【文章內容簡介】 產品建模及慘改系列設計、多方案比較、動態(tài)設計、實體造型、裝配、公差分析與綜合、機構仿真、優(yōu)化設計等領域發(fā)揮著越來越大的作用，并體現(xiàn)出很高的應用價值，能甭實現(xiàn)參數化日前已成為評價 CAD 系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術指標 CADNGINEER 集合了零件設計、產品組合、模具開發(fā)、 NC 加工、鈑金什設計、鑄造件設計、自動量測、機構仿真、應力分析等功能于一體。是塑料模具實現(xiàn)參數化的一個必備的軟件 [1]。 EMX ( Expert Moldbase Extension)是 CAD 系統(tǒng)中的一個外掛模塊，專門用來建立各種標準模架及模具標準件和滑塊、斜銷等附件，能夠建立 冷卻水管，能夠自動產生模具工程圖和明細表，還可以模擬模具開模過程進行動態(tài)仿真和干涉檢查，并可將仿真結果輸出成視頻文件，是個功能非常強大且使用非常方便的模具設計工具。 3 CADNGINEER 參數化設計的特性： (1)3D 實體模型除了可以將用戶的設計思想以最真實的模型在計算機上表現(xiàn)出來之外，借助于系統(tǒng)參數，還可以隨時計算出產品的體積、面積、重心、重量、慣性大小等，可極大的的減少設計人員的計算時間。 (2)CADNGINEER 可隨時由 3D 實體模型產生 2D 工程圖，且可自動標示工程圖尺寸。不論在 3D 還是 2D 圖形上作尺寸修正。其相關的 2D 圖形或 3D 實體模型均白動修改，同時組合、制造等相關設計也會自動修改，如此可確保數據的正確性，并避免反復修正的耗時性 (3)以特征作為設計的單位?？呻S時對特征做合理、不違反幾何順序調整、插入、刪除、重新定義等修正動作。 選題 目 的以及意義 畢業(yè)設計將總結專業(yè)基礎和專業(yè)技術的學習成果，鍛煉和開發(fā)學生的綜合運用能力。本課題要求跟據圖紙以及任務書設計出結構優(yōu)化的模具。該塑件為漱口杯，為大批量生產。其結構比較簡單，有 1 個側抽芯，因而該塑件的模具有一個典型結構 —— 側抽芯滑塊 機構。這個課題能充分體現(xiàn)專業(yè)知識，對模具設計能力有一定的鍛煉。 通過對漱口杯的注射模具的設計，可以鞏固專業(yè)知識為以后從事本專業(yè)實際工作和研究工作奠定了重要的思想基礎，也同時具有一定的初步開發(fā)模具能力。另外加深了對機械基礎知識的應用。提高了整體的設計能力。 4 第二章 塑件成型 工藝 性 分析 為了保證在生產過程中制造出理想的塑料制品，除了應合理選用塑件的材料外，還必須考慮塑件的成型工藝性。塑件的工藝性與模具設計有直接的關系，只有塑件的設計能適應成型工藝的要求，才能設計出合理的模具結構。這樣既 能保證塑件順利成型，防止塑件產生缺陷，又能達到提高生產率和降低成本的目的。 漱口杯二維圖 圖 漱口杯二維圖 圖 漱口杯 三 維圖 5 結構特征 分析及成 型工藝性分析 結構特征分析 該塑件二維圖尺寸如圖 ，塑件為大批量生產，材料為聚苯乙烯，成型工藝好，可注塑成型。 成型工藝性分析 尺寸精度和表面粗糙度 類別 `塑料品種 建議采用的等級 高精度 一般精度 低精度 1 PS 3 4 5 ABS 聚甲苯丙烯酸甲脂 PC PSU 聚砜 PF 氨基塑料 30％玻璃纖維增強塑料 2 聚酰胺 4 5 6 氯化聚乙醚 PVC 硬 3 POM 5 6 7 PP PE 低密度 4 PVC 6 7 8 PE 高密度 表 23 精度等級選用推薦值 塑件的尺寸精度是指成型后所獲得的塑件產品尺寸和圖紙中尺寸的符合程度。 一般而言，塑件尺寸精度是取決于塑料因材質和工藝條件引起的塑料收縮率范圍大小，模具制造精度、型腔型芯的磨損程度以及工藝控制因素。而模具的某些結構特點又在相當大程度上影響塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度應盡量選 6 擇的低些。對于本產品，圖紙未注明尺寸精 度，查表 23，我們取 IT5級精度 [2]。 表面質量一般要求較高，在 。 為了易于使塑件從模具取出或從塑件中抽出型芯，在設計時必須考慮塑件內外壁具有足夠的脫模斜度 [3]。 最小脫模斜度與塑料性能、收縮率的大小，塑件的幾何形狀有關。但在具體選擇脫模斜度時還應注意以下幾點： （ 1）凡塑件要求高的，采用較小的脫模斜度。 （ 2）凡較高的，較大的尺寸，應選用較小的脫模斜度。 （ 3）塑件形狀復雜的，不易脫模的應選用較大的脫模斜度。 （ 4）塑件的收縮率大的應選用 較大的斜度值。 （ 5）塑件壁厚較厚時，會使成形收縮增大，脫模斜度應采用較大的數值。 （ 6）如果要求脫模后塑件保持在型芯的一邊，塑件的內表面的脫模斜度可選的比外表面??；反之，要求脫模塑件留在型腔內，則塑件外表面脫模斜度應小于內表面，但是，當內外表面脫模斜度不一致時，往往不能保證壁厚的均勻。 （ 7）增強塑料宜取大，含自潤滑劑等易脫模塑料可取小。 （ 8）斜度取留方向，對于塑料內表面是以小端為基準，斜度向擴大方向取，塑件外表面則應以大端為基準，斜度向縮小方向取． 綜合考慮以上幾點，選取本制品的脫模斜度為 15186。 塑件壁厚設計的基本依據是塑件的使用要求，例如強度、剛度、絕緣性、重量，尺寸穩(wěn)定性和與其他零件的裝配關系。壁厚設計也要考慮到塑件成形時的工藝性要求，如對熔體的流動性阻力，頂出時的強度和剛度等。在滿足工作要求和工藝要求的前提下，塑件壁厚設計時還應遵循下面兩項基本原則： （ 1）盡量減小壁厚 減小壁厚不僅可以節(jié)約材料，節(jié)約能源，也可以縮短成型周期，因為塑料是導熱系數很小的材料，壁厚的少量增 加，會使塑件在模腔內 冷卻時間明顯增長。塑件的壁厚減小也有利于獲得質量較優(yōu)的塑件，因為厚壁塑件容易產生表面 凹陷和內部縮孔。 （ 2）盡可能保持壁厚均勻 塑件壁厚不均勻時成型過程中所需的冷卻時間不同，收縮率也不同，容易造成塑件的內應力和翹曲變形。因此設計塑件時應盡量減小各部分的壁厚差別。一 7 般情況下應使壁厚差別保持在 30％ 以內。 對于由于塑件結構所造成的壁厚差別過大情況，可采用以下兩種方法減小壁厚差：（ a）可將塑件過厚部分挖空。 （ b）可將塑件分解，即將一個塑件設計為兩個塑件。 綜合考慮，本制品壁厚選取為 2mm，且盡量保持壁厚均勻。 當塑件需由一個面作為支承面時，如果整個面來作為支承面，在制造 過程中是易滿足要求的。在這樣的情況下，應在設計塑件時采用凸邊或幾個凸起的支腳作為支承面。環(huán)行周邊支承面或支承底腳高度不應小于 ，否則底面變形也會使塑件不能平穩(wěn)地放置。本制品環(huán)行支承面的高度取 1mm. 在塑件設計過程中，為了避免應力集中，提高塑件強度，改善塑料的流動情況乃偏于脫模，所以在塑件各面或內部連接處，應采用圓弧過度。尤其對增強塑料更有利于填充型腔。另外，塑件上的圓角對模具制造和機械加工及提高模具強度也是不可少的。在塑件結構上無特殊要求時，塑件的各連接處均應有半徑不小于 的圓角。本制品中內圓角半徑為 1mm,外圓角半徑為 3mm。 圖 22 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，落地時有清脆的金屬聲，比重小，具有高的強度、剛度、硬度、耐腐蝕性、電絕緣性優(yōu)良，可以與熔融的石英相媲美，密度為 179。,可在 100℃左右使用。該塑料為無定形高聚物，注射時一般不需要進行干燥。結晶能力較強，提高模具溫度將有助于制品結晶 度的增加，甚至能提前脫模。同時，聚苯乙烯質軟易脫模，塑件有淺的倒凹模時可強行脫模。 8 聚苯乙烯（ PS）在工業(yè)上主要做儀表外殼，燈罩、光學玻璃及儀器透明模型等；在電器方面做良好的絕緣材料，接線盒等；在如用品方面用于包裝材料 [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 [2]中的表 12得該塑料的成型收縮率（ %）： ～ ；由于收縮不僅與熟知的熱脹冷縮有關，還和各成型因素有關，所以將成型后塑件的收縮稱成型收縮。影響收縮的因素主要有： 種 這里 取 計算成型收縮率為 %。 塑件材料的流動性 塑料在一定溫度于壓力下填充型腔的能力成為流動性。這是模具設計師必須考慮的一個重要工藝參數。流動性大易造成溢料過多，天沖型腔不密實，塑件組織疏松，樹脂、填料分頭聚集，易粘膜、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、成型工藝及成型條件相適應。聚苯乙烯的流動特性屬非頓流體。查參考資料可以知道聚苯乙烯流動性良好。影響塑料流動性因素一般有： 。 9 第三章 塑件成型工藝及設備 注塑成型工藝條件 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，應避免制件脫模后發(fā)生較大的翅曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。聚苯乙烯塑料與溫度的經驗數據參考資料 [2]如圖 31所示。 料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度/℃ 模具溫度/℃ 后段 中段 前段 140～ 160 — 170～ 190 160～ 170 40～ 70 表 31 溫度的經驗數據 壓力 注塑成型過程中的壓力包括折射壓力，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行壓實等。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。對于像聚苯乙烯流動性一般的材料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于折射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣， 提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據生產經驗 參考資料 [2]如圖 32所示 。 注射壓力 /MPa 保壓力 /MPa 60～ 100 30～ 60 表 32壓力經驗數據 10 時間 完成一次注塑成型過程所需要的時間成為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫模劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中 注射時間一般為 3～ 5 秒，保壓時間一般為 20～ 120 秒，冷卻時間一般為 30～ 120 秒（這三個時間都是根據塑件的質量來解決的，質量越大則響應的時間越長）。確定成型周期的經驗值如表 33 所示。 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 表 33成型周期與壁厚關系 注射機型號的確定 注射模具是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注射成型工藝過程外，還應對所選用 的注射機有關技術參數有全面的了解，才能生產出合格的塑料制件。注射機為塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種。注射成型時注射模具安裝在注射機的動模板和定模版上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒內加熱成熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內，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。 由公稱注射量選擇注射機 利用 Pro/Engineer 軟件求出 所見的體積為 （ 1）單個塑件 ： 體積： V?=179。≈ cm179。，質量 m==≈ 。 （ 2）兩個塑件和澆注系統(tǒng)凝料 ： 由于本模具采用一模兩腔的結構，取澆注系統(tǒng)的質量為塑件質量的 80%。 11 則 : V0= 80%+2 = cm179。 M0=2 + 80%=。 模具設計時， 注射機的公稱注射量約為： 公 ≥V0=（ cm179。） 公 ≥M0=（ g） 由鎖模力 選 擇注射機 選用注塑機的 鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力，不然模具的分型面要分開而產生溢料。注射時產生的型腔壓力，對柱塞式注塑機因注射壓力損失較大，所以型腔壓力約為注射壓力的 40～ 70％ ；而有預塑裝置的注塑機及螺桿式注塑機壓力損失較小，所以型腔壓力較大。另外對不同流動性的塑料、噴嘴和模具的結構形式，其壓力損失也不一樣。一般熔料經噴嘴時其注射壓力達 600～ 800kg/cm178。,經澆注系統(tǒng)入型腔時型腔壓力一般為 250～ 500kg/cm178。 塑料制件在分型面上的投影面積為 A1=π = ㎝178。 流道凝料（包括澆口 ）在分型而上的上的投影而積 A2 = ㎝178。； A =Al+A2=+=≈ 53 ㎝178。 鎖模力和成形面積的關系由下式確定 : 1000/APP ?? 腔鎖