認(rèn)識(shí)水平與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
1.6國內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀
近幾年來國外先進(jìn)工業(yè)國家對(duì)模具CAD技術(shù)的開發(fā)非常重視，在CAD開發(fā)上投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造成為適合模具行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造中。目前國際上流行的模具CAD軟件如下:
Unigraphics NX是美國EDS公司開發(fā)的面向制造業(yè)的CAD系統(tǒng)。UG NX有強(qiáng)大的建模工具和分析模塊，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用模塊，也是應(yīng)用于注塑模具設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊。它應(yīng)用知識(shí)嵌入的基本理念，按照注塑模具設(shè)計(jì)過程的一般順序來模擬模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，在此過程中，它只需根據(jù)一個(gè)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型建立一套與產(chǎn)品浩型參數(shù)想過的三維實(shí)體模具。它不但能自動(dòng)設(shè)計(jì)一般的模具，還能結(jié)合應(yīng)用UG軟件的其它應(yīng)用模塊來拓展其功能，設(shè)計(jì)出復(fù)雜程度較高的模具[3]。此外，UG還提供了UG/Die Engineering Wizard(沖壓模工程向?qū)?、UG/Progressive Die Wizard(多工位級(jí)進(jìn)模向?qū)?等專用模具CAD工具。
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三維CAD軟件，為滿足模具行業(yè)需求，Pro/E提供了一系列模具設(shè)計(jì)模塊:Pro/Casting(鍛造模具設(shè)計(jì))、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設(shè)計(jì))，Pro/Dieface(沖壓模設(shè)計(jì))、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動(dòng)分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，能自動(dòng)生成模具型腔幾何體，并可通過修改造型幾何體的方法補(bǔ)償產(chǎn)品的收縮。為滿足模具設(shè)計(jì)與制造解決方案，Pro/E提供了模架專家?guī)霦MXA，該模塊能將使用者對(duì)模具設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)和整個(gè)設(shè)計(jì)流程整合在一起，將模芯拆模及模座設(shè)計(jì)兩大部分完整的結(jié)合在一起，使設(shè)計(jì)者可以通過簡單的操作界面完成模架的相關(guān)設(shè)定[4]0
CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司(Dassault System)在其開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，與美國IBM公司合作研究發(fā)展，共同支持和銷售的CAD/CAE/CAM一體化軟件。
新的V5版本界面更加友好，功能也日趨完善，開創(chuàng)了CAD軟件的一種全新風(fēng)格。CATIA也提供了模具輔助設(shè)計(jì)模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設(shè)計(jì)產(chǎn)品)，它支持包括凸凹模固定板定義、組件實(shí)例化、注射和冷卻特征定義等模具設(shè)計(jì)的所有工作。用戶界面以標(biāo)準(zhǔn)目錄庫訪問功能為基礎(chǔ)，通過對(duì)組件及其關(guān)聯(lián)孔的混合實(shí)例化，支持模具零件和裝配的自動(dòng)配置。這些預(yù)定義的組件可以使用諸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列標(biāo)注模架庫，以快速、經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國Solid Works公司在總結(jié)和繼承大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械CAD軟件，是面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。
Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標(biāo)注模架庫，它是該軟件最新模具，提供了標(biāo)準(zhǔn)模具目錄并完全與Solid Works其它工具集成。除了完整的裝配以外，Mold base還提供大量的組件，例如:削釘、頂桿、AB板、螺栓、定位環(huán)、軸襯等。
我國塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)大型模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具，還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等。注塑模型制造精度可達(dá)0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，淬火鋼模達(dá)50～1000萬次。
成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用趨成熟。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平得到提高，引進(jìn)了大量的CAD/CAM系統(tǒng)，如UG NX、Pro/E和CATIA V5等軟件。但與發(fā)達(dá)國家相比，中國模具工業(yè)存在較大差距，特別在大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具技術(shù)上。
國內(nèi)模具行業(yè)一般分為10大類、46小類。按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。
1.7注塑模具加工成型中CAM現(xiàn)狀
在模具制造業(yè)中數(shù)控加工是生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，尤其在模具生產(chǎn)幾何外形復(fù)雜、精度要求較高的產(chǎn)品。在客戶委托加工的產(chǎn)品中，這些產(chǎn)品的幾何形狀復(fù)雜，若分別利用單一性加工機(jī)械，己遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品的精度要求及正確幾何尺寸。隨著計(jì)算機(jī)的普及，自動(dòng)化己經(jīng)逐漸成為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向，對(duì)模具制造行業(yè)來說，要求會(huì)越來越高。
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成:一體化的CAD/CAM系統(tǒng)(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)(如:Mastercam } Surfcam等)。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。
CAM系統(tǒng)以直接或間接(通過中性文件)的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機(jī)床。
UG作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件從概念設(shè)計(jì)到制造全過程的一體化，提供了以參數(shù)化特征實(shí)體造型為基礎(chǔ)、部件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、共享數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)知識(shí)等技術(shù);是集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺(tái)，它使產(chǎn)品在CAD/CAM各單元系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與無縫轉(zhuǎn)換和集成，在CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上同步更新。同時(shí)它保證產(chǎn)品、模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動(dòng)更新，避免了重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模和NC數(shù)控編程的工作，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)的全相關(guān)性設(shè)計(jì)。本文就是用UG軟件在計(jì)算機(jī)上完成手機(jī)上蓋模具設(shè)計(jì)和凸模的模擬加工，而后生成相應(yīng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)NC加工程序代碼，為最后的數(shù)控加工提供一切可靠的準(zhǔn)備。
2 塑件注塑成型的工藝分析
2.1成型塑件的工藝分析
如圖2.1所示：
圖2.1 鬧鐘后蓋
該塑件外形類似殼類零件，要求外表美觀無斑點(diǎn)無熔接痕，表面粗糙度可取Ｒa1.6,而塑件的內(nèi)部沒有較高的精度要求．所以型腔的設(shè)計(jì)與制造需要有精密的定位措施和良好的加工工藝，以保證其達(dá)到精度要求．
2.2 鬧鐘后蓋（ABS）的成型特性與工藝參數(shù)
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）可認(rèn)為是改性聚苯乙烯。
性能：綜合性能較好、沖擊韌、力學(xué)強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電性能良好：易于成型和機(jī)械加工，與有機(jī)玻璃的熔接性良好，可作雙色成型塑件，且表面可鍍絡(luò)等裝飾性顏色。
用途：適于制作一般機(jī)械零件、各類殼體、汽車配件、日用品、管材及文具等。
2.2.1 ABS塑料主要的性能指標(biāo)：
密度 (Kg.dm-3) 1.02～1.16
收縮率 % 0.4～0.7
熔 點(diǎn) ℃ 130～160
熱變形溫度 ℃ 65～98
彎曲強(qiáng)度 Mpa 80
拉伸強(qiáng)度 MPa 50
拉伸彈性模量 GPa 1.8×103
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39
缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡ 11~20
硬 度 HR R62~86
體積電阻系數(shù) Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-1 15
介電常數(shù) 60Hz3.7
2.2.2 脫模斜度
塑件的壁厚一般在1~6mm范圍內(nèi)。最常用的數(shù)值為2~3mm
塑件材料
最小壁厚
小型塑件推薦厚度
中性塑件推薦厚度
大型塑件推薦厚度
改性聚苯乙烯
0.75
1.25
1.6
3.2~5.4
該塑件的壁厚定為2 mm
脫模斜度的大小主要取決于塑件的收縮率,塑件的形狀、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知PA的脫模斜度：型芯為35′～1o，型腔為40′～1o2′。
脫模斜度的選擇原則:
① 當(dāng)塑件有特殊要求或精度要求較高時(shí)，應(yīng)選取小的脫模斜度。
② 高度不大的塑件也可以不要脫模斜度。
③ 收縮率大的塑件應(yīng)取大的脫模斜度。
④ 塑件形狀復(fù)雜、不易脫模的，應(yīng)取大的脫模斜度。
⑤ 塑件上的凸起或加強(qiáng)筋單邊應(yīng)有4°～5°的斜度。
⑥ 側(cè)壁帶皮革花紋的應(yīng)有4°～6°。
而該塑件不高且外壁精度要求相當(dāng)高，所以脫模斜度應(yīng)選小斜度。ABS的流動(dòng)性很好，又加了10%石墨有利于脫模，所以綜上，塑件外壁不設(shè)脫模斜度，這樣有利于尺寸精度的保證。而內(nèi)表面取小的斜度25′。
2.2.3 塑件的體積和質(zhì)量
該產(chǎn)品材料為ABS，查書本得知其密度為1.02-1.10g/cm3，計(jì)算其平均密度為1.06 g/cm3，收縮率為0.2-0.7，平均收縮率為0.55﹪。
使用UG軟件畫出三維實(shí)體圖，軟件能自動(dòng)計(jì)算出所畫圖形澆道凝料和塑件的體積。
因此估算塑件體積：V塑≈14.485cm3
塑件質(zhì)量: m塑＝ρV塑＝1.06×14.485≈15.354g
3 注射機(jī)型號(hào)的確定
注射機(jī)型號(hào)的初步確定，主要是根據(jù)塑件的體積、質(zhì)量以及數(shù)量來確定的，據(jù)以上可知，塑件的體積在上面已計(jì)算過。
采用一模一腔，按預(yù)選型腔數(shù)來選擇注射機(jī)。
模具所需塑料熔體注射量：m＝nm塑+m2或
V＝nV塑+V2
n—初步選定的型腔數(shù)
m/V—一副模具所需塑料的質(zhì)量或體積
m2/ V2—澆注系統(tǒng)的質(zhì)量或體積
首先m2/ V2是未知數(shù)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，流動(dòng)性好的塑料澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量或體積為塑件的15%～20%，而流動(dòng)性不好的塑料則是塑件的20%～100%。ABS為流動(dòng)性好的塑料，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)一般按塑件的0.6倍計(jì)算，所以m＝1.6nm塑或V＝1.6nV塑
由此可知，模具注射一次的注射熔料為
V＝1.6nV塑＝1.6×14.485＝23.176cm3
m＝1.6nm塑＝1.6×15.354＝24.5664 g
3.1選擇注射機(jī)型號(hào)
注射機(jī)的最大注射量G≥（G≥）（m/V為一次注射所需的熔體質(zhì)量或體積）
α為注射系數(shù)，無定型塑料為0.85，結(jié)晶型塑料為0.75。
ABS為結(jié)晶型塑料，取0.75。
所以注射機(jī)最大注射量G≥==30.91cm3≈30.91㎝3
根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量，查書可選定注塑機(jī)型號(hào)為SZ-40/25.
注塑機(jī)的參數(shù)如下：
注塑機(jī)最大注塑量：40cm3
注塑壓力：200/Mpa
注塑速率：50(g/s)
塑化能力：20(Kg/h)
鎖模力：2500KN
注塑機(jī)拉行間距：250×250mm
頂出行程：55mm
最小模厚：130mm
最大模厚：220mm
模板行程：230mm
注塑機(jī)定位孔直徑：55 mm
噴嘴球半徑：SR10
3.2 模架的選定
根據(jù)塑件選定模架為：S2030—B—I—35—35—70。見圖3.2：
圖3.2 塑件的模架
3.3 最大注射壓力的校核
鬧鐘后蓋的原料為ABS，所需注射為60-100MPa，而所選注射機(jī)壓力為200 MPa，所以注射壓力符合要求。
3.3.1最大注塑量的校核
注塑機(jī)的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機(jī)的實(shí)際注塑量最好是注塑機(jī)的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機(jī)最大注塑量應(yīng)滿足：
0.8 V機(jī) ≥ V塑＋V澆
式中 V機(jī) ————注塑機(jī)的最大注塑量，40cm3
V塑————塑件的體積，該產(chǎn)品V塑＝18cm3
V澆————澆注系統(tǒng)體積，該產(chǎn)品V澆＝2cm3
故 V機(jī)≥（18+4）cm3
3.3.2鎖模力校核
F鎖﹥pA
式中 p————熔融型料在型腔內(nèi)的壓力，該產(chǎn)品
A————塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計(jì)算A=4641 mm3
F鎖————注塑機(jī)的額定鎖模力。
故 F鎖＞pA=200Mpa×4641 mm3
選定的注塑機(jī)的壓力為2500KN，滿足要求。
3.3.3 模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核
A 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適
模具長×模具寬<拉桿面積
B模具閉合高度校核
Hmin————注塑機(jī)允許最小模厚=130mm
Hmax————注塑機(jī)允許最大模厚=220mm
H——————模具閉合高度=180mm
故滿足Hmax＞H＞Hmin。
3.3.4開模行程校核
注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)），故注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式：
S機(jī)————注塑機(jī)最大開模行程，230mm;
H1———頂出距離，16mm；
H2————包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，52mm;
S機(jī)－(H模－Hmin)＞H1＋H2＋(5～10)
因?yàn)楸灸＞叩臐沧⑾到y(tǒng)和塑件的特殊關(guān)系，澆注系統(tǒng)和塑件的高度就已經(jīng)包括了頂出距離。
故：
230－(180－130)＞62＋(5～10)
滿足條件
4.塑件工作尺寸的計(jì)算
所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。由于鬧鐘后蓋須與前蓋配合，所以只有鬧鐘后蓋的邊緣的榫才起著配合決定性的作用，還有鬧鐘后蓋與電池蓋的配合，故需要計(jì)算相對(duì)于榫和鉸鏈的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸則直接按產(chǎn)品尺寸確定。因 ABS的成型收縮率為0.4～0.7%,所以平均收縮率取S=0.5%
4.1型腔的徑向尺寸計(jì)算（此題公差為自己標(biāo)注）
現(xiàn)設(shè)制品的名義尺寸LS是最大尺寸，其公差按規(guī)定為負(fù)值“-Δ”； 凹模的名義尺寸LM是最小尺寸，其公差按規(guī)定為正值“+δZ”現(xiàn)由公式可得：
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸；
S——塑料的平均收縮率，
——塑件的公差；
——模具制造公差，本設(shè)計(jì)按IT6級(jí)公差選取
表4-1 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值（GB/T 1800.3-1993）
基本尺寸
≤3
>3-6
>6-10
>10-18
>18-30
>30-50
>50-80
>80-120
IT9
25
30
36
43
52
62
74
87
表4-2 塑料制件尺寸公差(SJ1372)
公稱尺寸
約3
3-6
6-10
10-14
14-18
18-24
24-30
30-40
40-50
50-65
65-80
80-100
公差數(shù)值（5）
0.16
0.18
0.20
0.22
0.26
0.28
0.32
0.36
0.40
0.46
0.52
0.60
（一）、計(jì)算 Ls=81mm .
=
=mm
注：未注公差尺寸，建議采用本標(biāo)準(zhǔn)8級(jí)精度《塑料注塑模具設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例》32頁。80～100 5級(jí)精度的塑料制件尺寸公差0.6 本材料為ABS 低精度為5級(jí)。按IT9級(jí)公差選取
(2) 、 Ls=5.5mm .經(jīng)計(jì)算得：
LM =
= 5.3925
(三)、 Ls=10mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM =
=9.9
(4) 、 Ls=7mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=6.9
(5) 、 Ls=2mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.89
(6) 、 Ls=3mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=2.895
(7) 、 Ls=4mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=3.885
(8) 、 Ls=6mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=5.895
(9) 、 Ls=8mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM =
= 7.89
(10) 、 Ls=16mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=;
=15.885
(11) 、 Ls=12mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=12.0435
4.2型芯尺寸的計(jì)算
4.2.1 型芯徑向尺寸的計(jì)算
式中d——型芯的最大基本尺寸；
——塑件的最小基本尺寸；
其余的符號(hào)與型腔公式相同
帶入數(shù)據(jù)的
（一）、 Ls=81mm經(jīng)計(jì)算得：
LM =
=81.855mm
（二）、 Ls=1mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.125
（3） 、 Ls=5.5mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=5.663
（4） 、 Ls=1.8mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.929
(五)、 Ls=10mm 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=10.2
(六)、 Ls=7mm 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=7.185
(七)、 Ls=2mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=2.13
(八)、 Ls=3mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=3.135
(九)、 Ls=4mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=4.155
(十)、 Ls=6mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=6.18
(十一)、 Ls=8mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=8.19
(十二)、 Ls=16mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=16.275
(十三)、 Ls=12mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=;
=12.225
4.2.2 型芯高度尺寸的計(jì)算
按IT9精度制造
Hs=15mm 經(jīng)計(jì)算得：
HM==
4.3 模具型腔壁厚的計(jì)算
如果是利用計(jì)算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產(chǎn)中的精確性，我們可以根據(jù)書中的經(jīng)驗(yàn)值來取的。成型零件材料選擇。
為實(shí)現(xiàn)高性能的目的；選用模具材料應(yīng)具有高耐磨性，高耐蝕睡，良好的穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性。必須具有一定的強(qiáng)度，表面需要耐磨，淬火變型要小，但不需要耐腐蝕性，因?yàn)锳BS沒有腐蝕性?？梢圆捎肅r12，經(jīng)過調(diào)質(zhì)，淬火加低溫回火，正火。HRC≥55。
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模兩腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則：
（1） 型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料
現(xiàn)象。
（2） 型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。
（3） 系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大， 太
大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓
力損失盡可能小。
（4） 對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及
角落，及分流道盡可能平衡布置。
（5） 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。
（6） 澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆
口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀。
5.1主流道設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對(duì)塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動(dòng)減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形，錐度為3，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米,孔徑為0.5毫米。
主流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
（1） 為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，因ABS的流動(dòng)性為中性，故其錐度取3度，過大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um。
（2） 主流道大端呈圓角，其半徑取r=1～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過渡的阻力，r=1.5mm.
（3） 在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應(yīng)盡量短，否則會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形。
（4） 為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～4mm。在此模具中取r2=11～12mm。
（5） 由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度H=5～10mm。同時(shí)因該鬧鐘后蓋采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。
5.2冷料井設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長度約為主流道大端直徑。基于本次設(shè)計(jì)的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料井，這類冷料井的底部由一個(gè)拉料桿構(gòu)成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。利用球頭形的拉料桿配合冷料井。
5.3 分流道設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
5.3.1 分流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1）.在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)以圓弧過度。
（2）.分流道較長時(shí)，在分流道的末端應(yīng)開設(shè)冷料井。對(duì)于此模來說在分流道上不須開設(shè)冷料井。
（3）.分流道的位置可單獨(dú)開設(shè)在定模板上或動(dòng)模板上，也可以同時(shí)開設(shè)在動(dòng)，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）.分流道與澆口連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過度。
5.3.2 分流道的長度
分流道的長度取決于模具