【導(dǎo)讀】1．5CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用…………………精確尺寸的工具。模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值往往是模具自身價(jià)值的幾十。高低，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志[1]。民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一[2]。關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，設(shè)計(jì)的好壞在最終影響了模具的生產(chǎn)效果。技術(shù)的發(fā)展，模具設(shè)計(jì)也變得更加智能化、自動(dòng)化。

　　

【正文】 39 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統(tǒng)最鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質(zhì)量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個(gè)：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。 常用的澆口形式有直接澆口、側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對塑料熔體的充型特性、成型質(zhì)量及素件的性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對于不 同的澆口形式也會(huì)有不同的適應(yīng)性，因此根據(jù)《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》書中表 55 查得，材料 ABS 適應(yīng)于任何澆口。但由于塑件壁厚較薄、表面積大，注射量也大而且外表面的光澤度要求很高，而且考慮到澆口的位置不是位于塑件的中心，這就決定了它位置的復(fù)雜程度。綜合這些因素考慮可以用直接澆口、側(cè)澆口、扇形澆口、平縫澆口等。 直接澆口是把熔體直接由主流道進(jìn)入型腔，因而有流動(dòng)阻力小，料流速度快，填充時(shí)間短及補(bǔ)縮時(shí)間長等特點(diǎn)。但注射壓力直接作用在塑件上，容易在進(jìn)料處產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力而導(dǎo)致塑件翹曲變形，澆口痕跡明顯。 側(cè)澆口又稱 為邊緣澆口，一般開設(shè)在分型面上，并且這類澆口可以根據(jù)調(diào)整其截面的厚度和寬度來調(diào)整充模是的剪切速率及澆口封閉時(shí)間，還有這類澆口加工容易，修整方便，可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置。其缺點(diǎn)是澆口有痕跡存在。 扇形澆口是面向型腔沿進(jìn)料方向截面寬度逐漸變大，截面厚度逐漸變小，而且在與型腔的結(jié)合處形成一長約 1～ 3mm 的臺階，塑料熔體在寬度方向上的流動(dòng)得到更均勻的分配，但是設(shè)置該澆口時(shí)很難控制澆口的截面 40 積，因?yàn)闆]有設(shè)計(jì)分流道，澆口是與主流道直接相連，因此熔體的流量對接難以連續(xù)。另外，由于澆口的中心部分與澆口邊緣 部分的通道長度不同，因而熔體在其中的壓力降與填充速度也不一致。 平縫澆口的截面很大，厚度很小，與特別開設(shè)的平行流道相連。塑料熔體經(jīng)平行流道擴(kuò)散而得到均勻分配，從而以較低的線速度經(jīng)澆口平穩(wěn)流入型腔。但是成型后澆口去除加工量較大，提高了產(chǎn)品成本。 其他澆口形式，由于本塑件的澆口位置比較特殊，因此都不是最佳的選擇。根據(jù)對以上幾種澆口的分析和綜合對比，我認(rèn)為潛伏澆口對本塑件最為合適。具體尺寸如下： 圖 澆口形式及尺寸 關(guān)于澆口位置的選擇，我使用 moldflow 軟件對塑件進(jìn)行分析。通過劃分網(wǎng)格并調(diào)節(jié)一系列參 數(shù)之后，導(dǎo)出了圖 ，可見藍(lán)色區(qū)域作為澆口位置最佳。然而限于潛伏式澆口的設(shè)計(jì)以及主流道，分流道理論計(jì)算的結(jié)果，決定將澆口位置選在靠后的綠色區(qū)域。 41 圖 moldflow 塑件外表面分析結(jié)果 圖 moldflow 塑件內(nèi)表面分析結(jié)果 冷料穴的設(shè)計(jì) 冷料井又稱冷料穴，是在塑料注射成型模具中用來儲存注射間隔期間產(chǎn)生的冷料頭，防止冷料進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，并使熔料能順利地充 42 滿型腔的一個(gè)結(jié)構(gòu)。冷料井通常設(shè)置在主流道末端，當(dāng)分流道長度較長時(shí)，在末端也應(yīng)開設(shè)冷料井。 冷料穴的 作用是貯存因兩次注射間隔而產(chǎn)生的冷料頭以及熔體流動(dòng)的前鋒冷料，以防止熔體冷料進(jìn)入型腔。 一般來說，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以內(nèi)約 10~25的深度有個(gè)溫度逐漸升高的區(qū)域，只有到了最深時(shí)才會(huì)到達(dá)正常的塑料熔體溫度。而位于這一區(qū)域的塑料的流動(dòng)性能及成型性能都不佳，這樣如果這里的熔體進(jìn)入型腔，將會(huì)產(chǎn)生次品。因此我們在主流道對面的動(dòng)模板上開設(shè)冷料穴，其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同，深度為為直徑的 。冷料穴有幾種形式，我們通常選用 Z字形拉料桿形式的冷料穴，它開模后通常用手工取出冷料。冷料穴除了容納冷料的作用外，同時(shí) 還具有在開模時(shí)將主流道中的冷凝料鉤住，使其保留在動(dòng)模的一側(cè)，便于脫模的功能。 圖 澆注系統(tǒng) 43 排氣系統(tǒng) 當(dāng)塑料溶體填充型腔時(shí)，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因沒有將產(chǎn)生的氣體排除干凈，一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及填充缺料的成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致素件局部碳化或燒焦，同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度。因此必須考慮排氣問題，注射模成型時(shí)排氣通常用如下四種方式進(jìn)行 ： （ 1） 利用配合間隙排氣 （ 2） 在分型面上開設(shè)排氣槽排氣 （ 3） 利用排氣塞排氣 （ 4） 強(qiáng)制性排氣 考慮到本塑件的頂桿數(shù)目比較多，因此可以利用此配合間隙排氣，不專門設(shè)計(jì)排溢系統(tǒng)，如在調(diào)試中認(rèn)為必須開設(shè)排溢系統(tǒng)，到時(shí)也可以開設(shè)。 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設(shè)計(jì)，包括凹模、型芯、鑲塊、凸模和成型桿等。在設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料特性和塑件結(jié)構(gòu)及使用要求，來確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式及排氣部位等，然后根據(jù)成型零件加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成 型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核。 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 44 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模對成型零件外表面的起決定性作用，按其結(jié)構(gòu)，包括整體式和組合式。整體式由整塊材料加工而成，其特點(diǎn)是牢固，使用中不易發(fā)生變形且不會(huì)使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。但加工困難，熱處理也不方便。組合式一般是由幾個(gè)零件組合而成的，其特點(diǎn)是可以簡化復(fù)雜凹模的加工工藝，減少了熱處理變形且拼合處有間隙利于排氣，便于模具維修，節(jié)省了貴重的模具鋼。根據(jù)本塑件的特點(diǎn)，由于型腔上有一凸凹，為了便于加工，凹模結(jié)構(gòu)可采用局部鑲嵌式凹模 。為了保證型腔尺寸精度和裝配的牢固，減少塑件上的鑲拼痕跡，鑲塊的尺寸、形狀位置公差的要求較高，組合結(jié)構(gòu)要牢靠，所以鑲件與凹模之間采用過盈配合。 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主型芯的設(shè)計(jì)按結(jié)構(gòu)分包括整體式和組合式兩種。因?yàn)樗芗男托据^復(fù)雜，因此采用鑲拼組合式結(jié)構(gòu)便于加工，再鑲?cè)胄〉男托尽? 圖 凸模 45 圖 凹模 成型零件相關(guān)計(jì)算 成型零件工作尺寸是成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯之間的位置尺寸等。在模具設(shè)計(jì)中， 應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級。影響塑件精度的因素相當(dāng)復(fù)雜，這些影響因素應(yīng)作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。影響尺寸精度的主要因素如下： 1）成型收縮率的波動(dòng)。塑料本身的特性和成型工藝條件對塑件成型收縮率以及收縮率的波動(dòng)影響很大，如塑料結(jié)晶，流動(dòng)性，彈性模量，料溫，以及模具溫度，注射壓力，保壓壓力，塑化背壓，成型周期等。均對收縮 46 率產(chǎn)生不同程度的影響。 2)模具結(jié)構(gòu)及其制造精度，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，不但要考慮模具的分型面，以便膠件的成型和脫模 .還要考慮塑件成型時(shí)熔料的流動(dòng)性，及澆道的 分布，澆口的位置，排氣，模具的冷卻或加熱等。 3)在注射成型時(shí)，模腔內(nèi)要承受較高的壓力，若模具的剛性不足，會(huì)使模具產(chǎn)生變形從而降低塑件尺寸精度。此外型腔的結(jié)構(gòu)對剛度有較大影響，以整體模最好，框架模次之，鑲件模最差。但加工精度卻是框架模最高，鑲件模次之，整體模最差。為此，兩者要協(xié)同考慮。 4)模具的動(dòng)，定模定位一般用導(dǎo)柱和導(dǎo)套，但由于配合間隙存在，因此模腔可能發(fā)生偏移，使塑件尺寸精度下降，為此，可采用一些定位元件來消除間隙，以提高模具的定位精度。 5) 模具磨損，模具在使用過程中受到不同程度的磨損，主要是指 型腔和運(yùn)動(dòng)部件，如導(dǎo)柱和導(dǎo)套的磨損，行位與頂針的磨損。當(dāng)塑料中含有硬質(zhì)填料，玻纖時(shí)，模腔的磨損尤為突出，這是模腔應(yīng)選用耐磨性較好的材料，或在其表面進(jìn)行硬