【正文】 FLOW。應(yīng)用 MOLDFLOW 公司的技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功地設(shè)計(jì)出了上萬(wàn)副 模具。第一套塑料模具 CAD/CAM 經(jīng)過(guò)數(shù)年努力研制而成，于1982 年推出，它就是后來(lái)稱為 GRAFTEK的系統(tǒng)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國(guó) Protety pe amp。 國(guó)內(nèi)部分科研單位、大專院校也在塑料行業(yè)開展了 CAD 技術(shù)的研制和開發(fā)工作?？偟膩?lái)講我國(guó)塑料模具 CAD 僅僅處于開發(fā)使用初期， 很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖 CAD 系統(tǒng)中建立模架、零件庫(kù)，以被設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。另外對(duì)于一些設(shè)計(jì)中常用的數(shù)據(jù)庫(kù)資料也可以設(shè)置在 CAD 系統(tǒng)中以便設(shè)計(jì)人員快速查詢，根據(jù)各個(gè)工廠的不同要求和情況，還可以在系統(tǒng)中設(shè)置本單位所特有的內(nèi)容。對(duì)于某些在原成型制品的基礎(chǔ)上作局部修改而需重新設(shè)計(jì)的模具來(lái)說(shuō)，其效果就更加明顯。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復(fù)雜的表面，因此，常用表面造型的方法來(lái)產(chǎn)生制品的幾何模型。目前流行的商品化注塑模 CAD 軟件并未能很好的解決這種換算，因此，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入，工作量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當(dāng)前的研究課題。 擇 采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)設(shè)計(jì)模具的前提是盡可能多地實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化，包括模架標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。 根據(jù)已選定的標(biāo)準(zhǔn)模架及已完成型腔布置，模具設(shè)計(jì)軟件以交互方式引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者生成部裝圖和總裝圖。 模具設(shè)計(jì)軟件能引導(dǎo)用戶根據(jù)模具部裝圖、總裝圖以及相應(yīng)圖形庫(kù)完成模具零件的設(shè)計(jì)、繪圖和標(biāo)注尺寸。注塑模 CAD 中的數(shù)據(jù)處理 注塑模結(jié)構(gòu) CAD 的重點(diǎn)在于注塑制品的造型、模具設(shè)計(jì)、繪圖和數(shù)控加工的模擬，注塑模 CAD的過(guò)程就是數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過(guò)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(jì)及結(jié)果，系統(tǒng)各部分是通過(guò)交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。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(xiàng)也是注塑模 CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 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。 8 它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達(dá)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(dá)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(diǎn)信息、尺寸標(biāo)注及文本信息 。通過(guò)樣品的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量或產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品所用材料。最后，按照用戶設(shè)定指標(biāo)完成產(chǎn)品性能評(píng)估。設(shè)計(jì)參數(shù)包括：型腔數(shù)；材料類別及牌號(hào)；注塑機(jī)型號(hào)；工藝參數(shù) (充填時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)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。 9 最有利于產(chǎn)品性能的澆口位置和流道設(shè)計(jì)完成 后，產(chǎn)品與注塑機(jī)噴嘴之間的幾何關(guān)系也就確定了。 根據(jù)輸出的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)中的零件模型，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)零件。所有零件生成后，即可進(jìn)行模具的裝配模型建立，通常采用自下而上的布局。全面自動(dòng)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(jì)的文本記錄。 模具的裝配模型通過(guò)后，即可從中提取信息，詳細(xì)設(shè)計(jì)零件，包括自動(dòng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)和引入材料清單。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。 圖 21 CAD 設(shè)計(jì)流程 第五節(jié)、 應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中的 CAD 技術(shù) 一、 Pro/ENGINEER2021 在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用 Pro/ENGINEER2021是美國(guó) 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。 在 DVD 門模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要應(yīng)用 Pro/ENGINEER2021 進(jìn)行了模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，滑塊等的設(shè)計(jì)。專門為模具設(shè)計(jì)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(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。 三、 Moldflow Plastic Advisers 在模具設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)塑件和模具進(jìn)行注塑分析和優(yōu)化，能幫助設(shè)計(jì)人員在早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。 四、 AutoCAD 在 模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用 AutoCAD 是最常用的工程制圖軟件。 第六節(jié)、 小結(jié) 塑料模具 CAD 技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)技術(shù)，有助于提高產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能。塑料模具 CAD 的難點(diǎn)在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，以及模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化。 圖 31 注塑零件 3D 圖 該零件尺寸中等大小，最大長(zhǎng)度為 151mm，最大高度 28mm，最大寬度 35mm，平均厚度 ，最大厚度 2mm，最小厚度 。 三、 生產(chǎn)綱領(lǐng) 大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)。 該塑件裝配在 DVD 表面，對(duì)表面美觀有一定要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)外邊面的處理。 脫模斜度：該注塑零件壁厚約為 ，其脫模斜度 查參考文獻(xiàn) 【 1】 中的表 34有塑件內(nèi)表面 35′ ~1176。 20′。同時(shí)，側(cè)面采用滑塊機(jī)構(gòu)，脫模時(shí)，滑塊抽去 ，兩壁處脫模沒有困難，所有 也 不放脫模斜度。由于 ABS 的吸水率大約為 %～ %，容易吸濕，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥，干燥至水分含量 %。 塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可以分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流、和冷卻 4 個(gè)階段。 二、 材料 ABS 的注塑成型參數(shù) 注射機(jī)：螺桿式 ； 螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（ r/min）： 48； 料筒溫度（℃）：前段 200～ 220； 13 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(shí)間（ s）：注射 20～ 60，保壓 0～ 3，冷卻 20～ 90，總周期 50～ 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(qiáng)度、流動(dòng)特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強(qiáng)度會(huì)得到提高，但是硬度和 流動(dòng)性就會(huì)降低，強(qiáng)度和耐熱性變會(huì)減少。缺點(diǎn)是耐候性，耐熱性差，且易燃。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯 丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大 的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上上百種不同品質(zhì)的 ABS 材料。 ABS 材料具有超強(qiáng)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(qiáng)度。 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 是吸水的塑料，于室溫下， 24 小時(shí)可吸收 %~%水分，雖然這種水分不至于對(duì)機(jī)械性能構(gòu)成重大影響，但注塑時(shí)若濕度超過(guò) %，塑料表面會(huì)受大的影響，所以對(duì) ABS 14 進(jìn)行成型加工時(shí)，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應(yīng)小于 %。 第三章 模具設(shè)計(jì) 第一節(jié)、 擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、 分型面位置的確定 在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮成型 時(shí) 分型面的形狀和位置，否則無(wú)法用模具成型。分型面的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難 易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都由很大影響。 （ 1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量 ； （ 2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處 ； （ 3）盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè) ； （ 4）有利于保證塑件的尺寸精度 ； （ 5）盡可能滿足塑件的使用要求 ； （ 6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積 ； （ 7）長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開模方向 ； （ 8）有利于排氣 ； 15 （ 9）有利于簡(jiǎn)化模具 結(jié)構(gòu) 。 圖 41 塑件側(cè)向軸孔示意圖 基于以上因素的考慮，分型面選擇如圖 4 4 44 所示 。 一般來(lái)說(shuō)，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對(duì)于精度要求不高的小型塑件 （沒有配合精度要求），形狀簡(jiǎn)單，又是大批量生產(chǎn)時(shí)，若采用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。 三、 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 該模具外觀質(zhì)量要求較高，從該塑件的外部特征可以看出塑件外形是圓弧形狀加兩端帶孔彎臂，在彎臂的孔和柱形部分，只能采用側(cè)向成型。本 設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱側(cè)向成型，初步擬定采用兩腔單分型面的模具結(jié)構(gòu)形式， 如圖 45 所示 。 注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的 數(shù) 目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進(jìn)行計(jì)算。 （ 1）塑件質(zhì)量、體積計(jì)算 : 對(duì)于該設(shè)計(jì)，建立塑件模型 ,并用 Pro/ENGINEER2021 對(duì)此模型分析得： 塑料制件體積 V1＝ 3cm ； 塑料制件質(zhì)量 M1＝ 。 V0=。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準(zhǔn)備。 表 41 注塑機(jī)的參數(shù) 注塑機(jī)最大注塑量 ： 270 cm3 噴嘴球面半徑 ： SR15mm 注塑 注塑壓力 ： 160MPa 最小模厚 ： 150mm 最大開距 ： 360mm 注塑機(jī)定位孔直徑 ： Φ 160mm 注塑機(jī)拉桿的間距 ： 415 415mm 鎖模力 ： 1250KN （ 1）注射容量和質(zhì)量校核 由于以容量計(jì)算時(shí) V 總 ≤ V 注 (41) 式中 V 注 — 注射機(jī)最大注射容量 cm3； V總 — 成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3； — 最大注射容量的利用系數(shù)。 （ 2）合模力及注塑面積和型腔數(shù)的校 核 19 合模力的大小必須滿足下式 ： Fs≥ Fz=P（ nAx +Aj） = PA (42) 式中 A— 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 Ax— 塑件型腔在模具分型面上的投影面積 Aj— 塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 Fz— 脹模力 Fs— 合模力 P— 模腔壓力 取 75MPa 通過(guò)使用 Pro/ENGINEER軟件計(jì)算面功能自動(dòng)得出 A=2610mm2 2=5220mm2 由于 Fs=1250KN ≥ 75 5220mm2 = 所以注塑機(jī)符合合模力及注塑面積和型腔數(shù)的要求。 2）模具閉合高度校核 模具實(shí)際高度 H 模 =270mm ； 注塑機(jī)最小閉合厚度 H 最小 =150mm 即 H 模 H 最小 ； 故滿足要求。 注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式： S 機(jī) （ H 模 H 最小 ） H1＋ H2+（ 5～ 10） mm (43) 因?yàn)?S 機(jī) (H 模 H 最小 )＝ 360（ 270220） =310mm H1＋ H2＋（ 5～ 10）＝ 100+100+10=210mm 即 S 機(jī) （ H 模 H 最小 ） H1＋ H2+（ 5～ 10） mm 故滿足要求。 20 第二節(jié)、 澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零 部件設(shè)計(jì) 一、 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動(dòng)和開模是主流道凝料的順利拔出 （ 1）主流道尺寸 主流道小端直徑 D=注射機(jī)噴嘴直徑 +（ ～ 1） (44) =3+（ ～ 1）， 取 D=4 主流道球面半徑 SR0=注射機(jī)噴嘴球頭半徑 +（ 1～ 2） (45) =15+(1～ 2)，取 SR0=17 球面配合高度 h=3～ 5mm，取 h=3mm 主流道長(zhǎng)度 L=40mm 主流道大端直徑 D′ =D+2Ltanα =4+2 40 tan2176。 由于該模具流道較長(zhǎng)，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式較合適。