【正文】 衣機(jī)、空調(diào)、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占 90%以上；兵器產(chǎn)品中占 95%以上 [2]?？v觀我國的模具工業(yè)，既存在著高速迅猛發(fā)展的良好勢頭，又存在著精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等一系列不足，無法滿足整個工業(yè)迅速發(fā)展的迫切要求。目前，我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有 3 萬多家，從業(yè)人數(shù) 80多萬人。 在我國，廣東、上海、浙江、江蘇、安徽是主要生產(chǎn)中心。 成型工藝現(xiàn)狀 除了液態(tài)模鍛、粉末鍛造成型工藝以外，還有多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注塑模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和各種抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)取得了較大進(jìn)展；在陶瓷模具成型表面施以桂膠工藝，解決了模具的粘粉問題，同時(shí)采用磁吸技術(shù)，使其具有自動調(diào)整間隙的功能，保證陶瓷磚面平整，簡化了模具結(jié)構(gòu)。一副多功能復(fù)合模具除了 沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)著疊壓、攻系、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，這種多功能復(fù)合生產(chǎn)出來的不再是單個零件，而是成批的組裝件，可大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)及裝配周期，顯著地提高生產(chǎn)率。由于模具對社會生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的巨大推動作用和自身的高附加值 ,世界模具市場發(fā)展較快。塑料制品成型的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型，世界塑料模具市場中塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)是注塑模具，在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。在 CAD/CAM 技術(shù)得到普及的同時(shí)， CAE 技術(shù)應(yīng)用越來越廣， CAD/CAM/CAE 一體化得到發(fā)展，模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多 [3]。市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力，產(chǎn)品的開發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來越短，于是對制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備 — 模具的要求越來越苛刻 。計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使得快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)如虎添翼，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益越來越顯著。塑料制品成型的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型，世界塑料模具市場中塑料成型模具產(chǎn) 量中約半數(shù)是注塑模具。國外模具的標(biāo)準(zhǔn)化率可達(dá) 85％ (如德國、日本 )，中小模具的局部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度高 (如日本的手機(jī)模具 )。 加工設(shè)備、模具制造工藝和測量技術(shù) 德國、日本模具企業(yè)的加工設(shè)備先進(jìn)，基本都是數(shù)控、高速切削、單向走絲線切 割或 4軸～ 5 軸聯(lián)動的高速加工機(jī)床，能實(shí)現(xiàn)模具型面的鏡面加工。 4 精密模具零件的加工均采用在線測量，這方面國內(nèi)至少差 15～ 20 年。這些重要數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了非常重要的依據(jù)。零件精度低造成修配量大，整模故障率高、穩(wěn)定性差。日、韓的模具周期要求 2周，原因是他們有專門的模具配件城，滑塊、頂桿、澆口套組件等均可以買到，型腔件加工好裝上就行了。國內(nèi)是模具出了問題，再派人去。全塑型轎車／賽車的塑料和整車零部件成型工藝從 1995年起一直在孜孜不倦地研發(fā)。超薄型手機(jī) PC 導(dǎo)光板的材料、注射工藝與設(shè)備的研制，日本處于領(lǐng)先地位。多層、多功能復(fù)合薄膜擠出專機(jī)、薄膜厚度控制、薄膜層數(shù)控制及各種功能薄膜的材料研究，美國處于世界前沿。國外企業(yè)對新產(chǎn)品開發(fā)很重視，模具廠經(jīng)常會與材料廠商、產(chǎn)品廠共同開發(fā)新產(chǎn)品和模具；注射機(jī)廠會與材料廠商共同研發(fā)新機(jī)型；名牌塑料供應(yīng)商會與名牌汽車公司聯(lián)合研制以塑代鋼的新塑料和新產(chǎn)品 (如 BAYER 與寶馬合作開發(fā)全塑賽車、GE 與克萊斯勒共同開發(fā)全 塑轎車 )。 研究內(nèi)容、研究目的及意義 研究內(nèi)容 隨著 CAD／ CAM／ CAE 技術(shù)的快速發(fā)展及市場對模具集成需求的日益增加，在模具企業(yè)推廣普及相關(guān)的 CAD、 CAE、 CAM 知識、提高其生產(chǎn)能力和市場競爭力是我國模具行業(yè)發(fā)展的必由之路。本文利用 Pro／ E 軟件完成了平板電腦殼體的模具設(shè)計(jì)，在對注塑件進(jìn)行機(jī)構(gòu)工藝性分析的基礎(chǔ)上，完成了注塑模具的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總裝設(shè)計(jì)。通過此次模具設(shè)計(jì)過程，讓同學(xué)們了解如何進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)的總體思路要有一定的掌握，而且如何進(jìn)行塑料成型工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)塑料模具等方面有綜合性的掌握，為以后從事模具設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。 6 我國模具工業(yè)解放后從無到有 , 在經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的發(fā)展 , 已有了較大的提高 , 發(fā)展速度十分迅速 , 目前已初具規(guī)模。我國模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工作坊制造階段、工業(yè)化生產(chǎn)階段和現(xiàn)代化生產(chǎn)階段。計(jì)算機(jī)輔助仿真已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) [6] 。這種方法與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，在優(yōu)化注射工藝、降低試模成本、提高產(chǎn)品的品質(zhì)、節(jié)約原材料等方面具有重要意義。雖然我國模具技術(shù)水平正在逐步提高 , 但與工業(yè)較為先進(jìn)的國家相比 , 仍存在較大的差距 , 縱觀我國的模具工業(yè) , 既有高速發(fā)展的良好勢頭 , 又存在模具品種少、精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等一系列的不足 , 無法滿足整個工業(yè)迅速發(fā)展的迫切要求。 隨著塑料制品在機(jī)械、電子、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我們對塑料模具的需求也隨之增加。從事塑料模具的設(shè)計(jì)開發(fā)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 圖 21 平板電腦后蓋背面 圖 22 平板電腦后蓋正面 8 平板外殼采用材料為 ABS，該材料相對密度為 左右，有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用、耐磨性優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學(xué)性和電氣性能良好，綜合性能好，成型工藝好。 塑件的注塑成型工藝性分析 在 Pro/E 中打開塑件的三維模型，進(jìn)行外殼的注射成型工藝性分析。 圖 23 質(zhì)量屬性 9 （ 2）厚度分析 塑料制品的壁厚對塑件成型質(zhì)量的影響很大，壁厚過小成型時(shí)流動阻力大，制品難以充滿型腔，塑料制品壁厚的最小尺寸應(yīng)滿足以下幾方面的要求：具有足夠的強(qiáng)度和剛度：脫模時(shí)能經(jīng)受脫模機(jī)構(gòu)的沖擊與振動：裝配時(shí)能承受緊固力。 h—— 預(yù)計(jì)的塑料壁高， mm。 前殼的壁厚 S=， 滿足最小厚度條件。使用 Pro/E 軟件進(jìn)行拔模斜度分析結(jié)果如圖所示。 模具澆注系統(tǒng)方案的確定 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出之后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞對塑件性能、外觀和成型難易程度影響頗大 [16]。本設(shè)計(jì)中采用普通流道的澆注系統(tǒng)。普通流道的澆注系統(tǒng)從總體來看，有如下作用： 將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻 而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。 普通流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理不僅對塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大，而且還與塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān)，因此，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失。為此，在保證塑件的成型質(zhì)量，滿足型腔良好的排氣效果的前提下，應(yīng)盡量縮短流程，同時(shí)還應(yīng)控制好流道的表面粗糙度，并送減少流道的彎折等，這樣就能夠縮短填充時(shí)間，克服塑料熔體因熱量損失和壓力損失過大所引起的成型缺陷，從而縮短成型周期，提高成型質(zhì)量，并可減少澆注系統(tǒng)的凝料量。澆注系統(tǒng)能夠順利地引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔的各個角落，使型腔及澆注系統(tǒng)中的氣體有序地 排出，以保證填充過程中不產(chǎn)生紊流或渦流，也不會因氣體積存而引起凹陷、氣泡、燒焦等成型缺陷。 防止型芯變形和嵌件位移。 便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。 盡量減少因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲存冷料的措施。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時(shí)主流道凝料順利拔出，主流道三維模型如圖 31所示。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，所以在注射中主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套[17]。 圖 25 主流道三維模型 13 澆口設(shè)計(jì) 澆口也稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質(zhì)量 的影響很大[18]。易于切除澆口尾料；對于多型腔模具，澆口能用來平衡進(jìn)料。 澆口的形式很多，常見的有側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口等 [20]，側(cè)澆口常設(shè)在多型腔模具上。其缺點(diǎn)是在塑件一端側(cè)壁處進(jìn)料，流程中心澆口長一倍左右，料流末端面易產(chǎn)生深接痕，深型腔底部易生氣孔，影響塑件質(zhì)量。為了將斜的點(diǎn)澆口推出，必須是柔韌性好塑料，并且要嚴(yán)格掌握塑件在模內(nèi)的冷卻時(shí)間，在流道末凝固前及時(shí)推出潛伏澆口。 [21] 14 由于平板電腦外殼要求 表面不允許有澆口痕跡和飛邊，因此選用點(diǎn)澆口，如圖 32所示。澆口的尺寸可以查閱實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡明手冊 . 圖 26 澆口的尺寸 15 模具成型零件的設(shè)計(jì) 分型面的設(shè)計(jì) 分開模具取出塑件的面稱為分型面 。分型面的形狀有平面和曲面等，但也有將分型面作傾斜的平面或彎折面，或曲面，這樣的分型面雖加工難，但型腔制造和 制品脫模較易。 本設(shè)計(jì)有兩個型面，分型面如圖 41所示。 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模 從制件的頂出考慮分型面要盡可能地使制件留在動模邊，當(dāng)制件的壁相當(dāng)厚 16 但內(nèi)孔較小時(shí)，則對型芯的包緊力很少常不能確切判斷制件中留在型芯上還是在凹模內(nèi)。 保證制件的精度和外觀要求 與分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求較高，或同軸度要求較高的外形或內(nèi)孔，為保證其精度，應(yīng)盡可能設(shè)置在同一半模具腔內(nèi)。 分型面應(yīng)使模具分割成便于加工的部件，以減少機(jī)械加工的困難。 在安排制件在型腔中的方位時(shí)，要盡量避免與開模運(yùn)動相垂直方向的避側(cè)凹或側(cè)孔。 盡可能與料流的末端重合，以利于排氣。 圖 28 模具型腔布局 17 圖 29 自動工件 圖 210 尺寸收縮 18 圖 211 復(fù)制的部分分型面 圖 212 堵口 19 圖 213 延伸 圖 214 延伸完畢 20 圖 215 完成上下模的分型面 在創(chuàng)建分形面的時(shí)候，由于在板音量孔處的開口不在同一個平面內(nèi)，因此造成無法創(chuàng)建分形面，在多方嘗試下無果，最后不得不修改原模型，將開口開在了同一平面內(nèi)，這個問題