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桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計用紙
自動裝配模型注塑模具
注射模具是包含產(chǎn)品生產(chǎn)部分和自動化裝配的組件，本篇論文論述了注射成型模塑的兩個關(guān)鍵的裝配組件，也就是由計算機(jī)設(shè)計模擬出來，并且決定非生產(chǎn)部件在裝配組件中的位置和取向。這種從本質(zhì)特征和客觀取向所設(shè)計的組件，是為了表現(xiàn)出注射成型裝配組件的。這種設(shè)計允許設(shè)計者忽略模塑制件的細(xì)節(jié)，直接描述制件重點(diǎn)的那一部分及其原因，因此它給設(shè)計者提供了一次設(shè)計裝配的機(jī)會，一個系統(tǒng)的簡單幾何方法通常可以在相同的條件下推斷出一個客觀配件在裝配組件中的位置。在這種粗略設(shè)計和系統(tǒng)簡單的幾何方法的基礎(chǔ)上，模塑自動化裝配組件被進(jìn)一步研究。
關(guān)鍵詞：模塑組裝，表觀現(xiàn)象，注射成型，客觀取向
1. 前言
注射成型是塑料制造業(yè)中最重要的一個環(huán)節(jié)。它所必要的設(shè)備包含兩個部分：注射成型機(jī)和注射模具。今天所用的注射模具機(jī)就是所謂的萬能機(jī)，在一定的范圍內(nèi)不同尺寸的塑件通過它生產(chǎn)出來，但是模具設(shè)計時需要根據(jù)塑件的要求進(jìn)行改變。不同的模具布局對于不同的模具形狀是必要的。注射成型模具的最基本的任務(wù)就是將熔化了的材料生產(chǎn)成不同形狀的制品，這個任務(wù)是由包含了陽模、型腔、嵌件、一級頂出機(jī)構(gòu)的型腔系統(tǒng)完成的。型腔系統(tǒng)的幾何形狀和尺寸是由塑件直接決定的，因此一個型腔所有的構(gòu)件稱為產(chǎn)品生產(chǎn)部件（產(chǎn)品就是指塑件，部件就是指注射模具的構(gòu)件），另外產(chǎn)品成型是最基本任務(wù)，注射成型機(jī)需要完成很多任務(wù)，例如，分配、熔料、冷卻融化物注射塑件，功能部件所完成的這些任務(wù)與注射成型不同結(jié)構(gòu)和尺寸的塑件非常相似，他們的結(jié)構(gòu)和幾何形狀與塑件成型模具不相關(guān)，但是他們的尺寸可以根據(jù)塑件的尺寸而不斷改變，因此我們可以從中得到結(jié)論：注射成型機(jī)包含了塑件生產(chǎn)部分和與之相關(guān)的非生產(chǎn)部分的自動化裝配組件。圖1所示為注塑模具的裝配機(jī)構(gòu)：
圖1 注塑模具的裝配機(jī)構(gòu)
設(shè)計作為產(chǎn)品依賴的一部分是基于塑件的幾何形狀，最近幾年，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)被成功的應(yīng)用在幫助模具設(shè)計者設(shè)計塑件生產(chǎn)部分。塑件的自動化生產(chǎn)作為塑件生產(chǎn)的一部分給人們帶來很大的研究興趣，然而在塑料模具裝配建模上卻很少有行動，盡管它和產(chǎn)品的設(shè)計一樣很重要。當(dāng)應(yīng)用CAD系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品生產(chǎn)部分和所有的注射成型裝配組件時模具工業(yè)面臨以下兩種困難，第一，在一個模具系統(tǒng)中往往有一百多個產(chǎn)品生產(chǎn)部分，并且這些部分之間互相聯(lián)系互相制約，模具設(shè)計者在一個裝配組件取向和安排這些組件時浪費(fèi)了很多時間，第二，模具設(shè)計者利用大部分的時間來思考實(shí)際存在的客觀部件的選用原則，例如，螺絲、底座、釘子時，CAD系統(tǒng)應(yīng)用了一個完全不同的客觀無體幾何水平。結(jié)果高水平的客觀取向想法不得不翻譯成低水平的CAD系統(tǒng)，例如，線、面、塊，因此，對于解決上面的兩個問題，發(fā)展一個模塑自動化裝配組件是非常重要的。在這篇論文中我們論述了模塑自動化組建的兩個關(guān)鍵因素。在計算機(jī)中涉及模具生產(chǎn)部分和模具生產(chǎn)裝配組件，并且決定組成部分在一個裝配組件中的位置和客觀取向。
這篇論文簡要的描述了模塑裝配組件的相關(guān)研究，并且論述了注射成型模塑裝配組件的一個不可缺少的設(shè)計，一個簡單的幾何方法被用來決定一個部件在模具裝配組件中的位置和客觀取向，介紹了注塑成型模塑的自動化裝配組件的一個例子。
2．相關(guān)的研究
模具裝配已經(jīng)在很多領(lǐng)域廣泛研究，例如，動力機(jī)體學(xué)、人工智能和幾何建模學(xué)。Libardi等人編輯了一本模塑組件的書，他們在其中報道了許多研究者在模具裝配研究中利用圖標(biāo)機(jī)構(gòu)。在這個圖標(biāo)方案中，一些組件被比喻成鼻子，一些感觀機(jī)體被弧線連接起來。然而，這些感官機(jī)體并沒有重合在一起，這就嚴(yán)重的影響了改性過程。例如，一個幾何裝配移動，所有與之相關(guān)的部件沒有相應(yīng)的移動。Lee 和 Gossard發(fā)明了一種支持包含了最基本信息的數(shù)據(jù)庫的有等級差別的裝配組建系統(tǒng)，這些最基本的信息包含了兩個部件之間的墊片，這些改型基體取決于與之相關(guān)的實(shí)體，但是這些有等級模具差別的模具組建僅僅代表了這些模具中的一部分。
自動化推斷配置部件在裝配中的作用，意味著模具設(shè)計者可以避免直接定義這些改性機(jī)體，另外，一個部件位置的改變，將會隨著與之相連的任意一個部件的形狀和位置的改動而變動，存在著三種技術(shù)推斷計算一個部件在一個裝配組件中的位置和取向，這三種技術(shù)分別是數(shù)字迭代技術(shù)、系統(tǒng)代數(shù)技術(shù)、和系統(tǒng)幾何技術(shù)。 Lee和 Gossard指出數(shù)字迭代技術(shù)使用計算存在與空間關(guān)系中任何一個部件的位置和取向，他們的方法包含了三個步驟：產(chǎn)生約束等式、減少約束等式的數(shù)量和解決這些等式，存在著16個等式與條件不符，18個等式符合條件，6個對任何機(jī)體合適的等式，還有2個附加等式符合旋轉(zhuǎn)部分，通常這些等式的數(shù)量超過了可以利用的等式，因此這就需要一種技術(shù)篩選到不需要的公式，牛頓力學(xué)公式被用來解決這個問題。這種技術(shù)有兩個缺點(diǎn)：第一、這種方法嚴(yán)重的依賴這前面的方法；第二、數(shù)字迭代技術(shù)不能區(qū)別不同的數(shù)字基礎(chǔ)，因此，它很可能用在空間關(guān)系的問題上，這個領(lǐng)域不是數(shù)學(xué)方面的空白，但是在理論上還很模糊。
Ambler 和Popplestone提出了一種方法用來計算裝配組建中的每一個部件在兩個部件之間轉(zhuǎn)換和改觀方面所需要的空間關(guān)系，每一個部件存在著關(guān)于空間關(guān)系的六個轉(zhuǎn)變?nèi)齻€移動和三個旋轉(zhuǎn))。這種技術(shù)需要大量的計算機(jī)程序應(yīng)用和數(shù)據(jù)計算，同樣他不能用來解決在任何時間出現(xiàn)的所用問題，尤其是當(dāng)一個等式不能在程序中被重寫的時候。
Kramer發(fā)明了一種能夠決定一個剛性物體的位置和取向的集合方法，這種方法滿足一套的幾何約束。這種幾何方法是通過產(chǎn)生一系列沒任何約束的系統(tǒng)方法來解決問題的。這就導(dǎo)致了DOF數(shù)量的下降，Kramer利用了一種解決問題的技術(shù)稱作“上帝”，這是一個包含了一個點(diǎn)和兩條直交軸線的技術(shù)。7條約束現(xiàn)在圖標(biāo)間被定義出來，對于一個涉及到單個對象與約束在那個機(jī)構(gòu)上的標(biāo)記與不變屬性和實(shí)驗(yàn)分析的標(biāo)記的問題獲得了解決。經(jīng)試驗(yàn)分析后確定一個幾何物體的最終布局，再一步一步的解決客觀物體的布局，自由度決定哪一種方法將會滿足一個物體沒有約束，這考慮到將來減小物體的自由運(yùn)行，在每一步的結(jié)尾，一個可行的的法案增加到裝配計劃中。根據(jù)Shah和 Rogers的方法，Kramer的描述在塑裝配組建技術(shù)中起到了重大的作用，這種系統(tǒng)的幾何方法可以解決所有的約束條件，并且與數(shù)字迭代技術(shù)相比他擁有更吸引人的數(shù)字計算技術(shù)，但是要應(yīng)用這種方法就需要大量的應(yīng)用程序。
盡管很多的設(shè)計者積極的投入到模塑裝配組建技術(shù)上，但是關(guān)于塑料注射成型模塑裝配組建技術(shù)的成果很少被系統(tǒng)的報道。Kruth等人發(fā)明一種支持注射成型的設(shè)計系統(tǒng)，他們的系統(tǒng)通過高水平的功能模塑組建支持了注射成型模塑技術(shù)，因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)是建立在AUTOCAD的基礎(chǔ)上，所以只能通過簡單的塊和線框表示出來。
3．注射成型裝配組件的表征
注射成型模塑的自動化裝配組件的兩個關(guān)鍵技術(shù)是在計算機(jī)中將模塑裝配組件表示出來以及決定部件的生產(chǎn)部分在裝配組件中的位置和方向。在這個階段我們可以利用客觀取樣和表觀現(xiàn)象來代表注射成型的裝配組件。
在計算機(jī)中會使每個部件的結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這種設(shè)計必須支持所有的部件在裝配組件中的配合,所有部件間的改變關(guān)系和裝配組件作為一個整體的操作要求。另外，裝配組件的這種設(shè)計要求設(shè)計者在設(shè)計師必須滿足以下的要求：
1、要求模具設(shè)計者有高水平的技術(shù)來應(yīng)對實(shí)際存在的物體水平；
2、裝配組件的這種設(shè)計必須能夠正確的表現(xiàn)出自動生產(chǎn)過程的功能；
為了滿足這些要求一種具有表觀現(xiàn)象和客觀取向的有等級差別的模具被應(yīng)用在注射成型技術(shù)中，一個裝配組件可以被分成很多集合裝配，這個集合裝配有包含了很多的構(gòu)件，因此有等級差別的模具能夠分成合適的代表兩個構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu)。一個等級差別的模具暗示了一個明確的裝配組件組，另外，一個等級差別的膜具能夠直接表現(xiàn)出一個構(gòu)件對另一個構(gòu)件的依賴。
基于特征的設(shè)計要求設(shè)計者站在一個比實(shí)際應(yīng)用模具更高的水平線。幾何形狀是直接的、有尺寸的，當(dāng)功能建模設(shè)計出來細(xì)節(jié)，使用者能夠很快的通過一系列參數(shù)直接定位。當(dāng)然，由于幾何形狀之間的關(guān)系，它同樣也可以使設(shè)計者比客觀取向的模具設(shè)計者容易做出變動。沒有客觀取向設(shè)計者就要根據(jù)模具要求考慮到所有的幾何結(jié)構(gòu)，因此，每一次設(shè)計改變可直接根據(jù)模具要求改變而改變。另外，客觀取向的設(shè)計能夠給設(shè)計者提供更高水平的組件物體，例如，當(dāng)模具設(shè)計者考慮到物體的真實(shí)水平時，如一個冷卻水孔相關(guān)的客觀表象在計算機(jī)中模擬使用。
客觀取向模具設(shè)計是一個在考慮到現(xiàn)實(shí)事件中的模具技術(shù)的基礎(chǔ)上所應(yīng)用的一種新的方法，它的基礎(chǔ)是客觀物體，這個物體結(jié)合了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和性能客觀取向方法被用來理解問題和設(shè)計程序和數(shù)據(jù)庫，另外，客觀取向代表了裝配組件制造時單位客觀物體和總的組件的包含與被包含關(guān)系。
圖2表示了模具裝配中的表觀現(xiàn)象與客觀取向，代表性就是抽象的層次結(jié)構(gòu)來自低水平的幾何實(shí)體到高水平的組件。項目圖包含方格代表裝配模具，實(shí)線代表部件的關(guān)系，虛線代表其它的關(guān)系，部件組成實(shí)體。它聯(lián)合了表觀現(xiàn)象與客觀取向的優(yōu)點(diǎn)，它不僅包含部件與整體的關(guān)系，更擁有一些模具裝配的結(jié)構(gòu)關(guān)系和使用功能。在3.1中將進(jìn)一步分析模具裝配的意義，而在3.2中詳細(xì)的介紹各部件之間的關(guān)系。
圖2 模具裝配中的表觀現(xiàn)象與客觀取向
3.1．裝配模具的定義
在我們的工作中，把模具裝配“O” 在下面的公式中是獨(dú)一無二的實(shí)體：
O = (Oid, A, M, R) (1)
在這里：
Oid是模具裝配的唯一標(biāo)識符(O)；
A是一個三元組合(t，a，v)， 其中a是O的一個屬性，每個與之相關(guān)的元素就是字符t, a和v；
M是一個數(shù)組，(m, tc1, tc2, %, tcn, tc)。每一個元素都是每個功能的唯一標(biāo)識符。
R是O與其它元素之間的關(guān)系，這兒又六種基本的關(guān)系在模具裝配中。即：Part-of, SR, SC, DOF, Lts, and Fit.
3.2．裝配模具的關(guān)系
在模具的裝配中有六種關(guān)系，分別是：Part-of, SR, SC, DOF, Lts, Fit。
Part-of—模具裝配本身的一種性質(zhì)；
SR—明確規(guī)定的方向與裝配部件的客觀取向之間的關(guān)系，對于一個組成部分，它們特殊的空間關(guān)系來源于特殊的限制(SC)；
SC —一個部件與其它的裝配組件之間的限制關(guān)系；
DOF —在裝配完成后允許的旋轉(zhuǎn)自由度；
Lts —由于旋轉(zhuǎn)的自由度，單方向或多方向的限制；
Fit —尺寸的限制為了保持某種狀態(tài)；
在模具裝配的所有元素中，模具的裝配各部件之間的關(guān)系是非常重要的，這種關(guān)系不僅決定部件的方位，而且能夠保持模具裝配的關(guān)系。接下來，我們將要進(jìn)一步通過例子來闡述這種關(guān)系。
3.2.1．形狀特征間的關(guān)系
從本質(zhì)上說，模具設(shè)計就是一種思想，模具設(shè)計師們大部分時間在想一些實(shí)際的東西，例如底板、螺絲釘、溝槽、斜面和孔。所以，非常的有必要利用所有的標(biāo)準(zhǔn)部件建立幾何模型。模具設(shè)計師可以很容易的對部件的方位以及形狀進(jìn)行改變，因?yàn)槟切┎考g的關(guān)系都顯示在模型上。圖3a顯示一個平板上有個孔，這個部件有兩個特征：階段性和反鉆孔，反鉆孔(FF1)在F2和 F1的坐標(biāo)系中可用FF1表示，公式(2)~(5)表示了二者之間的關(guān)系。對于形狀特征，這里沒有什么特殊的限制，所以設(shè)計者直接指定這種關(guān)系。這種詳細(xì)的關(guān)系如下：
圖3 裝配關(guān)系
公式(2)-(7)顯示了FF1與FF2之間的關(guān)系，這些關(guān)系最終決定在這一部件中的方位和方向，如果把這一部件看做是模具裝配，形狀特征便是模具裝配中的一個“元件”。
形狀特征的選擇是建立在標(biāo)準(zhǔn)零部件的尺寸的基礎(chǔ)之上的，因?yàn)镃AD/CAM系統(tǒng)技術(shù)的支持，形狀特征不僅滿足模具裝配的尺寸和位置，而且體現(xiàn)了我們選擇的模具部件之間的特殊關(guān)系。為了增加那種特殊的關(guān)系，我們必須記錄邏輯關(guān)系，為模具裝配配備合適的關(guān)系。在CAD系統(tǒng)更新前， 檢查合適的形狀特征都是必要的。
3.2.2．各部件之間的關(guān)系
在模具裝配中，某部件的方向和方位是與其它部件相關(guān)聯(lián)的。圖3b顯示了一個模板(PP1)與螺絲釘(pp2)。螺釘?shù)南鄬ξ恢帽荒０迳系目姿拗?，這種模板與螺釘之間的關(guān)系如下：
就像我們從公式(8)和(9)所看到的一樣，通過計算Mp 和Mr決定螺釘在平板上的位置和方向是非常重要的。Mp 和Mr來自空間的限制，這種推導(dǎo)需要推斷模具裝配中的配置，這個問題將在下一階段進(jìn)行討論。
我們已經(jīng)介紹了一種注塑模具裝配的計算機(jī)模型。在這一階段，總結(jié)計算機(jī)模型的長處是有必要的。裝配模具作為組件的代表，反過來卻包括了組件，這個組件可以進(jìn)一步代表裝配的形狀特征，如此等級關(guān)系暗示裝配順序以及包含關(guān)系。這種基礎(chǔ)特征不僅要求設(shè)計師們能夠高水平的設(shè)計單個部件，而且擴(kuò)展了模具裝配的功能，因?yàn)檫@種性質(zhì)允許部件隨同其他部件位置和方向的改變而改變。表觀現(xiàn)象可以聯(lián)合某個對象的數(shù)據(jù)庫以及操作。模具裝配中封裝的功能就像頂出機(jī)構(gòu)與干涉檢查一樣能夠使的例行程序自動化。
4．注射成型模塑的裝配部件推斷
我們從等式8和9中可以看出，裝配模具中部件的方位與方向最終會被變換母體所取代。為了方便，特別的機(jī)構(gòu)關(guān)系通常是一些高水平的交配條件，就像伙伴、共線和平行。所以，在部件之間的隱含約束關(guān)系間自動獲取明確轉(zhuǎn)變條件是很必要的。在第二部分中已經(jīng)對三種推斷模具裝配部件的技術(shù)進(jìn)行了分析。因?yàn)閹缀文Ｐ湍軌蛘页鏊袉栴}，并同時間的復(fù)雜性組成等式，我們用這種方法去確定裝配模具部件的方位與方向，要將這種方法在模具裝配中付之于行動，需要大量的規(guī)劃。然而，一種簡化幾何的方法被提議去確定模具裝配時的部件方位與方向。
在這種簡化幾何的方法中，通過產(chǎn)生一系列的行動去滿足那些約束來確定模具裝配時的部件方位與方向。滿足約束的所需資料被存儲在“計劃碎片”中，每個計劃碎片就是一個能夠指定順序和能夠使移動部件按照預(yù)定的路線移動的程序，計劃碎片還可以記錄物體的新自由度和相關(guān)的幾何變量。從概念上說，Kramer的計劃是一個三維調(diào)度表。我們用TDOF來代表自由度的平移度，RDOF來代表自由度的旋轉(zhuǎn)度。
這種計劃表詳盡的例舉了所有空間的狀態(tài)，為了滿足一系列的約束在物體上的標(biāo)記和球坐標(biāo)系中的標(biāo)記而移動物體。例舉了上面三個因素相結(jié)合的不同，將導(dǎo)致82中差異。如果研究的空間減少的話，將會降低計劃表中的差異。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那些因素的例舉數(shù)量需減少。例如，對于一定的約束類型，如果TDOF由{0,1,2 ,3}變?yōu)閧0,3}后，這樣研究空間就嚴(yán)重的降低。經(jīng)過仔細(xì)的分析模具裝配部件的組成，四個基礎(chǔ)的約束被引用，他們的定義和代數(shù)方程如下：
由于那些相關(guān)的限制，我們計劃表中的參數(shù)充分的下降了，在我們的計劃表中去解決一個、兩個和三個的限制，必須有九個參數(shù)。模具裝配中為了互相增加組件，更多的限制約束和自由度將會增加使用者的適應(yīng)性。然而，在自動化模具裝配中，許多特殊的模具裝配關(guān)系將會事先確定，許多順序關(guān)系也不太重要。通過上面的約束限制，各部件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系將會被資料庫中數(shù)據(jù)指定。當(dāng)增加模具裝配中增加部件時，系統(tǒng)將會第一時間分解復(fù)雜的約束為簡單的約束，然后，生成一組碎片計劃使部件在模具裝配中有確定的方向和方位。
5．模具非標(biāo)準(zhǔn)的集合裝配
許多注塑成型的裝配組件包含了生產(chǎn)部分和非生產(chǎn)部分, 生產(chǎn)部分單個組件的設(shè)計是在塑件幾何性能的基礎(chǔ)上得到的，通常產(chǎn)品生產(chǎn)部分應(yīng)有與高水平裝配組件相同的取向，通常這些構(gòu)件的位置和大小直接由設(shè)計者制定，對于產(chǎn)品省成本的設(shè)計，傳統(tǒng)的方法是設(shè)計者從手冊中直接選擇所需要的模型，對這些選擇的產(chǎn)品生產(chǎn)部分建立幾何模型塊，然后再將這些塊加入到注射成型裝配組件中,這樣的設(shè)計既浪費(fèi)時間又錯誤百出。在我們所應(yīng)用的新的設(shè)計方法中，所有生產(chǎn)部分的設(shè)計數(shù)據(jù)是在裝配組件和客觀需要的基礎(chǔ)上得到的，這些數(shù)據(jù)不僅包含了幾何形狀和生產(chǎn)部分的尺寸，而且還包含了部件之間的空間約束。另外，許多部件有固定的路線，例如：頂出和復(fù)位同樣也在這個數(shù)據(jù)庫中，因此，模具設(shè)計必須選則應(yīng)用這要求的模具生產(chǎn)部分而確定它的結(jié)構(gòu)，然后計算機(jī)軟件會自動的確定出這些部分所要求部件的取向和位置，最后再將這些部件加入到裝配組件中。
5.1．模架組件
就像我們從圖1中看到的那樣，產(chǎn)品的生產(chǎn)部分可以進(jìn)一步分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件。這些非標(biāo)準(zhǔn)件是由一系列底座、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等裝配組件構(gòu)成的。除了確定產(chǎn)品的性狀外，一個模具還必須同時完成許多其他的功能，例如冷卻、注射產(chǎn)品、頂出、合模導(dǎo)向等，許多的模具應(yīng)有相似的性能，因此這就導(dǎo)致了他們在結(jié)構(gòu)上的相似，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中有許多標(biāo)準(zhǔn)要求，模具非標(biāo)準(zhǔn)部件就是在這些標(biāo)準(zhǔn)組件的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的。
根據(jù)裝配組件設(shè)計師的客觀取樣和表觀現(xiàn)象，模具組件的表觀現(xiàn)象是非標(biāo)準(zhǔn)件首先應(yīng)該考慮到的，另外，客觀組件的設(shè)計受到組件構(gòu)件之間的相互關(guān)系和構(gòu)件的功能的限制，然后利用這些客觀組件，一個有等級差比的集合裝配(模具的非標(biāo)準(zhǔn)部件)就形成了，這些模具的生產(chǎn)部分可以直接由目錄數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)確定，圖4表示模具實(shí)際情況對立于模具的特殊組件，這種特殊的模具組件的例子被自動的添加的模具裝配中，模具部件與整體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系可以以Mp和Mr為單元表示出來。
圖4 模具設(shè)計實(shí)例
5.2．標(biāo)準(zhǔn)件的自動添加
一個標(biāo)準(zhǔn)件就是一個自動組件，這個可以依據(jù)3.1中的公式1定義。在數(shù)據(jù)庫中的空間約束是由交差、平面直線和弧線確定的，但是它與非標(biāo)準(zhǔn)件不同，標(biāo)準(zhǔn)件的位置和客觀取向并不確定。在設(shè)計時軟件通過簡單的公式直接推斷出標(biāo)準(zhǔn)件的幾何形狀。
5.3．模具裝配中的復(fù)位機(jī)構(gòu)
自動化設(shè)計的一個關(guān)鍵考慮因素是復(fù)位過程，復(fù)位是指嵌件在設(shè)計過程中留出相應(yīng)的一定空間使之歸位的操作。當(dāng)一個頂出設(shè)備加入到裝配組件中就要求在設(shè)計過程中留出相應(yīng)的孔，以便復(fù)位。如圖5所示：
圖5 模具頂出機(jī)構(gòu)
既然利用了客觀取向技術(shù)，每一個裝配組件都可以有兩種表示方式：實(shí)際存在和客觀設(shè)計。實(shí)際存在的物體空間是根據(jù)一個真實(shí)物體所要占據(jù)的空間決定的，無論何時一個客觀構(gòu)件被加入到裝配組件中，它的真實(shí)空間尺寸也同時被設(shè)計出來，復(fù)位操作技術(shù)是根據(jù)相關(guān)構(gòu)件的相互關(guān)系而設(shè)計的。另外由于實(shí)際空間和真實(shí)空間的關(guān)系，復(fù)位技術(shù)的設(shè)計也要根據(jù)實(shí)際物體做出相應(yīng)的改變，這種自動復(fù)位功能進(jìn)一步說明了客觀取向的優(yōu)點(diǎn)。
6．系統(tǒng)實(shí)施
在客觀取樣和表觀取向基礎(chǔ)上設(shè)計而出的模塑自動化裝配組件技術(shù)，已經(jīng)在美國國立大學(xué)被應(yīng)用在IMOLD領(lǐng)域內(nèi)。這種繪圖技術(shù)是提高應(yīng)用程序的一個有效方式，通過這種技術(shù)的使用這可以將其它部分加入到裝配組件中修改參數(shù)等。盡管繪圖技術(shù)提供了很好的功能，但是上文提到的方法仍然被用來推斷構(gòu)件的布局，因?yàn)樵谠O(shè)計過程中必須考慮到構(gòu)件自由運(yùn)行的程度和檢查構(gòu)件在加入到裝配組件以前所需要的空間。這種系統(tǒng)的約束條件和圖表約束是相輔相成的。
圖6顯示為一種注塑產(chǎn)品，圖7a中顯示成型這種塑件的注塑模具，圖7b中指出了各個組件在裝配時的父子關(guān)系。這種裝配組件使用IMOLD技術(shù)設(shè)計的，模具中的每一個非標(biāo)準(zhǔn)件被自動的安置在裝配組件中。同樣，標(biāo)準(zhǔn)件(例如：螺釘)也是被自動的加入到裝配組件中,復(fù)位技術(shù)也不例外。
圖6 注塑產(chǎn)品
圖7 成型注塑產(chǎn)品6的模具
7. 結(jié)論
在表觀現(xiàn)象和客觀取向技術(shù)上所設(shè)計的具有等級差別的注射模塑裝配組件，不僅僅提高了裝配組件設(shè)計技術(shù)，而且同時提高了操作功能和幾何約束性，例如：自由的程度,配合條件、鑲嵌和取向約束。因?yàn)?，裝配組件設(shè)計的這一技術(shù)的提高，裝配組件中某一構(gòu)件的尺寸變化可以在整體設(shè)計完以后再做出變動。裝配組件構(gòu)件的封裝有以下兩個特點(diǎn)：1、配合技術(shù)在裝配構(gòu)件中封裝自動化裝配組件設(shè)計時可以被容易的利用；2、裝配組件的封裝使得裝配組件的設(shè)計在應(yīng)用過程中自動完成，例如：復(fù)位和構(gòu)件檢查。提出的簡單的統(tǒng)計方法可以直接降低自動化設(shè)計過程中程序的難度。
DVD-ROM上蓋的建模和注塑成型工藝對收縮率影響的分析
塑料注射成型在生產(chǎn)高品質(zhì)塑料零件中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。收縮是影響注塑成型零件質(zhì)量最重要的因素之一。本文通過評估丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）材質(zhì)的DVD-ROM上蓋質(zhì)量著重研究建模和注塑成型工藝對收縮率的影響。通過數(shù)據(jù)分析確定工藝參數(shù)（模具溫度、熔點(diǎn)、注射壓力、注射時間和冷卻時間）與收縮率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系開發(fā)一個有效的回歸模型。有限元 (FE) 分析 (L27)田口所設(shè)計Mold?ow仿真程序中運(yùn)行的正交數(shù)組。通過方差分析（ANOVA）校驗(yàn)回歸模型并確定工藝參數(shù)對收縮率的影響。通過Mold?ow仿真分析，可獲得有限元分析與控制的回歸模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示回歸模型與有限元分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果高度一致。由此可以得出結(jié)論這項建模的收縮問題在我們的應(yīng)用程序中研究成功。
關(guān)鍵詞：塑料注塑成型，回歸建模和方差分析，收縮。
1 前言
注射成型是批量生產(chǎn)制造薄殼塑料零件常用的加工方法之一。塑料部件的質(zhì)量取決于材料的特性、 模具設(shè)計和最重要的工藝參數(shù)。幾項研究發(fā)現(xiàn)，注射成型的工藝參數(shù)對塑料部件的質(zhì)量都有關(guān)鍵的影響。他們調(diào)查注射成型工藝在生產(chǎn)過程中零部件的收縮、 彎曲、 熔合紋、凹陷和殘余應(yīng)力等問題。他們的研究還顯示影響塑料部件質(zhì)量的最重要參數(shù)是保壓、 熔化溫度和模具溫度。然而，這些研究沒有充分考慮到其他包括注射時間和冷卻時間等工藝參數(shù)的影響。此外，德米雷爾有對收縮和翹曲變形導(dǎo)致部件質(zhì)量問題的計算進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這項研究還表明了收縮和翹曲變形隨著溫度的升高和注射壓力的降低而增加。在這個研究中，雖然沒有考慮到主要影響工藝參數(shù)注射時間和冷卻時間，但是這些實(shí)驗(yàn)條件足夠得出寶貴的結(jié)論。許多發(fā)表的論文指出，在薄殼塑料部件的注射成型中，工藝參數(shù)和影響零塑件質(zhì)量問題的收縮與彎曲可以建立物理關(guān)系。在以往的研究中，進(jìn)行一系列的試驗(yàn)來測量收縮和翹曲變形下的工藝參數(shù)的值。通過數(shù)學(xué)模型利用測量的值確定最佳工藝參數(shù)。以類似的方式，利用回歸分析取得薄殼塑料零件注射成型工藝參數(shù)與通過實(shí)驗(yàn)獲得的收縮率之間的關(guān)系。通過工藝參數(shù)與收縮率的數(shù)學(xué)關(guān)系式創(chuàng)建二階廣義多項式回歸方程。由此發(fā)現(xiàn)，工藝對零塑件的質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響。另一方面，在上述研究中，它沒有經(jīng)過任何成型仿真工具（模流分析）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校核。然而，有許多研究工藝參數(shù)對質(zhì)量的影響的仿真塑料注塑成型的文章。
其中一篇由Chen et al寫的文章具有典型代表性。這篇文章涉及到計算機(jī)輔助工程結(jié)合統(tǒng)計技術(shù)應(yīng)用，用以減少塑料注塑參數(shù)引起的翹曲變形。為此，一些依賴田口正交數(shù)組的模塑仿真分析、回歸方程和方差分析(ANOVA) 可以結(jié)合預(yù)測各種注塑參數(shù)引起的翹曲變形。但是，這篇文章只是簡單說明了塑料注塑過程中的翹曲變形而未提到收縮。然而，由Chen等人寫的另一篇文章負(fù)責(zé)通過利用一系列模塑仿真分析研究注塑模制品收縮率變化有影響的有效參數(shù)。與上述研究結(jié)果不同的是，由阿爾坦做的一項研究使用田口方法、方差分析和模擬腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使注塑成型收縮減小。進(jìn)行了二十七次注射成型試驗(yàn)獲得的聚丙烯 (PP)、 聚苯乙烯 (PS) 兩種不同的聚合物材料的收縮量。從這項研究可以看到通過綜合辦法可以獲得最佳工藝條件對應(yīng)的最小收縮量。與從上述論文不同的是，一些研究人員只研究電火花加工(EDM) ?？傊?，即使這些研究者工作在不同領(lǐng)域，但他們有采用和塑料注射成型類似的方法。從這項研究中，從模塑仿真分析模擬得到以有限元分析為基礎(chǔ)的有效回歸模型可獲得塑料注塑工藝參數(shù) (模具溫度、 熔化溫度、 注射壓力、 注射時間和冷卻時間） 和使用 ABS 高分子材料的體積收縮率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。大多數(shù)研究文獻(xiàn)中沒有考慮到所有這些過程參數(shù)。在不同學(xué)者的論文內(nèi)工藝參數(shù)的范圍也不同。方差分析是塑料注塑成型測量工藝參數(shù)和評估回歸模型最有效的方法。此外，通過四次DVD-ROM上蓋塑件的注塑成型實(shí)驗(yàn)得到的理論值和實(shí)際測量值進(jìn)行比較來驗(yàn)證創(chuàng)建的回歸模型的準(zhǔn)確性。
2.實(shí)驗(yàn)研究方法
2.1田口正交數(shù)組設(shè)計實(shí)驗(yàn)
利用正交數(shù)組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法，在大多數(shù)情況下，高效方便的實(shí)驗(yàn)方法與傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計方法相比，有必要減少和控制實(shí)驗(yàn)次數(shù)。此外，當(dāng)工藝參數(shù)增加時，必須要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)。在此研究中，27 FE 分析基于田口正交數(shù)組(L27)對塑料注塑工藝參數(shù)的研究，包括：模具溫度 （T 模），運(yùn)行熔融溫度 (T 熔體)，注射壓力 （P 注射用），(I 時間)，注射時間和冷卻時間 (C) 如表 1 所示。收縮參數(shù)值對應(yīng)回歸模型中的響應(yīng)值。在表 2 中提供了從模塑仿真分析軟件模擬有限元分析取得的收縮率結(jié)果。
2.2模具設(shè)計制造
當(dāng)生產(chǎn)一個塑料部件的時候，模具必須經(jīng)過各種機(jī)械設(shè)計和制造。在此研究中，適用于制造DVD-ROM上蓋塑料產(chǎn)品的的步驟說明如圖1所示。在塑料注射成型中，用Pro/Engineer CAD/CAM 程序設(shè)計DVD-ROM上蓋塑料制品的CAD模型。此外，DVD ROM上蓋模具設(shè)計包括了兩個夾緊板、核心板和針腳。在制作模具組件中，會用到一些機(jī)械設(shè)備，如數(shù)控銑床、電火花加工、鉆和磨。DIN 1.2738 (IMPAX) 鋼被選為模具元件的材料。用沃伯特英斯特朗儀器測量此材料的硬度達(dá)到31HRC，表3中列出了它的化學(xué)成分。
2.3 有限元 (FE) 分析和成型周期
2.3.1 FE 的預(yù)先處理，DVD-ROM蓋。
3D模型的DVD-ROM上蓋部分被導(dǎo)入到Moldflow Plastic Insight 5.0（MPI 5.0）塑料仿真模擬軟件。DVD-ROM上蓋的尺寸為153mm×45.17mm×7mm。DVD-ROM上蓋的材料高分子聚合物（ABS）由模流分析類似的推測而來，在表4中列出了其材料屬性。在成型之前需要用干燥機(jī)烘高分子材料ABS四個小時。DVD-ROM 部件的有限元模型是利用離散幾何由較小的簡單元素創(chuàng)建的。有限元融合網(wǎng)格模型，如圖 2 所示由 2726年節(jié)點(diǎn)、69 梁元素和5318三角元素組成。
2.3.2 DVD-ROM上蓋的成型周期。
模具組件的設(shè)計和制造是為了可以注入制造DVD-ROM上蓋部分的材料，這個上蓋是安裝在計算機(jī)機(jī)箱前部DVD安裝部位。這項研究所用的塑料注塑機(jī)是瑞士制造的NETSTAL (600 H-110 60 噸 1.66 盎司 (25 毫米))。這種塑料注塑機(jī)器技術(shù)規(guī)格最大夾緊力543噸、 243 MPa的最大注射壓力、 491 cm3/s最大注射率、螺釘直徑為25毫米和0.2 s的機(jī)液壓響應(yīng)。
13
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
系 部
專業(yè)班級
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
論文題目
基于Pro/E的瓶蓋注塑模設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）的目的
1對學(xué)生在學(xué)校所學(xué)知識一次全面的總結(jié)和綜合訓(xùn)練。
2對學(xué)生掌握知識及深度運(yùn)用和理解能力的檢測，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。做到理論結(jié)合實(shí)際。更加了解沖裁模具。
3可以了解模具至今的發(fā)展前景狀況，理論結(jié)合實(shí)際情況提高自己的綜合分析和解決問題的能力，為以后工作奠定良好的基礎(chǔ)。
畢業(yè)設(shè)計（論文）要求
1. 設(shè)計思路要清晰，重點(diǎn)突出、符合實(shí)際要求、實(shí)事求是。
2. 必須要有嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。
3. 論文要求思路清晰，重點(diǎn)突出，圖文并茂，舉例恰當(dāng)
4. 認(rèn)真查閱資料，收集的數(shù)據(jù)資料要求具體、真實(shí)、詳細(xì)。
5. 論文字?jǐn)?shù)要求5000字以上。
6. 標(biāo)題應(yīng)該簡短，明確。
畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排
2011年11月中旬—12月上旬 依照任務(wù)書閱讀文獻(xiàn)，收集資料準(zhǔn)備草案
2011年12月上旬—12月中旬 確定方案，編寫設(shè)計開題報告，并交老師審核
2011年12月中旬—2012年3月中旬 完成初稿，交老師審核。
2012年3月中旬—4月下旬 完成二稿，交老師審核
2012年4月下旬—5月下旬 定稿并提交畢業(yè)設(shè)計相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
2012年6月2日—6月3日 答辯
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
2012屆 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計開題報告
姓名
系部
專業(yè)
班級
題目
基于Pro/E的瓶蓋注塑模設(shè)計
一、選題背景、目的及意義
背景：注塑模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎(chǔ)裝備。
目的: 用注塑模具生產(chǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。
意義：注塑模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(xiàn)代注塑工業(yè)的發(fā)展有極密切的關(guān)系。隨著注塑工業(yè)的飛速發(fā)展，注塑模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。
二、主要內(nèi)容及提綱
第1章 瓶蓋造型設(shè)計
第2章 注射機(jī)的選擇
第3章 成型零件與澆注系統(tǒng)的設(shè)計
第4章 模具零件設(shè)計
第5章 模具的裝配和調(diào)試
三、主要方法和措施
通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，廣泛的查閱，深入的研究，對閱讀文獻(xiàn)進(jìn)行細(xì)致的歸納
第1： 熟悉任務(wù)，收集資料，準(zhǔn)備繪圖工具及圖紙，調(diào)研。
第2：繼續(xù)進(jìn)行必要的設(shè)計準(zhǔn)備包括復(fù)習(xí)并掌握有關(guān)模具設(shè)計的各種知識；掌握繪圖或計算機(jī)繪圖基本技能，填寫開題報告。
第3：繪制零件圖，進(jìn)行工藝分析，確定分型方案。
第4 ：確定選擇澆點(diǎn)、確定頂出機(jī)構(gòu)、確定橫向抽芯機(jī)構(gòu)、解決模具的加熱和冷卻等問題，繪制模具草圖，并進(jìn)行復(fù)查、修改。
第 5 ：模具裝配圖、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)圖等。
第 6：設(shè)計并繪制非標(biāo)準(zhǔn)零件圖。
第 7： 整理設(shè)計說明書等。
第 8：做好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計答辯。
四、主要參考文獻(xiàn)
1. 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2001.8。
2. 黃毅宏、李明輝.模具制造工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2002.8
3. 何忠保，陳曉華，王秀英.典型零件模具圖.北京：機(jī)械工業(yè)出版社
4. 塑料模具技術(shù)手冊/《塑料模具技術(shù)手冊》編委會編.——北京：機(jī)械工業(yè)出版社。
5. 塑料模具設(shè)計手冊/《塑料模具設(shè)計手冊》編寫組編著.第二版——北京；機(jī)械工業(yè)出版社
五、畢業(yè)設(shè)計（論文）推進(jìn)計劃
2011年11月中旬—12月上旬 依照任務(wù)書閱讀文獻(xiàn)，收集資料準(zhǔn)備草案
2011年12月上旬—12月中旬 確定方案，編寫設(shè)計開題報告，并交老師審核
2011年12月中旬—2012年3月中旬 完成初稿，交老師審核。
2012年3月中旬—4月下旬 完成二稿，交老師審核
2012年4月下旬—5月下旬 定稿并提交畢業(yè)設(shè)計相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
2012年6月2日—6月3日 答辯
學(xué)生簽名： 年 月 日
指導(dǎo)教師意見（對選題的有效性、研究方法的正確性、課題的廣度、深度的意見及開題是否通過）：
通過（ ） 修改后通過 （ ） 未通過 （ ）
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
注：開題報告裝訂在畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書后
開題是否通過請指導(dǎo)教師在括號內(nèi)打“ √”
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目：
基于Pro/E的瓶蓋注塑模設(shè)計
副 標(biāo) 題：
學(xué) 生 姓 名：
所在系、專業(yè)：
機(jī)電工程系、模具設(shè)計與制造
班 級：
指 導(dǎo) 教 師：
日 期：
I
摘 要
本產(chǎn)品是日常應(yīng)用的塑料瓶蓋，且實(shí)用性強(qiáng)。該產(chǎn)品設(shè)計為大批量生產(chǎn)，故設(shè)計的模具要有較高的注塑效率，澆注系統(tǒng)要能夠自動脫模。塑件的工藝性能要求注塑模中有冷卻系統(tǒng)，因此在模具設(shè)計中也進(jìn)行了設(shè)計。
關(guān)鍵詞： 塑料蓋、注射模具、注射成型
I
目 錄
摘 要 I
目 錄 I
1、蓋造型設(shè)計 1
1.1瓶蓋的選料及其性能 1
1.2瓶蓋注射成型工藝過程 1
1.3瓶蓋的結(jié)構(gòu)分析 2
1.4瓶蓋造型設(shè)計過程 2
2、注射機(jī)的選擇 5
2.1 注射機(jī)規(guī)格 5
2.2 注射機(jī)的校核 6
2.2.1 注射機(jī)注射容量校核 6
2.2.2 注射機(jī)鎖模力校核 6
2.2.3 注射機(jī)注射壓力校核 7
2.2.4 注射機(jī)模具厚度校核 7
2.2.5 注射機(jī)最大開模行程校核 7
3、成型零件與澆注系統(tǒng)的設(shè)計 8
3.1凹、凸模成型零件的設(shè)計 8
3.1.1加載參照模型 8
3.1.2成型零件設(shè)計 9
3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計 13
3.2.1 主澆道的設(shè)計 13
3.2.2分澆道的設(shè)計 13
3.2.3 澆口及冷料穴設(shè)計 14
3.2.4鑄模和開模 15
3. 3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 16
3.3.1 凹、凸模冷卻系統(tǒng)設(shè)計 16
4、模具零件設(shè)計 17
4.1 推出系統(tǒng)設(shè)計 17
4.2 確定模架 18
4.3 模架各裝配零件設(shè)計 20
4.3.1 導(dǎo)向零件設(shè)計 20
4.3.2 澆注系統(tǒng)零件設(shè)計 21
4.3.3 推出機(jī)構(gòu)零件 22
4.3.4定位圈 22
4.3.5 其他零件 23
5、模具的裝配和調(diào)試 23
5.1 模具的裝配 23
5.2 模具的調(diào)試 24
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
I
1、蓋造型設(shè)計
1.1瓶蓋的選料及其性能
選用PS作為瓶蓋的材料。
（1）PS的典型應(yīng)用范圍:
產(chǎn)品包裝，家庭用品（餐具、托盤等），電氣（透明容器、光源散射器、絕緣薄膜等）。
（2）注塑模工藝條件:
干燥處理：除非儲存不當(dāng)，通常不需要干燥處理。如果需要干燥，建議干燥條件為80℃、2~3小時。
熔化溫度：180~280℃。對于阻燃型材料其上限為250℃。
模具溫度：40~50℃。
注射壓力：200~600bar。
注射速度：建議使用快速的注射速度。
流道和澆口：可以使用所有常規(guī)類型的澆口。
（3）化學(xué)和物理特性:
大多數(shù)商業(yè)用的PS都是透明的、非晶體材料。PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學(xué)透過特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無機(jī)酸，但能夠被強(qiáng)氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機(jī)溶劑中膨脹變形。
典型的收縮率在0.4~0.7%之間。
1.2瓶蓋注射成型工藝過程
瓶蓋注射成形工藝過程如下：
注射裝置準(zhǔn)備裝料
預(yù)烘干 裝入料斗 預(yù)塑化 注射裝置準(zhǔn)備注射
清理嵌件、預(yù)熱
清理模具、涂脫模劑 放入嵌件 合模 注射 保壓
脫模 冷卻
塑件送下工序
注射成形工藝參數(shù)見表1。
表 1
注射機(jī)類型
預(yù)熱和干燥
料筒溫度（℃）
噴嘴溫度（℃）
溫度（℃）
時間（h）
后段
中段
前段
螺桿式
80～95
4～5
150～170
165～180
180～200
170～180
模具溫度（℃）
注射壓力（Mpa）
成形時間（s）
50～80
60～100
高壓時間
保壓時間
冷卻時間
成形時間
0～5
15～30
15～30
40～70
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
后 處 理
方 法
溫度（℃）
時間（h）
30～60
紅外線燈、烘箱
70
2～4
1.3瓶蓋的結(jié)構(gòu)分析
下面確定瓶蓋的各項技術(shù)參數(shù)：
1）尺寸大小和精度瓶蓋壁厚的厚度不宜過大或過小。如果壁厚太小，則瓶蓋的強(qiáng)度、剛度不夠，同時給制造帶來困難。如果壁厚太大，不僅造成材料浪費(fèi)，而且容易產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷，同時因冷卻時間過長而降低生產(chǎn)率，所以瓶蓋壁厚取1mm。塑件的尺寸精度主要取決于塑料收縮率的波動和模具制造誤差，由于我們要設(shè)計的零件的工作環(huán)境對精度要求不高，加之選用的塑料PS推薦精度等級為3、4、5級，所以只要求瓶蓋能與其它零件能正常裝配即可，因此瓶蓋選用4級精度。
2）壁厚和圓角塑件壁厚力求各處均勻，以免產(chǎn)生不均勻收縮等成形缺陷。塑件轉(zhuǎn)角處一般采用圓角過渡，其半徑為塑件壁厚的1/3以上，最小不宜小于0.5mm。
3）加強(qiáng)肋為了保證瓶蓋的強(qiáng)度和剛度而不使瓶蓋的壁厚過大，在瓶蓋的適當(dāng)位置設(shè)置了加強(qiáng)肋。
l 4）孔嚴(yán)格意義上講塑件上的通孔和盲孔通常用單獨(dú)型芯或分段型芯來成形，對于易彎曲變形的型芯，須附設(shè)支承住。但是本次設(shè)計中，考慮到生產(chǎn)成本的盡量縮小，該空孔的高度不高，以及我們需要的孔在工藝上要求不高，我們采用分型面直接成形法。
1.4瓶蓋造型設(shè)計過程
在設(shè)計瓶蓋之前，首先看看所需要設(shè)計的瓶蓋的具體形狀，以便在接下來的設(shè)計中能快速、準(zhǔn)確的設(shè)計出瓶蓋。需要設(shè)計的瓶蓋的具體形狀如圖1所示：
圖1
有了這個大概的形狀圖，下面開始設(shè)計零件了。
1、 打開Pro/e，新建->零件—>實(shí)體，并命名點(diǎn)確定，
Pro/e進(jìn)入繪制零件狀態(tài)，模型樹和繪圖界面如圖2所示：
圖2
2、建立左端面的拉伸特征。繪制如圖3所示的截面，完成拉伸命令，即可得到左端面的圖形，如圖4所示。
圖3
圖4
建立拉伸特征。繪制截面，拉伸后完成后零件如圖5所示：
3、
圖5
4、 利用拉伸切除命令，如圖6所示：
圖6
5、至此，瓶蓋的主體已經(jīng)設(shè)計完畢。
6、進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱A角處理，使得瓶蓋更加光順、漂亮。零件完成后如圖7所示：
圖7
2、注射機(jī)的選擇
2.1 注射機(jī)規(guī)格
注射機(jī)是熱塑性塑料和部分熱固性塑料注射成形的主要設(shè)備，我們選擇注射機(jī)型號為XS-Z-60,它的技術(shù)規(guī)格如表2所示。
表 2
型號
螺桿直徑（mm）
注射容量（cm3）
注射壓力（Mpa）
鎖模力(kN)
XS-Z-60
38
500
122
500
最大注射面積（cm3）
模板行程（mm）
定位孔直徑（mm）
130
180
模具厚度（mm）
噴嘴
頂出
兩側(cè)
中心孔徑（mm）
最大
最小
球半徑（mm）
孔半徑（mm）
孔徑（mm）
孔距（mm）
200
70
12
4
22
230
50
2.2 注射機(jī)的校核
2.2.1 注射機(jī)注射容量校核
塑件成形所需的注射總量應(yīng)小于所選注射機(jī)的注射容量。注射容量以容積（cm3）表示時，塑件體積（包括澆注系統(tǒng)）應(yīng)小于注射機(jī)的注射容量，其關(guān)系按2-1式校核
V件≤0.8V注 （2-1）
式中
V件 —塑件與澆注系統(tǒng)的體積（cm3）;
V注 —注射機(jī)注射容量（cm3）;
0.8 —最大注射容量利用系數(shù)。
在這個設(shè)計中，
V件= 29 cm3
V注=60cm3
29<0.8*60=48
所以注射機(jī)注射容量完全滿足要求。
2.2.2 注射機(jī)鎖模力校核
模具所需的最大鎖模力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定鎖模力，其關(guān)系按2-2式校核
p腔F≤P鎖 （2-2）
式中
p腔 — 模具型腔壓力，一般取40～50Mpa；
F — 塑件與澆注系統(tǒng)分型面上的投影面積（mm2）;
P鎖 — 注射機(jī)額定鎖模力（N）。
在這個設(shè)計中
p腔 = 40 Mpa
F = 10734.2mm2
P鎖 = 500 kN
p腔F = 40 × 106 ×10734.2 × 10-6 = 429.368 (kN)< 500(kN)
所以注射機(jī)的鎖模力也滿足要求。
2.2.3 注射機(jī)注射壓力校核
塑件所需的注射壓力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定注射壓力，其關(guān)系按2-3式校核
p成 ≤ P注 （2-3）
式中
p成 — 塑件成形所需的注射壓力（Mpa）；
P注 — 所選注射機(jī)的額定注射壓力(Mpa)。
在這個設(shè)計中
p成 = 80 Mpa
P注 = 122Mpa
顯然，80 <122Mpa，因此注射壓力也滿要求。
2.2.4 注射機(jī)模具厚度校核
模具閉合時的厚度應(yīng)在注射機(jī)動、定模板的最大閉合高度和最小閉合高度之間，其關(guān)系按2-4式校核
H最小 ＜ H模 ＜ H最大 （2-4）
式中
H最小 — 注射機(jī)所允許的最小模具厚度（mm）；
H模 — 模具閉合厚度（mm）；
H最大 — 注射機(jī)所允許的最大模具厚度（mm）。
在這個設(shè)計中
H最小 =70 mm
H模 = 80 mm
H最大 = 200 mm
顯然，70<80<200
所以注射機(jī)模具厚度也滿足要求。
2.2.5 注射機(jī)最大開模行程校核
塑件所需的開模距應(yīng)小于注射機(jī)的最大開模行程。對在液壓機(jī)械聯(lián)合鎖模的立式、臥式注射機(jī)上使用的一般澆口模具，關(guān)系按2-5式校核
H1 + H2 + 5～10mm ≤ s （2-5）
式中
H1 — 脫模距離(推出距離)（mm）；
H2 — 塑件高度（包括澆注系統(tǒng)）（mm）；
S — 注射機(jī)模板行程（mm）。
在這個設(shè)計中
H1 = 25 mm
H2 = 11mm
S = 180mm
H1 + H2 + 10 = 25 + 11 +10 = 46 mm
46< 180
因此，注射機(jī)模板行程也滿足要求。
3、成型零件與澆注系統(tǒng)的設(shè)計
3.1凹、凸模成型零件的設(shè)計
設(shè)計中，利用Pro/enginner 系統(tǒng)的制造組塊（mfg）建立好分型面后自動創(chuàng)建凹、凸模來設(shè)計凹凸成型模具。
3.1.1加載參照模型
1）新建文件
執(zhí)行[文件/新建]命令，在新建對話框類型欄中選擇[制造]，子類型中選擇[模具型腔]，取消[使用缺省模板]的勾選，單擊[確定]按鈕，進(jìn)入[新文件選項]對話框，在[模板]欄內(nèi)選擇mms_mfg_mold,這是一個公制的模具設(shè)計模塊，單擊[確定]按鈕。
2）定位參照零件
執(zhí)行菜單管理器中的[模具/模具型腔/定位參照零件]命令，系統(tǒng)將同時彈出[布局]對話框和[打開]對話框，在[打開]對話框中選取瓶蓋零件作為模具的參照零件，單擊[打開]按鈕。在[創(chuàng)建參照模型]對話框中，輸入?yún)⒄漳Ｐ偷拿Q，單擊[確定]按鈕。在[布局]對話框中，單擊[參照模型起點(diǎn)與定向]欄內(nèi)的按鈕，單擊[確定]按鈕。
注意：在這個過程中，必須使得PULL DIRECTION雙箭頭方向（開模方向）與參照模型的Z軸方向一致，如果不一致，則執(zhí)行菜單管理器中的[坐標(biāo)系統(tǒng)類型/動態(tài)]命令進(jìn)行調(diào)整。
3）模型布局
本設(shè)計采用一模8件的布局方式將參照模型分布好。在[布局]對話框中將參數(shù)設(shè)置好，單擊[預(yù)覽]按鈕，如圖8所示。
圖8
預(yù)覽無誤后，在[布局]對話框中單擊[確定]按鈕。
4）保存文件。
3.1.2成型零件設(shè)計
成型零件在此主要是指型心（Core）和型腔(Cavity),型心和型腔圍合而成的空腔即是塑料制件的體積。成型零件的設(shè)計是模具設(shè)計的關(guān)鍵步驟，其設(shè)計的難易程度取決于塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度，有較簡單的也有非常復(fù)雜的。
本瓶蓋成型零件的設(shè)計過程是：先制作一個完全能包容塑料制件的毛胚工件（Workpiece），在根據(jù)制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型分模面，以分型面將毛胚工件分割成兩塊材料，最后將這兩塊材料提取出來形成型心和型腔。
1） 應(yīng)用收縮
塑料制件從熱模具中取出并冷卻至室溫后，其尺寸會發(fā)生縮減，為了補(bǔ)償這種變化，故在要在參照模型上增加一個收縮量，收縮量等于收縮率乘以尺寸。
單擊菜單管理器中的[模具/收縮]命令，系統(tǒng)將提示選擇對象，在圖中任選一個水瓶蓋參照模型。接著，依次單擊菜單管理器中[收縮/按尺寸/設(shè)置復(fù)位/所有尺寸]，在彈出的文本框內(nèi)輸入收縮率的值：0.005，單擊確定
2） 增加毛胚工件
毛胚工件——Workpiece，它是一個能夠完全包容參照模型的組件，通過分型面等特征可以將其分割成型心或型腔等成型零件。依次單擊菜單管理器中的[模具/模具型腔/創(chuàng)建/工件/手動]命令，繪制截面拉伸后得如圖9所示工件：
圖9
3） 設(shè)計分型面
設(shè)計塑料成型模具時，分型面的設(shè)計是一個重要的設(shè)計內(nèi)容，分型面選擇合理，模具結(jié)構(gòu)簡單，塑件容易成型，并且塑件質(zhì)量高。如果分型面選擇不合理，模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，塑件成型困難，并且塑件質(zhì)量差。
分型面的形狀 主要有平面、斜面、階梯面、曲面等。
選擇分型面的一般原則 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應(yīng)遵循以下幾項原則：
1)為了便于塑件起模，分型面一般使塑件在開模時留在下?；騽幽Ｉ?，且分型面應(yīng)選在塑件外形的最大輪廓處。
2)選擇分型面時，應(yīng)盡量只采用一個與開模方向垂直的分型面，并盡量避免側(cè)向抽芯與側(cè)向分型。
3)對于有同軸度要求的塑件，模具設(shè)計時應(yīng)將有同軸度要求的部分設(shè)計在同一模板內(nèi)。
4)分型面的選擇應(yīng)有利于防止溢料。當(dāng)塑件在分型面上的投影面積接近于注射機(jī)的最大面積時，就有可能產(chǎn)生溢料。
5)分型面的選擇應(yīng)有利于排氣。為此，一般分型面應(yīng)與熔體流動的末端重合。
對于高度較高的塑件，其外觀無嚴(yán)格要求時，可將分型面選擇在中間。此外，選擇分型面是還應(yīng)考慮到塑件的精度、塑件的外觀質(zhì)量要求、模具加工難易程度等因素。
分型面的形式參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-40，其選擇示例見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-47。執(zhí)行分型面創(chuàng)建中的復(fù)制、拉伸、平整等命令后得到分型面。分型面創(chuàng)建完成后，如圖10所示：
圖10
分型面設(shè)計好后，在經(jīng)過分割體積塊、抽取模具元件兩道工序后，凸模和凹模都已經(jīng)設(shè)計好了。分別如圖11和12所示：
圖11
圖12
3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計
注射模的普通澆注系統(tǒng)由主澆道、分澆道、澆口、冷料穴四部分組成。
主澆道：從注射機(jī)的噴嘴與模具接觸的 部分到分澆道為止的一段流道。
分澆道：從主澆道的末端到澆口為止的一段流道。
澆口：從分流道的末端到模具型腔為止的一段狹窄的澆道。
冷料穴：一般設(shè)在主澆道的對面，有時也設(shè)在分澆道的末端。
3.2.1 主澆道的設(shè)計
主澆道是一端與注射機(jī)噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸為直徑為5mm。主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式，俗稱澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。本設(shè)計中澆口套由于與定位圈有配合需求，而且注射機(jī)噴嘴球半徑12，遵循注射機(jī)球半徑小于等于澆口套球半徑的國標(biāo)要求，澆口套的規(guī)格有S15，S20 等幾種。由于注射機(jī)的噴嘴半徑為S12，所以為澆口套取S15。
主流道澆口套固定配合見圖13所示。
圖13
3.2.2分澆道的設(shè)計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應(yīng)設(shè)置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。分流道的設(shè)計應(yīng)盡量使比面積小，熱量損失少，摩擦阻力小。常用分流道的截面形狀及尺寸參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-49。在考慮分流道設(shè)計時，由于其水平高度已經(jīng)被主流道位置確定，因此，我們只要設(shè)計分流道的布置形式和截面形狀即可?？紤]到圓形截面的分流道在注射過程中對塑料流動的阻力最小，流動效率最高，因此我們選用圓形截面的分流道，直徑為3mm。由于我們所設(shè)計的模具是一腔八穴的形式，因此在主澆道分流后，設(shè)計了八根分澆道。這樣設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是塑料在填充過程中較均勻和平穩(wěn)，避免出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象，有利于保證成形零件的成形質(zhì)量。
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6μm 左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
3.2.3 澆口及冷料穴設(shè)計
1、澆口是分流道與型腔的連接通道，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分。當(dāng)熔融的塑料流通過澆口時，流速加快，同時，由于摩擦作用，塑料流的溫度升高、粘度降低，流動性提高，有利于充滿型腔。所以，澆口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。澆口的大小對塑件是否成型和成型后的質(zhì)量有很大的關(guān)系。澆口位置的選擇有以下幾個原則：
1）澆口設(shè)置在正對著型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接沖擊在型腔壁或型心壁上，從而改變流向，降低流速，平穩(wěn)的充滿型腔，可避免溶體破裂現(xiàn)象，消除塑件明顯的溶接痕。
2）澆口的位置應(yīng)開設(shè)在塑件截面最厚處，以利于熔體填充材料。
3）澆口的位置應(yīng)使熔體流程最短，流向變化最小，能量損失最小。
4）澆口的位置應(yīng)有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
5）避免塑件產(chǎn)生熔接痕。
6）防止料流將型心或嵌件擠壓變形。
7）澆口位置應(yīng)盡量避免由于高分子定向作用產(chǎn)生的不利影響，利用高分子定向作用產(chǎn)生的有利影響。
根據(jù)以上一些原則，本設(shè)計采用側(cè)澆口（如圖14所示），側(cè)澆口又稱邊緣澆口，國外稱之為標(biāo)準(zhǔn)澆口。側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體于型腔的側(cè)面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調(diào)整其截面的厚度和寬度可以調(diào)節(jié)熔體充模時的剪切速率及澆口封閉時間。這種澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應(yīng)性均較強(qiáng)；但有澆口痕跡存在，會形成熔接痕、縮孔、氣孔等塑件缺陷，且注射壓力損失大，對深型腔塑件排氣不便。澆口的各類形式和尺寸參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中表2-50～2-60。
圖14
2、冷料穴 在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機(jī)噴嘴和主澆道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以內(nèi)約10－25mm 的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達(dá)到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進(jìn)入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。
冷料穴的形狀見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中表2-62。冷料穴一般開設(shè)在主流道對面的動模板上（也即塑料流動的轉(zhuǎn)向處），其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1－1.5 倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積，冷料穴有六種形式，常用的是端部為Z 字形和拉料桿的形式，具體要根據(jù)塑料性能合理選用?？紤]到后面采用Z形拉料稈，冷料穴選取相應(yīng)形式，這種冷料穴常用于熱塑性塑料注射模。
3.2.4鑄模和開模
當(dāng)型心、型腔和澆注系統(tǒng)都生成后，模具內(nèi)部就形成了一個完整的流料通道，PRO/E能夠沿著這個通道將澆注系統(tǒng)和型腔充滿，形成一個獨(dú)立的模具元件，這個過程我們稱之為鑄模。鑄模完成后生成的鑄模零件如圖15所示：
圖15
為了能夠看清模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并檢查開模時的干涉情況，Pro/E提供了開模功能。圖16為模具開模后的情況：
圖16
3. 3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計
3.3.1 凹、凸模冷卻系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)置冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時發(fā)生變形，縮短成形周期及提高塑件質(zhì)量。凹模的冷卻系統(tǒng)采用開設(shè)冷卻水孔的方式，冷卻水孔的開設(shè)原則如下：
l 冷卻水孔的數(shù)量應(yīng)盡可能多，直徑盡量大。
l 各冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)相等，一般保持在15～20mm范圍內(nèi)，距離太近則冷卻不易均勻，太遠(yuǎn)則效率低。水孔直徑一般取8～12mm?？拙嘧詈脼樗字睆降?倍。
l 水孔通過鑲塊時，防止鑲套管等漏水。
l 冷卻管路一般不宜設(shè)在型腔內(nèi)塑料熔接的地方，以免影響塑件強(qiáng)度。
l 水管接頭（冷卻水嘴）應(yīng)設(shè)在不影響操作的一側(cè)。
凹模上的冷卻水孔采用直流式，其中深孔為工藝孔，空口處用螺紋密封，淺孔通過水嘴與水管相連，冷卻冷卻水孔的直徑為8mm。
凸模的冷卻系統(tǒng)采用直孔隔板示冷卻，如圖17所示，與分型面垂直的管道和底部的橫向管道形成冷卻回路。
圖17
4、模具零件設(shè)計
4.1 推出系統(tǒng)設(shè)計
確定推出系統(tǒng)形式，是確定模架選擇的基礎(chǔ)。在此，我們只介紹推桿推出和推件板推出兩種機(jī)構(gòu)，其他推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中第二章第六節(jié)的內(nèi)容。
1．推桿推出 推桿推出是一種最簡單常用的推出形式。推出元件制造簡便，更換容易，滑動阻力小，推出效果好，其結(jié)構(gòu)型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-78。
推桿設(shè)計要點(diǎn)如下：
l 推桿應(yīng)設(shè)在塑件能承力較大的部位，盡量使推出的塑件受力均勻，但不宜與型芯或鑲件距離過近，以免影響凸、凹模強(qiáng)度。
l 推桿直徑不宜過細(xì)，要有足夠的強(qiáng)度承受推力，一般取Φ2.5～12mm。對Φ3mm以下的推桿宜用階梯式，即推桿下部增粗。
l 推桿裝配后不應(yīng)有軸向竄動，其端面應(yīng)高出型腔或鑲件平面0.05～0.1mm。推桿固定方式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-56。
l 塑件澆口處盡量不設(shè)推桿，以防該處內(nèi)應(yīng)力大而碎裂。
l 推桿的布置應(yīng)避開冷卻水道和側(cè)抽芯，以免推桿和抽芯機(jī)構(gòu)發(fā)生干擾。如果無法避開側(cè)抽芯，則應(yīng)設(shè)置先復(fù)位機(jī)構(gòu)。
推桿和模體的配合間隙不大于所用塑料的溢邊值，常用塑料的溢邊值見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-79。PS的溢邊值為0.04mm。
2．推件板推出 推件板推出面積大，推力均勻，模具不必設(shè)復(fù)位稈。但型芯周邊形狀復(fù)雜時，推件板的型孔加工較困難。常用于推出深腔、薄壁和不允許有推桿痕跡的塑件，其結(jié)構(gòu)型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-81。
推件板設(shè)計要點(diǎn)如下：
l 推件板須淬硬，在推出過程中不得脫開導(dǎo)柱。
l 推件板與其他零件的配合一般采用H7/f7。
采用有配合斜度的推件板，其配合間隙須小于塑料溢邊值。
基于以上原因，在這個設(shè)計中，采用推桿推出的推出機(jī)構(gòu)。推桿形狀如圖18所示：
圖18
4.2 確定模架
1．模架組合形式
注射模模架的組成零件及名稱見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-67。注射模中小型模架的組合型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-95。我們選擇A2型。
A2型的特點(diǎn)如下：
l 定模和動模均由兩塊模板組成。
l 推桿推出塑件。
根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸（平面投影面積與高度），以及產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)（側(cè)向分型滑塊等機(jī)構(gòu)）可以確定鑲件的外形尺寸，確定好鑲件的大小后，可大致確定模架的大小了。
普通塑料制品模具模架與鑲件大小的選取，可參考下面的數(shù)據(jù)：
"A"--表示鑲件側(cè)邊到模板側(cè)邊的距離；
"B"--表示定模鑲件底部到定模板底面的距離；
"C"--表示動模鑲件底部到動模板底面的距離
"D"--表示產(chǎn)品到鑲件側(cè)邊的距離；
"E"--表示產(chǎn)品最高點(diǎn)到鑲件底部的距離；
"H"--表示動模承板的厚度（當(dāng)模架為A型時）；
"X"--表示產(chǎn)品的高度。
2．模架組合尺寸
注射模中小型模架組合尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-96。根據(jù)成型零件大小，我們選擇250×250的A2型模架，其具體尺寸見表3。
表3（mm）
L
lT
Lt
lM
lm
定模座板
定模板
250
194
210
128
234
25
40
動模板
支承板
墊塊
動模座板
導(dǎo)柱直徑
復(fù)位桿直徑
40
40
63
25
16
8
4.3 模架各裝配零件設(shè)計
4.3.1 導(dǎo)向零件設(shè)計
注射模導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-111和2-112。注射模導(dǎo)套尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-113和2-114。
1．導(dǎo)柱設(shè)計 在這個設(shè)計中，我們選用帶頭導(dǎo)柱，其尺寸如表4所示，
表 4
d(f7)
d1(k6)
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
16
-0.016
-0.034
16
+0.012
+0.001
20
6
112
外形見圖19。
圖19
2．導(dǎo)套設(shè)計 本設(shè)計導(dǎo)套選用帶頭導(dǎo)套。帶頭導(dǎo)套的尺寸見表5，外形見圖20。
表5
d(H7)
d1(k6)
d2(e7)
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
16
+0.018
0
24
+0.015
+0.002
24
-0.040
-0.061
R
28
16
6
1
80
圖20
4.3.2 澆注系統(tǒng)零件設(shè)計
1.澆口套設(shè)計注射模澆口套的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-118。我們選用注射模Ⅱ型澆口套。其尺寸見表6，外形見圖 21。
表6
d(k6)
d2(f8)
d3
h
R
d1
L
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
20
+0.015
+0.002
20
-0.020
-0.053
28
3
15
5
50
圖21
2．拉料桿 拉料桿的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-119。我們選用Ⅰ型拉料桿，其尺寸見表7。
表7
d(e8)
d1(n6)
D
R
L
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
6
-0.025
-0.047
10
+0.019
+0.010
10
0.5
120
4.3.3 推出機(jī)構(gòu)零件
1． 復(fù)位桿 復(fù)位桿的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-135。我們選用的推件板推桿的外形見圖22，尺寸見表8。
表8
d（e7）
D
H
L
基本尺寸
極限尺寸
8
-0.013
-0.022
14
5
123
圖22
4.3.4定位圈
1．定位圈 Ⅰ、Ⅱ型定位圈推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-137，Ⅲ型定位圈推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-138。我們選用Ⅲ型定位圈，其外形見圖23，尺寸見表9。
表9
d
d1
d2
d3
h
c
H
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
55
-0.20
-0.40
20
+0.033
0
40
7
11
6.5
1
12
圖23
4.3.5 其他零件
1．水嘴 ：水嘴的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-150。我們選用的水嘴的外形見圖 24，尺寸見表10。
表10
高壓膠管直徑
D
D1
d2
d3
D
B
（l1）
L
16
M16×1.5
8
14
17
22
20
20
40
圖24
至此完成模架裝配體中需要的零件模型。
5、模具的裝配和調(diào)試
5.1 模具的裝配
模具的裝配過程相對要簡單一些，主要工作就是給每個零件添加約束關(guān)系。裝配過程主要還是圍繞凹模和凸模來進(jìn)行的，將以上設(shè)計的模架零件和模具零件添加一定的約束，得到的裝配圖如下：
5.2 模具的調(diào)試
試模中所獲得的樣件是對模具整體質(zhì)量的一個全面反映。以檢驗(yàn)樣件來修正和驗(yàn)收模具，是塑料模具這種特殊產(chǎn)品的特殊性。
首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因一般塑件被粘附于模腔內(nèi)，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應(yīng)當(dāng)解決的問題。原因分析：
1．粘著模腔
制品粘著在模腔上，是指塑件在模具開啟后，與設(shè)計意圖相反，離開型芯一側(cè)，滯留于模腔內(nèi)，致使脫模機(jī)構(gòu)失效，制品無法取出的一種反?，F(xiàn)象。其主要原因是：
（1） 注射壓力過高，或者注射保壓壓力過高。
（2） 注射保壓和注射高壓時間過長，造成過量充模。
（3） 冷卻時間過短，物料未能固化。
（4） 模芯溫度高于模腔溫度，造成反向收縮。
（5） 型腔內(nèi)壁殘留凹槽，或分型面邊緣受過損傷性沖擊，增加了脫模阻力。
2．粘著模芯
（1） 注射壓力和保壓壓力過高或時間過長而造成過量充模，尤其成型芯上有加強(qiáng)筋槽的制品，情況更為明顯。
（2） 冷卻時間過長，制件在模芯上收縮量過大。
（3） 模腔溫度過高，使制件在設(shè)定溫度內(nèi)不能充分固化。
（4） 機(jī)筒與噴嘴溫度過高，不利于在設(shè)定時間內(nèi)完成固化。
（5） 可能存在不利于脫模方向的凹槽或拋光痕跡需要改進(jìn)。
3．粘著主流道
（1） 閉模時間太短，使主流道物料來不及充分收縮。
（2） 料道徑向尺寸相對制品壁厚過大，冷卻時間內(nèi)無法完成料道物料的固化。
（3） 主流道襯套區(qū)域溫度過高，無冷卻控制，不允許物料充分收縮。
（4） 主流道襯套內(nèi)孔尺寸不當(dāng)，未達(dá)到比噴嘴孔大0.5～1 ㎜。
（5） 主流道拉料桿不能正常工作。
一旦發(fā)生上述情況，首先要設(shè)法將制品取出模腔（芯），不惜破壞制件，保護(hù)模具成型部位不受損傷。仔細(xì)查找不合理粘模發(fā)生的原因，一方面要對注射工藝進(jìn)行合理調(diào)整；另一方面要對模具成型部位進(jìn)行現(xiàn)場修正，直到認(rèn)為達(dá)到要求，方可進(jìn)行二次注射。
4．成型缺陷
當(dāng)注射成型得到了近乎完整的制件時，制件本身必然存在各種各樣的缺陷，這種缺陷的形成原因是錯綜復(fù)雜的，一般很難一目了然，要綜合分析，找出其主要原因來著手修正，逐個排出，逐步改進(jìn)，方可得到理想的樣件。下面就對度模中常見的成型制品主要缺陷及其改進(jìn)的措施進(jìn)行分析。
（1） 注射填充不足
所謂填充不足是指在足夠大的壓力、足夠多的料量條件下注射不滿型腔而得不到完整的制件。這種現(xiàn)象極為常見。其主要原因有：
a. 熔料流動阻力過大
這主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形狀、尺寸不利于熔料流動。盡量采用整圓形、梯形等相似的形狀，避免采用半圓形、球缺形料道。熔料前鋒冷凝所致。塑料流動性能不佳。制品壁厚過薄。
b. 型腔排氣不良
這是極易被忽視的現(xiàn)象，但以是一個十分重要的問題。模具加工精度超高，排氣顯得越為重要。尤其在模腔的轉(zhuǎn)角處、深凹處等，必須合理地安排頂桿、鑲塊，利用縫隙充分排氣，否則不僅充模困難，而且易產(chǎn)生燒焦現(xiàn)象。
c. 鎖模力不足
因注射時動模稍后退，制品產(chǎn)生飛邊，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。應(yīng)調(diào)大鎖模力，保證正常制件料量。
（2） 溢邊（毛刺、飛邊、批鋒）
與第一項相反，物料不僅充滿型腔，而且出現(xiàn)毛刺，尤其是在分型面處毛刺更大，甚至在型腔鑲塊縫隙處也有毛刺存在，其主要原因有：
a. 注射過量
b. 鎖模力不足
c. 流動性過好
d. 模具局部配合不佳
e. 模板翹曲變形
（3） 制件尺寸不準(zhǔn)確
初次試模時，經(jīng)常出現(xiàn)制件尺寸與設(shè)計要求尺寸相差較大。這時不要輕易修改型腔，應(yīng)行從注射工藝上找原因。
a. 尺寸變大
注射壓力過高，保壓時間過長，此條件下產(chǎn)生了過量充模，收縮率趨向小值，使制件的實(shí)際尺寸偏大；模溫較低，事實(shí)上使熔料在較低溫度的情況下成型，收縮率趨于小值。這時要繼續(xù)注射，提高模具溫度、降低注射壓力，縮短保壓時間，制件尺寸可得到改善。
b. 尺寸變小
注射壓力偏低、保壓時間不足，制在冷卻后收縮率偏大，使制件尺寸變小；模溫過高，制件從模腔取出時，體積收縮量大，尺寸偏小。此時調(diào)整工藝條件即可。通過調(diào)整工藝條件，通常只能在極小范圍內(nèi)使尺寸京華，可以改變制件相互配合的松緊程度，但難以改變公稱尺寸。
對以上出現(xiàn)的缺陷調(diào)試時，盡可能先采用改變成形工藝條件，后采用修正模具來消除成形缺陷。以下的內(nèi)容均從這兩個方面來討論。
熱塑性塑料注射成形件的常見缺陷及消除措施如下。
1. 缺料（注射量不足）
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；調(diào)整材料供給；提高熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的熔料。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；加大噴嘴；增加排氣槽；改變澆口位置。
2. 氣孔
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；調(diào)整材料供給；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；改變冷卻水道位置；改變澆口位置。
3. 溢料飛邊
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；縮短保壓時間；降低熔料溫度；增大合模壓力。
模具條件：矯正修理分型面。
4. 著色不均勻
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積。
5. 翹曲變形
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度；使用矯正框架。
模具條件：加大噴嘴；改變冷卻水道位置。
6. 波狀痕跡
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；調(diào)整原料供給；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大噴嘴；改變冷卻水道位置。
7. 尺寸不穩(wěn)定
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；加大噴嘴；改變冷卻水道位置；改變澆口位置。
8. 熔接痕強(qiáng)度低
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；延長保壓時間；降低熔料溫度；減慢注射速度。
模具條件：增加排氣槽；檢查噴嘴加熱部分。
9. 表面質(zhì)量差
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；縮短保壓時間；增大合模壓力；提高模具溫度；降低模具溫度；減慢注射速度；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵；使用矯正框架。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；改變冷卻水道位置；增加排氣槽；改變澆口位置；研磨模腔表面；增加冷料穴容量；研磨主流道、分流道和澆口。
10. 塑件粘模
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；縮短保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；研磨模腔表面。
11. 主流道凝料粘模
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間。
模具條件：改變噴嘴位置；研磨主流道襯套；改變主流道拉料桿形式。
12. 脆
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口。
13. 表面硬度、強(qiáng)度不足
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長保壓時間；縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料；減慢注射速度；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；改變冷卻水道位置；增加排氣槽；改變澆口位置；研磨模腔表面；增加冷料穴容量；研磨主流道、分流道和澆口。
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致 謝
本畢業(yè)設(shè)計是在程洋老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。程洋老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于生產(chǎn)加工的知識實(shí)踐能力有了很大的提高。
另外，我還要特別感謝同學(xué)們對我的論文寫作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。
最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。
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