【文章內(nèi)容簡介】 理 注塑模結(jié)構(gòu)CAD的重點在于注塑制品的造型、模具設(shè)計、繪圖和數(shù)控加工的模擬，注塑模CAD的過程就是數(shù)據(jù)處理的過程。通常，由于注塑模結(jié)構(gòu)CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，一個高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結(jié)構(gòu)和算法，同時也涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方法。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中，經(jīng)常需要利用一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和其他程序的設(shè)計及結(jié)果，系統(tǒng)各部分是通過交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。因此，數(shù)據(jù)的處理在注塑模結(jié)構(gòu)CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)類型十分廣泛，除了數(shù)字型、字符型數(shù)據(jù)之外，圖形/模型及其文本數(shù)據(jù)項也是注塑模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而圖形/模型數(shù)據(jù)又是由基本圖形元素、圖形符號、模型部分及各級圖形/模型數(shù)據(jù)組成。第三節(jié)、CAD數(shù)據(jù)組成注塑模CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可分為組合數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，可將組合數(shù)據(jù)逐層分解至基本數(shù)據(jù)為止。根據(jù)這種分解模式，可以對總體、部件、詳細數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進行處理。 它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達為如下格式：文件名：總裝圖；組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關(guān)系數(shù)據(jù)；組織：依次記錄各部件名，定位數(shù)據(jù)。 它可定義為一種圖形/模型數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)模架為例說明其表達格式： 文件名：部件名；組成：基準(zhǔn)件名+各組成零件名+定位關(guān)系+尺寸關(guān)系+零件圖形關(guān)聯(lián)性； 組織：依次記錄個零件名、定位關(guān)系、主特征尺寸。 它可定義為一種圖形文本數(shù)據(jù)，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)類型可表達為如下格式：文件名：零件名； 組 成：圖形信息+尺寸信息+文本信息；組 織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點信息、尺寸標(biāo)注及文本信息。第四節(jié)、CAD技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用一、 產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料對注塑過程及模具設(shè)計有著直接的影響，因而模具CAD從產(chǎn)品設(shè)計的CAD開始著手。通過樣品的計算機輔助測量或產(chǎn)品概念設(shè)計，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計人員由實體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設(shè)計變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品所用材料。輸入產(chǎn)品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件，經(jīng)有限元分析及后置處理可得應(yīng)力及變形結(jié)果。最后，按照用戶設(shè)定指標(biāo)完成產(chǎn)品性能評估。二、 模具設(shè)計 對產(chǎn)品進行工藝性分析，確定生產(chǎn)批量和生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計參數(shù)包括：型腔數(shù)；材料類別及牌號；注塑機型號；工藝參數(shù)(充填時間、保壓時間、冷卻時間、注射速率或注射壓力等)；澆口位置、尺寸及數(shù)目；分型面等。上述參數(shù)作為輸入?yún)?shù)設(shè)定后，經(jīng)過注塑過程模擬，依分析結(jié)果作調(diào)整，待完成方案評估后，即可作為優(yōu)化后的模具設(shè)計參數(shù)，以文件形式輸出。 最有利于產(chǎn)品性能的澆口位置和流道設(shè)計完成后，產(chǎn)品與注塑機噴嘴之間的幾何關(guān)系也就確定了。輸入所要求的型腔尺寸和冷卻管道布置等資料，即可選定模架尺寸，調(diào)用模架數(shù)據(jù)庫中的模架模型,自動生成一個模架。 根據(jù)輸出的設(shè)計參數(shù)，可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫中的零件模型，自動生成標(biāo)準(zhǔn)零件。對于非標(biāo)準(zhǔn)零件，可利用商用軟件的參數(shù)設(shè)計功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可進行模具的裝配模型建立，通常采用自下而上的布局。一般CAD軟件均提供變量約束、尺寸定位及取向定位等功能。全面自動的干涉量檢查為用戶提供了檢查間隙和干涉的功能，并給出干涉總量以及間隙估計的文本記錄。更進一步，利用系統(tǒng)動態(tài)分析對模具的活動零件(如頂桿)進行真實的動態(tài)模擬，決定這些零件相對其他模具零件所需的活動范圍，檢查機械動作是否滿足要求的運動軌跡，是否與其他零件相干擾。 模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息，詳細設(shè)計零件，包括自動尺寸標(biāo)準(zhǔn)和引入材料清單。 由于整個設(shè)計流程基于一個完整的數(shù)據(jù)庫，任何一次修改都被記錄，并且在更新原有設(shè)計時，圖形及尺寸會自動變更，因此最后的零件數(shù)據(jù)庫模型提供了模具設(shè)計的全部圖形與非圖形信息。剩下的工作就是編制材料清單和作出加工模具零件所需的NC刀具軌跡。至此，塑料模具的CAD即告完成，流程如圖21所示。圖21 CAD設(shè)計流程第五節(jié)、應(yīng)用在本設(shè)計中的CAD技術(shù)一、 Pro/ENGINEER2001在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用Pro/ENGINEER2001是美國PTC公司（Parametric Technology Corporation——參數(shù)技術(shù)公司）開發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，是全方位的產(chǎn)品開發(fā)軟件。該軟件集產(chǎn)品設(shè)計、裝配、加工、鈑金設(shè)計等功能于一體，其模塊眾多、內(nèi)容豐富、功能強大，已廣泛應(yīng)用于電子、航天、汽車、家電和玩具等行業(yè)。在DVD門模具設(shè)計過程中，主要應(yīng)用Pro/ENGINEER2001進行了模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，滑塊等的設(shè)計。二、 PTC用于Pro/ENGINEER的新模架——EMX(Expert Moldbase Extension)，是一個基于知識庫的模架裝配和細化工具，它增強了現(xiàn)有Pro/ENGINEER模具工具的功能。專門為模具設(shè)計人員開發(fā)的這套工具，提供了快速創(chuàng)建和修改完整模具零部件的功能，能簡化模具設(shè)計過程，提高生產(chǎn)效率。在DVD門模具設(shè)計過程中，包括頂出系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)，滑塊系統(tǒng)等。三、 Moldflow Plastic Advisers在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用Moldflow Plastic Advisers是Moldflow公司開發(fā)的快速試模分析軟件，可以對塑件和模具進行注塑分析和優(yōu)化，能幫助設(shè)計人員在早期發(fā)現(xiàn)問題。在DVD門模具設(shè)計過程中，應(yīng)用Moldflow Plastic Advisers模流分析，包括澆口位置、材料選擇、熔接痕位置、困氣、流動時間、壓力和溫度分布分析等。四、 AutoCAD在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用AutoCAD是最常用的工程制圖軟件。由Pro/ENGINEER產(chǎn)生的工程圖紙不規(guī)范，所以后期需要導(dǎo)入AutoCAD2006進行完善。第六節(jié)、小結(jié)塑料模具CAD技術(shù)是一種全新的設(shè)計技術(shù)，有助于提高產(chǎn)品及模具設(shè)計的質(zhì)量和實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結(jié)果，判讀數(shù)據(jù)并做出合適的變更設(shè)計抉擇，熟悉CAD技術(shù)并有效地應(yīng)用于模具設(shè)計也有賴于設(shè)計人員的素質(zhì)和經(jīng)驗。塑料模具CAD的難點在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫，以及模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化。第三章 注塑工藝分析及成型方法簡介第一節(jié)、塑件（DVD門）分析一、塑件DVD門塑件結(jié)構(gòu)如圖31所示。圖31 注塑零件3D圖該零件尺寸中等大小，最大長度為151mm，最大高度28mm，最大寬度35mm，最大厚度2mm。二、塑料名稱根據(jù)各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場價格，選擇材料為ABS。三、生產(chǎn)綱領(lǐng)大批量，自動化生產(chǎn)。四、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析該塑件端部帶有連接運動部分，兩個連接運動部分分別在不同的型腔內(nèi)成型，故在模具設(shè)計和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動的順暢和零件的使用壽命。該塑件裝配在DVD表面，對表面美觀有一定要求，設(shè)計時要注意對外邊面的處理。精度等級：采用一般精度5級。脫模斜度：，其脫模斜度查參考文獻【1】中的表34有塑件內(nèi)表面35′~1176。，塑件外表面40′~1176。20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細小部位，所用塑料為ABS，流動性較好，而且，主要部分有較好的弧度，可順勢脫模，所以塑件外表面沒有放脫模斜度。同時，側(cè)面采用滑塊機構(gòu)，脫模時，滑塊抽去，兩壁處脫模沒有困難，所有也不放脫模斜度。第二節(jié)、材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)一、注射成型過程對ABS的色澤、細度和均勻度進行檢驗。%～%，容易吸濕，成型前應(yīng)進行充分的干燥，干燥至水分含量%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時或用干燥料斗以80℃烘1～2小時。塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻4個階段。采用調(diào)濕處理，其熱處理條件查參考文獻【1】中的表47由處理溫度為70℃；保濕時間為2～4小時。二、材料ABS的注塑成型參數(shù)注射機：螺桿式；螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）：48；料筒溫度（℃）：前段 200～220； 中段 180～200； 后段 160～180；噴嘴溫度（℃）：170～180；模具溫度（℃）：50～80；注射壓力（MPa）：70～100；成型時間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～三、材料ABS性能ABS樹脂是一種共混物，是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrilebutadinestyrene(簡稱ABS)，這三者的比例為20：30：50(熔點為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強度、流動特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強度會得到提高，但是硬度和流動性就會降低，強度和耐熱性變會減少。ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合物理機械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點是耐候性，耐熱性差，且易燃。ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。ABS在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強度，熱變形溫度比PA、PVC高，尺寸穩(wěn)定性好，%~%范圍內(nèi)，%～%，而且絕少出現(xiàn)塑后收縮。ABS具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。ABS尚具有良好的配混性，可與多種樹脂配混成合金(共混物)，如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的應(yīng)用領(lǐng)域，ABS若與MMA摻混可制成透明ABS，透光率可達80%。ABS是吸水的塑料，于室溫下，%~%水分，雖然這種水分不至于對機械性能構(gòu)成重大影響，%，塑料表面會受大的影響，所以對ABS進行成型加工時，一定要事先干燥，%。密度ρ= g/；～%，%.主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良；消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預(yù)干燥。第四章 模具設(shè)計第一節(jié)、擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計一、分型面位置的確定在塑件設(shè)計階段，就應(yīng)考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設(shè)計階段，應(yīng)首先確定