【正文】 中的地位越來越重要，社會上需要大批的模具從業(yè)人員。 本設(shè)計是用 Pro/E 軟件進行的塑料模具設(shè)計，又是計算機輔助設(shè)計這一抽象概念的一個具體體現(xiàn)，在此，可以了解到利用 Pro/E 軟件進行模具設(shè)計的具體操作步驟。 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認的關(guān)鍵工業(yè)。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。 模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng)濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。為了適應(yīng)市場的需求，汽車 須要不斷換型，汽車換型時約有 80％的模具需要更換。單輛摩托車約有零件 2021種，共計 5000 多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。此外，許多科研機構(gòu)和大專 院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達到 50t 以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到 2μm ，制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模 7800 腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達6m/min 以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設(shè)計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無圖制造。 盡管我國模具工業(yè)有了 長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口 10 多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。今后，我國模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。 （ 2） 加強模具標準件的應(yīng)用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提 高模具的制造質(zhì)量。 （ 3） 推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù)；模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。 （ 4） 重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，隨著版本的更新?lián)Q代，功能也越來越完善，Pro/E 目前共有 8O 多個模塊，為用戶提供全套解決方案。設(shè)計人員在較短時間內(nèi)，將設(shè)計思維在計算機中以立體造型的形式轉(zhuǎn)化出來，從而使設(shè)計人員能將注意力始終集中于創(chuàng)造性的設(shè)計活動中，提 高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。 Pro/E 軟件使用單一數(shù)據(jù)庫設(shè)計，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，任何時候所做的任何修改都會自動調(diào)整到整個設(shè)計過程中，如零件圖中有改動其裝配圖也會自動發(fā)生更改，做到了所謂全相關(guān)，這對設(shè)計復(fù)雜的裝備尤為重要。這一強大而完善的功能無疑是模具設(shè)計的首選軟件。 塑件的材料分析 根據(jù) 中對塑件的分析要求，同時考慮原材料價格要低廉，現(xiàn)決定選用應(yīng)用廣泛的 ABS 工程塑料。 ABS 塑料無毒、無味，其特點如下： 結(jié)構(gòu)特點：線性結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型 使用溫度：小于 70C? 化學(xué)穩(wěn)定性：比較穩(wěn)定 性能特點：有極好的抗沖擊強度，有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性等，利用 ABS 成型的塑料件尺寸穩(wěn)定和有較好的光澤。 成型 特性：流動性中等，溢邊料 左右，吸濕性強，含水量應(yīng)小于 ％，成型前原料必須充分干燥，該塑料的脫模性不良，塑件上的脫模斜度宜稍大，通常取 2176。推出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。 表 1 ABS 塑料的部分技術(shù)指標 技術(shù)指標 值 密度 (g / cm^3) ～ 收縮率 (%) ～ 透明度 不透明 比熱容 /(J k^1) 1470 8 續(xù)上表 吸水性（ 24 小時）（ %） ～ 屈服強度 /MPa 50 拉伸彈性模量 /GPa 抗壓強度 /MPa 53 彎曲彈性模量 /GPa 熔點℃ 130～ 160 塑件的尺寸精度、塑件表面質(zhì)量、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 圖 1 所示為三角衣架的零件圖，其壁厚為 2mm。 塑件的表面質(zhì)量分析 該塑件為用來晾曬衣物的衣架，要求表面光亮美觀，塑件外表面應(yīng)無尖銳的毛刺、 9 斑點和明顯的熔接痕。相應(yīng)地，用于成型塑件外表面的模具型腔表面粗糙度定為Ra=，而成型其內(nèi)表面的模具大型芯表面粗糙度定為 Ra=。腔體深 10mm，除局部地方壁厚受結(jié)構(gòu)影響外，總體壁厚均勻為 2mm，屬于厚壁塑件，這有利于減少塑料填充型腔時的阻力和收縮的均勻性。 塑件中，環(huán)形分布著 3 處陣列型方孔，成型后要輪廓清晰，其長度方向的線性變化要均勻，倒圓角量很小，成型它的模具工作零件要用電火花成型加工。 ABS 的脫模性不良，脫模斜度通常取 2176。此塑件中，脫模表面的脫模斜度設(shè)計成 3176。 3 成型設(shè)備選擇與模塑工藝參數(shù)的編制 圖 2 是根據(jù)塑件壁厚均勻要求，用 Pro/E 三維軟件做的一個三角衣架模型，建模后除了能得到衣架體積，分型面面積等參數(shù)外，這個模型也是 Pro/E 分模時的參照模型。現(xiàn)查得： 334 8 3 cmV ???塑 取 ABS 材料的密度 3/ cmg?? ，于是可算得單個塑件質(zhì)量為： ???? 塑塑 Vm ? 型腔數(shù)量確定 考慮到該塑件為一般日常用品，需求量大，而且產(chǎn)品的形狀簡單，模腔布置方便，尺寸精度要求又低，因此確定為大批量生產(chǎn)，模具應(yīng)采用一模多腔的結(jié)構(gòu)，同時兼顧模具的制造成本，模具整體外形尺寸的大小關(guān)系（在滿足要求的前提下，盡量減少外形尺寸），模具零件加工的難易程度，現(xiàn)決定選用一模兩腔的 模具結(jié)構(gòu)形式。同時考慮到模具只有一模兩腔，其流道會比較簡單，長度也比較短，澆注系統(tǒng)中的凝料是很少的，現(xiàn)采用按塑件體積的 倍來進行澆注系統(tǒng)凝料體積的估算，所以對于確定的一模兩腔，注塑機一次注入模具型腔的注射量為： 33 ??????? ）（塑總 VV 注射機的選用及其技術(shù)參數(shù) 根據(jù)上面 中估算出的一次注入模具型腔塑料總體積，再按照注射機的每次注射量應(yīng)小于或等于其公稱注射量的 80%估算，于是 有： 33 ??? 總公 VV 根據(jù)以上的計算結(jié)果，現(xiàn)選定公稱注射量為 3125cm ，型號為 XS— ZY— 125 螺桿式注射機，其主要技術(shù)參數(shù)如下表 2所示。要保 12 證塑件質(zhì)量合格及穩(wěn)定所必須的條件是準確而穩(wěn)定的工藝參數(shù)，在調(diào)整工藝參數(shù)時﹐原則上應(yīng)按壓力 —— 時間 —— 溫度的順序來調(diào)機，不應(yīng)該同時變動兩個或以上參數(shù)，防止工藝條件紊亂造成塑件質(zhì)量不穩(wěn)定。 ② 分型后塑件應(yīng)盡可能留在動模一側(cè)，以便方便取出塑件。 ④ 對于同軸度要求高的產(chǎn)品或容易造成錯位部分，要放置在分型面的同一側(cè)。 該塑件形狀簡單，原則上只需一個分型面就能順利取出塑件，根據(jù)分型面的選擇要求，現(xiàn)選取三角衣架的分型面位置如下圖 3 中的 A— A 處。 圖 3 分型面位置 型腔數(shù)量的最后確定及型腔的排列形式 綜合所選注射機的各參數(shù)，考慮到模架尺寸也不宜太大以免造成裝模困難，現(xiàn)最終確定型腔數(shù)量為一模兩腔。同時這也有利于縮短分流道的長度，這對塑件的成型是非常有利的。 參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，多腔模各 型腔間距不小于 25mm，同時模具結(jié)構(gòu)中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即為整體式），這種形式，模具的剛度是很容易滿足的，所以型腔的距離也可以適當(dāng)取小些，以便使熔料能更快充滿型腔，防止流道冷料。模腔的排布和間距如下圖 4 所示。其尺寸大小與塑料流速和充模時間的長短密切相關(guān)，若太大，則造 成回收冷料過多，冷卻時間也會增長，而且容易產(chǎn)生渦流，使塑件質(zhì)量下降；若流徑太小，熱量損失增大，流動性降低，注射壓力增大，造成成型困難，而且塑件容易出現(xiàn)飛邊。 ② 主流道大端與分流道交接處應(yīng)該倒圓角 R=1～ 3mm，以減小料流阻力。 ④ 主流道與噴嘴接觸處通常設(shè)計成半球形凹坑，深度常取 3～ 5mm。 ② 主流道小端直徑： d=注射機噴嘴尺寸 +（ ～ 1） mm=（ 4+） mm=。 ④ 主流道錐角：取 ?3?? 。 ⑥ 半球形凹坑深度：取 h=5mm。 （ 2） 主流道的凝料體積 3332222)rr(3cmmmmmRRLV??????????? ）（主主主主主 ?（ 3） 主流道當(dāng)量半徑 。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理。同時為了防止轉(zhuǎn)，澆口套采用螺釘固定結(jié)構(gòu)。各形狀如下圖 5 示。設(shè)計時基本原則為： ① 在條件允許下，分流道截面面積應(yīng)盡量小，長度盡量短。 ③ 流道設(shè)計時應(yīng)先取較小尺寸，以便于試模后有修正余量。同時根據(jù)塑件 16 形狀，澆口要開設(shè)在定模一側(cè)，所以為了加工方便分流道也設(shè)置在定模一側(cè)。 （ 3）分流道的當(dāng)量直徑 因為三角衣架塑件的壁厚為 2mm3mm，且其質(zhì)量也小于 200g，因此分流道的當(dāng)量直徑可以用以下經(jīng)驗公式確定。計算結(jié)果與經(jīng)驗值差距較大，所以綜合理論計算和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，現(xiàn)取 mm4?分D 。因分流道很短，熱量散失是次要因素，為了便于加工，現(xiàn)選用加工性能比較好的半圓形流道，表面粗糙度取 mRa ?? 。 澆口的設(shè)計 澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的位置、類型及尺寸對塑件質(zhì)量影響很大。它能很快適時冷卻，封閉，防止型腔內(nèi)塑料熔體倒流。其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，降低了模具制造成本。 （ 1）澆口尺寸的確定 ①估算側(cè)澆口深度 通過查手冊可以得到側(cè)澆口的深度計算公式，再根據(jù)塑件厚度 t=2mm，同時 ABS 材料的成型系數(shù) n=。 ②側(cè)澆口寬度 由側(cè)澆口的寬度計算公式可得： mmmmAnB 8 4 1 ???? 式中， A為凹模的內(nèi)表面積，由 Pro/E 軟件方便地測出為 mmA ? 。 （ 2）側(cè)澆口剪切速率的校核 ①澆口當(dāng)量半徑 根據(jù)截面面積相等有： h2 BR ?澆? ，即 mmmmB 2121 ??????? ??? ）（澆 ? ②計算澆口的體積流量 s/??? 塑澆 Vq ③剪切速率計算 141343 ??? ??? ????澆澆澆 R?? 18 由計算結(jié)果知，該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率143 105~105 ??? s 之間，所以，澆口的剪切速率校核合格，澆口尺寸 理論上符合要求。 ① 主流道的體積流量 s/???????? 塑分主主 VVVq ② 主流道剪切速率 13141343n ???? ????? ???? R?? 主主 由結(jié)果知，求得的主流道熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率132 105~105 ??? s之間，所以，主流道的剪切速率也符合要求，尺寸確定合理。 19 圖 7 整體式凹模 凸模（型芯）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過對塑件的結(jié)構(gòu)分析可知，該塑件的型芯有兩個：一個是成型零件內(nèi)表面的動模大型芯，通過對其進行加工工藝分析，若大型芯做成整體式的話，加工起來是不方便的，所以現(xiàn)在考慮大型芯用組合、直通式 外形結(jié)構(gòu)，把其與中部突起的部分（命名中部型芯）分開加工，中部型芯非成型部分做成階梯圓柱形式，方便固定；另一個是成型塑件周邊掛鉤的定模小型芯，它將作為嵌件嵌入定模中。各型芯形狀如下圖 8 示。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈，一方面將會在塑件上形 成氣泡、接縫、表面輪廓不清及填充缺料等成型缺陷，還會導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計型腔時必須考慮排氣問題。 冷料穴與拉料桿設(shè)計 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。 根據(jù) ABS 材料的性質(zhì)和加工方便為原則，主流道冷料穴決定選用 Z 形冷料穴，其圓柱體直徑通常取主流道的大端直徑或者比主流道大端直徑大 1～ 2mm，在本設(shè)計中，冷料穴直徑取 D=9mm。而在本設(shè)計中，分流道設(shè)計得比較短，不容易積存冷料，因此無須設(shè)置分流道冷料穴。所以該處只能強脫模。 根 據(jù) 設(shè) 計 的 尺 寸 及 可 強 脫 條 件 有 ： %5%55 %100)( ???? 顯然，側(cè)凹尺寸合理，該位置作強脫處理可行?？紤]塑件的形狀、高度、壁厚等，決定選用推桿推出方式實現(xiàn)塑件脫模。在實際生產(chǎn)中，為了簡化計算，對于這類尺寸在計算時往往只加上它 的收縮量，公差則按模具的經(jīng)濟制造精度取得。 圖 10 側(cè)凹結(jié)構(gòu)尺寸 22 表 4 型腔成型尺寸 類型 塑件上的尺寸（ mm） 計算公式 制造公差 Z? 收縮率 Scp% 計算結(jié)果（ mm） 型腔徑向尺寸 10