【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)的完善，為塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)提供了可靠的保證。目前在國內(nèi)外巿場已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注射模的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。而且通過推廣使用模具標(biāo)準(zhǔn)件，實(shí)現(xiàn)了部分資源共享，這樣就大大減少模具設(shè)計(jì)的工作量和工作時(shí)間，對于發(fā)展 CAD／ CAM 技術(shù)、提高模具的精密度有重要意義。 因此， 模具成為 國家重點(diǎn)鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品 ?，F(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。 （三）參數(shù)化技術(shù)慨述 參數(shù)化技術(shù)是當(dāng)前 CAD 及 Pro/E 技術(shù)重要的研究領(lǐng)域之一，通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實(shí)現(xiàn)尺寸對圖形的驅(qū)動。在設(shè)計(jì)過程中，系統(tǒng)自動地捕獲用戶的設(shè)計(jì)意圖，并把各個(gè)設(shè)計(jì)對象以及對象之間的關(guān)系記錄下來，當(dāng)用戶修改圖紙中的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動地更新圖紙，使圖紙中反映用戶設(shè)計(jì)意圖的設(shè)計(jì)對象之間的關(guān)系依舊可以維持。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)動修改圖形功能，極大地改善了圖 形的修改手段，提高了設(shè)計(jì)的柔性，在慨念設(shè)計(jì)、初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改系列設(shè)計(jì)、多方案比較、動態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析與綜合、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，并體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值，能否實(shí)現(xiàn)參數(shù)化目前已成為評價(jià) Pro/E 系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)。 三維軟件 Pro/E（ Pro/NGINEER）的出現(xiàn)給眾多的模具設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)方便快捷的平臺。 Pro/E 自問世以來，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于航空航天、電子、機(jī)械、汽車、家電、玩具等各行各業(yè)中，已成為世界上最普及的三維 CAD/CAM 應(yīng)用軟件。與普通的二 維設(shè)計(jì)軟件不同， Pro/E 可以直接繪制出實(shí)體模型，因此具有直觀性、快速性、仿真性等特點(diǎn)。Pro/E 的模具設(shè)計(jì)模塊（ Mold Base Library）集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、自動量測等功能于一體。設(shè)計(jì)者使用 Pro/E 的模具設(shè)計(jì)模塊能在最短的時(shí)間內(nèi)完成模具裝配、模型檢驗(yàn)、分模面的建立和順利地拆裝模具等工作，是塑料模具實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的一個(gè)必備的軟件。 Pro/E 的模具設(shè)計(jì)模塊（ Mold Base Library）和 EMX（ Expert Moldbase Extension） 以及塑料顧問模塊（ Plastic Advisor）可以為模具設(shè)計(jì)者節(jié)省很多時(shí)間。 EMX（ Expert Moldbase Extension） 專門用來建立各種標(biāo)準(zhǔn)模架及模具標(biāo)準(zhǔn)件和滑塊、斜銷等附件，能夠建立冷卻水管，能夠自動產(chǎn)生模具摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –3– 工程圖和明細(xì)表，還可以模擬模具開模過程進(jìn)行動態(tài)仿真和干涉檢查，并可將仿真結(jié)果輸出成視頻文件，是個(gè)功能非常強(qiáng)大且使用非常方便的模具設(shè)計(jì)工具。 Pro/ENGINEER 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性： (1)． 3D 實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出來之外，借助于系統(tǒng)參數(shù) ，還可以對制品進(jìn)行拔模、厚度檢測，冷卻水水線的檢測等操作。 (2)． Pro/ENGINEER 可隨時(shí)由 3D 實(shí)體模型產(chǎn)生 2D工程圖，且可自動標(biāo)示工程圖尺寸。不論在 3D 還是 2D圖形上作尺寸修正。其相關(guān)的 2D圖形或 3D實(shí)體模型均自動修改，同時(shí)組合、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會自動修改，如此可確保數(shù)據(jù)的正確性，并避免反復(fù)修正的耗時(shí)性。 (3)．以特征作為設(shè)計(jì)的單位?？呻S時(shí)對特征做合理、不違反幾何順序調(diào)整、插入、刪除、特征定義等修正動作。 （四）選題目的以及意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)將總結(jié)專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)成果 ,鍛煉和開發(fā)學(xué)生的綜合運(yùn) 用能力 。本課題要求跟據(jù)圖紙以及任務(wù)書設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模具。該塑件為摩托車尾燈罩，它是配在摩托車上用的一種燈罩子，批量很大，為大批量生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜，有 1個(gè)側(cè)抽芯，因而該塑件的模具有一個(gè)典型結(jié)構(gòu) —— 側(cè)抽芯滑塊機(jī)構(gòu)。這個(gè)課題能充分體現(xiàn)專業(yè)知識，對模具設(shè)計(jì)能力有一定的鍛煉。 通過對摩托車尾燈罩的注射模具的設(shè)計(jì)，可以鞏固專業(yè)知識為以后從事本專業(yè)實(shí)際工作和研究工作奠定了重要的思想基礎(chǔ)，也同時(shí)具有一定的初步開發(fā)模具能力。另外加深了對機(jī)械基礎(chǔ)知識的應(yīng)用。提高了整體的設(shè)計(jì)能力。 摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –4– 二、 塑件成型工藝性分析 （一） 摩托 車尾燈罩三維圖及二維圖 注 1） 塑件的材料 PS204 圖 摩托車尾燈罩三維圖及二維圖 摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –5– （二） 結(jié)構(gòu)特征分析及成型工藝性分析 1．結(jié)構(gòu)特征分析 該塑件為燈罩，其二維圖尺寸如圖 所示，塑件的壁厚為 2mm,為大批量生產(chǎn)，材料為聚苯已烯 (PS)，成型工藝性好，可以注射成型。 2．成型工藝性分析 根據(jù)塑件的用途以及塑料的性質(zhì)分析其表面質(zhì)量，確定塑件的精度等級要求為：IT4；其中 塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素 ，通常要比塑件高出一個(gè)等級。 為了便于塑件從模腔中脫出或從塑件中抽出型芯，塑件設(shè)計(jì)時(shí)須考慮其內(nèi)外壁面應(yīng)該有足夠的脫模斜度。最小脫模斜度與塑料性能、塑件幾何形狀有關(guān)。該塑件壁厚約 為2mm，大開口處有 5186。的斜角，小開口處有 3186。的傾角，這樣足以使型芯很容易抽出。為了容易使大的側(cè)抽芯容易抽出 可以查參考 文獻(xiàn) 中的 表 ， 脫模斜度（型芯）： 1186。 3．塑件材料的基本性能 成型本零件使用 聚苯乙烯（ PS） ， 該材料為熱塑性塑料，聚苯乙烯無色，透明，有光澤，無毒無味，落地時(shí)有清脆的金屬聲比重小，具有高的強(qiáng)度、剛性、硬度，耐 腐蝕、性耐熱性、電絕緣性優(yōu)良，可以與熔融的石英相媲美 ，密度為 ，取 成型收縮率為 ％～ ％ ,可在 100℃左右使用。該塑料為無定形高聚物，注射時(shí)一般不需要進(jìn)行干燥。流動性好，它的流變特性是黏度對剪切速率的依賴性比溫度的依賴性大。因此，在注射充模時(shí)，通過提高注射壓力或注射速度來增大熔體的流動性比通過提高溫度有利。 其 結(jié)晶能力較強(qiáng)，提高模具溫度將有助于制件結(jié)晶度的增加，甚至能提前脫模。同時(shí)，聚苯乙烯質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的倒凹模時(shí)可強(qiáng)行脫模。 聚苯乙烯（ PS）在工業(yè)上主要 用做儀表外客，燈罩化學(xué)儀器零件，透明模型等；在電氣方面做良好的絕緣材料，接線盒等；在日用品方面用于包裝材料等，各種容器玩具等。 4．塑料的成型收縮率 塑件從模具中取出到冷卻至室溫會發(fā)生尺寸收縮，這種性能稱收縮性。查參考文獻(xiàn)[1]中的表 216 該塑料的 成型收縮率（ %）： ～ ； 由于收縮不僅與樹脂的熱脹冷縮有關(guān)，還和各成型因素有關(guān)，所以將成型后塑件的收縮稱成形收縮。影響收縮的因素摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –6– 主要有： (1)塑料品種； (2)塑料特性； (3)模具結(jié)構(gòu)； (4)成形工藝。 這里取計(jì)算成型收縮率為 %。 5．塑件材料的流 動性 塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。這是模具設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要工藝參數(shù)。流動性大易造成溢料過多，填充型腔不密實(shí)，塑件組織疏松，樹脂、填料分頭聚積，易粘模、脫模及清理困難，硬化過早等弊病。但流動性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動性必須與塑件要求、成型工藝及成形條件相適應(yīng)。聚 苯已 烯的流動特性屬非牛頓流體 。查參考資料可以知道 聚 苯已 烯 流動性良好等。影響塑料流動性的因素一般有： (1)溫度； (2)壓力； (3)模具結(jié)構(gòu)。 摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –7– 三、塑件成形工藝與設(shè)備 （一）注塑成型工藝 條件 1． 溫度 注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生 “ 流涎現(xiàn)象 ” ；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。 聚 苯已 烯 塑 料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 查參考資料 [5] 如表 。 表 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度 /℃ 模具溫度 /℃ 后 段 中 段 前 段 70～ 100 130～ 170 200～ 220 180～ 245 20～ 70 注 1）資料來源：陳志剛主編．塑料模具設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020年 2月，第 36 頁 2． 壓力 注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像 聚 苯已 烯 流動性 一般 的 塑料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時(shí)所 受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為 ～。 3． 時(shí)間 完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為 3～ 5 秒，保壓時(shí)間一般為 20～ 120 秒，冷卻時(shí)摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –8– 間一般為 30～ 120 秒（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn) 數(shù)值 如表 。 表 成型周期與壁厚關(guān)系 制件壁厚 /mm 成型周期 /s 制件壁厚 /mm 成型周期 /s 10 35 15 45 22 65 28 85 注 1）資料來源：黃虹主編．塑料成型加工與模具．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020年 3月，第 87頁 經(jīng)過上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)， 因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表 所示。 表 制品成型工藝參數(shù)初步確定 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 特性 注塑機(jī)類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 50 噴嘴形式 直通式 模具溫度 (℃) 50 噴嘴溫度 (℃) 175 后段溫度 (℃) 180～ 210 中段溫度 (℃) 210～ 230 前段溫度 (℃) 200～ 210 注射壓力 (MPa) 80 保壓力 （ MPa） 60 注射時(shí)間 (s) 4 保壓時(shí)間 （ s） 25 冷卻時(shí)間 (s) 25 其他時(shí)間 （ s） 2 成型周期 (s) 60 成型收縮 (%) 預(yù)熱 干燥溫度 (℃) 80～ 95 預(yù)熱 干燥時(shí)間 (h) 4～ 5 1)資料來源： 陳志剛主編．塑料模具設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020年 2月，第 67 頁 摩托車燈罩的注射模具設(shè)計(jì) –9– （ 二 ）注射機(jī)型號的確定 注射模具是安裝在注射機(jī)上使用的。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，除了應(yīng)掌握注射成型工藝過程外，還應(yīng)對所選用的注射機(jī)有關(guān)技術(shù)參數(shù)有全面了解，才能生產(chǎn)出合格的塑料制件。注射機(jī)為塑 料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種。注射成型時(shí)注射模具安裝在注射機(jī)的動模板和定模板上，由鎖模裝置和模并鎖緊，塑料在料筒內(nèi)加熱呈熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內(nèi)，塑料制品固化冷卻后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將制件推出。 1．由公稱注射量選擇注射機(jī) 利用 CAD 測量工具可以測得塑件體的體積為 (1)單個(gè)塑件 體積： 4 5 51 2 .0 8 5 1 0 m m 2 0 .8 5 c mV ? ? ?, 質(zhì)量2 0 .8 5 1 .0 5 4 2 1 .9 8 gm ? ? ? (2)兩個(gè)塑件和澆注系統(tǒng)凝料 由于本模具 采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)，取澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為塑件質(zhì)量的 80％，則： ? ? ，總質(zhì)量 ? ? 。 模具設(shè)計(jì)時(shí)，塑件成型所需的塑料熔體的總?cè)萘炕蛸|(zhì)量需在注射機(jī)額定注射 80%內(nèi)。由此可得注射機(jī)所需體積最小為： 55 8 .3 8 / 8 0 % 7 2 .8 c m? 。 2．由鎖模力選擇注射機(jī) 塑料制件在分型面上的投影面積為 21 ? 。流道凝料（包括澆口）在分型面上的上的投影面積 2A ， 22 = ； 212 1 5 8 9 . 6 2 0 7 9 . 6 3 6 8 9 . 2 m mA A A =? ? ? ?分 查參考文獻(xiàn) [5] 226==3 6 8 9 .2 m m 3 0 M P a3 6 8 9 .2 m m 3 0 1 0 P a1 1 0 .7 k NF F A P???? ? ??脹 分鎖 型 （ ） 式中 F鎖 注射機(jī)的 公稱 鎖模力（ N） ； A分 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 ； P型為 型腔 內(nèi)熔體 壓力， 查參考文獻(xiàn) [2] 表 51， 取 =30MPaP型 ； 結(jié)合上面兩項(xiàng)的計(jì)算， 查參考文獻(xiàn) [5] 中的表 42， 初步確定注塑機(jī)為 XSZY2