【正文】 年，中國(guó)模具工業(yè)（ 主要集中在汽車、電子信息以及電器） 以每年 15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。 到 2021 年，全國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)已達(dá) 3 萬(wàn)多家，從業(yè)人員 50多萬(wàn)人；模具銷售總額高達(dá) 610 億元，比上年增長(zhǎng) 25%；模具生產(chǎn)企業(yè)總體上任務(wù)飽滿、訂單充足。其中，出口比前一年增加了 150%，達(dá)到了 億美元。 在注塑模具方面， 2021 年，注塑模具比例進(jìn)一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進(jìn)一步提高，注塑模具在量和質(zhì)方面都有較快的發(fā)展，我國(guó)最大的注塑模具單套重量已超過(guò) 50 噸，最精密的注塑模具精度已達(dá)到 2 微米。 10 年前精密模具的精度一般為 5 微米，現(xiàn)已達(dá)到 23 微米， 1 微米精度的模具也將上市。 ⑸、 隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。 ⑻ 、隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。 ⑽ 、模具技術(shù)含量將不斷提高。模具行業(yè)必須在設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝、生產(chǎn)模式等諸方面加以調(diào)整以適應(yīng)這種要求。 ⑴ 模具三維設(shè)計(jì)直觀再現(xiàn)了未來(lái)加工出的模具本體，設(shè)計(jì)資料可以直接用于加工，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 一體化和少、無(wú)圖樣加工； ⑵ 模具三維設(shè)計(jì)解決了二維設(shè)計(jì)難以解決的一系列問(wèn)題，如干涉檢查、模擬裝配、 CAE 分析等； ⑶ 模具三維設(shè)計(jì)能對(duì)模具的可制造性加以評(píng)價(jià)，大大減少了設(shè)計(jì)失誤。 并行工程的基礎(chǔ)是模具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。這就是 RP+RT 3 技術(shù)產(chǎn)生根本原因。與制造活動(dòng)有關(guān)的信息包括產(chǎn)品信息和制造信息，現(xiàn)代制造過(guò)程可以看作是原材料或毛坯所含信息量的增值過(guò)程，信息流驅(qū)動(dòng)將成為制造業(yè)的主流。 Pro/E 模具設(shè)計(jì)的基本流程如圖 零件成品 (Design Model） 零件設(shè)計(jì)（ Part Design） 零件裝配（ Assembly Design） 模具裝配 （ Mold Assembly） 參照零件（ Reference Part） 工件（ Workpiece） 模型檢驗(yàn) （ Model Check） 厚度檢驗(yàn)（ Thickness Check） 拔模檢驗(yàn)（ Draft Check） 設(shè)置收縮率 （ Apply Shrinkage） 模流分析 （ Analysis of Mold Flows） 4 圖 Pro/E 模具設(shè)計(jì)的基本流程 課題意義 在傳 統(tǒng)塑料模具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，一般要二到三個(gè)月的時(shí)間；設(shè)計(jì)成本高，需要往返數(shù)次制模，修模；產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，對(duì)流體在模腔內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，冷卻狀況缺乏了解。 現(xiàn)代的模具設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)的平臺(tái)上，運(yùn)用 CAD/CAE/CAM 等軟件，使現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)具有了高質(zhì)量，高效率，低成本等特點(diǎn)。 材料選擇 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 ,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù) .對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō) ,要考慮的主要是材料的力學(xué)性能 ,如屈服應(yīng)力 ,彈性模量 ,彎曲強(qiáng)度 ,表面硬度等 .該塑件 屬于日常生活用品，沒(méi)有什么特別的要求，因此主要從容易成型方面選擇材料。收縮率為 %% 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(duì)成型工藝方法的適應(yīng)性 。在塑件的高度比較小時(shí)也可以不需要脫模斜度。 6 圓角 塑件上各處的輪廓過(guò)度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。根據(jù)精度等級(jí)選用表， PP 的高精度為 3 級(jí)，一般精度為 4 級(jí) ，未注公差尺寸等級(jí)為 6 級(jí)。 塑件的表面質(zhì)量 塑件的表面粗糙度，除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤，波紋等疵點(diǎn)外，主要的由模具的表面的粗糙度決定。 塑件 2D 圖 由以上對(duì)塑件要求的分析，繪制塑料制品圖，見圖紙 ZJTMJ02 和 ZJTMJ03。 在對(duì)話框中輸入最大厚度為 2mm，最小厚度為 ， 由圖 各層切面的分析信息可以看出，該塑件厚度滿足檢查要求。以這些信息作為分析的初始條件。 280~200 ，模具溫度范圍： CC 。圖中沒(méi)有出現(xiàn)紅色區(qū)域，說(shuō)明沒(méi)有澆口最差點(diǎn)。圖中綠色區(qū)域是最佳區(qū)域，綠色區(qū)域越多，塑件越容易成型。紅色區(qū)域顯示塑件的澆口和材料沒(méi)有任何好的處理?xiàng)l件組合，需要改變澆口位置或材料。 ，熔解溫度為 C。 遲滯現(xiàn)象是指由于較厚的區(qū)域造成流體在較薄區(qū)域速度下降，冷卻加速，無(wú)法填滿 模具的 現(xiàn)象。 失衡 的流動(dòng)是指在流體填充完其他流道以前，一些流道以被填滿了。 圖 塑料填充 下面主要分析塑件可能存在的質(zhì)量問(wèn)題及其原因。 圖 填充時(shí)間 11 ② 注射壓力 如圖 所示，紅色為高壓區(qū)域，藍(lán)色為低壓區(qū)域。 圖 塑料在模穴中射壓 ③ 壓降 紅色區(qū)域?yàn)閴航底畲髤^(qū)域，藍(lán)色區(qū)域?yàn)閴航底钚^(qū)域。 圖 塑料在模穴中的壓降 ④ 波前溫度 如圖 所示，藍(lán)色表示最低溫區(qū)域，紅色表示為最高溫區(qū)域。 ⑥品質(zhì) 預(yù)測(cè) 如圖 ，綠色為品質(zhì) 較好區(qū)域，黃色表示品質(zhì) 中等 。 ~? 范圍內(nèi)。 圖 塑料表面溫度的變異量 ② 凝固時(shí)間的變異量 一個(gè)區(qū)域的冷卻時(shí)間比正常值大時(shí)，就表示那個(gè)區(qū)域?qū)⒁罄鋮s補(bǔ)償集中在那個(gè)區(qū)域。 14 圖 冷卻品質(zhì) ⑸ 縮痕分析 縮痕分析用來(lái)表示縮痕出現(xiàn)的位置。 初始條件：與塑料流動(dòng)性分析相同 分析結(jié)果：塑件有少于 1%的縮痕面積。逃氣分析結(jié)果將顯示在數(shù)股流體會(huì)合處或最后填充區(qū)域，那里的氣泡將會(huì)在 塑件上形成一個(gè)凹陷瑕疵。 圖 逃氣 綜合以上分析，可以看出，該塑件結(jié)構(gòu)很合理，壁厚均勻，脫模斜度適當(dāng)，選用的材料成型工藝性好，可以進(jìn)行注射工藝性操作。 = ； 由上計(jì)算初步確定注塑機(jī)為 SZ160/60，查 [ 4]P14 表 16 得注塑機(jī) 主要技術(shù)參數(shù)如下 表 32。 結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) ,分型面確定在塑件的最大投影面積上 。 在選擇模具鋼時(shí) ,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能 ,從使用性能考 18 慮 :硬度是主要指標(biāo)之一 ,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變 ,必須有足夠的硬度 ,當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷 ,崩刃問(wèn)題 ,所以韌性也是一重要指標(biāo) ,耐磨性是決定模具壽命的重要因素 。制造小型塑料模具，用調(diào)質(zhì)處理可獲得較高的硬度和較好的強(qiáng)韌性。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 注塑模的澆注 系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。 查[1]P457 表 2033 選擇 B型澆口套，公稱尺寸 d=16mm。 澆道的截面積越大，壓力的損失就越大；澆道的表面積越小，熱量的損失就越少。截面形狀和尺寸如圖 。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定 。 澆口 等效 直徑 d=，長(zhǎng)度 l=。塑件的基本尺寸如圖 所示，忽略倒圓弧的影響。 圖 塑件基本尺寸 凹模工作尺寸的計(jì)算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過(guò)程中凹模的磨損會(huì)使包容尺寸逐漸變大。 ? — 制造公差， 6??? ； S — 塑件的平均收縮率， S =。 ⑴ 凸模徑向尺寸的計(jì)算： 凸模尺寸如圖 (b)所示。 H3m =[(1+ S) H3s + ?32 ]?? =[(1+) +32 0. 46] ? = ? mm 式中 H 3m — 凹模深度尺寸 H2m 減去塑件高度 4mm。分析結(jié)果顯示模具溫度、熔解溫度、注射時(shí)間的最佳配合點(diǎn)是模具溫度為 C。 25 圖 最佳配合點(diǎn)分析 ⑶ 模流分析 初始條件是 ⑵ 分析中的模具溫度、溶解溫度、注射時(shí)間最佳配合點(diǎn)。過(guò)飽壓一 般發(fā)生在最短填充時(shí)間的部分。發(fā)生壓降不均勻，會(huì)產(chǎn)生翹曲，陰影或塑料劣化等不良現(xiàn)象。 圖 品質(zhì) 預(yù)測(cè) ⑷ 冷卻質(zhì)量分析 初始條件是 ⑵ 分析中的模具溫度、熔解溫度、注射時(shí)間最佳配合點(diǎn)。重點(diǎn)在上部球形面和直流道。比正常值低時(shí)，表示那個(gè)區(qū)域冷卻時(shí)間快，也是將潛在有遲滯或短射現(xiàn)象。也可以適當(dāng)?shù)母淖円砸幌伦⑸錀l件等因素。 29 圖 逃氣和融合 線 分析 通過(guò)以上分析，塑件成型質(zhì)量滿足要求， 塑料也很容易填滿型腔， 且不會(huì)出現(xiàn)短射等不良現(xiàn)象。與此同時(shí)，若剛度不足將導(dǎo)致過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。 P=?=. ][? —— 型腔材料的許用應(yīng)力；查 [3]P128 取 ][? =90MPa 30 ② 按剛度計(jì)算 由 [3]P129 公式 55得 mmEphs ][ 3 543 4 ??? ???? ? E—— 型腔材料的彈性模量， E= ? MPa h—— 型腔高度， h=59mm ][? —— 型腔許用變形量，查 [3]P127 表 51取 ][? = ⑵ 型腔腔底厚度的計(jì)算 ① 按剛度條件計(jì)算 由 [3]P130 公式 56得 mmEprh s ][ 5 43 4 ??? ???? ? r—— 由型腔具體形狀折中取 r=41mm ② 按強(qiáng)度條件計(jì)算 由 [3]P130 公式 57得 mmprh s ][ 22 ????? ? ⑶ 支撐板厚度的計(jì)算 支撐板按組合式矩形型腔底板計(jì)算 ① 按強(qiáng)度計(jì)算 由 [1]P324 表 1532 得 公式][432?Bpblt? 式中： t—— 支撐板厚度 b—— 底板受壓寬度， b=320mm P—— 底板所受平均壓力 l —— 兩墊塊之間的跨度， l =150mm B—— 底板總寬度， B=450mm ][? —— 模具材料的許用應(yīng)力， ][? =90MPa 模內(nèi)平均壓力 P1 =，支撐板所受平均壓力 P= MP aA AP 411 ?? ???? , 式中 :A 為模型在分型面上的投影面積，由前面 分析得出A= mm? 1A 為支撐板的面積， 1A = 25101 2 5 02 5 0 mm??? 將以上數(shù)據(jù)代入公式中得： mmBpblt ][4322 ??? ????? ? 31 ② 按剛度 計(jì)算 由 [1]P324 表 1532 公 式得 mmEBpblt ][32 5 3 5 43 4 ????? ????? ? 式中 E= ? MPa, ][? =,其他數(shù)據(jù)同上式中。根據(jù) 的計(jì)算結(jié)果，只要凹模 側(cè)壁厚度滿足 就可以達(dá)到剛度 和強(qiáng)度 要求，理論上只要取 大于 的值就滿足設(shè)計(jì)要求，但考慮到導(dǎo)柱和導(dǎo)套、螺釘、冷卻水孔等對(duì)模架強(qiáng)度、剛度的削弱作用，實(shí)際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設(shè)計(jì)中，在長(zhǎng)度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 45 mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 65 mm。如圖 所示 ,墊塊高度 H需滿足如下關(guān)系式： H－ h1－ h2－ h3－ h＞ 0 32 H—— C板高度； 1—— 擋銷高度； h2—— 推板厚度； h3推桿固定板厚度； h—— 推出距離； 完成了以上的工作， 確定模具尺寸為 2504 50 mm， A板厚度 80 mm， B 板厚度 25 mm。錐面定位機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的精密對(duì)中定位。 ⑵ 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。 ⑸ 除了在動(dòng)模和定模之間設(shè)置導(dǎo)柱，導(dǎo)套 以外， 還需要在推板與動(dòng)模坐之間Hh1h2h3h 33 設(shè)置導(dǎo)柱、導(dǎo)套，以保證推板的順利推出。 本設(shè)計(jì)使用簡(jiǎn)單的推桿脫模機(jī)構(gòu)，且推出機(jī)構(gòu)的類型為一次推出機(jī)構(gòu)。 查 [1]P451 表 2018，取推桿直徑 d=6mm，推桿數(shù)量為 8。 本設(shè)計(jì)采用復(fù)位桿復(fù)位的形式。 查 [1]P451 表 2018 得 d=6mm， D=12mm。 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在注塑成型過(guò)程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于高熔點(diǎn)，流動(dòng)性差的塑料，流動(dòng)距離長(zhǎng)的制件，為了防止填充不足，有時(shí)也在水管中通入溫水把模具加熱。 ⑴ 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 ~，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為 ~。 ⑵ 凹模冷卻水道的設(shè) 計(jì) 該塑件屬于中等深度的塑件，又由于前面分析可以知道，在上部球形面和直流道處需要重點(diǎn)冷卻。冷卻水道的直徑均為 8m 圖 凹模第一層冷卻水回路 圖 凹模第二層冷卻水回路 圖 上型腔中冷卻水道的分布 36 ⑶ 凸模冷卻水 道的設(shè)計(jì) 為