【正文】 /CAM 系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的參數(shù)化特征造型功 能，另外它還包含一個專用的模具設(shè)計(jì)模塊，使模具設(shè)計(jì)更為方便和直觀。可以看出，在國外先進(jìn)工業(yè)國家，注射模 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應(yīng)用已非常普遍。 從 80 年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的注塑第 6 頁 共 46 頁 模 CAD 系統(tǒng)。同時，某些高等學(xué)校和科研所也開始了注塑模 CAD 系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注射模設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其 CAD 的開發(fā)應(yīng)用十分重視，安排了“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“塑料注射模 CAD/CAM/CAE 集成系統(tǒng)研究”。不少省份也在這方面安排了攻關(guān)項(xiàng)目或重點(diǎn)科研課題。這些項(xiàng)目的成果對促進(jìn) 我國注射模 CAD 技術(shù)的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注射模 CAD 的技術(shù)和應(yīng)用水平很快提高。下面是我國研究開發(fā)情況：華中理工大學(xué)是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模系統(tǒng)的單位，推出了 HSC1 系統(tǒng)，取得了較好的效果，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)商品化。浙江大學(xué)基于工作站的 UGⅡ系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模CAD/CAM 系統(tǒng)。上海交通大學(xué)將人工智能技術(shù)引入注射模 CAD 系統(tǒng)中，于 1988 年開發(fā)出集成化注射模智能 CAD 系統(tǒng)，現(xiàn)在在工作站 UGⅡ平臺上進(jìn)一步開發(fā)智能 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)華正模具研究所研制的注射模 CAD/CAM/CAE 系具有塑料產(chǎn)品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等項(xiàng)功能，具有很高的技術(shù)水平與使用價值。合肥工業(yè)大學(xué)在注射模結(jié)構(gòu) CAD 技術(shù)方面進(jìn)行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機(jī)注塑模 CAD 系統(tǒng) IPMCAD 和微機(jī)注塑模 CAD 三維系統(tǒng) ，取得了較好的成績，現(xiàn)在以 和 MDT 作為環(huán)境，進(jìn)一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模 CAD 三維參數(shù)化系統(tǒng) ，在技術(shù)水平和實(shí)用性與通用性方面都達(dá)到較高水平?？偟膩碚f，國內(nèi)注塑模 CAD 技術(shù)起步晚，基礎(chǔ)差，因此不論是從應(yīng)用范圍的廣度和深度，還是從系統(tǒng)的開發(fā)能力和質(zhì)量上與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比都有著較大的差距。 2 概論 設(shè)計(jì)基本過程 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于塑料制品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、尺寸大小、精度高低、生產(chǎn)批量以及技術(shù)要求等各有不同，所以模具的設(shè)計(jì)是不可能一成不變的，應(yīng)該根據(jù)具體情況，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，綜合運(yùn)用模具設(shè)計(jì)基本原理和基本方法，設(shè)計(jì)出合理、經(jīng)濟(jì)性能好的成型模具。塑料制品設(shè)計(jì)時應(yīng)該要保證制品質(zhì)量要求，盡量減少后加工，模具應(yīng)具有最大的生產(chǎn)能力，而且經(jīng)久耐用，制造方便，價格合理。 在設(shè)計(jì)中 要明確設(shè)計(jì)者對塑件制品的要求，明確任務(wù)。并根據(jù)任務(wù)書提出的要求 完成 模具的設(shè)計(jì)方案，有條件可以進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，下面就以任務(wù)書的要求和自己的實(shí)際情況編制模具設(shè)計(jì)的基本過程。 (1)課題調(diào)研、獲取相關(guān)的資料，包括：選用塑料的工藝分析、成型零件的計(jì)算方式、注射機(jī)參數(shù)的選擇和注射機(jī)的選用。 (2)確定成型工藝規(guī)程，并根據(jù)工藝規(guī)程進(jìn)行注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對模具設(shè)計(jì) 進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，確定模具設(shè)計(jì)的方案、總體設(shè)計(jì)和及其主要零件設(shè)計(jì)，注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核，在設(shè)計(jì)中要明確模具在實(shí)際運(yùn)用中的使用情況，熟悉成型工藝的流程，認(rèn)真 完成 每一個第 7 頁 共 46 頁 細(xì) 節(jié)的設(shè)計(jì)。 (3)繪制模具總裝圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖。 (4)對模具主要零件進(jìn)行加工規(guī)程的編制。 插頭外殼注射模設(shè)計(jì)總體方案 畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 (1)確定電源插頭外殼的尺寸和結(jié)構(gòu)，選擇材料并確定其收縮率。塑件成型時無變形，注出的制件表面光滑，無氣泡和其它缺陷，無飛邊或少飛邊。 (2)該零件屬于相對簡單程度，在深入分析零件的結(jié)構(gòu)和工藝的基礎(chǔ)上，給出不同的工藝方案，經(jīng)方案比較后擇優(yōu)； (3)設(shè)計(jì)相應(yīng)的模具及其主要部件，模具設(shè)計(jì)時必須設(shè)置自攻螺紋機(jī)構(gòu)，制定出主要零件的工藝規(guī)程； (4)繪制模具總裝圖 和主要零件圖，圖紙要求符合有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)； (5)編制注射模主要零件加工工藝規(guī)程。 設(shè)計(jì)總體方案 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為了提高生產(chǎn)效率，保證塑件的成型質(zhì)量，理想的模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要滿足塑件成型工藝技術(shù)要求和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性能要求，技術(shù)要求是要保證塑料制品的幾何形狀、尺寸公差及表面粗糙度；生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性能要求是要使生產(chǎn)的成本低，生產(chǎn)效率高，模具壽命長，操作簡單、安全、方便。 設(shè)計(jì)采用四型腔設(shè)計(jì)，由于零件具有內(nèi)螺紋，無質(zhì)量與精度要求，因此采用自攻螺紋機(jī)構(gòu)。塑件為腔體外殼，設(shè)置推出機(jī)構(gòu)時考慮到外形表面的質(zhì)量問題，采用推桿機(jī) 構(gòu)內(nèi)表面頂出，并且要求推桿的布置力求均勻，在設(shè)計(jì)中每個型腔設(shè)置 4 個推桿，使塑件在推出的過程中受力均勻，推出迅速，保證塑件在推出過程中不發(fā)生變形。為了便于熱處理和節(jié)約優(yōu)質(zhì)模具鋼，型腔采用整體鑲塊式結(jié)構(gòu)；另外，為便于制造，型芯除整體采用鑲塊式外，局部還采用鑲拼結(jié)構(gòu)。使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便。設(shè)計(jì)中零件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以便減少加工工序和加工成本。為了更好的設(shè)計(jì)出插頭外殼零件塑料注射模，本論文將進(jìn)一步對設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說明，以下是設(shè)計(jì)的具體步驟： (1)成型工藝分析：為注射所用的材料提供選擇依據(jù)，分析塑件成型工藝以便合 理的選擇成型設(shè)備； (2)注射模結(jié)構(gòu)分析：分型面選擇、模具型腔數(shù)目的確定及其型腔的排列方式和冷卻水道的布局以及澆口位置設(shè)置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自攻螺紋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容； (3)模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算：成型零件的主要尺寸計(jì)算，為模具裝配提供依據(jù)； (4)模具系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)校核：模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算、模具閉合高度的確定、注第 8 頁 共 46 頁 射機(jī)有關(guān)參數(shù)的確定； (5)注射模具重要零件加工工藝規(guī)程的編制與裝配：編制重要零件的加工規(guī)程，為裝配提供良好的硬件基礎(chǔ)。 3 注塑件的設(shè)計(jì) 功能設(shè)計(jì) 功能設(shè)計(jì)是要 求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能 ， 并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo) 。 該塑件是連接電源與電器的橋梁，使用的 材料必須有良好的絕緣性能，保證 塑件有足 夠的絕緣電阻和電氣強(qiáng)度 （ 耐較高電壓沖擊的能力 ）；塑件必須 具備良好的耐熱、耐燃性能，這是非常重要的指標(biāo) ；塑件 在使用中，由于電流作用或非正常工作、故障等原因，可能導(dǎo)致產(chǎn)生較高的溫度，甚至使帶電金屬產(chǎn)生紅熱，這就要求 塑件 在一定的溫度條件下應(yīng)不變形 、 不軟化 ， 遇到明火時導(dǎo)致火焰蔓延 ； 從外觀上來說 ,要求塑件的 質(zhì)地較為堅(jiān)硬 ， 很難劃傷 ， 成形后結(jié)構(gòu)嚴(yán)密 ；作 為一種日用品 ， 生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn) ， 必須 考慮生產(chǎn)成本和模具壽命 ， 在材料的選擇時要綜合各種因素 。 材料 的 選擇 通常 ,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 ， 以及原材料的性能數(shù)據(jù) 。 該塑件對材料的要求首先必須是 絕緣性能好，其次才是材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力 、 彈性模量 、 彎曲強(qiáng)度 、 表面硬度等 ，再后考慮 成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題 。 以下是對幾種 絕緣 性能較好材料的性能對比 ， 如表 3— 1所示。 考慮到加工工藝問題，模具成型 過程需要 考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較 。 聚酰胺 6：電性能較好，優(yōu)異的耐磨性和自潤滑性，良好的耐熱和力學(xué)性能，低溫性能突出，能自熄，剛度小，吸水率高，但尺寸穩(wěn)定性差。成型前需干燥避免高溫成型時起泡和制品強(qiáng)度下降，為了使注塑產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，需要進(jìn)行調(diào)濕處理，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。螺桿端必須安裝止逆環(huán)，采用梯形流道和 U形流道，澆口設(shè)計(jì)以圓形澆口為宜，澆口設(shè)在塑件最厚部位，應(yīng)開設(shè)排氣槽。聚酰胺 6主要用于軸承，圓柱齒輪，凸輪，各種輥?zhàn)?，輥軸，輸油管，活塞，電纜護(hù)套，絕緣插座，外殼，支撐架等。 30%玻璃纖維聚碳酸脂：電絕緣性優(yōu)良，沖擊韌性極好，而且耐蠕變，使用范圍 寬，尺寸穩(wěn)定性好，耐候性、無毒性。缺點(diǎn)是對缺口比較敏感，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐疲勞性和化學(xué)穩(wěn)定性也稍差。要求模具的流道、澆口短而粗，以減少流體的壓力損失，同時需要較大的注射壓力，樹脂在成型加工前需要進(jìn)行充分的干燥處理，使其控制含水量控制在 %以下。由于熱膨脹系數(shù)間的差別，要求盡可能少用金屬嵌件。制品必須進(jìn)行后第 9 頁 共 46 頁 處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。 30%玻璃纖維聚碳酸脂主要用于電絕緣零件，斷路器，配電板，電動工具外殼，精密儀器零件，電子計(jì)算機(jī)零件，插頭等。 增強(qiáng)聚對苯二甲酸丁二酯（ 30%玻璃纖維）： 良好的電性能，溫度、濕度 變化范圍很光時電性能能保持基本不變，機(jī)械強(qiáng)度高，耐熱性、難燃性都良好，良好的尺寸穩(wěn)定性，磨耗量低，突出的耐老化。成型性好，能直接成型具有復(fù)雜形狀制品的外殼，成型前需干燥，模塑周期短，容易出模，溫度至熔融溫度以上時，具有較低的溶體粘度，良好的流動性。成型性好，對模具沒有特殊要求，采用螺桿式注射機(jī)最佳，模具表面應(yīng)進(jìn)行電鍍、拋光或淬火。 增強(qiáng) PBT主要用于 插頭，連接器，開關(guān)，配線零件，熔斷器，線圈骨架，陰極射線管，手柄，支承，外殼等。 表 3— 1 材料的特性 塑料名稱 PA6 增強(qiáng) PC 增強(qiáng) PBT 拉伸強(qiáng) 度 /MPa ~ 130~140 132~137 彎曲強(qiáng)度 /MPa 110 170~180 167~196 壓縮強(qiáng)度 /MPa ~ 120~130 118~127 缺口 沖擊 強(qiáng)度（ kJ/m） 10~13 7 洛氏硬度 R119 M95 R121 介電常數(shù)（ 610 Hz） 熱變形溫度 /℃ （ ） （ ） 68~85 185~190 146155 205~212 215~220 介電強(qiáng)度（ kV/mm） 18 19 28 斷裂 伸長率 /% 200~300 4~6 ~4 體積電阻率 /? cm 7 1410 1510 1410 介電損耗 /（ 610 Hz） 吸水率 % ~ ~ 耐電弧性 /s / 120 140~145 收縮 率 /% ~ ~ ~ 可燃性（ UL94） / V— 0 HB 以上的性能分析對比中看出，在絕緣性能方面三種材料相差 不大， 成型特性上以 30%玻璃纖維增強(qiáng) PBT 最好 ， 其英文名為 ： Polybutylene terephthalate， 最終選定 熱塑性塑料增強(qiáng) PBT 為塑件材料 ， 其 特性符合塑件的要求。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對成型工藝方法的適應(yīng)性 。 在塑料生產(chǎn)過程第 10 頁 共 46 頁 中 ， 一方面成型會對塑件的結(jié)構(gòu) ， 形狀 ， 尺寸精度等諸方面提出要求 ， 以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度 ， 保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品 ； 另一方面 ， 模具設(shè)計(jì)者通過對給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析 ， 弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn) ， 為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù) 。塑件圖及塑件說明如圖 3— 1所示。 圖 3— 1 插頭外殼零件圖 各種塑件 ， 不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁 ， 根據(jù)使用要求具有一定的厚度 ， 以保證其力學(xué)強(qiáng)度 ，因此，合理的選擇塑件的壁厚是很重要的。塑件 壁厚 不能過小，否則熔融塑料在模具型腔中的流動阻力加大，尤其是形狀復(fù)雜的塑件。 在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚 ， 不僅可以節(jié)約原材料 ， 降低生產(chǎn)成本 ， 而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時間縮短 ， 提高生產(chǎn)率 ； 其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷 ， 縮孔等質(zhì)量上的缺陷 。 增強(qiáng)阻燃 PBT在注塑過程中，當(dāng)溫度至熔融溫度以上時，具有較低的溶體粘度，良好的流動性，因而可制造形狀復(fù)雜，厚度較薄的制品。當(dāng)壁厚為 ，流動距離與制品厚度的比值（ L/t）為 100；壁厚為 2mm時，比值為 300。 由于塑料冷卻后產(chǎn)生收縮，會使塑件緊緊包住模具型芯或型腔中的凸起部分，為了便于從塑件中抽出型芯或型腔中取出塑件，防止脫模時拉上或擦傷塑件，設(shè)計(jì)塑件時必須考慮塑件內(nèi)外表面沿脫模方向均應(yīng)具有足夠的脫模斜度。查閱相關(guān) 資料可得：增強(qiáng)阻燃 PBT的脫模斜度一般取 2176。至 3176。 用增加壁厚的方法來提高塑件的強(qiáng)度通常是不合理的，因?yàn)楸诘暮穸仍诠に嚿鲜艿降?11 頁 共 46 頁 一定的限制，此時可采用 設(shè)置 加強(qiáng)筋的辦法來增加塑件的強(qiáng)度。 塑件上適當(dāng)設(shè)置的加強(qiáng)肋可以防止塑件的翹曲變形 ； 沿著物料流動方向的加強(qiáng)肋還能降低充模阻力，提高融體流動性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。在該塑件中的加強(qiáng)肋起到引導(dǎo)物料流動的作用同時又對 插銷 進(jìn)行定位 。 通常加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)原則為高度低（過高時容易在彎曲和沖擊負(fù)荷作用下受損），寬度小，而數(shù)量多為好（塑件形狀所允許的情 況下）。 帶有尖角的塑件，往往會在尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響塑件強(qiáng)度；同時還會出現(xiàn)凹痕或氣泡，影響塑件外觀質(zhì)量。為此，塑件上除了使用要求必須采用尖角之處外，其余所有轉(zhuǎn)角盡可能采用圓弧過渡。這樣，不僅避免了應(yīng)力集中，提高了強(qiáng)度，而且還增加了塑件的美觀，有利于塑料充模時的流動。在本塑件中，