航空杯注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)
航空杯注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì),航空,注塑,成型,工藝,模具設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)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(jì)師壓縮他們的設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法。它對(duì)冷卻回路提供了一系列全面的對(duì)象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計(jì)。這里將對(duì)已開(kāi)發(fā)出的CAD算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。有了這種新方法，模具設(shè)計(jì)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(wú)需進(jìn)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(jì)時(shí)間和后期設(shè)計(jì)更改的影響。
關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計(jì) CAD/CAE關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)自動(dòng)化
·1．引言
目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無(wú)法完全和明確地捕捉設(shè)計(jì)意圖。豐富的設(shè)計(jì)信息不能完全由CAD模型來(lái)描述，并在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的后期的設(shè)計(jì)更改將引起大量的重復(fù)勞動(dòng)。眾所周知，CAD的交互操作性應(yīng)包括基于知識(shí)的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒(méi)有任何機(jī)械能使設(shè)計(jì)意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計(jì)中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計(jì)人員面臨著越來(lái)越多的壓力來(lái)減少設(shè)計(jì)時(shí)間并且還要確保模具質(zhì)量。
自20世紀(jì)70年代初以來(lái)各種設(shè)計(jì)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(lái)，模具子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是（研究）的焦點(diǎn)，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對(duì)于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)王等﹝11﹞提出了一個(gè)三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)冷卻效果分析設(shè)計(jì)。他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來(lái)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(jì)信息的表達(dá)和重復(fù)利用不同程度地沒(méi)有提到。
面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應(yīng)用來(lái)滿足模具設(shè)計(jì)信息表示的差距。在復(fù)雜實(shí)體中對(duì)象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨(dú)立部件和特征。然而，維持幾何實(shí)體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)。可以持久實(shí)現(xiàn)幾何實(shí)體之間關(guān)系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計(jì)方法。一種方法是在一個(gè)過(guò)程向?qū)е薪⒁粋€(gè)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖和過(guò)程知識(shí)，它基本上是一個(gè)應(yīng)用程序的測(cè)試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來(lái)引導(dǎo)用戶完成特定的計(jì)算機(jī)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(gè)基于流程的向?qū)?。本文介紹了應(yīng)用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計(jì)方法的市場(chǎng)反饋，表明這一概念大大減少了人類(lèi)知識(shí)和計(jì)算機(jī)一貫表示的差距。
在一個(gè)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(shí)際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個(gè)主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個(gè)A板和B板。王和Singh等認(rèn)識(shí)到，在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計(jì)變量，如位置、冷卻管道類(lèi)型和三維回路布局，通常需要頻繁的修改來(lái)解決部分后期設(shè)計(jì)中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。修改過(guò)程耗時(shí)且容易出錯(cuò)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師需反復(fù)編輯和更新CAD模型。莫克等開(kāi)發(fā)了可以自動(dòng)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(duì)實(shí)體之間的幾何關(guān)系沒(méi)有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專(zhuān)家設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個(gè)層次，布局設(shè)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)和決策。一種決策模塊根據(jù)儲(chǔ)存在知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則對(duì)冷卻水道的重新設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)估。然而，沒(méi)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(jì)工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到令模具設(shè)計(jì)師從繁瑣的更新和保持設(shè)計(jì)模型一致中得到解放的預(yù)期，使模具設(shè)計(jì)周期的總時(shí)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(dòng)化的冷卻水道的設(shè)計(jì)工具。
1.1通用與把握設(shè)計(jì)意圖的相關(guān)問(wèn)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(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來(lái)代替冷卻水道。在后一種方法中當(dāng)設(shè)計(jì)完成時(shí)所有的管道都連接起來(lái)形成一個(gè)冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對(duì)冷卻效果進(jìn)行評(píng)估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計(jì)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(gè)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?xì)節(jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實(shí)體需要更少的步驟。它能自動(dòng)檢測(cè)冷卻水道和其它模塊之間的功能如型腔和銷(xiāo)孔碰撞。
然而，圓柱體冷卻水道的代表形式有幾個(gè)問(wèn)題。首先，許多步驟仍需要一個(gè)簡(jiǎn)單的通道，如創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，在一個(gè)情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過(guò)一系列的對(duì)話方塊的位置和朝向運(yùn)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(shí)要再次對(duì)圓柱進(jìn)行重復(fù)編輯。這種情況很容易出錯(cuò)。其次，在冷卻水道中對(duì)自動(dòng)傳熱分析或碰撞檢測(cè)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(jì)師被繁瑣的步驟所困擾。
1.2冷卻系統(tǒng)中的語(yǔ)義定義
一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問(wèn)題。它提供獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新的定義，對(duì)冷卻系統(tǒng)的驗(yàn)證是必不可少的一種對(duì)象類(lèi)型或種類(lèi)的集合。在圖1中，顯示了簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類(lèi)型。每個(gè)組件類(lèi)型被定義為一個(gè)對(duì)象類(lèi)。
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(gè)單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個(gè)。本文中“孔”是用來(lái)描述在一個(gè)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(jiàn)下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個(gè)例子。1-5孔是冷卻水道。一個(gè)冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個(gè)冷卻回路形成一個(gè)冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個(gè)冷卻回路。一個(gè)回路可有幾個(gè)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(gè)用于鉆孔的面稱為穿透面。當(dāng)然，冷卻孔有一個(gè)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(shí)際中，如圖3中的一個(gè)例子冷卻水道跨越了多個(gè)塊。它由幾個(gè)連接的共線散熱孔（孔1，孔 2，孔3）。這樣的管道被專(zhuān)門(mén)命名為彩色線性冷卻水道。
在許多情況下，多印象設(shè)計(jì)用于模具布局。有兩種方法來(lái)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(gè)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(gè)平衡的多模式設(shè)計(jì)的印象[14]，設(shè)計(jì)者希望有印象的每個(gè)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?yàn)槊總€(gè)回路設(shè)計(jì)主要用來(lái)滿足一個(gè)印象，來(lái)滿足傳熱要求的冷卻效果會(huì)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(jì)師在冷卻回路格局上的個(gè)人的變化需求。
圖3典型的共線冷卻管道
另一方面，設(shè)計(jì)者可以把模具作為一個(gè)整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計(jì)，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。
1.3詳細(xì)的陳述
在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個(gè)組成部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個(gè)任選的圓柱體代表一個(gè)洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導(dǎo)線。更確切地說(shuō)，一個(gè)冷卻的引導(dǎo)線是從冷卻透孔中心點(diǎn)到末端孔中心點(diǎn)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(gè)散熱孔的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)，孔兩端可以選擇以下類(lèi)型：（1）末端為通孔型（2）末端為盲孔型（3）臺(tái)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(chǔ)存在每個(gè)引導(dǎo)線中的信息，就可以隨時(shí)生成圓柱形實(shí)體。
傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來(lái)表示一個(gè)冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實(shí)體中分離出來(lái)的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計(jì)思路之一是每一個(gè)引導(dǎo)線的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點(diǎn)。因此，如果這些面的位置改變了，相應(yīng)的點(diǎn)將得到很大的更新和變化。換句話說(shuō)，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(lèi)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(jìn)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(gè)冷卻回路冷卻時(shí)可以有一定的準(zhǔn)則來(lái)描述冷卻孔類(lèi)型直徑等的屬性。
事實(shí)上，冷卻圓柱體僅在需要時(shí)進(jìn)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(shí)生成。這些冷卻固體可以去除來(lái)簡(jiǎn)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(rèn)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CAM應(yīng)用程序或組件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過(guò)減去其相應(yīng)的冷卻板/插入機(jī)構(gòu)的固體來(lái)獲得。
一個(gè)引導(dǎo)路徑也用來(lái)維護(hù)其線路之間的連接。在指導(dǎo)路徑中定義了一種驗(yàn)證和核實(shí)這一條件的一個(gè)“特殊”的方法。這個(gè)共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對(duì)象類(lèi)型”。從圖4中可以看出，一個(gè)冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡(jiǎn)單的管道。每個(gè)通道都可以由一組被叫做共線指引的引導(dǎo)線來(lái)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(lái)。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(tái)階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯?，在一個(gè)冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗鼈兪强梢粤⒓催M(jìn)行任何改變的。
如圖4所示，回路的內(nèi)容和對(duì)象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個(gè)回路可以作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)線或作為一個(gè)圓柱體集。一個(gè)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(duì)象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動(dòng)更新如果諸如穿透面或鉆孔元素的某些類(lèi)型能在后面的設(shè)計(jì)階段進(jìn)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(gè)回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲(chǔ)。
2執(zhí)行方面
2.1嵌入鏈接和參數(shù)
在這個(gè)模塊冷卻設(shè)計(jì)集中，引導(dǎo)線最初是通過(guò)用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個(gè)引導(dǎo)線的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個(gè)智能點(diǎn)。一個(gè)智能點(diǎn)在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫(kù)面相關(guān)的點(diǎn)。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(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實(shí)體的性質(zhì)。由于這些引導(dǎo)線是建立于智能終點(diǎn)上的那么連通引導(dǎo)線也稱為智能線。它們每個(gè)都是由一個(gè)（盲孔）或兩個(gè)（通孔）連接在一起的。
一個(gè)冷卻圓柱體可以沿著一個(gè)圓形掃描的智能方針自動(dòng)生成，對(duì)于盲孔錐孔需增加。對(duì)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(lèi)型、冷卻孔直徑深度和臺(tái)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(kāi)發(fā)出的這個(gè)模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jì)
2.3創(chuàng)建和編輯一個(gè)冷卻回路的智能引導(dǎo)路徑
要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)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(gè)面作為穿透面（平面）的回路入口（見(jiàn)圖2）。一個(gè)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(dòng)點(diǎn)把用戶的指示點(diǎn)為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個(gè)智能點(diǎn)。引導(dǎo)第一次降溫過(guò)程生成的默認(rèn)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(diǎn)的位置。 然后，用戶可以動(dòng)態(tài)拖動(dòng)冷卻線或輸入一個(gè)盲孔的引導(dǎo)線的長(zhǎng)度值或選擇另一面說(shuō)明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導(dǎo)線的終點(diǎn)另一個(gè)智能點(diǎn)會(huì)被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)序號(hào)“1”會(huì)顯示在它附近。
為創(chuàng)建下一個(gè)引導(dǎo)線（見(jiàn)圖2），一個(gè)鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點(diǎn)的面，然后，下一個(gè)指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項(xiàng)工作的實(shí)施中向量的起點(diǎn)C的確定是參照前面的AB引導(dǎo)線和最近點(diǎn)到用戶的P點(diǎn)來(lái)表示的一個(gè)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(shí)，它能自動(dòng)延長(zhǎng)到底部鉆孔的C點(diǎn)。智能點(diǎn)是建立在與引導(dǎo)線相關(guān)的面上的C點(diǎn)上。同樣，序列號(hào)“2”顯示在引導(dǎo)線的附近。用戶還可以通過(guò)選擇一個(gè)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(gè)起點(diǎn)。用類(lèi)似的方法，一個(gè)完整的指引路徑可以被定義。當(dāng)確認(rèn)所有的指引路徑的引導(dǎo)線時(shí)，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗(yàn)證（見(jiàn)圖4）。該指引路徑被當(dāng)作一個(gè)單一的實(shí)體。正如預(yù)期的那樣，引導(dǎo)線可以創(chuàng)建或加入一個(gè)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(dòng)的定義引導(dǎo)線之間，在相應(yīng)的分支機(jī)構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個(gè)選項(xiàng)之一：（a）僅僅是一個(gè)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(gè)選項(xiàng)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(dá)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(jì)。如圖6冷卻后的引導(dǎo)線，它的性質(zhì)包括它的長(zhǎng)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(shí)上，當(dāng)引導(dǎo)線被選中，其指導(dǎo)路徑也就確定。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)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(diǎn)的位置被移動(dòng)，則整個(gè)路徑也相應(yīng)的變化。用戶可以通過(guò)有關(guān)項(xiàng)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(gè)引導(dǎo)路徑時(shí)，則冷卻固體基于個(gè)體引導(dǎo)線的屬性生成。冷卻固體僅當(dāng)用戶需要它們時(shí)創(chuàng)建。如圖4所示冷卻水道可以有不同的孔類(lèi)型。這些類(lèi)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(shí)現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動(dòng)類(lèi)型、結(jié)束類(lèi)型、孔直徑等參數(shù)用默認(rèn)類(lèi)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(shí)在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫(xiě)在它“接受”的用戶界面對(duì)話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對(duì)話框的不同，也有對(duì)預(yù)設(shè)條件驗(yàn)證領(lǐng)域的項(xiàng)目，例如，臺(tái)階孔的直徑必須大于孔徑。這是當(dāng)用戶調(diào)用點(diǎn)擊“確定”按鈕時(shí)，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗(yàn)證”（見(jiàn)圖4），。如果輸入驗(yàn)證不被接受，就會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實(shí)通過(guò)點(diǎn)擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動(dòng)生成冷卻固體的CAD的API功能。
冷卻固體可以在任何時(shí)候被刪除，但類(lèi)型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個(gè)體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時(shí)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(xì)節(jié)上，實(shí)體生成算法建立了以下六種孔的類(lèi)型：簡(jiǎn)單盲孔、簡(jiǎn)單通孔、臺(tái)階孔、臺(tái)階在通孔一端、臺(tái)階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過(guò)多個(gè)固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡(jiǎn)單。
對(duì)于一個(gè)共線冷卻水道，有個(gè)別孔由共線連接獲得。圖3說(shuō)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(guò)“選擇兩個(gè)平面創(chuàng)建臺(tái)階孔（兩端）”從A點(diǎn)開(kāi)始“綁住”面1和結(jié)束點(diǎn)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(huì)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(dòng)點(diǎn)C和結(jié)束點(diǎn)D分別是面3和面4上的點(diǎn)。因?yàn)檫@個(gè)孔應(yīng)是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點(diǎn)B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對(duì)象的驗(yàn)證方法。因此，第一個(gè)孔可以沿著面2滑動(dòng)通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個(gè)孔是用來(lái)作為參考，那么起點(diǎn)C的結(jié)束是孔1的終點(diǎn)，由于B點(diǎn)的連接，則沿著面2滑動(dòng)的第一個(gè)孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點(diǎn)移動(dòng)則面3也將更新。這兩個(gè)孔之間的智能連接由嵌入式的多個(gè)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(gè)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(shù)結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)用戶初始化一個(gè)新的模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)它會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建。原來(lái)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(jiàn)圖8）。印象儲(chǔ)存在產(chǎn)品的一部分作為實(shí)例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個(gè)在裝配上專(zhuān)門(mén)用于冷卻固體自動(dòng)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(jì)問(wèn)題，突變實(shí)體的概念必須被先介紹。這項(xiàng)功能可為幾何實(shí)體例如：實(shí)體、面、線、點(diǎn)等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過(guò)復(fù)制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實(shí)體獲得的。這些復(fù)制的實(shí)體被稱為突變實(shí)體。當(dāng)一個(gè)源實(shí)體被修改，其相應(yīng)的突變實(shí)體也會(huì)自動(dòng)更新。源實(shí)體被稱為原型實(shí)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(gè)相應(yīng)的突變面A1，面A1對(duì)它的原型面（子對(duì)母），或A2面對(duì)面A1（子對(duì)子）。在一個(gè)裝配建模環(huán)境下，另外一個(gè)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(shí)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(shí)體。
圖8在模具裝配樹(shù)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(gè)面去創(chuàng)建一個(gè)冷卻引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)突變面（子部分對(duì)母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實(shí)體，包括智能點(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時(shí)，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導(dǎo)路徑和固體（子部分對(duì)子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實(shí)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(huì)自動(dòng)平衡。在圖10中用了一個(gè)與均衡冷卻回路的四印象模式的實(shí)例來(lái)說(shuō)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(shí)，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見(jiàn)圖8）。當(dāng)用戶從插件部分選擇一個(gè)面，則在冷卻線的一部分（子部分對(duì)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(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻實(shí)體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實(shí)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(shí)體可以自動(dòng)更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)在很大程度上得到了減少。
3.未來(lái)整合專(zhuān)家系統(tǒng)
顯然，這個(gè)模塊的功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，它極有可能將這項(xiàng)可以納入冷卻水道設(shè)計(jì)規(guī)則的模塊與專(zhuān)家系統(tǒng)整合。對(duì)其中的一些邏輯規(guī)則進(jìn)行了討論【10,11,15】。作者認(rèn)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(jì)工具中的一種相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)被放在獨(dú)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(diǎn)是模具設(shè)計(jì)人員可以更容易的在整個(gè)設(shè)計(jì)生命周期中進(jìn)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(shí)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(dòng)。這種方法能有效和高效的應(yīng)用在模具設(shè)計(jì)中。
·致謝本文的目的僅是報(bào)道研究的方法。作者承認(rèn)他們的研究工作正在進(jìn)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(gè)SIMT項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國(guó)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(cè)商標(biāo)。
本文摘譯自：
中原工學(xué)院圖書(shū)館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。
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哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目：航空杯注塑成形工藝及模具設(shè)計(jì)
院 、 系：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
系 主 任：
年 月 日
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
航空杯注塑成形工藝及模具設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)是航空杯塑料零件的注塑模具設(shè)計(jì)，在結(jié)合了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)后把CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在注塑模具的設(shè)計(jì)上，在CAD系統(tǒng)實(shí)行了模型和注塑模具的設(shè)計(jì)。本文介紹了我國(guó)當(dāng)前模具技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及CAD/CAM在模具上的應(yīng)用，其中包括AUTOCAD。主要的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括塑料注塑模具的工作原理及應(yīng)用，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。塑料注塑模的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注塑機(jī)的選用，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，動(dòng)、定模，澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)，頂出機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)等設(shè)計(jì)等方面。如此設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)可確保模具工作運(yùn)行可靠。
關(guān)鍵詞 ：CAD；CAM；注塑模；工藝
- V -
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
Forming process and die design of airline cup injection
Abstract
It is to design the holder injection mould, references to the traditional mechanical design, focus on the CAD/CAM application in the plastic mould design, that is to say to apply the CAD system in model and plastic injection mould design. This artic introduces the mould technology and the CAD/CAM application of mould in china nowadays. Including AUTOCAD，MASTERCAM. While main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould, design standards. The calculation of the plastic mould design concerns about the mould construction design, choosing Injection Molding Machine, injection system ,the move mould, immobility mould, the irrigating system, the doffing mould organ, the goring organ, the cooling system’s design and so on.
The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould.
Key words: CAD;CAM;PLASTIC INJECTION;MOULD
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒 論 1
1.1 模具的作用與地位 1
1.2 本次設(shè)計(jì)研究目的及意義 1
1.3 CAD發(fā)展概況 1
1.4 注塑模CAD內(nèi)容 2
第2章 塑件的工藝分析 4
2.1 塑件的工藝性分析 4
2.1.1 塑件的原材料分析 4
2.1.2 PS的性能分析 5
2.1.3 PS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 5
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 6
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 6
2.2.2 尺寸精度分析 6
2.2.3 表面質(zhì)量分析 6
2.3 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 6
第3章 注射機(jī)的選擇及校核 7
3.1 注射機(jī)的選擇 7
3.2 型腔數(shù)目的確定及校核 8
3.3 鎖模力的校核 9
3.4 開(kāi)模行程的校核 9
第4章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11
4.1 分型面的選擇 11
4.2 主流道的設(shè)計(jì) 12
4.3 分流道設(shè)計(jì) 12
4.4 澆口設(shè)計(jì) 13
4.4.1 剪切速率的校核 14
4.4.2 主流道剪切速率校核 14
4.4.3 澆口剪切速率的校核 15
第5章 成型零部件設(shè)計(jì) 16
5.1 成型零件校核 16
5.2 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核 17
5.3 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算 17
第6章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
第7章 頂出系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
7.1 推桿推出機(jī)構(gòu) 21
7.2 推件板推出機(jī)構(gòu) 22
7.3 推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
第8章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25
8.1 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 25
8.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25
8.2.1 設(shè)計(jì)原則 25
8.2.2 冷卻時(shí)間的確定 26
8.2.3 塑料熔體釋放的熱量 26
8.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 26
8.2.5 注射模通過(guò)自然冷卻傳導(dǎo)走的熱量 27
8.2.6 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 28
8.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 28
第9章 模具工作原理說(shuō)明 31
總 結(jié) 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
第1章 緒 論
1.1 模具的作用與地位
模具是指工業(yè)生產(chǎn)上通過(guò)注塑、壓鑄或鍛壓等方式生產(chǎn)產(chǎn)品所用的各種模型和工具，是工業(yè)生產(chǎn)中極其重要而又不可或缺的特殊基礎(chǔ)工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。其生產(chǎn)過(guò)程集精密制造、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制為一體，既是高新技術(shù)載體，又是高新技術(shù)產(chǎn)品。由于使用模具批量生產(chǎn)制件具有的高生產(chǎn)效率、高一致性、低耗能耗材，以及有較高的精度和復(fù)雜程度，因此已越來(lái)越被國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)所重視，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、汽車(chē)、信息、航空、航天、輕工、軍工、交通、建材、醫(yī)療器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造領(lǐng)域，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機(jī)、汽車(chē)、摩托車(chē)、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、錄像機(jī)、傳真機(jī)、電話及手機(jī)等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、吸塵器、電風(fēng)扇、自行車(chē)等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；在槍支等兵器軍工產(chǎn)品中占95%以上。為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防現(xiàn)代化和高端技術(shù)服務(wù)做了重要貢獻(xiàn)。模具工業(yè)是重要的基礎(chǔ)工業(yè)。工業(yè)要發(fā)展，模具須先行。沒(méi)有高水平的模具就沒(méi)有高水平的工業(yè)產(chǎn)品。現(xiàn)在，模具工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，模具技術(shù)也已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。
1.2 本次設(shè)計(jì)研究目的及意義
(1).調(diào)查研究中外文獻(xiàn)檢索和閱讀能力；
(2).綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)理論和知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；
(3).設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖的能力，包括使用計(jì)算機(jī)的能力；
(4).掌握模具設(shè)計(jì)方法和步驟，了解模具的加工工藝過(guò)程；
(5).邏輯思維與形象思維相結(jié)合的文字及口頭表達(dá)能力；
(6).撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）的能力；
(7).養(yǎng)成嚴(yán)肅、認(rèn)真、細(xì)致地從事技術(shù)工作的優(yōu)良作風(fēng)。
1.3 CAD發(fā)展概況
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-ComputerAidedDesign)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。CAD的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲(chǔ)與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計(jì)算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖等項(xiàng)任務(wù)，并通過(guò)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方案。
CAD(ComputerAidedDesign）誕生于20世紀(jì)60年代，是美國(guó)麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計(jì)劃，由于當(dāng)時(shí)硬件設(shè)施的昂貴，只有美國(guó)通用汽車(chē)公司和美國(guó)波音航空公司使用自行開(kāi)發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。70年代，小型計(jì)算機(jī)費(fèi)用下降，美國(guó)工業(yè)界才開(kāi)始廣泛使用交互式繪圖系統(tǒng)。80年代，由于PP機(jī)的應(yīng)用，CAD得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)從事CAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的公司。CAD最早的應(yīng)用是在汽車(chē)制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中。隨著計(jì)算機(jī)變得更便宜，應(yīng)用范圍也逐漸變廣。通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對(duì)機(jī)械行業(yè)針對(duì)性差，不過(guò)幸運(yùn)的是，AutoCAD是個(gè)開(kāi)放性軟件，可以對(duì)它進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，如采用ADS，ARX語(yǔ)言等。由于二次開(kāi)發(fā)的深入，加強(qiáng)了參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等，這樣充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的搜索功能和運(yùn)算功能。
CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)于徹底改變塑料模具設(shè)計(jì)與制造的傳統(tǒng)方法與落后面貌，提高模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率，縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期，具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員、模具制作人員、工程師提供指導(dǎo)，通過(guò)仿真設(shè)置和結(jié)果闡明來(lái)展示壁厚、澆口位置、材料、幾何形狀變化如何影響可制造性。實(shí)現(xiàn)了對(duì)注塑過(guò)程的模擬、設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用和精確計(jì)算，并逐步優(yōu)化模擬過(guò)程，使設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以在計(jì)算機(jī)上“制造”塑料產(chǎn)品。據(jù)美國(guó)Protetype&PlasticMold公司統(tǒng)計(jì)，該公司使用CAD系統(tǒng)后一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準(zhǔn)備時(shí)間，制造周期平均縮短了30%，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。塑料模具CAD的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1.4 注塑模CAD內(nèi)容
在模具設(shè)計(jì)中，模架及某些零件，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標(biāo)、行標(biāo)或國(guó)標(biāo)。對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫(kù)，以被設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。對(duì)于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容，已有一些較成熟的計(jì)算方法或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，可設(shè)置這些計(jì)算公式的模塊，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行快速計(jì)算。注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：
1.注塑制品的幾何造型
2.模腔面形狀的生成
3.模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)
4.標(biāo)準(zhǔn)模架選擇
5.部裝圖及總裝圖的生成
6.模具零件圖的生成
7.常規(guī)計(jì)算和校核。
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第2章 塑件的工藝分析
該塑件是航空杯產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用PS，生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)。
圖2-1 航空杯圖
2.1 塑件的工藝性分析
2.1.1 塑件的原材料分析
（1） 外形尺寸 該塑件壁厚為3mm，塑件外形尺寸一般，塑料熔體流程不太長(zhǎng)，適合于注射成型。
（2） 精度等級(jí) 按實(shí)際公差MT5進(jìn)行計(jì)算。
（3） 脫模斜度 PS屬于無(wú)定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-10選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。
2.1.2 PS的性能分析
（1） 使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好；易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合做一般機(jī)械零件、剪摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。
（2） 成型性能
1) 無(wú)定型料，吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。
2) 流動(dòng)性中等，溢變料0.04mm左右
3) PS的主要性能指標(biāo)
表2-1 PS的主要性能指標(biāo)
塑料名稱
PS
密度
g/cm
1.02-1.08
比容
cm/g
0.86-0.98
吸水率
％
0.2-0.4
收縮率
％
0.4-0.7
熔點(diǎn)
C
130-160
比熱容
1470
屈服強(qiáng)度
MPa
50
拉伸彈性模量
MPa
1.4
抗彎強(qiáng)度
MPa
80
抗壓強(qiáng)度
MPa
53
彎曲彈性模量
MPa
1.4
2.1.3 PS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù)
（1） 注射成型過(guò)程
1) 成型前的準(zhǔn)備。對(duì)PS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于HIPS吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。
2) 注射過(guò)程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔，其過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。
3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75℃，處理時(shí)間為16~20s。
（2） 注射工藝參數(shù)
1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min.
2）料筒溫度（℃）：后段150~170；
中段165~180；
前段180~200.
3）噴嘴溫度(℃):170~180
4）模具溫度(℃):50~80
5）注射壓力(MPa):60~100
6）成型時(shí)間（s）:30(注射時(shí)間取2.2，冷卻時(shí)間19.8，輔助時(shí)間8).
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析
從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。在凸臺(tái)上,孔對(duì)稱分布,因此,模具設(shè)計(jì),該零件屬于中等復(fù)雜程度.
2.2.2 尺寸精度分析
從塑件的壁厚上來(lái)看,壁厚最大處為3mm,壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。
2.2.3 表面質(zhì)量分析
該零件的表面除要求沒(méi)有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒(méi)有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出,注塑時(shí)在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證.
2.3 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算塑件的體積：由PRO/E軟件測(cè)得為234580.45
采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注塑機(jī)XS—ZY—125型。
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第3章 注射機(jī)的選擇及校核
3.1 注射機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)詳細(xì)地了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計(jì)出合乎要求的模具，應(yīng)了解的技術(shù)規(guī)范有：注射機(jī)的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開(kāi)模行程以及機(jī)床模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸。
公稱注塑量；指在對(duì)空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí),注塑成型過(guò)程所需要的時(shí)間稱為裝置所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)的加工能力。
注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力,螺桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。
注射速率；為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。常用的注射速率如表所示。
表3-1 注射速率
注射量/CM
125
250
500
1000
2000
4000
6000
10000
注射速率/CM/S
125
200
333
570
890
1330
1600
2000
注射時(shí)間/S
1
1.25
1.5
1.75
2.25
3
3.75
5
塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng),則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期.
鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開(kāi).
合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開(kāi)距,動(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍.
開(kāi)合模速度；為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開(kāi)模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開(kāi)模時(shí)由慢到快在到停.
空循環(huán)時(shí)間；在沒(méi)有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間.
選擇螺桿式注塑機(jī)的型號(hào)為：XS-ZY-500，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
表3-2 注射機(jī)參數(shù)
注塑機(jī)型號(hào)
XS-ZY-
額定注射量
500cm3
螺桿（柱塞）直徑
85mm
注射壓力
121Mpa
注射行程
260mm
注射方式
螺桿式
鎖模力
4500KN
最大成型面積
1800cm2
最大開(kāi)合模行程
700mm
模具最大厚度
700mm
模具最小厚度
300mm
噴嘴圓弧半徑
R18mm
噴嘴孔直徑
Φ7.5mm
頂出形式
兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出
動(dòng)、定模固定板尺寸
900X1000mm
拉桿空間
650X550mm
合模方式
中心液壓、兩側(cè)機(jī)械頂桿
液壓泵
流量
200、18L/min
壓力
614Mpa
電動(dòng)機(jī)功率
40KW
加熱功率
14KW
機(jī)器外形尺寸
7670X1740X2380mm
3.2 型腔數(shù)目的確定及校核
根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)效率的要求，本模具采用一模2腔型腔結(jié)構(gòu)，即型腔數(shù)目。因型腔數(shù)量與注射機(jī)的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關(guān)，因此有任何一個(gè)參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機(jī)料筒塑化速率確定型腔數(shù)量；
(3-1)
式中——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
——注射機(jī)最大注塑量，g；
——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量，；
——單個(gè)塑件的質(zhì)量，。
式中、、也可以為注射機(jī)最在注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、
單個(gè)塑件的體積（cm3）。
故取滿足我們?cè)O(shè)計(jì)要求。
3.3 鎖模力的校核
注射成型時(shí)，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時(shí)，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關(guān)，為了可靠地鎖模，不使成型過(guò)程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模離，即：
模具的鎖模力通常應(yīng)該滿足下式
(3-2)
F為鎖模力，K為系數(shù)取1.1-1.2，為模腔壓力可取35Mpa，A為塑件在分型面上的投影面積，由PRO/E軟件測(cè)得為234580.45 ，代入上式可得
F=9031.347KN≤10000KN (3-3)
符合要求
3.4 開(kāi)模行程的校核
注射機(jī)開(kāi)模行程是有限的，開(kāi)模行程應(yīng)該滿足分開(kāi)模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機(jī)的最大開(kāi)模距離必須大于取出塑件所需的開(kāi)幕距離。為了保證開(kāi)模后既能取出塑件又能取出流道內(nèi)的凝料，對(duì)于雙分型面注射模具，需要滿足下式：
(3-4)
式中—模具開(kāi)模行程；
—推出距離（脫模距離）
—塑件高度；（H2）
—定模板與中間板之間的分開(kāi)距離。
則=291mm<500mm (3-5)
小于注射機(jī)最大開(kāi)合模行程，故滿足要求。
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第4章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流道、冷料穴，澆口。
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、尺寸精度等）都有直接影響，故設(shè)計(jì)時(shí)要使型腔布置和澆口開(kāi)始部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，而澆口的位置也要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說(shuō)來(lái)，需要注意以下問(wèn)題：
1.適應(yīng)塑料的工藝性；
2.流程要短；
3.排氣良好；
4.避免料流直沖型芯或嵌件；
5.澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應(yīng)盡量?。?
6.澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對(duì)稱；
7.修整方便，保證制品外觀質(zhì)量；
8.防止塑件變形。
4.1 分型面的選擇
分型面是模具結(jié)構(gòu)中的基準(zhǔn)面，選擇模具分型面時(shí)通?？紤]如下有關(guān)問(wèn)題：
1根據(jù)塑件的某些技術(shù)要求，確定成型零件在動(dòng)模和定模上的配置；
2塑件的生產(chǎn)批量；
3結(jié)合塑件的流動(dòng)性確定澆注系統(tǒng)的形式和位置；
4型腔的溢流和排氣條件；
5模具加工的工藝性。
圖4-1 分型面圖
4.2 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開(kāi)始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。在臥式注射機(jī)上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設(shè)計(jì)成圓錐形，主流道通常設(shè)計(jì)在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機(jī)的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設(shè)計(jì)的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應(yīng)盡量選得小些。如果D過(guò)大模腔內(nèi)部壓力對(duì)澆口套的反作用也將按比例增大，到達(dá)一定程度澆口套容易從模體中彈出。
4.3 分流道設(shè)計(jì)
分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動(dòng)通道。多型腔模具一定設(shè)置分流道，大型塑件由于使用多澆口進(jìn)料也需設(shè)置分流道。分流道的作用是改變?nèi)垠w流向，使其平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個(gè)型腔。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減少流動(dòng)過(guò)程中的熱量損失與壓力損失。
1.分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：
（1）流經(jīng)分流道的熔體溫度和壓力的損失要少。為此，分流道一要短，二要使粗糙度降到最低，三是容積要小，四是少?gòu)澱邸?
（2）要使分流道的固化時(shí)間稍慢于制品的固化時(shí)間，以利保壓、補(bǔ)縮和壓力傳遞。
（3）要使熔料能迅速而又均勻地進(jìn)入各型腔，故在多型腔設(shè)計(jì)時(shí)，在保證模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，力求采用平衡進(jìn)料，而且在保證模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，力求緊湊、集中。
（4）便于加工，便于使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，免于制造專(zhuān)用刀具。
2.分流道的截面形狀
分流道的截面類(lèi)型有圓形、梯形、U形、半圓形等，根據(jù)塑件的材料流動(dòng)性較好，長(zhǎng)度較短，無(wú)側(cè)抽，可以采用圓形分流道且呈輻射狀布置。由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。
3.分流道的布置
分流道的布置取決于型腔的布局，兩者互相影響。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式兩種。
（1）平衡式布置
平衡式布置要求從主流道至各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、斷面尺寸等都必須對(duì)應(yīng)相等，達(dá)到各個(gè)型腔的熱平衡和塑料流動(dòng)平衡。因此各個(gè)型腔的澆口尺寸可以相同，達(dá)到各個(gè)型腔同時(shí)均衡進(jìn)料。
（2）非平衡式布置
非平衡式布置的主要特點(diǎn)是主流道至各個(gè)型腔的分流道長(zhǎng)度各不相同（或加上型腔大小不同）。為了使各個(gè)型腔同時(shí)均衡進(jìn)料，各個(gè)型腔的澆口尺寸必定不相同。
本塑件的分流道采用了平衡式布置。
4.4 澆口設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔之間的一段細(xì)短流道，澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對(duì)塑件的質(zhì)量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個(gè)：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。
常用的澆口形式有直接澆口、側(cè)膠口、側(cè)膠口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對(duì)塑料熔體的充型特性、成型質(zhì)量及塑件的性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對(duì)于不同的澆口形式也會(huì)有不同的適應(yīng)性。
在模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，它一般根據(jù)下述幾項(xiàng)原則來(lái)參考：
盡量縮短流動(dòng)距離；
澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件壁最厚處；
必須盡量減少或避免熔接痕；
應(yīng)有利于型腔中氣體的排除；
考慮分子定向的影響；
避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)；
不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設(shè)置澆口；
澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件外觀質(zhì)量。
圖4-2 澆口位置圖
4.4.1 剪切速率的校核
生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量最好。對(duì)一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計(jì)算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：
R= (4-1)
式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑（CM）。
4.4.2 主流道剪切速率校核
Q=0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S） (4-2)
T注射時(shí)間：T=2.5（S）；
R主流道的平均當(dāng)量截面半徑：R==0.538（CM） (4-3)
d 主流道小端直徑 ， d=0.63 （CM）； d主流道大端直徑，d=1.2（CM） (4-4)
R== 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S (4-5)
5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件)
4.4.3 澆口剪切速率的校核
R= =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S (4-6)
其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當(dāng)量面積S=R 所以R=7mm。
單從計(jì)算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模1腔，無(wú)分流道，壓力損失少，進(jìn)料速度快，成型比較容易，，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。
從以上的計(jì)算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。
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第5章 成型零部件設(shè)計(jì)
本成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。查表得PP收縮率為Q=1～2.5%，故平均收縮率為Qcp=（0.3+0.8）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取z=△/3。
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(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，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。
PS的成型收縮率為0.4%--0.7%所以平均收縮率取 s=0.55%。
塑件尺寸公差按SJ1372--78標(biāo)準(zhǔn)中的5級(jí)精度成型。
5.1 成型零件校核
（a）采用臺(tái)肩固定的形式，
（b）塑件的尺寸公差源自《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的塑件公差
數(shù)值表3.1。塑件尺寸，
(5-1)
(5-2)
式中 s——塑料的平均收縮率，PS為0.005；
——塑件外徑尺寸；
——修正系數(shù)（取0.75）；
——塑件尺寸公差，見(jiàn)上塑料尺寸公差值；
——模具制造誤差，其他誤差忽略，當(dāng)尺寸小于50mm時(shí)，；當(dāng)塑件尺寸大于50mm 時(shí)，。
（a）采用臺(tái)肩固定的形式，下底面用模珂與動(dòng)模壓緊。
（b）塑件的尺寸公差源自《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的塑件公差數(shù)值表。
塑件尺寸 ，。
(5-3) (5-4)
式中各符號(hào)同前。
5.2 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核
由于塑件成型部分采用模仁，再?gòu)哪０迳祥_(kāi)框把模仁鑲?cè)耄寐萁z吃緊。成型部分離模仁有滿足條件的規(guī)定距離（20～25mm），而模仁離模板四周也有滿足條件的規(guī)定距離，所以成型時(shí)型腔零件完全滿足強(qiáng)度和剛度的要求，在這里就不一一校核。在動(dòng)模板上，由于成型壓力很大部分垂直壓在其上，底部為了節(jié)約材料不打算采用支撐板。
模架如圖4.1所示：
圖5-1 模架
5.3 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
(1)凹模型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
凹模型腔為組合式型腔，按強(qiáng)度條件計(jì)算公式
S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1進(jìn)行計(jì)算。
式中各參數(shù)分別為：
p=50Mpa(選定值)；
[δ]=0.05mm；
[σ]=160MPa
r=28mm
S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 (5-5)
=28[(160/160-2×50)1/2]-1
≈16.8mm
一般在加工時(shí)為了加工方便，我們通常會(huì)取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為17。
(2)凹模底板厚度計(jì)算
按強(qiáng)度條件計(jì)算，型腔地板厚為：
p=50 Mpa
r=28mm
[σ]=160MPa
h≥{1.22pr2/[σ]}1/2 (5-6)
≥{1.22×50×282/160}1/2
≥17.3mm
一般在加工時(shí)為了加工方便，我們通常會(huì)取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為18mm。
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第6章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)模和定模上下模合模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位，本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)除了有定位和導(dǎo)向作用外，還要承受一定的側(cè)向壓力。塑料熔體在充型過(guò)程中可能產(chǎn)生單面?zhèn)葔毫?，或者由于成型設(shè)備精度低的影響，使導(dǎo)柱承受了一定的側(cè)向壓力，從保證模具的正常工作。導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式可采用帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，導(dǎo)柱導(dǎo)面部分長(zhǎng)度比凸模端面高出8～12㎜，以避免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔。導(dǎo)柱材料采用T10，HRC50～55，導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導(dǎo)向部分Ra為0.8～0.4μm，本設(shè)計(jì)采用？根導(dǎo)柱，固定端與模板間采用H7/m6
導(dǎo)套常采用T10A，Ⅱ型導(dǎo)套，采用H7/m6配合鑲?cè)肽０?。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
導(dǎo)柱：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長(zhǎng)的導(dǎo)柱應(yīng)開(kāi)設(shè)油槽，內(nèi)存潤(rùn)滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。若導(dǎo)柱需要支撐模板的重量，特別對(duì)于大型、精密的模具，導(dǎo)柱的直徑需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。
導(dǎo)套：導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)，帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。
設(shè)計(jì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套需要注意的事項(xiàng)有：
（1）合理布置導(dǎo)柱的位置，導(dǎo)柱中心至模具外緣至少應(yīng)有一個(gè)導(dǎo)柱直徑的厚度；導(dǎo)柱不應(yīng)設(shè)在矩形模具四角的危險(xiǎn)斷面上。通常設(shè)在長(zhǎng)邊離中心線的1/3處最為安全。導(dǎo)柱布置方式常采用等徑不對(duì)稱布置，或不等直徑對(duì)稱布置。
（2）導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度應(yīng)比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導(dǎo)向與引導(dǎo)作用。
（3）導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時(shí)可采取更低的配合要求；導(dǎo)柱固定部分配合精度采用H7/k6；導(dǎo)套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長(zhǎng)度通常取配合直徑的1.5~2倍，其余部分可以擴(kuò)孔，以減小摩擦，降低加工難度。
（4）導(dǎo)柱可以設(shè)置在動(dòng)?；蚨?，設(shè)在動(dòng)模一邊可以保護(hù)型芯不受損壞，設(shè)在定模一邊有利于塑件脫模。本書(shū)模具設(shè)置四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)帶頭導(dǎo)柱配合標(biāo)準(zhǔn)直導(dǎo)套作為導(dǎo)向系統(tǒng)，導(dǎo)柱設(shè)置在動(dòng)模上，以保護(hù)型芯不受損壞。導(dǎo)套和導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)如下：
導(dǎo)柱：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長(zhǎng)的導(dǎo)柱應(yīng)開(kāi)設(shè)油槽，內(nèi)存潤(rùn)滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。若導(dǎo)柱需要支撐模板的重量，特別對(duì)于大型、精密的模具，導(dǎo)柱的直徑需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。
導(dǎo)套：導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)，帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。
第7章 頂出系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
塑件在從模具上取下以前，還有一個(gè)從模具的成型零件上脫落的過(guò)程，使塑料件從成型零件上脫落的機(jī)構(gòu)為推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過(guò)裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿或者液壓缸來(lái)完成的。
推出機(jī)構(gòu)可按其推出動(dòng)作的動(dòng)力來(lái)源分為手動(dòng)推出機(jī)構(gòu)、機(jī)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)、液壓和氣壓推出機(jī)構(gòu)。手動(dòng)推出機(jī)構(gòu)是模具開(kāi)模后，由人工操縱的推出機(jī)構(gòu)推出塑件，一般多用于塑件滯留在定模一側(cè)的情況；機(jī)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)利用注射機(jī)的開(kāi)模動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模具上的推出機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模；液壓和氣動(dòng)推出機(jī)構(gòu)是依靠設(shè)置在注射機(jī)上的專(zhuān)用液壓和氣動(dòng)裝置，將塑件推出或者從模具中吹出。推動(dòng)機(jī)構(gòu)還可以根據(jù)推出零件的類(lèi)別分類(lèi)，可分為推桿推出機(jī)構(gòu)、推管推出機(jī)構(gòu)、凹模或成型推桿（塊）推出機(jī)構(gòu)、多元綜合推出機(jī)構(gòu)等。另外還可以根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特征來(lái)分類(lèi)，如：簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)、動(dòng)定模雙向推出機(jī)構(gòu)、順序推出機(jī)構(gòu)、二級(jí)推出機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)凝料的脫模機(jī)構(gòu)；帶螺紋塑件的脫模機(jī)構(gòu)等等。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。
保證塑件不因推出而變形損壞。
機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)作可靠。
良好的塑件外觀。
合模時(shí)的正確復(fù)位。
7.1 推桿推出機(jī)構(gòu)
由于設(shè)置推桿位置的自由度較大，因而推桿推出機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的推出機(jī)構(gòu)，常被用來(lái)推出各種塑件。推桿的截面形狀根據(jù)塑件的推出情況而定，可設(shè)計(jì)成圓形、矩形等等。其中圓形最為常用，因?yàn)槭褂脠A形推桿的地方，較容易達(dá)到推桿合模板或型芯上推桿孔的配合精度，另外圓形推桿還具有減少運(yùn)動(dòng)阻力、防止卡死現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，損壞后還便于更換。
合理地布置推桿的位置時(shí)推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要工作之一，推桿的位置分布得合理，塑件就不致于變形或被頂壞。推桿位置分布應(yīng)注意：
1.應(yīng)設(shè)在脫模阻力大的地方；
2.推桿應(yīng)均勻布置；
3.推桿應(yīng)設(shè)在塑件強(qiáng)度剛度較大處；
4.推桿的直徑；
5.推桿的形狀及固定形式。
7.2 推件板推出機(jī)構(gòu)
推件板推出機(jī)構(gòu)是由一塊于凸模按一定配合精度相配合的模板，在塑件的整個(gè)周邊端面上進(jìn)行推出，因此，作用面積大。推出力大而均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，并且塑件上無(wú)推出痕跡。但如果型芯合推件板的配合不好，則在塑件上會(huì)出現(xiàn)毛刺，而且塑件有可能會(huì)滯留在推件板上。
結(jié)合以上這幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則和各種推出機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，和經(jīng)過(guò)對(duì)塑件的分析，本人在此提出了兩種塑件推出方案，這兩種方案的特點(diǎn)分別如下：
方案（一）：
采用推桿推出，如圖3.5.1所示，利用塑件的兩個(gè)凸臺(tái)安置推桿，還有頂部可安置一根。
圖7-1 推桿推出形式
方案（二）：
采用推板推出，如圖7.2所示，用推板將塑件推出。
經(jīng)過(guò)對(duì)塑件的分析，因?yàn)樗芗诤裰挥?㎜，如果采用推板推出的話，將會(huì)使得塑件變形，所以本人采用方案（一）推桿推出塑件。
圖7-2 推板推出形式
7.3 推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了保證推出機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中靈活、平穩(wěn)，每次合模后，推出元件能回到原來(lái)的位置，通常需要設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位裝置。
（1）、導(dǎo)向零件
推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向零件，通常由推板導(dǎo)柱與推板導(dǎo)套組成，簡(jiǎn)單的小模具也可由推板導(dǎo)柱直接與推板上的導(dǎo)向孔組成。導(dǎo)向零件使各推出元件得以保持一定的配合間隙，從而保證推出和復(fù)位動(dòng)作順利進(jìn)行。有的導(dǎo)向零件在導(dǎo)向的同時(shí)還起支承作用。常用的導(dǎo)向形式如圖3.5.3 a～c所示。圖 3.5.3 a中推板導(dǎo)柱固定在支承板上，圖3.5.3 b為推板導(dǎo)柱兩端固定形式，圖3.5.3 a、b均為推板導(dǎo)柱與推板導(dǎo)套相配合的形式，而且推板導(dǎo)柱除了起導(dǎo)向作用外，還支承著動(dòng)模支承板，從而改善了支承板的受力狀況，大大提高了支承板的剛性，圖3.5.3 c為推板導(dǎo)柱固定在支承板上的結(jié)構(gòu)，且推板導(dǎo)柱直接與模板上的導(dǎo)線孔相配合，推板導(dǎo)柱也不起支承作用，這種相似用于生產(chǎn)較小批量塑件的小型模具。當(dāng)模具較大時(shí)最好采用圖3.5.3 a、b的結(jié)構(gòu)。推板導(dǎo)柱的數(shù)量根據(jù)模具的大小而定，至少要設(shè)置兩根，大型模具需要四根。
(a) (b) (c)
圖7-3 導(dǎo)向形式
在分析了幾種形式的推板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)后，本人決定采用圖 7.3 a形式的推板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，不過(guò)其具體結(jié)構(gòu)有一點(diǎn)改變，其設(shè)計(jì)如圖7.4所示：
圖7-4 改進(jìn)后推板導(dǎo)向形式
（2）、復(fù)位桿復(fù)位
為了使推出元件合模后能回到原來(lái)的位置，推桿固定板上同時(shí)裝有復(fù)位桿，如圖所示。常用的復(fù)位桿均采用圓形截面,一般每副模具設(shè)置四復(fù)位桿，其位置近來(lái)能夠設(shè)在固定板的四周，以便推出機(jī)構(gòu)合模時(shí)復(fù)位平穩(wěn)，復(fù)位桿端面與所在動(dòng)模分型面平齊。
（3）、彈簧復(fù)位
彈簧復(fù)位時(shí)利用彈簧的彈力使推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。
彈簧復(fù)位與復(fù)位桿復(fù)位的主要區(qū)別是：用彈簧復(fù)位時(shí)，推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位先于合模動(dòng)作完成，所以，通常為了便于活動(dòng)鑲件的安放而采用彈簧先復(fù)位機(jī)構(gòu)。
在本模具設(shè)計(jì)中，沒(méi)有活動(dòng)鑲件，所以使用復(fù)位桿復(fù)位已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求，而且復(fù)位桿復(fù)位將會(huì)使得模具加工方便，所以在設(shè)計(jì)中選用復(fù)位桿復(fù)位。
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第8章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具成型過(guò)程中，模具溫度會(huì)直接影響到塑料熔體的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。模具溫度過(guò)高，成型收縮大，脫模后塑件變形大，并且還容易造成溢料和粘膜；模具溫度過(guò)低，則熔體流動(dòng)性差，塑料輪廓不清晰，表面會(huì)產(chǎn)生明顯的銀絲或流紋等缺陷；當(dāng)模具溫度不均勻時(shí)，型芯和型腔溫差過(guò)大，塑料收縮不均勻，導(dǎo)致塑料翹曲變形，會(huì)影響塑件的形狀和尺寸精度。綜上所述，模具上需要設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到理想的溫度要求。PP推薦的成型溫度為160-220℃，模具溫度為40~80℃ 。
8.1 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求
（1） 根據(jù)塑料的品種確定是對(duì)模具采用加熱方式還是冷卻方式；
（2）希望模溫均一，塑件各部同時(shí)冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量；
（3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好；
(4)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低廉；
(5)從成型溫度和使用要求看，需要對(duì)該模具進(jìn)行冷卻，以提高生產(chǎn)率。
8.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
8.2.1 設(shè)計(jì)原則
（1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
（2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對(duì)塑件的冷卻效果越好；
（3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗(yàn)表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。
（4）澆口處加強(qiáng)冷卻，冷卻水從澆口處進(jìn)入最佳；
（5）應(yīng)降低進(jìn)水和出水的溫差，進(jìn)出水溫差一般不超過(guò)5℃
（6）冷卻水的開(kāi)設(shè)方向以不影響操作為好，對(duì)于矩形模具，通常沿寬度方向開(kāi)設(shè)水孔。
（7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉。
8.2.2 冷卻時(shí)間的確定
在對(duì)冷卻系統(tǒng)做計(jì)算之前，需要對(duì)某些數(shù)據(jù)取值，以便對(duì)以后的計(jì)算作出估算；取閉模時(shí)間3S，開(kāi)模時(shí)間3S，頂出時(shí)間2S，冷卻時(shí)間30S，保壓時(shí)間20S，總周期為60S。
其中冷卻時(shí)間依塑料種類(lèi)、塑件壁厚而異，一般用下式計(jì)算：
t=㏑[·]
=62/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)] (8-1)
= 73（S）
式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm；
——塑料熱擴(kuò)散系數(shù)(mm/s)，=0.07；
T——成型溫度160-220℃，T取200℃；
T——平均脫模溫度，T取80℃；
T——模具溫度40~80℃，T取50℃。
由計(jì)算結(jié)果得冷卻時(shí)間需要73 S，這么長(zhǎng)的冷卻時(shí)間顯然是不現(xiàn)實(shí)的。本模具型芯中的冷卻管道擴(kuò)大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動(dòng)，冷卻效果大為增強(qiáng)。參照經(jīng)驗(yàn)推薦值，冷卻時(shí)間取30S即可。
8.2.3 塑料熔體釋放的熱量
Q =nG C(t－t)
= 60×217.6×10×1.9×（220－60） (8-2)
= 3969.02KJ/h
式中：n——每小時(shí)注射次數(shù)， n=60 （次）；
G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10；
C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9 ；
t——熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度℃，t=220；
t——塑件脫模溫度℃，t=60。
8.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱
Q=3.6A(t－t)
=3.6×4069×10×140×（220－50） (8-3)
=348.63 KJ/h
式中：A——注塑機(jī)的噴嘴頭與模具的接觸面積（m），A=4069×10m（A=4R =4×3.14×18=4069×10m，R=18mm注塑機(jī)噴嘴球半徑，）；
——金屬傳熱系數(shù) =140(W/ m℃)；
t——模具平均溫度℃ t=50 ；
t——熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度℃ t=220。
8.2.5 注射模通過(guò)自然冷卻傳導(dǎo)走的熱量
（1）對(duì)流傳熱
Q=hA( t－t)
=5.35×0.203×（50－20） (8-4)
=112 KJ/h
式中：h——傳熱系數(shù)（KJ/ m h ℃），h=5.35（h=4.187(0.25+)= 4.187×（0.25+）= 5.35）；
A——兩個(gè)分型面和四個(gè)側(cè)面的面積m2，A=0.203【A=（A）+ (A)n
= 0.097+0.22×0.48=0.203，A=2BL=2×220×220×10=0.097 m； A=4BH =4×220×250×10=0.22m）；B模具寬度m m，B=220； L模具長(zhǎng)度m m，L=220，開(kāi)模率n= =（60-31.5）/60=0.48】；
t——模具平均溫度℃，t=50；
t——室溫℃，t=20。
（2）輻射散發(fā)的熱量
Q=20.8 A[()－()]
=20.8×0.22×0.8×[（）－（）] (8-5)
=128.7 KJ/h
式中: ——輻射率，一般表面=0.8~0.9；
A=0.22；
（3）工作臺(tái)散發(fā)的熱量
Q=hA( t－t) h (8-6)
= 502×0.0484×（50—30）
=485.94 KJ/h
式中:傳熱系數(shù)——h=502KJ/(mh℃)；
A ——模具與工作臺(tái)的接觸面積m，A=0.0484；
[A=bl= 220×220×10=0.0484;b模具與工作臺(tái)接觸寬度m m，b=220;模具與工作臺(tái)接觸長(zhǎng)度m m,l=220。]
從計(jì)算的結(jié)果看，工作臺(tái)散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，這顯然是不正確的，說(shuō)明了Q的計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。這是因?yàn)橛嘘P(guān)Q的計(jì)算參考資料很少，計(jì)算中有很多地方不規(guī)范。簡(jiǎn)單的計(jì)算以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，這些熱量全部由冷卻介質(zhì)帶走，這些熱量應(yīng)分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，實(shí)驗(yàn)表明，約1/3的熱量被凹模帶走，其余由型芯帶走。模具應(yīng)由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量：
Q=（Q+ Q）－（Q+ Q+ Q） (8-7)
由于現(xiàn)在無(wú)法得到Q的正確值，所以計(jì)算以簡(jiǎn)單計(jì)算原則，取Q= Q。
8.2.6 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h）：
Q= n G Q (8-8)
=60× 217.6×10×300
=3916.8
（1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10
（2）確定生產(chǎn)周期（S）——t=60
（3）塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=280~350； 取Q=300
（4）每小時(shí)的注射次數(shù)——n=60
從計(jì)算結(jié)果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因?yàn)镼涉及的因素較多，所以應(yīng)該應(yīng)該取Q來(lái)計(jì)算。
8.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
（1）凹模的冷卻水體積流量
q= (8-9)
= 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60]
= 0.61×10 m/min
式中： Q=1/3 Q=1/3×2289=763 KJ/h
——水的密度10KG/m；
C——水的比熱容4.187×10 J/KG℃；
T——水管出口溫度，T取25℃；
T——水管入口溫度，T取20℃。
（2）冷卻水管的平均流速：
V= (8-10)
=4×0.61×10/（3.14×0.0082）
=12.14 m/min =0.202 m/s
式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm
查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為8mm的冷卻水管所對(duì)應(yīng)的最低流速為1.66 m/s時(shí)才能達(dá)到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動(dòng)未達(dá)到湍流。
（3）冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數(shù)
= (8-11)
=7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2
=1395 (w/mk)
式中：是與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)，取7.6。
（4）凹模冷卻管的傳熱面積
A= (8-12)
=763×103/[3600×1395×（50-22.5）]
=5.52×10 m
式中：T——模具與冷卻介質(zhì)平均溫度， T=27.5℃（T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃）。
（5）冷卻水孔總長(zhǎng)L
L= (8-13)
=763×103/[3600×3.14×7.6×（1000×0.202×0.008）0.8×（50-22.5）]
=0.22m
（6）模具上應(yīng)開(kāi)設(shè)的冷卻水孔圈數(shù)
n=L/B =0.22÷（4×0.076） =0.72，所以冷卻水孔數(shù)位1根（如下圖）。
式中：B為開(kāi)一圈冷卻水道時(shí)冷卻水道長(zhǎng)度。
（7）冷卻水流動(dòng)狀態(tài)校核
R= (8-14)
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