洗衣機把手注塑模具設(shè)計

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畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文 · 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP(guān)聯(lián)冷卻水道設(shè)計工具 摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設(shè)計師壓縮他們的設(shè)計時間和能適應(yīng)更多的后期更改。本文介紹了一種嵌入在冷卻水道模塊內(nèi)的模具設(shè)計軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計方法。它對冷卻回路提供了一系列全面的對象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計。這里將對已開發(fā)出的CAD算法進行了簡要說明。有了這種新方法，模具設(shè)計人員可以輕松地在模具板或插件與冷卻系統(tǒng)兩者之間做出改變而無需進行繁瑣的重復(fù)性工作。因此，這種方法可以有效地減少設(shè)計時間和后期設(shè)計更改的影響。 關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計 CAD/CAE關(guān)聯(lián)設(shè)計 設(shè)計自動化 ·1．引言 目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無法完全和明確地捕捉設(shè)計意圖。豐富的設(shè)計信息不能完全由CAD模型來描述，并在產(chǎn)品開發(fā)周期的后期的設(shè)計更改將引起大量的重復(fù)勞動。眾所周知，CAD的交互操作性應(yīng)包括基于知識的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒有任何機械能使設(shè)計意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計人員面臨著越來越多的壓力來減少設(shè)計時間并且還要確保模具質(zhì)量。 自20世紀(jì)70年代初以來各種設(shè)計注塑模具的CAD已經(jīng)出現(xiàn)了，其中大部分集中在模流分析及優(yōu)化算法。近年來，模具子系統(tǒng)的設(shè)計一直是（研究）的焦點，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計王等﹝11﹞提出了一個三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計、三維設(shè)計冷卻效果分析設(shè)計。他們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來分析三維熱傳導(dǎo)。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設(shè)計信息的表達和重復(fù)利用不同程度地沒有提到。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應(yīng)用來滿足模具設(shè)計信息表示的差距。在復(fù)雜實體中對象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨立部件和特征。然而，維持幾何實體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個簡單的任務(wù)?？梢猿志脤崿F(xiàn)幾何實體之間關(guān)系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計方法。一種方法是在一個過程向?qū)е薪⒁粋€CAD系統(tǒng)的設(shè)計意圖和過程知識，它基本上是一個應(yīng)用程序的測試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來引導(dǎo)用戶完成特定的計算機系統(tǒng)的相互作用構(gòu)成。EDS公司的MouldWizard系統(tǒng)就是這樣一個基于流程的向?qū)А１疚慕榻B了應(yīng)用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了人類知識和計算機一貫表示的差距。 在一個模具中冷卻系統(tǒng)不僅影響成型零件的質(zhì)量而且還影響生產(chǎn)效率。在目前的實際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個A板和B板。王和Singh等認識到，在設(shè)計冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計變量，如位置、冷卻管道類型和三維回路布局，通常需要頻繁的修改來解決部分后期設(shè)計中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計。修改過程耗時且容易出錯，因為設(shè)計師需反復(fù)編輯和更新CAD模型。莫克等開發(fā)了可以自動檢索某些回路模式的冷卻系統(tǒng)，如直線型或U型冷卻回路，但對實體之間的幾何關(guān)系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個層次，布局設(shè)計、分析、評價和決策。一種決策模塊根據(jù)儲存在知識庫中的規(guī)則對冷卻水道的重新設(shè)計進行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的CAD系統(tǒng)。 總之，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設(shè)計工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達到令模具設(shè)計師從繁瑣的更新和保持設(shè)計模型一致中得到解放的預(yù)期，使模具設(shè)計周期的總時間縮短。本文介紹了提供冷卻和它們之間的散熱孔面回路所產(chǎn)生大量的相關(guān)鏈接的自動化的冷卻水道的設(shè)計工具。 1.1通用與把握設(shè)計意圖的相關(guān)問題 在工業(yè)生產(chǎn)中，通常冷卻水道是以冷卻回路的形式構(gòu)成的，但孔特征作為CAD工具的代表。另一方面，經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來代替冷卻水道。在后一種方法中當(dāng)設(shè)計完成時所有的管道都連接起來形成一個冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對冷卻效果進行評估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計工作完成的回路是為CAM工具路徑的產(chǎn)生做準(zhǔn)備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個CAD系統(tǒng)可以顯示或繪制自視檢查的冷卻水道，而不顯示凸?；虬寄２寮湍＞甙宓募毠?jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實體需要更少的步驟。它能自動檢測冷卻水道和其它模塊之間的功能如型腔和銷孔碰撞。 然而，圓柱體冷卻水道的代表形式有幾個問題。首先，許多步驟仍需要一個簡單的通道，如創(chuàng)建一個圓柱體，在一個情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過一系列的對話方塊的位置和朝向運行。通常，冷卻回路有很多的管道，所以它們的創(chuàng)建需要很多的重復(fù)命令。當(dāng)需要修改時要再次對圓柱進行重復(fù)編輯。這種情況很容易出錯。其次，在冷卻水道中對自動傳熱分析或碰撞檢測是很重要的。第三，在用戶友好的操作方式中它們不能為插頭噴嘴或擋板插入冷卻水道提供方向信息。因此，模具設(shè)計師被繁瑣的步驟所困擾。 1.2冷卻系統(tǒng)中的語義定義 一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問題。它提供獨立的冷卻系統(tǒng)動態(tài)更新的定義，對冷卻系統(tǒng)的驗證是必不可少的一種對象類型或種類的集合。在圖1中，顯示了簡化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類型。每個組件類型被定義為一個對象類。 冷卻水道被定義為其中包含冷卻液（在大多數(shù)情況下是水）的連續(xù)直孔。它可以包含在一個單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個。本文中“孔”是用來描述在一個單一的模具組件的冷卻水道中的幾何形狀，但其表現(xiàn)與傳統(tǒng)的孔特征是不同的（見下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個例子。1-5孔是冷卻水道。一個冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個冷卻回路形成一個冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個冷卻回路。一個回路可有幾個不同方向的冷卻水道。這些管道由從不同模具板和插件面的鉆孔的冷卻孔組成。一個用于鉆孔的面稱為穿透面。當(dāng)然，冷卻孔有一個穿透面和鉆孔量總從滲透面指向另一端。通常情況下，冷卻孔垂直穿透面。然而，為了適應(yīng)某些特殊情況，這種限制是不影響本文目的的。 圖1冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖2 冷卻回路的例子 在實際中，如圖3中的一個例子冷卻水道跨越了多個塊。它由幾個連接的共線散熱孔（孔1，孔 2，孔3）。這樣的管道被專門命名為彩色線性冷卻水道。 在許多情況下，多印象設(shè)計用于模具布局。有兩種方法來建立冷卻回路即：平衡和不平衡。如果同樣的冷卻回路模式適用于每一個印象，則冷卻系統(tǒng)被稱為均衡。否則，冷卻系統(tǒng)是不平衡的。通常，如果模具是一個平衡的多模式設(shè)計的印象[14]，設(shè)計者希望有印象的每個部分是相同的冷卻回路，則平衡的方法被使用。在這種情況下，因為每個回路設(shè)計主要用來滿足一個印象，來滿足傳熱要求的冷卻效果會更好控制。這是為特別復(fù)雜的成型件推薦的可利用仿真優(yōu)化包的冷卻方法[11]。采用這種方法，CAD的功能可以普遍滿足模具設(shè)計師在冷卻回路格局上的個人的變化需求。 圖3典型的共線冷卻管道 另一方面，設(shè)計者可以把模具作為一個整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。 1.3詳細的陳述 在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個組成部分的詳細結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個任選的圓柱體代表一個洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導(dǎo)線。更確切地說，一個冷卻的引導(dǎo)線是從冷卻透孔中心點到末端孔中心點出發(fā)的直線。在圖2中，AB是孔1的冷卻引導(dǎo)線，而CD是孔2的引導(dǎo)線。引導(dǎo)線包括鉆孔載體。 如圖5所示在每個散熱孔的開始和結(jié)束點，孔兩端可以選擇以下類型：（1）末端為通孔型（2）末端為盲孔型（3）臺階型末端（4）交叉盲孔型。這些幾何特征信息表示為附加屬性指引。如果它基于儲存在每個引導(dǎo)線中的信息，就可以隨時生成圓柱形實體。 傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來表示一個冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實體中分離出來的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計思路之一是每一個引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點。因此，如果這些面的位置改變了，相應(yīng)的點將得到很大的更新和變化。換句話說，冷卻引導(dǎo)線總是與穿透和退出的面有關(guān)。 圖5冷卻管末端類型 在冷卻回路中所有的內(nèi)孔的冷卻引導(dǎo)線作為指導(dǎo)路徑進行分組。在圖 2中有五條引導(dǎo)線AB型CD型EF型GH型和IJ型，形成引導(dǎo)路徑。在本文中，如圖4所示，引導(dǎo)路徑完全代表一個冷卻回路冷卻時可以有一定的準(zhǔn)則來描述冷卻孔類型直徑等的屬性。 事實上，冷卻圓柱體僅在需要時進行查看檢查不同功能/組件的物理碰撞或創(chuàng)建基于板或插件的功能時生成。這些冷卻固體可以去除來簡化，只要引導(dǎo)導(dǎo)路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認冷卻系統(tǒng)的設(shè)計中，CAM應(yīng)用程序或組件的結(jié)構(gòu)細節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過減去其相應(yīng)的冷卻板/插入機構(gòu)的固體來獲得。 一個引導(dǎo)路徑也用來維護其線路之間的連接。在指導(dǎo)路徑中定義了一種驗證和核實這一條件的一個“特殊”的方法。這個共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對象類型”。從圖4中可以看出，一個冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡單的管道。每個通道都可以由一組被叫做共線指引的引導(dǎo)線來表示。顯然，它的元素引導(dǎo)線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來。在圖3中，AB型，CD型及EF型形成路徑和代表共線的通孔1（臺階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯觯谝粋€冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因為它們是可以立即進行任何改變的。 如圖4所示，回路的內(nèi)容和對象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個回路可以作為一個相互關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)線或作為一個圓柱體集。一個冷卻回路能在豐富的屬性形式中自行確定幾何與非幾何的信息。 總之，在此對象的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動更新如果諸如穿透面或鉆孔元素的某些類型能在后面的設(shè)計階段進行修改。由于所有的冷卻水道用相關(guān)聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲。 2執(zhí)行方面 2.1嵌入鏈接和參數(shù) 在這個模塊冷卻設(shè)計集中，引導(dǎo)線最初是通過用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個智能點。一個智能點在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫面相關(guān)的點。它能與相應(yīng)面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個實體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實體的性質(zhì)。由于這些引導(dǎo)線是建立于智能終點上的那么連通引導(dǎo)線也稱為智能線。它們每個都是由一個（盲孔）或兩個（通孔）連接在一起的。 一個冷卻圓柱體可以沿著一個圓形掃描的智能方針自動生成，對于盲孔錐孔需增加。對于冷卻回路圓柱體作為固體的代表。這些幾何特征代表引導(dǎo)線的屬性。這些相關(guān)屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺階直徑部分。它們用于冷卻孔的編輯和冷卻孔的再生。 2.2功能和算法 已經(jīng)開發(fā)出的這個模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，在這里列出的要求： a． 增加形成引導(dǎo)路徑的智能引導(dǎo)線 b． 修改或重新定位引導(dǎo)線 c． 刪除引導(dǎo)路徑回路 d． 創(chuàng)建冷卻固體 e． 修改冷卻固體 f． 刪除冷卻固體 g． 建立平衡或不平衡的冷卻固體印象模具設(shè)計 2.3創(chuàng)建和編輯一個冷卻回路的智能引導(dǎo)路徑 要創(chuàng)建一個引導(dǎo)路徑的第一引導(dǎo)線，用戶需要在預(yù)期的固體上選擇一個面作為穿透面（平面）的回路入口（見圖2）。一個平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導(dǎo)路徑的啟動點把用戶的指示點為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個智能點。引導(dǎo)第一次降溫過程生成的默認方向的相反方向能在圖形窗口中顯示。用戶可以由圖6所示的界面活性變化的引導(dǎo)線的方向，交互地修改初始點的位置。 然后，用戶可以動態(tài)拖動冷卻線或輸入一個盲孔的引導(dǎo)線的長度值或選擇另一面說明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導(dǎo)線的終點另一個智能點會被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導(dǎo)線時，一個序號“1”會顯示在它附近。 為創(chuàng)建下一個引導(dǎo)線（見圖2），一個鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點的面，然后，下一個指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項工作的實施中向量的起點C的確定是參照前面的AB引導(dǎo)線和最近點到用戶的P點來表示的一個嵌入式規(guī)則。為了使向量定義的用戶友好，很多這樣的潛在 “規(guī)則”適用于協(xié)助指導(dǎo)創(chuàng)建。在這種情況下，當(dāng)定義CD引導(dǎo)線和以前的AB引導(dǎo)線時，它能自動延長到底部鉆孔的C點。智能點是建立在與引導(dǎo)線相關(guān)的面上的C點上。同樣，序列號“2”顯示在引導(dǎo)線的附近。用戶還可以通過選擇一個工作定義坐標(biāo)方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－Z然后指示出引導(dǎo)線的下個起點。用類似的方法，一個完整的指引路徑可以被定義。當(dāng)確認所有的指引路徑的引導(dǎo)線時，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗證（見圖4）。該指引路徑被當(dāng)作一個單一的實體。正如預(yù)期的那樣，引導(dǎo)線可以創(chuàng)建或加入一個由CAD功能的引導(dǎo)路徑?，F(xiàn)有的引導(dǎo)線也很容易被刪除。 在互動的定義引導(dǎo)線之間，在相應(yīng)的分支機構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要創(chuàng)建一個簡單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個選項之一：（a）僅僅是一個滲透面（b）滲透面和現(xiàn)有的垂直于參考的散熱孔，以及（c ）僅僅是現(xiàn)有的共線冷卻孔。在每個選項下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調(diào)整能使引導(dǎo)線達到保持引導(dǎo)路徑連接的預(yù)期目的及友好的用戶界面設(shè)計。如圖6冷卻后的引導(dǎo)線，它的性質(zhì)包括它的長度都顯示在同一用戶界面上。這些是可以改變和更新的。事實上，當(dāng)引導(dǎo)線被選中，其指導(dǎo)路徑也就確定。這是因為在一個引導(dǎo)路徑中所有的引導(dǎo)路線是連續(xù)性的約束。如果引導(dǎo)路徑入口點的位置被移動，則整個路徑也相應(yīng)的變化。用戶可以通過有關(guān)項目從編輯界面中選擇安全刪除引導(dǎo)路徑。 2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體 在定義一個引導(dǎo)路徑時，則冷卻固體基于個體引導(dǎo)線的屬性生成。冷卻固體僅當(dāng)用戶需要它們時創(chuàng)建。如圖4所示冷卻水道可以有不同的孔類型。這些類型可以表示為首端和末端相關(guān)的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動類型、結(jié)束類型、孔直徑等參數(shù)用默認類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預(yù)設(shè)值。然后，他們以用戶的輸入為基礎(chǔ)更新。當(dāng)用戶重復(fù)操作時在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫在它“接受”的用戶界面對話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預(yù)設(shè)條件驗證領(lǐng)域的項目，例如，臺階孔的直徑必須大于孔徑。這是當(dāng)用戶調(diào)用點擊“確定”按鈕時，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗證”（見圖4），。如果輸入驗證不被接受，就會出現(xiàn)一些錯誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實通過點擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動生成冷卻固體的CAD的API功能。 冷卻固體可以在任何時候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導(dǎo)路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細節(jié)上，實體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡單盲孔、簡單通孔、臺階孔、臺階在通孔一端、臺階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過多個固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡單。 對于一個共線冷卻水道，有個別孔由共線連接獲得。圖3說明了它們是如何關(guān)聯(lián)的。假設(shè)孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過“選擇兩個平面創(chuàng)建臺階孔（兩端）”從A點開始“綁住”面1和結(jié)束點B“綁住”面2則面1和面2是固體1的一部分。這些面的任何修改都將會影響孔的深度如抵消它們。 創(chuàng)建孔2有更多的靈活性。用戶可以創(chuàng)建以下兩種方法。在第一種方法中面3和面4（屬于固體2）可作為參考選擇，因此啟動點C和結(jié)束點D分別是面3和面4上的點。因為這個孔應(yīng)是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對象的驗證方法。因此，第一個孔可以沿著面2滑動通過創(chuàng)建兩個對齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個孔是用來作為參考，那么起點C的結(jié)束是孔1的終點，由于B點的連接，則沿著面2滑動的第一個孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點移動則面3也將更新。這兩個孔之間的智能連接由嵌入式的多個共線冷卻水道固體建立。同樣，在圖3中第三盲孔由左到右建立，共線的冷卻水道由三個相關(guān)的冷卻孔獲得。 2.5處理平衡和非平衡冷卻回路 在本文中，模具元件由裝配樹結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)用戶初始化一個新的模具設(shè)計項目時它會自動創(chuàng)建。原來的塑料部分被分配到裝配上的一部分，被稱為產(chǎn)品的一部分（生產(chǎn)部分）（見圖8）。印象儲存在產(chǎn)品的一部分作為實例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個在裝配上專門用于冷卻固體自動創(chuàng)建的部分。它被稱為冷卻線（CL）部分。 為了解決平衡與非平衡冷卻回路的設(shè)計問題，突變實體的概念必須被先介紹。這項功能可為幾何實體例如：實體、面、線、點等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過復(fù)制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實體獲得的。這些復(fù)制的實體被稱為突變實體。當(dāng)一個源實體被修改，其相應(yīng)的突變實體也會自動更新。源實體被稱為原型實體。圖9中所示了一些在裝配中可能突變的面。假設(shè)原型面A是元件1的一部分，則它可以創(chuàng)建一個相應(yīng)的突變面A1，面A1對它的原型面（子對母），或A2面對面A1（子對子）。在一個裝配建模環(huán)境下，另外一個需要解釋的概念是工作的一部分，這將被看作是定義在創(chuàng)建新的實體的一部分。因此，用戶必需明確地選擇工作的一部分，以便在其中創(chuàng)建新的實體。 圖8在模具裝配樹中的冷卻線 圖9在裝配中兩種可能的突變面 在本文中建立平衡的冷卻回路，工作部分被設(shè)置在圖8的產(chǎn)品部分中。當(dāng)用戶在凸模/凹模插件中選擇一個面去創(chuàng)建一個冷卻引導(dǎo)線時，一個突變面（子部分對母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實體，包括智能點、引導(dǎo)路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導(dǎo)路徑和固體（子部分對子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實體，根據(jù)印象模式被復(fù)制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會自動平衡。在圖10中用了一個與均衡冷卻回路的四印象模式的實例來說明。 圖10平衡冷卻回路的例子 當(dāng)創(chuàng)建不平衡冷卻水道時，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見圖8）。當(dāng)用戶從插件部分選擇一個面，則在冷卻線的一部分（子部分對子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關(guān)的原型，如智能點、引導(dǎo)路徑和冷卻實體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實體的參考面在不同的插件上被改變則在冷卻線部分的冷卻實體可以自動更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹結(jié)構(gòu)使設(shè)計在很大程度上得到了減少。 3.未來整合專家系統(tǒng) 顯然，這個模塊的功能可以進一步擴展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，它極有可能將這項可以納入冷卻水道設(shè)計規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對其中的一些邏輯規(guī)則進行了討論【10,11,15】。作者認為，這應(yīng)該是今后的研究方向。 4.結(jié)論 本文提出了在冷卻水道設(shè)計工具中的一種相關(guān)的設(shè)計方法。重點被放在獨特的引導(dǎo)路徑和冷卻水道固體交涉上，并在冷卻水道和模具板或插件之間的幾何相關(guān)上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點是模具設(shè)計人員可以更容易的在整個設(shè)計生命周期中進行修改。豐富的信息包括冷卻回路成員之間的鉆孔方向、定位和連接被嵌入相關(guān)的CAD模塊中。這些資料可以支持在高水平知識規(guī)則下的相關(guān)冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動。這種方法能有效和高效的應(yīng)用在模具設(shè)計中。 ·致謝本文的目的僅是報道研究的方法。作者承認他們的研究工作正在進行，本文中主要由在新加坡制造技術(shù)研究所（SIMT）工作的主編完成。一個SIMT項目團隊實施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國Cypress，CA的EDS公司提供的密切技術(shù)支持。Unigraphics系統(tǒng)（UG）和模具導(dǎo)向在EDS公司注冊商標(biāo)。 本文摘譯自： 中原工學(xué)院圖書館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。 11 1 目 錄 引 言 2 1 注塑模具概論 3 1 1 塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用 3 1 2 塑料成型模具的分類 5 1 3 注塑模具概況 6 2 塑件的分析 7 2 1 塑件實體分析 7 2 2 設(shè)計任務(wù) 7 2 3 塑件工藝分析 8 3 塑料材料的成型特性與工藝參數(shù) 8 3 1 苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 ABS 的性質(zhì)與材料性能 9 3 2 ABS材料的成型工藝參數(shù) 9 3 3 溢邊值 10 4 注射機的選擇 10 4 1 注射機的初步選擇 10 4 2 校核模具的型腔數(shù)目 11 4 3 校核注射機技術(shù)參數(shù) 12 5澆注系統(tǒng)的設(shè)計 13 5 1 主流道設(shè)計 13 5 2 分流道的設(shè)計 14 5 3 澆口的設(shè)計 14 6模架的選擇和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 15 6 1模架的選擇 15 6 2 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 16 7 成型零件的設(shè)計 17 7 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 7 2 成型零件的工作尺寸計算 18 8 排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 20 8 1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 20 8 2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 20 9 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 22 9 1 導(dǎo)向裝置的作用 22 9 2 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 22 10 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 23 10 1 側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計 23 10 2 齒輪齒條抽芯機構(gòu) 26 11 模具工作過程 26 12 PRO E二維裝配圖和三維圖展示 27 致 謝 30 參考文獻 30 2 洗衣機把手注塑模具設(shè)計 摘要 本文對塑料洗衣機把手了實體及工藝分析 并按照其要求選定材料 分析材料的特性及 工藝參數(shù) 選擇了注射機的類型并對其進行了校核 對成型零部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作尺寸 計算 完成了澆注系統(tǒng) 排氣系統(tǒng) 脫模推出機構(gòu) 冷卻系統(tǒng)和合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 最后 完成了模具裝配圖和三維立體圖 關(guān)鍵詞 塑料 注塑模 側(cè)向抽芯機構(gòu) 引 言 塑料是以合成樹脂為基礎(chǔ)的 在一定的溫度和壓力下能塑化流動成型并在冷卻后能保 持其既定形狀的一大類可塑性材料 現(xiàn)在塑料在我們的生活中已得到越來越大的應(yīng)用 目前 塑料的注射成型這一方式已經(jīng)普遍應(yīng)用于塑料加工領(lǐng)域 注塑有成型周期短 能一次成型外形復(fù)雜 尺寸精確 帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制品 生產(chǎn)效率高 能實 現(xiàn)自動化生產(chǎn) 對原材料的適應(yīng)性強等一系列的優(yōu)越性 因此 注塑是一種先進的 經(jīng)濟 的成型技術(shù) 發(fā)展迅速 當(dāng)然注塑也有設(shè)備復(fù)雜 投資大 設(shè)備的維修與保養(yǎng)較難 工藝 控制難度較大等方面的局限性 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備 被稱為 工業(yè)之母 而塑料模具又在整個模 具工業(yè)中的一枝獨秀 發(fā)展十分迅速 注塑模具更是具有更大的發(fā)展前途和應(yīng)用前景 塑 料制件中有許多的小制件 模具相應(yīng)的也有許多的中小型的模具 設(shè)計中小型模具也成為 許多院校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的首選 這對學(xué)生將來畢業(yè)走向社會有著很大的幫助 也會提高我 國模具設(shè)計專業(yè)人才的水平 對我們國家的經(jīng)濟發(fā)展有著巨大的影響 采用塑料注射成型工藝是成型塑料制品的一種重要方法 其基本工藝路線為塑料原材 料經(jīng)注射機熔融塑化并注入模具 在模具中固化后脫模成為制品 目前采用的注射成型工 藝生產(chǎn)的塑料制品產(chǎn)量 約占塑料制品總量的 20 30 注射工藝在注射制品成型中起著 極其重要的作用 因此 如何提高塑料制品的表面質(zhì)量 內(nèi)在質(zhì)量 成型精度和成型效率 成為發(fā)揮注塑成型工藝優(yōu)越性 擴大注塑制品應(yīng)用的首要問題 注塑模具結(jié)構(gòu)由澆注系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 脫模機構(gòu) 排氣機構(gòu)等構(gòu)成 而澆注系統(tǒng)是決 定模具質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一 其構(gòu)造方式則成為模具設(shè)計的核心部分 脫模機構(gòu)是設(shè)計的 難點之一 其脫模機構(gòu)復(fù)雜程度視成型制品復(fù)雜程度而定 澆注系統(tǒng)分為兩大類 固化后 的澆注系統(tǒng)和制品一同從模具中取出的澆注系統(tǒng)稱之為冷流道澆注系統(tǒng) 而在模具內(nèi)通過 加熱裝置 保持流道內(nèi)的樹脂為熔融狀態(tài)的稱之為熱流道澆注系統(tǒng) 塑件上有與開模方向 不同的內(nèi)外側(cè)孔或側(cè)凹 塑件不能直接脫模 必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹的零件在塑件脫模前 先抽出 然后再脫出塑件 完成側(cè)抽芯和復(fù)位的機構(gòu)稱為側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 本次設(shè)計的模具屬于中小型注塑模具 其設(shè)計過程如下 3 1 查閱相關(guān)資料 注塑模具現(xiàn)在 發(fā)展趨勢進行一定的了解 2 對塑件進行實體分析 工藝分析 對塑件進行三維造型 進行模具制造工藝分 析 3 對塑料材料的成型特性與工藝參數(shù)進行分析 了解材料 ABS的特性和成型工藝 參數(shù) 4 進行注射機的選擇和相關(guān)參數(shù)的校核 5 對澆注系統(tǒng)的設(shè)計 包括主流道 分流道 澆口的設(shè)計 6 模架的選擇額標(biāo)準(zhǔn)間的選用 7 成型零件的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸的設(shè)計 8 排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 9 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 10 脫模推出機構(gòu)和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 1 注塑模具概論 1 1 塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用 材料只有通過成型才能成為具有使用價值的各種制品 75 以上的金屬制品 95 的 塑料制品是通過模具來成型的 模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備 它被用來成型具有一定形狀和尺寸的各種制品 在 各種材料的加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具 如金屬制品成型的壓鑄模 鍛壓模 澆鑄 模 非金屬制品成型的玻璃模 陶瓷模 塑料模等 每種材料成型模具按成型方法不同又 分為若干種類型 采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高 質(zhì)量好 切削少 節(jié)約能源和原材料 成本低等 一系列優(yōu)點 模具成型已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段 成為多種成型工藝中最具有潛力 的發(fā)展方向 模具是機械 電子等行業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè) 他對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展起著越來 越大的作用 一個國家模具生產(chǎn)能力的強弱 水平的高低 直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品開發(fā) 和老產(chǎn)品更新?lián)Q代 影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高 我國為了優(yōu)先發(fā)展模具工業(yè) 制 訂了一系列優(yōu)惠政策 并把它放在國民經(jīng)濟發(fā)展十分重要的戰(zhàn)略地位 對塑料模具的全面的要求是 能高效的生產(chǎn)出外觀和性能均符合使用要求的制品 模具使用時要求高效率 自動化 操作簡便 因盡量減少合模和取制件過程的手工操 作 為此常用自動脫模 自動側(cè)抽芯等高效率自動化的模具 在全自動生產(chǎn)時還要保證制 品脫出時能自動墜落或能用機械手取出 模具制造要求模具零件的加工工藝性能好 選材合理 制造容易 成本價廉 除簡易 模具外一般來說制模費用是十分昂貴的 一幅優(yōu)良的注塑模具可生產(chǎn)百萬件以上的制品 壓制模具一般也能生產(chǎn)制品約 25萬件 因此當(dāng)塑件批量不大時 分?jǐn)傇诿恳粋€塑件上的模 具費用會很高 這時應(yīng)盡可能的采用簡單 合理 廉價的模具 4 應(yīng)特別強調(diào)塑料制品質(zhì)量與模具之間的關(guān)系 模具的形狀 尺寸精度 表面粗糙度 分型面位置 脫模方式對塑件的尺寸精度 形位精度 外觀質(zhì)量影響很大 模具的控溫方 式 進澆點 排氣槽位置等對塑件的結(jié)晶 取向等凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及由它們決定的物理力學(xué)性 能 殘余內(nèi)應(yīng)力 光學(xué) 電學(xué)性能 以及氣泡 凹陷 燒焦 冷疤 銀紋等各種制品缺陷 有重要的關(guān)系 塑料制品生產(chǎn)中先進合理的成型工藝 高效的設(shè)備是必不可少的重要因素 塑料模具 對實現(xiàn)塑料成型工藝要求和塑件使用要求起著十分重要的作用 任何塑件的生產(chǎn)和更新?lián)Q 代都是以模具的制造和更新為前提的 由于目前工業(yè)和民用塑件的產(chǎn)量猛增 質(zhì)量要求越 來越高 因而導(dǎo)致了塑料模具研究 設(shè)計和制造技術(shù)的迅猛發(fā)展 80年代以來 在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導(dǎo)下 中國 塑料模具工業(yè)發(fā)展迅速 年均增速為 13 1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為 245億 至 2000年我 國模具總產(chǎn)值已達 270億元 其中塑料模約占 30 左右 在未來的模具市場中 塑料模在模 具總量中的比例還將逐步提高 中國塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在 歷經(jīng)半個多世紀(jì) 有了很大發(fā)展 模具制作水平有了較 大提高 在大型模具方面已能生產(chǎn) 48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具 6 5kg 大容量洗衣機 全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具 精密塑料模具方面 已能生產(chǎn)照相 機塑料件模具 多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具 如天津津榮天和機電有限公司和煙臺 北極星 I K模具有限公司制造的多腔 VCD和 DVD齒輪模具 所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精 度 同軸度 跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平 而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件 糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差 達到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求 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等 注塑模型腔制造精度 可達 0 02 0 05mm 表面粗糙度 Ra0 2 m 模具質(zhì)量 壽命明顯提高了 非淬火鋼模壽命可 達 10 30 萬次 淬火鋼模達 50 1000 萬次 交貨期較以前縮短 但和國外相比仍有較大差距 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)和抽芯脫模機構(gòu)的 創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展 氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟 如青島海信模具有 限公司 天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在 29 34 英寸電視機外殼以及一些厚壁零 件的模具上運用氣輔技術(shù) 一些廠家還使用了 C MOLD氣輔軟件 取得較好的效果 目前中國模具產(chǎn)品已經(jīng)形成 10大類 46個小類 模具生產(chǎn)廠點兩萬多家 從業(yè)人員約 50萬人 在所有模具產(chǎn)品中 自產(chǎn)自用的比例占大部分 2003 年實現(xiàn)了商品化流通的模具 占 45 左右 在 10大類模具產(chǎn)品中 塑料模具的比例在 2000年模具總量中已達到 36 2002 年則接近 40 塑料模具在進出口中的比重更是高達 50 60 并且隨著中國機 械 汽車 家電 電子信息和建筑建材等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展 這一比例還將持 續(xù)提高 近年來 中國塑料模具工業(yè)年均增長速度達到 10 以上 塑料制品年產(chǎn)量在世界位居 第二 2001 年達到 2000萬噸 塑料制品在農(nóng)業(yè) 塑料包裝 塑料管材和異型材 汽車 5 家電 電子 交通 郵電等領(lǐng)域發(fā)展迅猛 掀起了一股國內(nèi)外廠商投資的熱潮 據(jù)預(yù)測 到 2005年中國塑料模具總產(chǎn)值將達到 460億元 模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從 現(xiàn)在的 9000多萬美元增長到 2005年的 2億美元左右 專家認為 國內(nèi)模具制造業(yè)的發(fā)展 方向 重點應(yīng)是既能滿足大量需要 又有較高技術(shù)含量 特別是目前國內(nèi)尚不能自給 需 要大量進口的模具 以及能代表發(fā)展方向的大型 精密 復(fù)雜 長壽命的模具 1 2 塑料成型模具的分類 不同的塑料成型方法采用原理和結(jié)構(gòu)特點各不相同 按照成型加工方法的不同 可將 塑料模具分為以下幾類 4 1 2 1 壓塑成型模具 壓塑成型模具簡稱壓模 將塑料原料直接加在敞開的模具型腔內(nèi) 再將模具閉合 塑 料在熱和壓力作用下成為流動狀態(tài)并充滿型腔 然后由于化學(xué)或者物理變化使塑料硬化成 型 這種成型方法叫壓塑成型 這種成型方法所用的模具叫壓塑成型模具 壓塑模具多用 于成型熱固性塑料 也有用來成型熱塑性塑料的熱擠冷壓模具 另外還有一類不加熱的冷 壓成型模具 用于成型聚四氟乙烯坯件 1 2 2 注塑成型模具 塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi) 塑料受熱熔融后 在注塑機的螺桿或者活塞的作用 下 經(jīng)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔 塑料在模具型腔內(nèi)固化定型 這就是注塑成 型的簡單過程 注塑成型所用的模具叫注塑模具 注塑模具主要用于熱塑性塑料制品的成 型 但近年來也越來越多地用于熱固性塑料成型 注塑成型在塑料制件成型中占有很大比 重 世界塑料成型模具產(chǎn)量中的約半數(shù)以上為注塑模具 近年來發(fā)展了一種在注塑成型時注入塑料溶體后 立即向制件內(nèi)部充入惰性氣體 以 進行保壓的氣體輔助注塑成型方法及其模具 它能生產(chǎn)厚壁的和壁厚相差懸殊的注塑制品 能獲得更加優(yōu)良的制品的外觀和性能 同時還能減輕制品的重量 節(jié)約原材料 1 2 3 傳遞成型模具 傳遞成型模具是將塑料原料加入預(yù)熱的加料室 然后通過壓柱向塑料施加壓力 塑料 在高溫高壓下熔融并通過模具的澆注系統(tǒng) 進入型腔 逐漸硬化成型 這種塑料成型方法 叫做傳遞成型 這種成型方法所用的模具叫傳遞模具 傳遞模具多用于熱固性塑料的成型 1 2 4 擠塑成型模具 擠塑成型模具包括擠出機頭和定型模兩部分 在擠塑機螺桿的推動下 使粘流狀態(tài)的 塑料在高溫下通過具有特定斷面形狀的機頭口模 然后連續(xù)進入溫度較低的定型模 塑料 在定型模中固化 生產(chǎn)出具有所需斷面形狀的連續(xù)型材 該成型方法叫擠塑成型 用于塑 料擠塑成型的模具叫擠塑成型模具 6 1 2 5 中空制品吹塑成型模具 將擠塑或注塑成型的處于塑化狀態(tài)的管狀坯料 趁熱放到模具成型腔內(nèi) 立即在管狀 坯料的中心通以壓縮空氣 使管坯膨脹而緊貼于模具型腔上 冷硬后即可得到一中空制品 此種制品成型方法所用的模具叫中空制品吹塑模具 用擠塑的方法生產(chǎn)管坯的叫擠吹模具 用注塑方法生產(chǎn)管坯的叫注吹模具 產(chǎn)品的性能和尺寸精度因上述方法不同而有很大差異 1 2 6 真空或壓縮空氣成型模具 真空或壓縮空氣成型模具 它是一單獨的陰?；蜿柲?將預(yù)先制成的塑料片 加熱軟 化后 將其周邊緊壓在模具周邊上 然后在緊靠模具的一面抽真空 或在其反面充以壓縮 空氣 使塑料發(fā)生塑性變形 而貼到模具上 冷卻定型后得到制品 此種成型方法 模具 受力較小 強度要求不高 甚至可用非金屬材料 但是為了取得較高的生產(chǎn)效率 模具的 導(dǎo)熱性是很重要的 鋁合金模具得到了廣泛的應(yīng)用 除了上述的幾種塑料模具外 還有搪塑成型模具 反應(yīng)注塑成型模具 泡沫塑料成型 模具 玻璃纖維增強塑料低壓成型模具等 在此就不再一一敘述了 1 3 注塑模具概況 根據(jù)要求本設(shè)計采用注塑模 現(xiàn)在簡要的介紹一下注塑模的歷史和發(fā)展 1 3 1 注塑技術(shù)的發(fā)展歷史 注塑技術(shù)經(jīng)歷了移植 技術(shù)成熟 發(fā)展創(chuàng)新幾個階段 1 技術(shù)移植階段 1920 年以前 早期的塑料注射成型技術(shù)是從其它材料的加工方法 如鑄造 熱成型 中借鑒過來的 成型技術(shù)主要是移植改造 使粘彈性高的塑料熔體成型 2 技術(shù)成熟階段 1920 一 1970 年 聚碳酸醋 PC 聚甲醛 POM 聚苯醚 PPO 聚 礬 PSU 聚酞亞胺 PI 環(huán)氧樹脂 EP 等一大批高性能塑料的出現(xiàn) 要求塑料成型加工技 術(shù)向更高的階段發(fā)展 同時 隨著塑料成型設(shè)備設(shè)計和制造技術(shù)的不斷進步 以及塑料成 型加工理論研究的不斷深人 為塑料成型加工技術(shù)的提高創(chuàng)新提供了條件 往復(fù)式螺桿注塑 機 雙螺桿擠出機的出現(xiàn) 使熱敏性和高熔體粘度的熱塑性 熱固性塑料都能采用高效的 成型技術(shù)生產(chǎn)出高質(zhì)量的制品 反應(yīng)注塑技術(shù)使聚氨醋 PUR EP 和 UP 的液態(tài)單體或低聚 物的聚合成型成為可能 這一切標(biāo)志著塑料成型加工已從改造 移植為主的時期過渡到了 技術(shù)成熟時期 3 發(fā)展創(chuàng)新階段 1970 年以后 隨著科技的發(fā)展 控制技術(shù) 計算機技術(shù)的引人 促 使塑料制品的生產(chǎn)過程從機械化 自動化進一步向連續(xù)化 程序化和自適應(yīng)控制的方向發(fā) 展 此階段的塑料成型加工技術(shù)與前一時期相比 在可加工原材料的范圍 制品的范圍和 制品質(zhì)量等方面均有重大突破 不僅以往難以成型的熱敏性 高熔體粘度的原料能方便地 加工成制品 而且長纖維增強塑料 片狀和團狀模塑料也被用作高效成型技術(shù)的原材料 件重超過 100 kg 的汽車外殼 容積超過 50000 L 的特大容器 幅寬大于 30 m 的薄膜和寬度 7 大于 2m 的板材及件重僅幾十克的微型齒輪 都成為塑料制品家族中的成員 1 3 2 發(fā)展趨勢 在傳統(tǒng)注射成型技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)新或揉合其它先進技術(shù) 利用 雜交優(yōu)勢 出新 仍是注 射成型技術(shù)發(fā)展的主流 新技術(shù)使制品用料更省 性能更高 水輔助注射成型 薄壁注射 成型 金屬粉末注射成型 等這些似乎尚有些陌生的術(shù)語 已在企業(yè)得到應(yīng)用 塑料成型 加工技術(shù)的發(fā)展仍在繼續(xù) 其發(fā)展趨勢是 1 由單一性技術(shù)向組合性技術(shù)發(fā)展 如注射 拉伸 吹塑成型技術(shù)和擠出 模壓 熱 成型技術(shù)等 2 由常規(guī)條件下的成型技術(shù)向特殊條件下的成型技術(shù)發(fā)展 如超高壓和高真空條件下 的塑料成型加工技術(shù) 3 由基本上不改變原有性能的保質(zhì)成型加工向賦予塑料新性能的變質(zhì)性成型加工技術(shù) 發(fā)展 如發(fā)泡成型 借助電子束與化學(xué)交聯(lián)機使熱塑性塑料在成型過程中進行交聯(lián)反應(yīng)的 交聯(lián)擠出等 4 為提高加工精度 縮短制造周期 在模具加工技術(shù)方面更廣泛地應(yīng)用仿形加工 數(shù) 控加工等 5 廣泛應(yīng)用模具新材料 模具材料的選用直接影響到模具的加工成本 使用壽命以及 塑料制品的成型質(zhì)量等 因此 國內(nèi)外己開發(fā)出許多具有良好使用性能 加工性能 熱處 理變形小的新型塑料模具鋼 如預(yù)硬鋼 新型淬火回火鋼 馬氏體時效鋼 析出硬化鋼和 耐腐蝕鋼 經(jīng)過試用 均取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟效果 6 CAE技術(shù)將在注塑領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用 其本身也將隨著注塑技術(shù)的發(fā)展要 求而更加完善 實用 方便 2 塑件的分析 對塑料端蓋進行分析是模具設(shè)計的基礎(chǔ)工作 是決定模具結(jié)構(gòu)形狀和所采用加工工藝的 依據(jù) 所以對塑件分析非常重要 現(xiàn)分別論述 其制成品形狀剖視圖如圖 2 1所示 2 1 塑件實體分析 該塑件是一塑料洗衣機把手 塑件壁厚差別較大 生產(chǎn)批量中等 材料苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 ABS 成型工藝性能很好 可以注射成型 圖 2 1 為其制成品形狀剖視 圖和側(cè)視圖 從其形狀上看 外形較復(fù)雜 側(cè)壁具有凹槽結(jié)構(gòu) 下部具有斜孔結(jié)構(gòu) 8 12 590 圖 2 1 洗衣機把手 fig2 1 Washing hands 2 2 設(shè)計任務(wù) 1 確定型腔數(shù)量和排列方式 2 確定分型面 流道 澆口的位置和形式 3 確定推出方式 4 確定溫度調(diào)整的方式 5 完成澆注系統(tǒng) 成型系統(tǒng) 熱交換系統(tǒng) 脫模系統(tǒng)等的設(shè)計工作 撰寫設(shè)計說明 書一份 6 設(shè)計并繪制模具設(shè)計裝配圖一套 7 繪制指定的成型零件工作圖 2 3 塑件工藝分析 為了保證在生產(chǎn)過程中制造出理想的塑料制品 除應(yīng)合理選用塑件材料外 還必須考慮 塑件的成形工藝性 塑件的成形工藝性與模具設(shè)計有直接的關(guān)系 只有塑件的設(shè)計能適應(yīng) 成形工藝要求 才能設(shè)計出合理的模具結(jié)構(gòu) 這樣既能保證塑件順利成形 防止塑件產(chǎn)生 缺陷 又能達到提高生產(chǎn)率和降低成本的目的 2 3 1 脫模斜度 為保證塑件很好的脫模 塑件應(yīng)有一定的脫模斜度 最小脫模斜度與塑料性能 收縮率 的大小 塑件的幾何形狀有關(guān) 材料質(zhì)脆 硬的 脫模斜度要求大 本塑件內(nèi)表面外表面 都有脫模斜度 可取脫模斜度為 40 2 3 2圓角 在塑件設(shè)計過程中 為了避免應(yīng)力集中 提高塑件強度 改善塑件的流動情況及便于 脫模 在塑件的各面或內(nèi)部連接處 應(yīng)采用圓弧過渡 另外 塑件上的圓角對于模具制造 和機械加工及提高模具強度 也是有利的 本塑件中未注圓角為 R 1 R2 2 3 3塑件的壁厚 塑件的壁厚應(yīng)使各部分均勻 避免太薄 否則會應(yīng)引起收縮不均勻使塑件變形或產(chǎn)生氣 泡 凹陷等成型問題 塑件壁厚一般在 1 6mm 之間 而最常用的數(shù)值是 2 3mm 大型塑 9 件的壁厚也有比 6mm 更大的 這都隨塑料類型及塑件的大小而定 壁厚還與流程有密切相 關(guān) 本塑件的壁厚均勻 為 2m 2 3 4 制品物理化學(xué)性能要求 具有吸濕性強 耐化學(xué)性和電性能良好 不透明 滿足精度要求 表面光滑平整 不 得有翹曲 裂縫 氣孔 滿足強度 韌性 硬度要求 使用安全 2 3 5 模具制造工藝性 由于制品沒有復(fù)雜的曲面 結(jié)構(gòu)簡單 有利于簡化模具型腔及型芯的設(shè)計和 CNC數(shù)控 編程及加工制造程序 也有利于很好地保證加工精度 3 塑料材料的成型特性與工藝參數(shù) 成型樹脂的性質(zhì)直接影響模具的設(shè)計 在設(shè)計模具之前 必須清楚成型樹脂的性質(zhì) 然后根據(jù)成型樹脂的性質(zhì)進行設(shè)計 以確定模具的澆注系統(tǒng)及選擇適當(dāng)?shù)臐部谖恢?減少 成型后由于收縮產(chǎn)生的變形 本塑件的樹脂材料選為苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 ABS 縮寫為 ABS 具有堅韌 質(zhì)硬 剛性 高強度 不透明 在機械工業(yè)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于制造凸輪 齒輪 泵葉輪 軸承 電機外殼 手柄 冰箱襯里等 汽車工業(yè)中用來制造駕駛盤 熱空氣調(diào)節(jié)管 加熱 管等 還可以供電視機晶體管收音機制造外殼等 3 1 苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 ABS 的性質(zhì)與材料性能 樹脂顆粒的結(jié)晶度 非結(jié)晶性材料 不透明 結(jié)晶體密度 935kg m 3 熔體密度 900kg m 3 熔點 170 熱擴散率 0 067m 2 s 導(dǎo)熱系數(shù) 0 117w m K 塑料系數(shù) 0 7 泊松比 0 43 與鋼的摩擦因數(shù) f 0 21 0 35 比熱容 1 926 1000J kg K 潛熱 E 180 1000J kg 成型熱焓量 590000J kg 熱變形溫度 150 良好的流動性 熔體流動速率 MFR 范圍 1 40g 10min 注射成型熔融指數(shù) 230 1 9 成型收縮率 0 3 0 8 平均收縮率為 0 55 收縮率較高 收縮方向的均勻性好 10 制品成型形狀特性 表面光澤性好 制件細小部位的清晰度好 透明性好 尺寸穩(wěn)定 性好 制品成型拉伸強度為 27 6 41 4 剛度為 1 38 拉伸模量為 1 6 1 7E 1 10 3MPa 制品硬度高 韌性低 抗裂性能好 制品成型化學(xué)特性 吸濕性強 抗腐蝕性 抗耐熱性 抗溶解性優(yōu)良 良好的韌性和 低溫彈性 良好的成型工藝性 剛性和著色性 力學(xué)性能優(yōu)良 耐疲勞強度 沖擊性好 耐候性差 熱穩(wěn)定性較差 3 2 ABS 材料的成型工藝參數(shù) 注射機類型 螺桿式 預(yù)熱和干燥 溫度 80 85 時間 2 3h 料筒溫度 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 200 噴嘴溫度 170 180 模具溫度 50 80 注射壓力 60 100 MPa 成型時間 注射時間 20 90s 高壓時間 0 5s 冷卻時間 20 120s 總周期 50 220s 螺桿轉(zhuǎn)速 30r min 后處理 方法 紅外線燈 烘箱 溫度 70 時間 2 4h 3 3 溢邊值 由于設(shè)計或制造精度的不合理 高壓塑料熔體注入模腔后可能出現(xiàn)溢料 毛邊 不同 的熔體粘度不同 出現(xiàn)溢料所需的間隙不同 溢邊值即是塑料可能出現(xiàn)溢料的最小間隙值 模具設(shè)計和制造及使用時 模腔及分型面等處間隙不得大于此值 ABS 是中等粘度的樹脂 材料 溢邊值 0 04mm 左右 4 注射機的選擇 4 1 注射機的初步選擇 4 1 1 計算塑件的體積和質(zhì)量 根據(jù)本塑件的三維零件圖及相關(guān)尺寸 利用 PRO E軟件計算出該塑件的體積 11 V1 16 68 ABS 的密度 1 05 g cm3 所以塑件質(zhì)量 m 1 V1 1 05 16 68 17 5g 流通凝料的質(zhì)量 m2還是個未知數(shù) 由于此模具結(jié)構(gòu) 澆注系統(tǒng)簡單 根據(jù)以往設(shè)計模 具的經(jīng)驗 我們可以去塑件質(zhì)量的 0 2倍 故注射量為 M m1 m2 21g 4 1 2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算 由于設(shè)計此塑件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 根據(jù)產(chǎn)量和設(shè)計等因素考慮 設(shè)計次模具為一模一腔注 塑系統(tǒng)并且采用點澆口直接進料方式 故 塑件投影絕大多數(shù)在分型面上 A 104 27 2808mm2 鎖模力 Fm AP 2808 35MP 98 280KN 式中 P 為型腔壓力單位 MPa ABS 料一般型腔壓力為 20 40MPa 此處取 P 35MPa 4 1 3 根據(jù) m和 Fm來選擇注射機 注射機的最大注射量 額定注射量 G 和額定鎖模力 Fm 應(yīng)滿足 G m 21 0 75 26 67 g 其中 注射系數(shù) 在此取 0 75 F Fm 267 98KN根據(jù)以上分析 可采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu) 考慮塑件的結(jié)構(gòu) 塑 件的材料 塑件的注射成型工藝等 現(xiàn)選用 XS Z 30型注射機 表 4 1 XS Z 30型注射機參數(shù) 項目 XS Z 30 型注射機參數(shù) 結(jié)構(gòu)形式 臥 理論注射容量 cm 30 螺桿 柱塞 直經(jīng) 28 注射壓力 MPa 119 塑化能力 g s 10 螺桿轉(zhuǎn)速 r min 14 200 鎖模力 KN 250 拉桿內(nèi)間距 280X250 移模行程 220 最大模具厚度 250 最小模具厚度 100 鎖模形式 雙曲肘 模具定位孔直徑 55 噴嘴球半徑 SR12 噴嘴口孔徑 3 5 4 2 校核模具的型腔數(shù)目 12 注射機選擇完以后 就可以根據(jù)注射機的性能參數(shù) 注射機的塑化速率 最大注射量 及鎖模力 塑件精度等級 在模具中每增加一個型腔 塑件精度要降低 4 來確定模具 的型腔數(shù)量 1 按注射機的最大注射量確定型腔數(shù)量 以機床的注射能力為基礎(chǔ) 每次注射量不 超過注射機的最大注射量的 80 即 N1 符合要求 2 按注射機的最大鎖模力確定型腔數(shù)量 N1 符合要求 3 根據(jù)塑件精度考慮 一般多型腔時制造精度低 塑件精度也低 4 根據(jù)塑件產(chǎn)量考慮 對試制或小批量塑件宜取單型腔或少型腔 大量時宜取多型 腔 本塑件的產(chǎn)量為中等 綜上所述 該塑件適合采用一模一腔結(jié)構(gòu) 4 3 校核注射機技術(shù)參數(shù) 確定型腔和選擇注射機以后 這種注射機是否合適 還要對該機型的其他技術(shù)參數(shù)進 行校核 4 3 1 注射壓力的校核 該項工作是校核所選注射機的額定壓力 Pe能否滿足塑件成型時所需要的注射壓力 P0 塑件成型時所需要的壓力一般由塑料流動性 塑件結(jié)構(gòu)的壁厚以及澆注系統(tǒng)類型等因素所 決定 生產(chǎn)實踐中其值一般為 70MPa 150MPa 設(shè)計中要求 Pe k P0 1 3 80MPa 104MPa 式中 k 注射壓力安全系數(shù) 在此取 1 3 而 Pe 119MPa 所以 Pe 104MPa 符合要求 4 3 2 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的鎖模機構(gòu)對模具所施加的最大夾緊力 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型 腔時 會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力 因此 注射機的鎖模力必須大于該模的脹型 13 力 即 F K 0AP 式中 P 型腔的平均壓力 在此取 35MPa K0 鎖模力安全系數(shù) 在此取 1 2 F 250KN K0 AP 106KN 符合要求 4 3 3 注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸的校核 不同型號的注射機安裝部位的形狀和尺寸各不相同 設(shè)計模具時應(yīng)對其相關(guān)尺寸加以 校核 以保證模具能順利安裝 需校核的主要內(nèi)容有噴嘴尺寸 定位圈尺寸 模具的最大 與最小厚度及安裝螺釘孔等 1 噴嘴尺寸 注射機噴嘴一般為球面 其球面半徑 R與相接觸的模具主流道始端凹 球面半徑 R 凹 相適應(yīng) 即 R 凹 R 1 2 mm 12 2 14mm 2 定位圈尺寸 模具安裝在注射機上必須使模具中心線與料筒 噴嘴的中心線相重 合 定位圈與注射機固定模板上的定位孔呈間隙配合 H8 e8 定位圈的高度 對小型模 具為 8mm 10mm 對大型模具為 10mm 15mm 在此取 10mm 3 模具厚度 Hm也稱模具閉合高度 必須滿足 H min Hm Hmax 式中 Hmin 注射機允許的最小模具厚度 即動定模之間的最小開合距離 Hmax 注射機允許的最大模具厚度 根據(jù)設(shè)計估計本模具高度在 180 200mm之間滿足設(shè)計要求 4 模具與注射機的安裝關(guān)系 模具的安裝固定形式有壓板式與螺釘式兩種 壓板式安 裝靈活而被廣泛采用 而螺釘式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合 安裝比較麻煩 但 對于大型模具的安裝 這種安裝安全可靠本塑件可以選擇螺釘安裝 6 脫模距與模板行程的校核 由于采用單分型面注射模 所以其開模行程公式 H1 H2 5 10 L 式中 H1 脫模距離 H2 包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的制品高度 L 注射機開模行程 即移動模板的行程 H1 H2 5 10 30 30 5 10 70mm 220 所以符合要求 5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)由澆道 主流道 分流道 澆口組成 從注塑機噴嘴至模具型腔的熔融樹脂 流路稱之為流道 其澆口套內(nèi)樹脂流路稱之為主流道 其余部分稱之為分流道 分流道末 端通向型腔的節(jié)流孔稱之為澆口 在不通向型腔的分流道末端設(shè)置冷料井 澆注系統(tǒng)分為 兩大類 制品與固化的澆注系統(tǒng)一同從模具中取出的澆注系統(tǒng)稱之為冷流道澆注系統(tǒng) 通 過加熱裝置保持流道中樹脂為熔融狀態(tài)的稱之為熱流道澆注系統(tǒng) 14 澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔各處 以便獲得外形輪廓清晰 內(nèi)在 質(zhì)量優(yōu)良的塑件 因此要求充模速度快而有序 壓力損失小 熱量散失少 排氣條件好 澆注系統(tǒng)凝料易于與塑件分離或切除 且在塑件上留下澆口痕跡小 5 1 主流道設(shè)計 主流道是指連接注射機噴嘴與分流道的塑料熔體通道 是熔體注入模具最先經(jīng)過的一 段流道 其形狀 大小會直接影響熔體的流動速度和注射時間 注射機的噴嘴頭部與主流道襯套的凹下的球面半徑 R相接觸 二者必須匹配 無漏料 一般要求主襯套球面半徑比噴嘴球面半徑大 1 2mm 主流道進口直徑 d比注射機噴嘴出口直 徑 d應(yīng)大 0 5 1mm 其作用 一是補償噴嘴與主流道的對中誤差 二是為了便于流道凝料 的脫出 主流道設(shè)計成錐形 錐角一般為 2 6 表面粗糙度 Ra 0 8um 主流道出口應(yīng) 做成圓角 圓角半徑 r 0 5 3mm 為減少壓力損失和回收料量 主流道長度應(yīng)盡量短些 常取 L 60mm 本塑件的各參數(shù)選擇如下 錐度 2 6 取 3 小徑 d d1 0 5 1 0 取 1 則 d d1 0 5 3 5 0 5 4mm SR 主流道球面半徑 SR 14 球面配合高度 h 3 5 取 4 軸部長度 L 60mm 取 L 40mm 由于主流道大端需要與高溫塑料和噴嘴頻繁接觸與相碰 設(shè)置澆口套是很必要的 尤 其當(dāng)主流道需要穿過幾塊模板時更應(yīng)該設(shè)置澆口套 否則在模板接觸面可能溢料 致使主 流道凝料難以取出 澆口套一般選用碳素工具鋼 如 T8A T10A 等 在此選用 T10A 鋼 熱處理要求 53 57HRC 其與定模板配合可采用 H7 m6 其結(jié)構(gòu)形式如圖所示 圖 5 1 主流道 fig5 1 Main channel 5 2 分流道的設(shè)計 分流道是熔料從主流道進入型腔前的過渡部分 其作用是通過澆道截面及方向變化 15 使熔料平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換流向 注入型腔 常見的分流道的截面形狀有圓形 半圓形 梯形和 U 型等 其中 圓形截面分流道的表面積最小 熱量不容易散失 流動阻力最小 但它需要 開在動模和定模上 要保證兩半圓完全吻合 制造困難 梯形截面分流道加工容易 熱量 散失和阻力也不大 是最常用的形式 U 形截面分流道的優(yōu)缺點與梯形截面基本相同 分 流道的形狀及尺寸 應(yīng)根據(jù)塑料的體積 壁厚 形狀的復(fù)雜程度 注射速率 分流道長度 因素來確定 另外 從傳熱面積考慮 熱固性塑料的注射模宜用矩形截面分流道 而熱塑 性塑料宜用圓形截面分流道 從壓力損失考慮 圓形分流道最好 由于該塑件采用了一模 一腔 熔體能夠較快的充滿型腔 所以 該模具可以不設(shè)置分流道 5 3 澆口的設(shè)計 澆口的基本作用是使分流道來的熔體產(chǎn)生加速 以快速充滿型腔 澆口在大多數(shù)情況 下是整個澆注系統(tǒng)中截面最小的部分 除直接澆口外 當(dāng)熔體通過狹小澆口時 其剪切速 率增高 同時由于摩擦作用 熔體溫度升高 熔體粘度降低 流動性提高 有利于填充型 腔 獲得外形清晰的制品 當(dāng)澆口截面尺寸過小時 壓力損失大 冷凝快 補縮困難 會 造成制品缺料 縮孔等疵病 甚至還會產(chǎn)生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象 制品表面出現(xiàn)凹凸不 平 相反 澆口截面尺寸過大 注射速度降低 溫度下降 制品可能產(chǎn)生明顯的熔接痕和 表面云層現(xiàn)象 所以澆口形式 大小和位置的選擇 數(shù)量多少 在很大程度上決定了成品 質(zhì)量的好壞 也影響著制品成型周期的長短 澆口形式較多 一般可分為直接澆口 中心澆口 側(cè)澆口 點澆口 潛伏式澆口及護耳 澆口等 一般來說小澆口優(yōu)點較多 它可以增加熔體通過的流速 充模容易 這對于塑料 熔體粘度對剪切速率較敏感的塑料 如聚乙烯 聚苯乙烯等尤其有利 小澆口對熔體有較 大的摩擦阻力 結(jié)果使熔體溫度明顯上升粘度降低 流動性增大 有利于薄壁復(fù)雜制品的 成型 澆口設(shè)計很重要的一方面是位置的設(shè)計 澆口位置選擇不當(dāng)會使塑件產(chǎn)生變形 熔接痕 凹陷 裂紋等缺陷 一般說來 澆口位置選擇要遵循以下原則 1 澆口位置的設(shè)置應(yīng)使塑料熔體填充型腔的流程最短 料流變向最少 2 澆口位置的設(shè)置應(yīng)有利于排氣和補縮 3 澆口位置的選擇要避免塑件變形 4 澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕 提高熔接痕的強度 根據(jù)該塑料的特性及塑件的結(jié)構(gòu)形式 由于本塑件采用一模一腔結(jié)構(gòu)模具設(shè)計簡單 為了 減少注射成型后的修飾工作因此采用直流道點澆口的形式 6 模架的選擇和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 6 1 模架的選擇 模架是模具的骨架 用模架將模具的各個部分聯(lián)系在一起 對于注塑模具常常用通用 型的模架 其模架是標(biāo)準(zhǔn)的 可以在市場上夠買 也可以自己設(shè)計 選擇模架應(yīng)從以 16 下幾個方面考慮 1 塑件的結(jié)構(gòu)尺寸 2 根據(jù)型腔的大小和布置方式 3 根據(jù)所選用模架的類型 將導(dǎo)柱 導(dǎo)套分布在合理的位置上 4 模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu) 對于模具而言 在保證足夠強度和剛 度的條件下 結(jié)構(gòu)越緊湊越好 結(jié)合本塑件在分型面上的投影面積或周邊尺寸以及齒條及型芯沿抽出方向移動的距離等因 素來確定模架大小的原則 本塑件以 P5型模架為基礎(chǔ)進行必要的設(shè)計改進如下圖 圖 6 1 模架 fig6 1 Mold 壓板 20 45 170 mm 墊板 20 170 200mm 動模板厚度 50 170 200mm 動模座板厚度 240 定模座板厚度 35 帶頭導(dǎo)柱 4 15 緊固螺釘 4 M8 螺栓 4 M6 6 2 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 標(biāo)準(zhǔn)件包括通用標(biāo)準(zhǔn)件及模具專用標(biāo)準(zhǔn)件兩大類 通用標(biāo)準(zhǔn)件如緊固件等 模具專用 標(biāo)準(zhǔn)件如定位圈 澆口套 推桿 推管 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 模具專用彈簧 冷卻及加熱元件 順序分型機構(gòu)及精密定位用標(biāo)準(zhǔn)組件等 17 在設(shè)計模具時 應(yīng)盡可能地選用標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)件 因為標(biāo)準(zhǔn)件有很大一部分隨時可 在市場上買到 這對縮短制造周期 降低制造成本是及其有利的 模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘 模具外表面盡量不要有突出部分 模具外表 面應(yīng)光潔 加涂防銹油 兩模板之間應(yīng)有分模間隙 即在裝配 調(diào)試 維修過程中 可以 方便地分開兩塊模板 1 定模座板 110mm 170mm 厚 35mm 座板是模具與注射機連接固定的板 材料 為 45鋼 通過 4個 M10的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接 定位圈通過 4個 M6的內(nèi)六 角圓柱螺釘與其連接 定模座板與定位圈為 H8 f8配合 2 壓板 連接在定模座上的 起到軸向固定動模 在墊塊上固定導(dǎo)柱 其中和導(dǎo)柱固 定的配合是 H8 k6配合 壓板材料為 Q235A 也可用 HT200 球墨鑄鐵等 該模具采用 Q235A制造 3 墊板 20 170 200mm 在墊塊和動模座之間 是為了提高齒條的剛度而增加的材料 為墊板材料 Q235A 也可用 HT200 球墨鑄鐵等 該模具采用 Q235A制造 4 帶頭導(dǎo)柱 4 15 是為了保證模具正確的合模 塑件順利的脫模 其安裝在壓 板上 與壓板的配合采用 H8 k6的配合與導(dǎo)套 在動模設(shè)計的孔 H7 f8 配合 導(dǎo)柱應(yīng)該 有足夠的耐磨性 一般選用 20鋼滲碳處理 其硬度不低于 50 55HRC 5 緊固螺釘 起到固定模具的作用 材料選 45鋼 7 成型零件的設(shè)計 模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件 成型零件包括凹模 型芯 鑲件 成型桿和成型環(huán)等 成型過程中成型零件受到塑料熔體的高壓作用 料流的沖刷 脫模時與塑件間發(fā)生摩擦 因此 成型零件要求有正確的幾何形狀 較高的尺寸精度和較 低的表面粗糙度 此外還要求成型零件具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的加工工藝性 具有足夠的 強度 剛度和表面硬度 7 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 1 1 滑塊的設(shè)計 在此次設(shè)計中 由于采用了側(cè)向抽芯機構(gòu) 滑塊的型腔充當(dāng)凹模結(jié)構(gòu) 它的結(jié)構(gòu)決定 于塑件制品的成型需要和加工與裝配的工藝要求 通常可分為整體式和組合式兩大類 其 中 整體式凹模是由整塊鋼材直接加工而成的 這種凹模結(jié)構(gòu)簡單 成型出的塑件質(zhì)量較 好 模具強度好 不易變形 但加工工藝性差 所以只適用于形狀簡單的塑件成型 在此 采用整體式凹模 其結(jié)構(gòu)如下圖所示 注 考慮到塑件的精度 本塑件滑塊采用整體的加工 然后在進行切斷 18 圖 7 1 滑塊的剖面視圖 fig7 1 Cross section view of the slider 7 1 2 動模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本模具的動模設(shè)計時采用的是整體設(shè)計 這種設(shè)計可以使得成型出的塑件質(zhì)量較好 模具強度好 不易變形 其結(jié)構(gòu)圖 7 2 所示 圖 7 2 動模的結(jié)構(gòu) fig7 2 Dynamic model of the structure 7 1 3 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 型芯是指注射模中成型塑料制品有較大內(nèi)表面的凸?fàn)盍慵?它又稱主型芯 型芯有整體式和組合 式兩類 1 整體式型芯 將型芯與模板制成一體 其結(jié)構(gòu)牢固 但工藝性較差 同時模具材料耗費多 這 類型的型芯主要用于形狀簡單的單型腔模具 2 組合式型芯 可以分為整體式嵌入型芯和鑲拼式 這種類型型芯可以節(jié)約貴重的模具材料 便于 加工 尺寸精度容易保證 用于本模具的型芯式用來成型斜孔 故設(shè)計時采用齒輪齒條抽芯 為了保證成型后的塑件 精度 整體式型芯 可以采用電火花線切割機床進行加工 7 2 成型零件的工作尺寸計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸 主要有型腔和型芯的徑 向尺寸 包括矩形和異形零件的長和寬 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯 19 之間的尺寸等 任何塑件都有一定的幾何形狀和尺寸精度的要求 如有配合要求的尺寸 則精度要求較高 在模具設(shè)計時 應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸精度等級確定模具成型零件工作尺寸 的依據(jù) 影響塑件尺寸精度的主要因素相當(dāng)復(fù)雜 這些因素應(yīng)作為確定成型零件工作尺寸 的依據(jù) 影響塑件尺寸精度的主要因素有如下幾個方面 5 1 塑件收縮率所引起的尺寸誤差 s 2 模具成型零件的制造誤差 z 3 模具成型零件的磨損 c 4 模具安裝配合的誤差 j 在計算型腔和型芯工作尺寸之前 對塑件各重要尺寸應(yīng)按機械設(shè)計中最大實體原則進 行轉(zhuǎn)化 即塑件外形尺寸 名義尺寸 為最大尺寸 其公差 為負值 塑件的內(nèi)腔尺寸 名義尺寸 為最小尺寸 其公差 為正值 中心距尺寸為公稱尺寸 其公差為正負 2 1 型腔徑向尺寸的計算 根據(jù)成型零件的型腔徑向尺寸計算公式可知 LM L S L S X mm 式中 L M 型腔的徑向尺寸 LS 塑件的徑向尺寸 所用塑料的平均收縮率 ABS 為 0 55 X為修正系數(shù) 此處為 0 75 塑件允許的公差值 模具的制造公差 一般取 1 3 1 滑塊的型腔 0 2 L S 90 LM L S L S X mm 90 345 2 動模的型腔 0 2 L S 110 LM L S L S X mm 110 455 2 型芯徑向尺寸的計算 根據(jù)成型零件的型芯徑向尺寸計算公式可知 lM ls ls X 式中 l M 型腔的徑向尺寸 lS 塑件的徑向尺寸 s 所用塑料的平均收縮率 ABS 為 0 55 X為修正系數(shù) 此處為 0 1 塑件允許的公差值 故型芯的徑向尺寸為 X 0 1 20 lM ls ls X 90 570 S 3 型腔深度尺寸的計算 根據(jù)成型零件型腔深度計算公式可知 HM HS HS 0 5 S 式中 HM 型腔深度尺寸 mm HS 塑件高度尺寸 mm 其它符號意義同上式 1 滑塊的深度 0 5 LS 7 28 HM HS HS 0 5 7 22 S 4 型芯高度尺寸的計算 根據(jù)型芯高度尺寸計算公式可知 hM hs hs 0 5 S 式中 h M 型芯高度尺寸 mm Hs 塑件高度尺寸 mm 故型芯高度 0 1 h s 7 28 hM hs hs 0 5 7 37 mm S 8 排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 8 1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 注塑成型的排氣機構(gòu)設(shè)計是一個很重要的問題 對于成型大型制品 精密制品等易分 解產(chǎn)生氣體的樹脂來說尤為重要 當(dāng)塑料熔體注入型腔時 如果型腔內(nèi)原有氣體 蒸汽或 塑料降解等產(chǎn)生的氣體不能順利地排出 將在制品上形成氣孔 接縫 表面輪廓不清 不 能完全充滿型腔 同時還因氣體被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件 使之產(chǎn)生焦痕 色澤不佳 等缺陷 如果在成型時 氣體不能快速排出 可能會造成不能實現(xiàn)完全填充 流動末端的 樹脂會因氣體被壓縮 絕熱 而燒焦等 無法成型制品要求的狀態(tài) 所以向型腔填充熔融 樹脂的同時 必須設(shè)置能將型腔內(nèi)的空氣快速排出的機構(gòu) 否則 會無法成型填充或影響 制品的質(zhì)量 實行高速注射時 一般易出現(xiàn)排氣不通暢的狀況 采用低速注塑或注射速度 采用程序控制 在填充的最終階段實行低速 則可改善排氣不善的狀況 排氣機構(gòu)的設(shè)置 一般有如下幾種方法 6 利用分型面排氣 在型腔周圍設(shè)置排氣槽 采用這種方法排氣時 易在模具上 的排氣處殘留樹脂分解的物質(zhì) 特別是澆口對側(cè)的部位 必須及時將其清除 否則久而久之會腐蝕模具的型腔的表面 利用推桿排氣 在推桿槽上設(shè)置排氣槽 由于推桿是運動零件 可達到自清理 21 效果 清理效果較好 利用鑲件排氣 對于制品的筋 槽部位經(jīng)常采用這種方法排氣 利用燒結(jié)合金排氣 一般情況下 模具不開設(shè)專門的排氣槽 氣體也能由分型面的間隙中排出 由于本課 題設(shè)計的是塑料端蓋的模具 有一個分型面 而且因 ABS 流動性較好的特點 型腔內(nèi)的氣 體是完全可以由分型面和型心與推件板之間的軸向間隙排出 又因為此塑件的厚度較小 所以該模具適合利用配合間隙直接進行排氣 不需要開排氣槽 8 2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 模具的溫度控制是提高產(chǎn)品質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率的一個有效途徑 模具的溫度明顯地 影響了收縮率 表面光澤 內(nèi)應(yīng)力 充填難易以及注塑周期等 如果對模具溫度不加控制 就會在模塑過程中使注塑條件改變 使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率下降 因而 良好的模具設(shè)計 和注塑工藝應(yīng)該包括嚴(yán)格合理的模具溫度控制 它的合理控制應(yīng)能達到令人滿意的效果 改善成型 模具具有和注塑適應(yīng)的溫度能改善流動性能 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 模具溫度的變動將影響塑料的收縮 對于結(jié)晶料尤其如此 模具溫 度恒定 均勻 將使收縮率穩(wěn)定 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 減少應(yīng)力變形 均勻恒定的溫度使收縮均勻 應(yīng)力減少 變形量減少 改善外觀質(zhì)量 合理的模具溫度能使塑件表面光澤提高 冷流痕減少 尤其對于透 明件更為有益 提高塑件物理性能 模具溫度在合適條件下使塑料處于較佳的物理狀態(tài) 提高生產(chǎn)效率 模具溫度在很大程度上控制制品的冷卻脫模時間 如果能保持在相 對較低的水平 則能使生產(chǎn)周期縮短 生產(chǎn)效率提高 模具中冷卻通道設(shè)計有兩條基本原則 即冷卻要迅速 冷卻要均勻 使模具迅速冷卻就是要在比較短的時間內(nèi)使模具攝取的過多的熱量被帶走 模具的絕 大部分熱量由循環(huán)通道內(nèi)的冷卻介質(zhì)帶走 可以忽略自然對流 熱輻射和模具與注塑機之 間的熱傳遞造成的熱量損失 所以 迅速冷卻只有通過較多的冷卻通道 表面積 和較大 的流量 以及適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)溫度來達到 任何情況下 盡量開設(shè)多而大且均勻布置的冷卻孔道 孔道密不僅加大了冷卻面積 而且使冷卻孔道布置變得均勻 模腔表面溫度也變得均勻 而較大直徑的冷卻孔也能達到 同樣的目的 使等溫線變得較平坦 因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的情況下 冷卻孔應(yīng)多且大 盡 可能使冷卻孔道中心距小于 5 倍直徑 冷卻孔分布對模具溫度均勻的影響 22 圖 8 1 冷卻孔分布對模具溫度均勻性的影響 fig8 1 Cooling hole distribution on the mold temperature uniformity of 冷卻孔至型腔表面距離均勻 塑件厚度均勻時 冷卻孔至型腔表面距離均勻 能使 冷卻均勻 塑件厚度不均勻時 壁厚處應(yīng)當(dāng)加強冷卻 但距離太小也是不利的 一般情況 下都要大于 10 20mm 但大于 3 倍直徑時就會大大降低冷卻速率 因此距離也不宜太大 加強靠近澆口處的冷卻 在模具上澆口附近溫度最高 因而要加強冷卻 降低出入冷卻介質(zhì)溫差 一般情況下 模具上冷卻孔串聯(lián)在一起比較好 因為并聯(lián) 后單獨控制比較麻煩 難以保持一致 以至影響冷卻的均勻性 對于本設(shè)計的塑料把手的冷卻 考慮到制件的體積不大 我們在定模板上設(shè)置冷卻通 道 這種模具體內(nèi)直接設(shè)置冷卻通道結(jié)構(gòu)簡單 便于制造 而且設(shè)計成本低 冷卻效果好 設(shè)計如下圖 圖 8 2 冷卻水道的布置 fig8 2Arrangement of cooling water 9 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 9 1 導(dǎo)向裝置的作用 導(dǎo)向機構(gòu)的主要作用是為保證在模具閉合后動 定模模板位置的準(zhǔn)確 在模具的裝配 中也起了定位的作用 合模時引導(dǎo)動 定模板的準(zhǔn)確閉合 能夠承受一定的側(cè)壓力 能保 證模具的正常工作 23 一般導(dǎo)向分為動 定模之間的導(dǎo)向 推板的導(dǎo)向 推件板的導(dǎo)向 一般導(dǎo)向裝置由于 受加工精度的限制或使用一段時間之后 其配合精度降低 會直接影響塑件的精度 因此 對精度要求較高的塑件必須另行設(shè)計精密導(dǎo)向定位裝置 9 2 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 導(dǎo)向機構(gòu)的總體設(shè)計原則 1 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位 其中心至模具邊緣應(yīng) 有足夠的距離 以保證模具的強度 防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后變形 2 該模具采用 4根導(dǎo)柱 其布置為等直徑導(dǎo)柱對稱布置 3 該模具導(dǎo)柱直接安裝在支承板采用 H7 k6 導(dǎo)向部分 H7 f6 4 為了保證分型面很好的接觸 導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)制有承屑槽 即可去削去一 個面或在導(dǎo)套的孔口倒角 該模具采用后者 5 在合模時 應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸 避免模具損壞 動定模板采用合并加工時 可確保同軸度要求 圖 9 1 合模導(dǎo)向機構(gòu) fig 9 1 Mold oriented institutions 10 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 在注射成型的每一個循環(huán)中 都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出 模具中這種 脫出塑件的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu) 或稱推出 頂出機構(gòu) 推出是注射成型過程中的最后一個 環(huán)節(jié) 推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量 因此 塑件的推出是不可忽視的 在設(shè)計 脫模推出機構(gòu)時應(yīng)遵循下列原則 14 1 推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè) 由于推出機構(gòu)的動作是通過裝在注射機合模機 構(gòu)上的頂桿來驅(qū)動的 所以一般情況下 推出機構(gòu)設(shè)置在動模一側(cè) 因此 在分型面設(shè)計 24 時應(yīng)盡量注意 開模后使塑件能留在動模一側(cè) 2 保證塑件不因推出而變形損壞 為了保證塑件在推出過程中不變形 不損壞 設(shè) 計時應(yīng)仔細分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小 合理的選擇推出方式及推出位置 3 機構(gòu)簡單 動作可靠 推出機構(gòu)應(yīng)使推出動作可靠 靈活 制造方便 機構(gòu)本身 要有足夠的強度 剛度和硬度 以承受推出過程中的各種力的作用 確保塑件順利脫模 4 良好的塑件外觀 推出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或隱蔽面和非裝飾面 對 于透明塑件尤其要注意頂出位置和頂出形式的選擇 以免推出痕跡影響塑件的外觀質(zhì)量 5 合模時的正確復(fù)位 設(shè)計推出機構(gòu)時 還必須考慮合模時機構(gòu)的正確復(fù)位 并保 證不與其他模具零件相干涉 10 1 側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計 當(dāng)塑件側(cè)壁帶有孔 凹槽或凸臺的時候 模具上成形該處必須設(shè)計成側(cè)向移動的活動型芯 在塑件脫模時 應(yīng)該先將其抽出否則無法脫模 合模時又要將其先復(fù)位 完成這種活動的 型芯抽出和復(fù)位的機構(gòu)叫做側(cè)向抽芯機構(gòu) 常用的側(cè)向抽芯機構(gòu)方法有 1 手動抽芯 手動抽芯機構(gòu)是指有手動或手動工具抽出活動的型芯 手動抽芯模具機 構(gòu)簡單 制造方便 但生產(chǎn)率底下勞動強度大 只適用于小型塑件的小批量生產(chǎn) 2 液壓或氣動抽芯 該機構(gòu)一壓力油或壓縮空氣作為抽芯力 通過液壓缸或氣壓缸活 塞的往復(fù)運動來實現(xiàn)抽芯這種抽芯方式抽拔力大 抽芯距也較長 但需要配置專門的液 壓缸或氣動系統(tǒng) 費用較高 多適用于大型塑料模具的抽芯 3 機動抽芯 機動抽芯機構(gòu)即為在開模是利用注射機的開模力 通過一定的傳動機構(gòu) 將活動型芯抽出 機動抽芯抽拔力大 勞動強度小 生產(chǎn)率高 操作方便 容易實現(xiàn)自 動化生產(chǎn) 所以在生產(chǎn)中被廣泛采用 本塑件就是采用這中方式 斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機構(gòu) 斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機構(gòu)是最常用的機動抽芯機構(gòu) 其結(jié)構(gòu)包括 斜導(dǎo)柱 側(cè)向型芯滑塊 滑塊定位裝置及鎖緊裝置 其工作過程為 開模時 開模力通過 斜導(dǎo)柱作用于滑塊 迫使滑塊在開模時沿動模的到滑槽向外滑動 完成抽芯 滑塊定位裝 置將滑塊限制在抽芯終了的位置 以保證合模時斜導(dǎo)柱能插入滑塊的斜孔當(dāng)中 使滑塊順 利的復(fù)位 鎖緊楔用于注射時鎖緊滑塊 防止側(cè)型芯受到成型壓力的作用時向外移動 10 1 1 斜導(dǎo)柱的設(shè)計 1 斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 斜導(dǎo)柱的的結(jié)構(gòu)有多種形式 例如圓柱形的斜導(dǎo)柱 矩形的斜導(dǎo)柱 本塑件采用的時圓柱形的斜導(dǎo)柱其特點是結(jié)構(gòu)簡單 制造方便和穩(wěn)定的性 能 所以廣泛時使用其結(jié)構(gòu)如下圖所示 導(dǎo)柱固定端與模板之間的配合采用 H7 m6 的配合 于滑塊之間的配合用 0