【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)品建模及慘改系列設(shè)計(jì)、多方案比較、動(dòng)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，能甭實(shí)現(xiàn)參數(shù)化日前已成為評價(jià) CAD 系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo) CADNGINEER 集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、 NC 加工、鈑金什設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、自動(dòng)量測、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析等功能于一體。是塑料模具實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的一個(gè)必備的軟件 [1]。 EMX ( Expert Moldbase Extension)是 CAD 系統(tǒng)中的一個(gè)外掛模塊，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(dòng)產(chǎn)生模具工程圖和明細(xì)表，還可以模擬模具開模過程進(jìn)行動(dòng)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。 3 CADNGINEER 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)，還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、重心、重量、慣性大小等，可極大的的減少設(shè)計(jì)人員的計(jì)算時(shí)間。 (2)CADNGINEER 可隨時(shí)由 3D 實(shí)體模型產(chǎn)生 2D 工程圖，且可自動(dòng)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)體模型均白動(dòng)修改，同時(shí)組合、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)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、重新定義等修正動(dòng)作。 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。該塑件為漱口杯，為大批量生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)比較簡單，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。 通過對漱口杯的注射模具的設(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。 4 第二章 塑件成型 工藝 性 分析 為了保證在生產(chǎn)過程中制造出理想的塑料制品，除了應(yīng)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(shè)計(jì)有直接的關(guān)系，只有塑件的設(shè)計(jì)能適應(yīng)成型工藝的要求，才能設(shè)計(jì)出合理的模具結(jié)構(gòu)。這樣既 能保證塑件順利成型，防止塑件產(chǎn)生缺陷，又能達(dá)到提高生產(chǎn)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(jié)構(gòu)特征 分析及成 型工藝性分析 結(jié)構(gòu)特征分析 該塑件二維圖尺寸如圖 ，塑件為大批量生產(chǎn)，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(qiáng)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(chǎn)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(zhì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)又在相當(dāng)大程度上影響塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度應(yīng)盡量選 6 擇的低些。對于本產(chǎn)品，圖紙未注明尺寸精 度，查表 23，我們?nèi)?IT5級精度 [2]。 表面質(zhì)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(shè)計(jì)時(shí)必須考慮塑件內(nèi)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(guān)。但在具體選擇脫模斜度時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 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(yīng)選用較小的脫模斜度。 （ 3）塑件形狀復(fù)雜的，不易脫模的應(yīng)選用較大的脫模斜度。 （ 4）塑件的收縮率大的應(yīng)選用 較大的斜度值。 （ 5）塑件壁厚較厚時(shí)，會(huì)使成形收縮增大，脫模斜度應(yīng)采用較大的數(shù)值。 （ 6）如果要求脫模后塑件保持在型芯的一邊，塑件的內(nèi)表面的脫模斜度可選的比外表面?。环粗?，要求脫模塑件留在型腔內(nèi)，則塑件外表面脫模斜度應(yīng)小于內(nèi)表面，但是，當(dāng)內(nèi)外表面脫模斜度不一致時(shí)，往往不能保證壁厚的均勻。 （ 7）增強(qiáng)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(nèi)表面是以小端為基準(zhǔn)，斜度向擴(kuò)大方向取，塑件外表面則應(yīng)以大端為基準(zhǔn)，斜度向縮小方向?。? 綜合考慮以上幾點(diǎn)，選取本制品的脫模斜度為 15186。 塑件壁厚設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是塑件的使用要求，例如強(qiáng)度、剛度、絕緣性、重量，尺寸穩(wěn)定性和與其他零件的裝配關(guān)系。壁厚設(shè)計(jì)也要考慮到塑件成形時(shí)的工藝性要求，如對熔體的流動(dòng)性阻力，頂出時(shí)的強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)遵循下面兩項(xiàng)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?yàn)樗芰鲜菍?dǎo)熱系數(shù)很小的材料，壁厚的少量增 加，會(huì)使塑件在模腔內(nèi) 冷卻時(shí)間明顯增長。塑件的壁厚減小也有利于獲得質(zhì)量較優(yōu)的塑件，因?yàn)楹癖谒芗菀桩a(chǎn)生表面 凹陷和內(nèi)部縮孔。 （ 2）盡可能保持壁厚均勻 塑件壁厚不均勻時(shí)成型過程中所需的冷卻時(shí)間不同，收縮率也不同，容易造成塑件的內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形。因此設(shè)計(jì)塑件時(shí)應(yīng)盡量減小各部分的壁厚差別。一 7 般情況下應(yīng)使壁厚差別保持在 30％ 以內(nèi)。 對于由于塑件結(jié)構(gòu)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(gè)塑件設(shè)計(jì)為兩個(gè)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(dāng)塑件需由一個(gè)面作為支承面時(shí)，如果整個(gè)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(yīng)在設(shè)計(jì)塑件時(shí)采用凸邊或幾個(gè)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(yīng)小于 ，否則底面變形也會(huì)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(shè)計(jì)過程中，為了避免應(yīng)力集中，提高塑件強(qiáng)度，改善塑料的流動(dòng)情況乃偏于脫模，所以在塑件各面或內(nèi)部連接處，應(yīng)采用圓弧過度。尤其對增強(qiáng)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(jī)械加工及提高模具強(qiáng)度也是不可少的。在塑件結(jié)構(gòu)上無特殊要求時(shí)，塑件的各連接處均應(yīng)有半徑不小于 的圓角。本制品中內(nèi)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(shí)有清脆的金屬聲，比重小，具有高的強(qiáng)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(shí)一般不需要進(jìn)行干燥。結(jié)晶能力較強(qiáng)，提高模具溫度將有助于制品結(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。 8 聚苯乙烯（ PS）在工業(yè)上主要做儀表外殼，燈罩、光學(xué)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(huì) 發(fā) 生尺寸收縮，這種性能稱收縮性。查參考文獻(xiàn) [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(guān)，還和各成型因素有關(guān)，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(jì)算成型收縮率為 %。 塑件材料的流動(dòng)性 塑料在一定溫度于壓力下填充型腔的能力成為流動(dòng)性。這是模具設(shè)計(jì)師必須考慮的一個(gè)重要工藝參數(shù)。流動(dòng)性大易造成溢料過多，天沖型腔不密實(shí)，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(dòng)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(dòng)性必須與塑件要求、成型工藝及成型條件相適應(yīng)。聚苯乙烯的流動(dòng)特性屬非頓流體。查參考資料可以知道聚苯乙烯流動(dòng)性良好。影響塑料流動(dòng)性因素一般有： 。 9 第三章 塑件成型工藝及設(shè)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(yīng)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 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(dòng)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)。對于像聚苯乙烯流動(dòng)性一般的材料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于折射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)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) 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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 10 時(shí)間 完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間成為成型周期。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，涂脫模劑，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)間一般為 30～ 120 秒（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來解決的，質(zhì)量越大則響應(yīng)的時(shí)間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)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(guān)系 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)有全面的了解，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(dòng)模板和定模版上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒內(nèi)加熱成熔融狀態(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。 由公稱注射量選擇注射機(jī) 利用 Pro/Engineer 軟件求出 所見的體積為 （ 1）單個(gè)塑件 ： 體積： V?=179?！? cm179。，質(zhì)量 m==≈ 。 （ 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%。 11 則 : V0= 80%+2 = cm179。 M0=2 + 80%=。 模具設(shè)計(jì)時(shí)， 注射機(jī)的公稱注射量約為： 公 ≥V0=（ cm179。） 公 ≥M0=（ g） 由鎖模力 選 擇注射機(jī) 選用注塑機(jī)的 鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具的分型面要分開而產(chǎn)生溢料。注射時(shí)產(chǎn)生的型腔壓力，對柱塞式注塑機(jī)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(yù)塑裝置的注塑機(jī)及螺桿式注塑機(jī)壓力損失較小，所以型腔壓力較大。另外對不同流動(dòng)性的塑料、噴嘴和模具的結(jié)構(gòu)形式，其壓力損失也不一樣。一般熔料經(jīng)噴嘴時(shí)其注射壓力達(dá) 600～ 800kg/cm178。,經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時(shí)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(guān)系由下式確定 : 1000/APP ?? 腔鎖