【文章內容簡介】 理 注塑模結構CAD的重點在于注塑制品的造型、模具設計、繪圖和數控加工的模擬，注塑模CAD的過程就是數據處理的過程。通常，由于注塑模結構CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結構相當復雜，一個高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結構和算法，同時也涉及數據結構和管理方法。在應用程序的執(zhí)行過程中，經常需要利用一些標準數據和其他程序的設計及結果，系統(tǒng)各部分是通過交換數據相互聯系的。因此，數據的處理在注塑模結構CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系統(tǒng)中，數據類型十分廣泛，除了數字型、字符型數據之外，圖形/模型及其文本數據項也是注塑模CAD系統(tǒng)的數據。而圖形/模型數據又是由基本圖形元素、圖形符號、模型部分及各級圖形/模型數據組成。第三節(jié)、CAD數據組成注塑模CAD系統(tǒng)中數據可分為組合數據和基本數據，可將組合數據逐層分解至基本數據為止。根據這種分解模式，可以對總體、部件、詳細數據這三類數據分別進行處理。 它是一種模型數據，可以表達為如下格式：文件名：總裝圖；組成：各部件數據名+定位關系數據；組織：依次記錄各部件名，定位數據。 它可定義為一種圖形/模型數據，以標準模架為例說明其表達格式： 文件名：部件名；組成：基準件名+各組成零件名+定位關系+尺寸關系+零件圖形關聯性； 組織：依次記錄個零件名、定位關系、主特征尺寸。 它可定義為一種圖形文本數據，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數據，該數據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、尺寸標注及文本信息。第四節(jié)、CAD技術在模具設計中的應用一、 產品設計產品的結構和材料對注塑過程及模具設計有著直接的影響，因而模具CAD從產品設計的CAD開始著手。通過樣品的計算機輔助測量或產品概念設計，建立產品的三維數據模型。設計人員由實體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設計變量為產品厚度及產品所用材料。輸入產品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件，經有限元分析及后置處理可得應力及變形結果。最后，按照用戶設定指標完成產品性能評估。二、 模具設計 對產品進行工藝性分析，確定生產批量和生產規(guī)模。設計參數包括：型腔數；材料類別及牌號；注塑機型號；工藝參數(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、尺寸及數目；分型面等。上述參數作為輸入參數設定后，經過注塑過程模擬，依分析結果作調整，待完成方案評估后，即可作為優(yōu)化后的模具設計參數，以文件形式輸出。 最有利于產品性能的澆口位置和流道設計完成后，產品與注塑機噴嘴之間的幾何關系也就確定了。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，調用模架數據庫中的模架模型,自動生成一個模架。 根據輸出的設計參數，可以調用標準零件數據庫中的零件模型，自動生成標準零件。對于非標準零件，可利用商用軟件的參數設計功能，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，詳細設計零件，包括自動尺寸標準和引入材料清單。 由于整個設計流程基于一個完整的數據庫，任何一次修改都被記錄，并且在更新原有設計時，圖形及尺寸會自動變更，因此最后的零件數據庫模型提供了模具設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設計流程第五節(jié)、應用在本設計中的CAD技術一、 Pro/ENGINEER2001在模具設計過程中的應用Pro/ENGINEER2001是美國PTC公司（Parametric Technology Corporation——參數技術公司）開發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，是全方位的產品開發(fā)軟件。該軟件集產品設計、裝配、加工、鈑金設計等功能于一體，其模塊眾多、內容豐富、功能強大，已廣泛應用于電子、航天、汽車、家電和玩具等行業(yè)。在DVD門模具設計過程中，主要應用Pro/ENGINEER2001進行了模仁結構設計，包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，滑塊等的設計。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，它增強了現有Pro/ENGINEER模具工具的功能。專門為模具設計人員開發(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，能簡化模具設計過程，提高生產效率。在DVD門模具設計過程中，包括頂出系統(tǒng)，導向系統(tǒng)，滑塊系統(tǒng)等。三、 Moldflow Plastic Advisers在模具設計過程中的應用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，能幫助設計人員在早期發(fā)現問題。在DVD門模具設計過程中，應用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在模具設計過程中的應用AutoCAD是最常用的工程制圖軟件。由Pro/ENGINEER產生的工程圖紙不規(guī)范，所以后期需要導入AutoCAD2006進行完善。第六節(jié)、小結塑料模具CAD技術是一種全新的設計技術，有助于提高產品及模具設計的質量和實現產品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結果，判讀數據并做出合適的變更設計抉擇，熟悉CAD技術并有效地應用于模具設計也有賴于設計人員的素質和經驗。塑料模具CAD的難點在于建立豐富的材料性能數據庫，以及模具零件的標準化。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門塑件結構如圖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、生產綱領大批量，自動化生產。四、塑件的結構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成型，故在模具設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，側面采用滑塊機構，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經過加熱、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的注塑成型參數注射機：螺桿式；螺桿轉數（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是非結晶性材料。中單體的聚合產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構。這就可以在產品設計上具有很大的靈活性，并且由此產生了市場上上百種不同品質的ABS材料。這些不同品質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，%～%，而且絕少出現塑后收縮。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用領域，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、充分預干燥。第四章 模具設計第一節(jié)、擬定模具結構設計一、分型面位置的確定在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定