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中北大學（分校）畢業(yè)論文 產品—吸塵器彎管連接頭注塑模的設計 中北大學（分校）（山西太原） 材料工程系0120741班 張 愷 [摘 要] : 分析了吸塵器彎管連接頭的工藝特點，介紹了成型該塑件注射模的對開式側抽芯結構及滑塊連桿式圓弧側抽芯機構，闡述了模具的工作過程及注意事項。模具設計中關于抽芯機構是一個難點，合適的抽芯機構直接關系到產品的合格與否，設計時既要考慮模具的機構要求，同時也要考慮模具設計的成本問題和制品要大批量生產等因素，最終采用液壓抽芯機構，應付產品在脫模過程中的彎頭，提供了較大的抽拔距和抽拔力，并且通過連桿和軸的運動使得抽芯順利抽出。本文重點介紹了這種抽芯機構及其設計要點，以及產品生產過程中的一些注意點。 關 鍵 字 ：吸塵器； 彎管連接接頭； 注射模； 圓弧側抽芯 Abstract : Has analyzed the craft characteristic which the vacuum cleaner elbow piece company attaches, introduced takes shape should model to inject the mold to start out from opposite directions folio the type side to pull out the core structure and the slide long rod circular arc side pulls out the core organization continually, elaborated the mold work process and the matters needing attention. In the mold design about pulls out the core organization is a difficulty, appropriate pulls out the core organization to relate directly to the product is qualified or not, when design already must consider the mold the organization request, at the same time also needs to consider the mold designs the cost question and the product want factor and so on mass production, the connecting rod and the axis movement to pull out the coresmoothly to extract. This article introduced with emphasis this kind pulls out the core organization and its the design main point, as wellas in product production process some limelight. Keywords : hydraulic pressure ; gear and rack ; injection mould; the arc side is smoked the core 吸塵器彎管連接頭 成型模具設計指導老師：劉新民指導老師：劉新民 作者：張愷作者：張愷一、塑件分析一、塑件分析二、方案選擇二、方案選擇三、注塑模具設計三、注塑模具設計四、塑性分析四、塑性分析五、結論五、結論一、塑件分析一、塑件分析吸塵器彎管連接頭塑件圖吸塵器彎管連接頭塑件圖吸塵器彎管連接頭塑件圖吸塵器彎管連接頭塑件圖1.塑件需要一個弧度大于度的側抽芯。塑件需要一個弧度大于度的側抽芯。2.塑件所需性能塑件所需性能（使用要求使用要求）制件為一般的室內用塑料件，對耐候性要求不制件為一般的室內用塑料件，對耐候性要求不高，需要有一定的剛度，但不宜過脆。選材時考高，需要有一定的剛度，但不宜過脆。選材時考慮經濟成本和材料來源。慮經濟成本和材料來源?？箟簭姸瓤箟簭姸?0MPa50MPa彎曲模量彎曲模量900MPa900MPa熱變形溫度熱變形溫度8080帶缺口懸臂沖擊強度帶缺口懸臂沖擊強度2kJ/m2kJ/m2 2斷裂伸長率斷裂伸長率5%5%3.聚丙烯聚丙烯PP的部分性能的部分性能 比重小，強度、剛度、硬度、耐熱性能均優(yōu)比重小，強度、剛度、硬度、耐熱性能均優(yōu)于于HDPEHDPE；具有優(yōu)良的高頻絕緣性，不受濕度影響，；具有優(yōu)良的高頻絕緣性，不受濕度影響，適合做一般的機械零件材料；適合做一般的機械零件材料；加工性能優(yōu)良，流加工性能優(yōu)良，流動速率范圍寬，適合多種加工方式；動速率范圍寬，適合多種加工方式；流動性好，流動性好，冷卻速度快，成型收縮范圍大；冷卻速度快，成型收縮范圍大；對缺口敏感，所對缺口敏感，所以需對塑件各邊進行圓角；價格低。以需對塑件各邊進行圓角；價格低。二、方案選擇二、方案選擇 1.手動側向分型機構手動側向分型機構 2.液壓（氣壓）側向分型機構液壓（氣壓）側向分型機構 3.機動側向分型抽芯機構機動側向分型抽芯機構 彈簧分型抽芯機構彈簧分型抽芯機構 斜導柱分型抽芯機構斜導柱分型抽芯機構 齒輪齒條抽芯機構齒輪齒條抽芯機構三、注射模具設計三、注射模具設計o澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)設計o抽芯機構設計抽芯機構設計o冷卻系統(tǒng)設計冷卻系統(tǒng)設計o合模導向機構合模導向機構o工藝參數校核工藝參數校核模具裝配圖示意圖：模具裝配圖示意圖：四塑性分析請看由模擬演示的塑性分析五、五、結論：結論：由于條件所限，只用由于條件所限，只用Pro/E對模具進行動作對模具進行動作仿真。結果證明模具結構設計合理，動作可靠。仿真。結果證明模具結構設計合理，動作可靠。裝配時，鉗工對重點部位進行把握，可以有效縮裝配時，鉗工對重點部位進行把握，可以有效縮短模具試制時間。該模具的試制成功，是帶長側短模具試制時間。該模具的試制成功，是帶長側抽心機構模具的一個典型范例。對提高生產效率、抽心機構模具的一個典型范例。對提高生產效率、降低成本有很大的作用。降低成本有很大的作用。在此向所有老師表示衷心的感謝！特別感謝我的指導老師劉新民老師對我的指導和幫助！ 目錄 前言 .1 第一章 方案論證 .2 第二章 塑件分析設計 .2 第 2.1 節(jié) 原材料的選擇 .2 第 2.2 節(jié) 原材料的結構與性能的分析 .2 第 2.3 節(jié) 產品結構分析 .4 第三章 注射機的 選擇 .6 第 3.1 節(jié) 注塑機的選擇 .6 第 3.2 節(jié) 注射機有關工藝參數的校核 .7 第四章 澆注系統(tǒng)設計 .9 第 4.1 節(jié) 概述 .9 第 4.2 節(jié) 流道的設計 .9 第 4.3 節(jié) 澆口的設計 .10 第五章 分型面和排氣槽的設計 .11 第 5.1 節(jié) 分型面設計 .11 第 5.2 節(jié) 排氣槽的設計 .11 第六章 成型零件的設計 .12 第 6.1 節(jié) 概述 .12 第 6.2 節(jié) 成型零件的結構設計 .12 第 6.3 節(jié) 成型芯的徑向尺寸的計算 .12 第 6.4 節(jié) 型芯的高度的計算 .13 第 6.5 節(jié) 型腔的徑向尺寸的計算 .14 第 6.5 節(jié) 型腔的深度尺寸的計算 .14 第 6.6 節(jié) 型腔的側壁厚和底板的設計 .15 第七章 塑件脫模機構的設計 .16 第 7.1 節(jié) 概述 .16 第 7.2 節(jié) 齒輪的設計 .16 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 1 第 7.3 節(jié) 軸承的設計 .21 第 7.4 節(jié) 軸的設計 .23 第八章 合模導向機構的設計 .23 第 8.1 節(jié) 引言 .23 第 8.2 節(jié) 導柱的設計要點 .24 第 8.3 節(jié) 導套的設計要點 .24 第九章 模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計 .25 第 9.1 節(jié) 模具溫度設計原則 .25 第 9.2 節(jié) 冷卻系統(tǒng)設計原則 .26 第 9.3 節(jié) 模具冷卻系統(tǒng)設計計算 .26 第 9.4 節(jié) 冷卻水路結構形式 .28 結束語 .29 致謝 .29 參考文獻 .30 外文原稿 .31 譯文 .39 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 2 前 言 畢業(yè)設計是每個畢業(yè)生所必經的一個學習階段。它是在老師的指導下由學 生獨立解決工程實際問題的過程。其基本目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎 理論、基礎知識和基本技能，分析與解決工程實際問題的能力。這對于培養(yǎng)我 們勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，提高我們分析、解決問題的能力， 培養(yǎng)我們正確的設計思想和工程經濟觀點、理論聯系實際的工作作風、嚴肅認 真的科學態(tài)度都具有重要意義。 塑料是 20 世紀才發(fā)展起來的新材料。目前世界上塑料的體積產量已經趕上 鋼鐵，成為當前人類使用的又一大類材料。我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑 料制品的應用已經深入到國民經濟的各個部門。塑料工程通常是指塑料制造與 改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品與模具設計是塑料工程中的重要部分， 是塑料工業(yè)中不可少的環(huán)節(jié)。 塑料材料的密度低，比強度高，又具有耐腐蝕性和絕緣性。在較多的品種 中，有的耐磨性能良好，有的防震、抗沖性能優(yōu)異，有的耐疲勞性能突出。因 而各種塑料制品在國民日常生活中得到了廣泛的應用，它的大量使用還由于它 的可加工性可以用注塑、擠塑、熱成型和壓延等方法高效的生產各種制品；它 又可經纖維增強或改性，一定程度的改善制品所需的某些性能；另外塑料制品 著色容易，又可多樣修飾，使它濃妝淡抹走進千家萬戶。塑料制品被大量使用 是作結構件，如各種電子儀表家用電器和通訊設備等的機殼、機架和機座、建 筑上的塑料管道板條和門窗。汽車上的前后保險杠、儀表盤和內飾件。除此之 外塑料件作為電絕緣零件，與金屬導體、半導體器件相輔相成。近年來透明塑 料制品，從鏡片、光盤到照明燈具，又拓展了新的應用領域。 對于一件塑料件只有通過正確的制品設計，才能步入國民經濟以至尖端技 術的各個領域。因而在塑料制件的生產中我們工程技術人員必須熟悉制品設計 和有關理論、方法，結構和造型。 塑料材料的粘彈性、強度和剛度，以及它的特殊的失效形式、使用壽命和 可靠性設計是設計中的技術難點。另外塑料材料的機加工，模具的冷卻系統(tǒng)、 模具精度，以及塑料件精度的取決因素和塑料件加工時的熔體流動或軟化變形 的可行性也是如今塑料制品設計上的技術難點。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 3 如今塑料件成型模具的生產效率不斷提高，注塑成型的熱流道模具已普遍 采用，各種自動脫模機構已相當成熟，模具的冷卻系統(tǒng)的冷卻效率得到充分的 利用。再者，計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的使用顯著 提高了塑料模具設計和制造的效率和質量，有效地縮短了模具設計制造周期。 繼 CAD 和 CAM 技術成功地在模具設計和制造中應用后，此項技術向縱深方向 發(fā)展。另外計算機輔助工程（CAE）也將成為塑料模具設計中一種重要的輔助 軟件。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 4 第一章 制件介紹及對材料的選擇 第 1 .1 節(jié) 制品的介紹 1.1.1 塑料制品的形狀尺寸介紹 向 2處 放 大 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 5 1.1.2 選材依據 注射塑料制品的選材要求主要取決于使用要求，為達到均衡選材還需考慮 材料的注射工藝性和模具的結構工藝性。 (1)塑料件所需性能（使用要求） 。 使用要求是一個綜合性的問題。這里我們設計的塑料制件是吸塵器彎管接頭。 已確定采用注射模塑成型， (2)幾種塑料性能比較，見表 11。 表 11 幾種常用塑料的使用性能排序 序號 性能 說 明 塑料代號排序 1 強度剛度 高 低 PA POM PSU PET EP ABS PS PVC PMMA PP PE 2 耐磨減磨 好 差 PA PAR PP PBT PC FEP POM ABSPVC PS PMMA PSU 3 耐化學性 好 可 PCTFEF3 PEEK PPS PENTON PTFE PPSU PPO ABS HDPE PB PA PC PMMA 4 耐熱性 高 低 PTFE EP PSU PC PP PE POM PMMA ABS PS PVC 5 尺寸穩(wěn)定性 精 粗 PENTON PVC PSF PS PMMA ABS PC PA PSU PPO PP PE 6 抗老化性 強 弱 FEP F46 PTFE UEMWPE PEEK PMMA PAR PBT PC POM 7 阻燃性 好 差 PTFE PVC PI PPO PC PVF PEC EP PMMA PE PP 8 電性能 低 高 PTFE PE PVC PET PMMA PI PBT PPS PA TTE PPP 9 透明性 好 劣 PMMA PS PC PCTFEF3 PA PA-1010 10 耐折疊性 好 差 PP PE PVC PPC PS ABS 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 6 1.1.3 選材方法 經驗法。按選材經驗和推薦使用情況綜合考慮使用要求，選取合適的材料， 其中還須考慮經濟成本和材料來源。 1.1.4 材料選擇 PS 其它性能均合適，但由于太脆，故不予采用。工程塑料性能優(yōu)良，但成 本太高，也不可取。綜合考慮材料的性能和成本，最后選擇聚乙烯 PP。 聚丙烯比重小，強度、剛性、硬度、耐熱性能均優(yōu)于 HDPE，可在 100 左右使用。具有良好的耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，但低溫 易變脆，不耐磨，易老化，適合于制造一般的機械零件。PP 屬結晶性材料，吸 濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長期與熱金屬接觸會發(fā)生分解。其流動性極好， 溢邊值 0.03mm 左右。冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應散熱適度。成型收 縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，取向性強。成型加工時注意 控制成型溫度，料溫低取向性明顯，尤其是在低溫高壓時更明顯。模具溫度低 于 50以下塑件無光澤，易產生溶接痕、流痕；90 以上時易發(fā)生翹曲、變形。 塑件應壁厚均勻，避免缺口，以防止應力集中。PP 的其它性能見表 12。 1 表 12 PP 的部分性能 密度 g/cm 0.90.91 屈服強度 MPa 37 線脹系數/ 9.8 抗壓強度 MPa 56 計算收縮率% 1.03.0 斷裂伸長率% 200 燃燒性 慢 彎曲模量 GPa 1.45 物 理 性 能 透明性 半透明 力 學 性 能 沖擊韌度 kJ/mm 3.54.8（缺口） 時間 h 12預 熱 溫度 80100 不含穩(wěn)定劑時表面迅速變色、發(fā) 脆，加抗氧劑可以改善其抗大氣老化 性能 后段 160180 對堿類穩(wěn)定 中段 180200 料筒 溫度 前段 200220對多數油類穩(wěn)定，能吸收極少量 礦物油、植物油 模溫 4080 注射壓力 MPa 70120強酸及高濃度氧化劑能引起破壞， 對水和無機鹽溶液穩(wěn)定。 注射 2060 高壓 03 化 學 性 能 受許多烴類、酮類高級脂肪族的 侵蝕而軟化或溶解，對醇類穩(wěn)定。 成 型 條 件 成型時間 （總周期 50160）s 冷卻 2090 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 7 螺桿轉速 r/min 48 第 1.2 節(jié) 塑料制品的結構設計 1.2.1 尺寸精度 塑料制品的尺寸精度與塑料制品品種有關，根據各種塑料收縮率不同，可 將各種塑料的公差等級分為高精度、一般精度和低精度。對于塑料制品技術要 求和尺寸精度盡量降低，采用一般精度。PP 塑件一般精度為 MT6，未注公差 尺寸為 MT5。 1.2.2 表面質量 塑件表面質量包括表面粗糙度和表觀缺陷狀況（缺料、溢料、凹陷、熔接痕、 銀紋、澆口處發(fā)渾、翹曲、粘膜和粘流道等） 。如果不考慮表觀缺陷狀況，則制 品的表面質量主要取決于表面粗糙度。一般而言，原材料的質量、工人操作水 平及模具型腔的表面粗糙度等因素均對制品的表面粗糙度有影響，其中模腔的 表面粗糙度影響最大。制品要求的表面粗糙度數值越小，模腔表面越光滑，加 工模具時的研磨拋光要求也越高，模具制造的難度也越大。因此，制品表面的 粗糙度應視情況而定，除了考慮使用要求外，還須考慮美觀。模塑制品的表面 粗糙度通常為 Ra0.021.28 ，這里取 Ra0.6。模腔表面粗糙度數值為制品的m 1/2，即 Ra0.010.64 ,這里取 Ra0.4。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 8 第二章 模具方案論證 我所設計的產品是吸塵器彎管連接頭，具有側孔，所以對整個模具設計考 慮，主要考慮到模具結構中的側向分型與抽芯結構的設計。 目前比較常用的側抽芯結構主要有以下幾類： （1）手動側向分型與抽芯機構 該機構是只在推出制品前用手工方法或或手工工具將活動型芯取出的方法稱為 手動抽芯。手動抽芯的模具結構簡單，加工制造成本低，但勞動強度大，生產 效率低，而且抽拔力受到人力的限制，僅僅用于小型的制品的小批量的生產。 （2）機動側向分型與抽芯機構 機動側向與抽芯機構利用注塑機的開模運動。對其方向進行變換后，可將模具 側型芯從制品中抽出。操作方便，生產效率高，但結構比較復雜。 （3）液壓及氣動側向分型與抽芯機構。 液壓及氣動側向分型抽芯機構是依靠液壓系統(tǒng)及氣壓系統(tǒng)抽出側型芯。該類機 構多用于大型管件的制品（特別是在彎頭，三通接頭等）其主要特點是根據抽 芯力的大小和抽拔距的長短來考慮，可以得到較大的抽芯力和抽芯距。而且運 動非常的平穩(wěn)。液壓抽芯機構帶有鎖緊裝置，側型芯設在動模一邊，成型時， 側型芯由定模上的壓緊塊鎖緊。開模時，首先由液壓抽芯系統(tǒng)抽出側型芯，然 后再頂出制品，頂出機構復位后，側型芯在復位。 綜上所述，根據機構特點和產品本身的特點，我選擇液壓抽芯機構，因為 該機構能滿足該產品的較長的抽拔距以及提供較大的抽拔力。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 9 第三章 注射機的選擇 注塑成型機類型和規(guī)格很多，臥式注塑機是目前使用最廣泛的注塑成型機， 其注塑柱塞或螺桿與模板的合模運動均沿水平方向裝設，并且多數在一條直線 上，其優(yōu)點是機體較低，容易操縱和加料，制件推出模具后可自動墜落，故意 實現全自動化操作，機床重心較低安裝穩(wěn)定，一般大中型注塑機均采用這種形 式。此處就采用臥式螺桿式注塑機。 模具設計時需要考慮注射機技術的規(guī)范有：最大注射量、最大注射壓力、 最大鎖模力、模具安裝尺寸和開模行程等。由于同一規(guī)格的注射機，生產廠家 不同，技術規(guī)格也有所不同，所以設計時最好查閱注射機生產廠家提供的注射 機使用說明書上標明的技術規(guī)格。這里從采用互聯網上查得的采用 TT1- 1290/270 型。其技術規(guī)格如表 31 所示： 圖 31 注塑機的安裝尺寸 表 31 注塑機技術規(guī)范 項目 單位 A 注射裝置 TT1-1290/270 螺桿直徑 mm 56 螺桿長徑比 L/D 18.8 注射容積 cm3 603 注射速率 g/s 86 塑化能力 g/s 11.6 注射壓力 Mpa 206 螺桿轉速 r/min 220 合模裝置 合模力 KN 2700 移模行程 mm 270 拉桿內間距 mm x310 模具厚度 mm 200-500 模具定位孔直徑 mm 頂出行程 mm 125 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 10 頂出力 KN 62 其它 料筒加熱功率 KW 5.1 油泵電機功率 KW 7.5 最大油泵壓力 Mpa 16 外形尺寸 M 3.4x1.12x1.65 機器重量 T 2.2 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 11 第四章 注塑模設計 第 4.1 節(jié) 塑料制件在模具中的位置 4.1.1 分型面的選擇 分型面是決定模具結構形式的重要因素，它與模具的整體結構和模具的制 造工藝有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動充模特性及塑件的脫模， 因此，分型面的選擇是注塑模具設計的一個重要問題。 分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性 及精度、嵌件的位置、形狀以及推出方式、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要綜合分析比較，遵循以下原則： 1. 分型面應選在塑件最大輪廓處 2. 確定有利的留模方式，便于塑件脫模 通常分型面的選擇應盡可能使塑件在開模后留在動模一側，這樣有助于動 模內設置的推桿機構動作。 3. 保證塑件的精度要求 4. 滿足塑件的外觀質量要求 5. 便于模具加工制造 6. 對排氣效果、側向抽芯的影響 考慮以上幾方面，我們將塑件投影面積最大的平面作為分型面，與開模方 向垂直。 第 4.2 節(jié) 主流道分流道的設計 4.2.1 主流道及主流道襯套 為了有效地傳遞壓力， 澆注系統(tǒng)主流道及其附近的 塑料熔體應該最后固化，主 流道與分型面垂直，為便于 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 12 流道凝料拔出，設計成 2（24 ）錐角的圓錐形。內壁粗糙度 ，內壁4.0Ra 研磨拋光時不形成與開模方向垂直的劃痕，以免造成脫模困難。主流道與噴嘴 接觸處作半球形凹坑，二者配合嚴密，避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑 R2 比噴嘴球頭半徑 R1 大 12mm,R2=R1+(12)=17mm，主流道小端直徑比注塑機噴 嘴孔徑大 0.51mm，取 16mm。大端直徑比分流道深度大 1.5mm 以上。臺階轉 角半徑 R 宜大一些，以免淬火開裂或應力集中,取 R=3mm。由于主流道與注塑 機的高溫噴嘴反復接觸和碰撞，所以設計成獨立的主流道襯套。選用優(yōu)質鋼材 T8A 制作，并經熱處理淬火+低溫回火提高硬度至 5055HRC。 將襯套與定位環(huán)分開設計，定位環(huán)用于安裝模具時作定位作用，并高出模 具表面 5(510)mm 緊壓在機器定模板與模具定模板之間，用來承受主流道襯套 被反向壓出的力。 流道錐角 =2 3 噴嘴球半徑 SR15 噴嘴口孔徑 4 4.2.2 冷料井的類型和結構 由于注塑機噴嘴與冷模具接觸降溫，致使噴嘴前端存有一段低溫料，為了 除盡這段冷料，在主流道對面設計冷料井使冷料不進入分流道和型腔，采用冷 料井底部帶推桿的冷料井 3。用帶 Z 形頭拉鉤的推桿在分模時將凝料從主流到 拉出。拉料桿固定在推板上，推出制件時，冷料連同塑件一起被推出。取產品 時向拉料鉤的側向稍許移動，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一起取下。 拉料桿直徑 d = mm013.28 冷料井處孔徑 d = mm. 4.2.3 分流道設計 影響分流道設計的因素很多，制品的幾何形狀、壁厚、尺寸大小及尺寸的 穩(wěn)定性，內在質量和外在質量要求，塑料的種類，注射機的壓力，加熱溫度， 單位：mm D d D1 L L1 28 4.5 12 2256 13 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 13 注射速度，主流道及分流道的拉料及脫落方式，型腔布置及澆口形式的選擇都 能影響分流道的設計。在設計分流道時考慮以下幾點： 1. 塑料流經分流道時的壓力損失及溫度損失要小。 2. 分流道的固化時間應稍后于制品的固化時間，以利于壓力的傳遞及保壓。 3. 保證塑料迅速而均勻的進入各個型腔。 4. 分流道的長度應盡可能短，其容積要小。 5. 要便于加工及刀具的選擇。 (1)分流道截面分析 圓形截面分流道 其優(yōu)點是表面積與體積之比值為最小，在容積相同的 分流道中圓形截面分流道的塑料與模具接觸的面積最小，因此其壓力損失及溫 度損失小，有利于塑料的流動及壓力傳遞，其缺點是圓形截面分流道必須在動、 定模上分別設計兩個半圓形，因此給模具加工帶來一定難度。 拋物面截面（U 形截面） 其截面的形狀接近于圓形截面，同時此種截 面的分流道只在模具一面加工。但缺點是與圓形截面相比，熱損失較大，流道 廢料較多。 梯形截面 此種截面是拋物線形截面的變形，與以上兩種截面相比，其 熱損失較大，但便于分流道的加工及刀具的選擇。 考慮到 PP 流動性極好，溢邊值 0.03mm 左右，冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷 卻系統(tǒng)散熱應適度，料溫低，取向性明顯。50以下無光澤。因而，這里選擇 橢圓形截面分流道。查表得到 PP 的圓形截面分流道直徑為 D=4.79.5mm，這 里取 D=5mm。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 14 (2)分流道的長度 其長度 L 取盡可能短、少彎折，以減少壓力和熱量的損失。 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，因而分流道的內表面的粗糙度并不要求很低，這里取 1.6 ，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m 心部位的熔體產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪 切熱。 4.2.4 澆口的設計 采用潛伏澆口，澆口開在 分型面上，從制件邊緣進料。 邊緣澆口具有矩形或接近矩形 的斷面形狀，其優(yōu)點是澆口便 于機械加工，易保證加工精度。 試模時澆口的尺寸易修整，適 于各種塑料品種，其最大特點 是可以分別調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間（即補料時間） ， ，主要由澆 口的厚度決定，當厚度決定后，根據塑料的流動性能選擇適當的剪切速率和流 動速率。在依據制品的重量（或體積）確定澆口的寬度，因此，矩形澆口容易 調整到最佳工藝條件。如圖所視 4.2.5 排溢系統(tǒng)的設計 3 當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆筑系統(tǒng)內的空氣及塑料受 熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體，否則將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪 a. 橢圓形截面 b. U 形截面 c.梯形截面 圖 45 分流道截面 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 15 廓不清、填充缺料等成型缺陷。另一方面氣體受壓，體積縮小而產生高溫會導 致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋） ，同時積存的氣體還會產生反向壓力而降低 充模速度，因此設計時有必要考慮排氣問題。 本模具為中小型的簡單型腔，且設有推桿定出機構和側向抽芯機構，可以 利用推桿、活動型芯與模板的配合間隙進行排氣，其間隙可取在 0.030.05mm 之間，這里取 0.04mm。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 16 第五章 模具成型尺寸的計算 第 5.1 節(jié) 5.1.1 成型零件的結構設計 (1)凹模的結構設計 整體式凹模有一整塊金屬切削而成，結構牢固、不易變形。這里模具型腔 結構并不復雜，可以采用整體式凹模。模板一般采用 45#鋼制作，但是 45#鋼在 局部淬火時容易變形，所以動模板加工時，留修模余量，對型腔部分作局部淬 火，后再次對模板進行修模。模板材料 45#鋼正火，硬度 170210HBS，表面 粗糙度： 。型腔表面淬火，硬度 4348HBS，表面粗糙度：mRa2.3a6.1 (2)型芯的結構設計 把型芯單獨制造，在嵌入到齒條端上，這樣加工方便，還有便于修模。 5.1.2 成型零件工作尺寸計算 按平均收縮率計算成型尺寸比較簡便易行，是最常用的計算方法，這里采 用此方法。PP 平均收縮率 ，塑件制造公差 ，對應模具制造公%6.0SCP5MT 差 。1IT (1)型腔徑向尺寸計算 2/PCL (47) PCSPCSPMLL2 (48) 2/mwPC 式中 型腔（孔）的最小尺寸ML 型腔使用過程中允許的最大磨損量（取塑件總誤差的 1/6，一般w 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 17 在 0.020.05mm 之間） 成型零件制造誤差（正值）m 塑件（軸）的最大尺寸PL 塑件公差（負值） 出于修?？紤]，對型腔徑向尺寸來說易修大，預留一負修模余量 ,標上制r 造公差 得型腔徑向名義尺寸：m = + ML)2/(rmwPCm 對于注塑模，型腔磨損量很小時，可用下式計算： = + (49)(P 塑件徑向尺寸 =50mm， =49.68mm；1P256.01C 50.02mm8.49%.8.49xLMP 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm，1ITm =(50.02-0.07)+0.071 =50.02+0.07mm 塑件徑向尺寸 =33mm， =33 =32.74；2PL2PC5.0 =32.94mm74.32%6.74.3xM 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm =(32.94-0.16)+0.162L =32.94+0.16mm 塑件徑向尺寸 =6mm， =6 =5.84；3P3PC2.0 =5.88mm84.5%6.xLM 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm =(5.88-0.16)+0.163 =5.88+0.16mm (2)型芯徑向尺寸計算 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 18 2/PCL =Mrmw/ 標上制造公差 得型芯徑向名義尺寸：m = -)2/(rPCm 對于注塑模，型腔磨損量很小時修模余量也很小時可用下式計算： = + ML)(mP (410) 塑件尺寸 =45mm， =45+ =45.28mm；4PL4PC256.0 =45.55mm28.4%.8.xLM 模具制造偏差 =0.084mm，m (45.55+0.084)-0.0844 =45.55-0.084 mm 塑件尺寸 =4mm， =28+ =28.24mm；5PL5PC28.0 =28.41mm24.%6.4.xLM 模具制造偏差 =0.048mm，m (28.41+0.048)-0.0485 =28.41-0.048 mm 塑件徑向尺寸 =1.8mm， =1.8 =1.92；6PL6PCL24.0 =1.93mm9.1%.xM 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm =(1.93-0.16)+0.166L =1.93+0.16mm (3)型腔深度尺寸計算 (4)型芯高度尺寸的計算 。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 19 5.1.3 側壁和底板厚度計算 (1)型腔側壁厚度計算 型腔為不規(guī)則形狀，近似于矩形，按整體式圓形型腔進行計算。但塑料熔 體注入時，其最大變形發(fā)生在自由邊的中點。變形量為 (413)3 4maxEhpc 式中 由 而定的常數，這里選擇 0.330；L 側壁內側邊長 mm； 側壁內側邊高（型腔深度）mm。h 模腔壓力 =3070Pa， 為注塑壓力。op)321(op (414)34Ehca 11mm35403.16.270 故側壁厚選 11 mm。a (2)底板厚度計算 允許變形量 已知，按剛度條件計算 (415)3 4EbpcS 型腔內壁短邊長b 常數，由 而定，取 0.0277。 cbL =12.5mm35403.16.270S 按許用應力計算 最大應力集中在底板中心和長邊中點處，而以長邊中點處的應力最大，應 力為 2max)(Sbpc 按許用應力計算底板最小厚度 (mm)為 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 20 (417)2bpcS 式中 由 決定的常數，查表取 =0.4518。cbL/ 20 mm2057418.2 故底板厚度選 20 mm。S 第 5.2 節(jié) 側向抽芯機構設計 5.2.1 抽芯距確定和抽拔力計算 3 齒輪齒條抽芯機構的側向抽芯距 (35) mm，取整齒。1s 注塑成型后，塑件在模具內冷卻定型，由于體積的收縮，對型芯產生包緊 力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊產生的摩擦力。對于不帶通孔的 殼類塑件，脫模時還要克服大氣壓力。一般而論，塑件剛開始脫模時，所需克 服的阻力最大，即所需的脫模力最大。圖 46 為不帶通孔的殼類塑件脫模時型 芯的受力分析。脫模力可以按圖 46 來估算。根據力平衡原理，列出平衡方程 式： =0 xF 則： Ft + Fb sin = Fcos 式中 Fb塑件對型芯的包緊力； F脫模時型芯所受的摩擦阻力； Ft脫模力； 型芯的脫模斜度。 又 F = Fb 于是 Ft = Fb（ cos - sin ） 而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上 包緊 圖 47 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 21 力之積，即：F b =A p 由此可得： Ft =A p（ cos - sin ） (418) 式中 塑料對鋼的摩擦系數，約為 0.10.3； A塑件包容型芯的面積； P塑件對型芯單位面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻的 塑件 p 5.2.2 楔緊裝置設計 注射時，型腔里的塑料熔體以很高的壓力作用在側型芯上，特別是當側型 芯的面積較大時，將產生一個很大的側推力，這個力將使型芯齒條產生運動， 因此必須另外加閉鎖裝置，即在閉模時需要有楔緊塊鎖住，開模時導柱齒條要 有一段空行程，確保楔緊塊能脫離滑塊，繼后由型芯齒條完成抽芯動作， 合模 時復位。 第六章 模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)的設計 PP 粘度低、流動性好，成型工藝要求模具溫度不太高。注射成型過程中， 可把模具看成為熱交換器，塑料熔體凝固時釋放的熱量約有 5%以輻射、對流的 方式散發(fā)到大氣中，其余 95%由模具的冷卻介質帶走。模具的冷卻時間約占成 型周期的 2/34/5，因此，冷卻系統(tǒng)的設計是一個很重要的問題。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 22 顯然，應在模具上開設盡可能大、數量盡可能多的冷卻水通道，以增大傳 熱面積，縮短冷卻時間，達到提高效率的目的。 6.1.1 冷卻時間計算 塑件最厚部位斷面中心層溫度達到熱變形溫度以下所需時間簡化計算公式 為 (s) (426)(4ln2wsmTkt 式中 塑件所需冷卻時間，s 塑件厚度，mmt 塑料熱擴散率，m 2/s k 塑料熔體溫度，T 塑料熱變形溫度，s 模具溫度，w 查表取 =6.7 106m2/s， =200 ， =102 ， =40kTswT)4012(ln07.6582 =11.2 s 查表得到，PP 制件厚度 2.5mm，對應冷卻時間 17.5s，為了安全起見，以上數 值僅供參考，確切值在試模時確定。 6.1.2 冷卻參數計算 (1)塑件每小時在模內釋放的熱量 (J) (427)iGQ 式中 單位時間內注入模具的塑料質量，這里約 12.5kg/hG 塑料成型時在模具內釋放的熱焓量，J/kgi =12.5 5.9 =7.375 J5106 (2)冷卻水體積流量計算 (428)(621tCQV 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 23 式中 冷卻水體積流量，m 3/minV 冷卻水的比熱容，J/kgKC 冷卻水的密度，kg/m 3 冷卻水出口溫度，1t 冷卻水進口溫度，2 =V)205(4187063. 6 =5.87 10-3 m3/min (3)求冷卻水孔徑 根據體積流量，由表查找，取冷卻水孔徑 mm。10d (4)求冷卻水在孔內的流速 v24dV =1.25 m/s 601.875 3 (5)求冷卻水壁和冷卻水間的傳熱系數 2.0 8)(dv (429) 式中 與冷卻水溫度有關的物理系數，查表得到 25 時，水的 =7.95。 2.08.1)596(.7 =5977 W/m2K (6)冷卻水孔總傳熱面積 A (430)(360TQw 式中 冷卻水平均溫度， ，T21t)5.40(597.6A =0.0196 m2 (7)求冷卻水孔總長 L (431)()3608.0TvdQw 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 24 = )5.240()1.2596(.73603.8. 6 =0.63 m (8)求模具上應開的冷卻水孔數 n n = (432)dlA 式中 每根水孔的長度，ml n = =3.9 孔16.094 (9)冷卻水流動狀態(tài)校核 當平均水溫為 22.5 時，由圖查得，水的運動粘度 m2/s。61095. (433)vdRe = =1.361095.24 故冷卻水屬穩(wěn)定湍流狀態(tài)，冷卻效果良好。 (10)冷卻水進出口溫差校核 (434)vCdGti22190 = 25.104871.353 6 =5 與原設定值一致。 6.1.3 冷卻回路設計 由前面計算得到冷卻孔數 4，孔徑 10mm。取冷卻水孔中心線與型腔壁距離 14mm，冷卻通道之間中心距 30mm。 型腔較淺，可以采用最簡單的直通式冷卻水路，動、定模冷卻水路布置相 同。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 25 圖 61 冷卻水到分布簡圖 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 26 第七章 工藝參數的校核 7.1.1 最大注射量的校核 注射模一次成型的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）應在公稱注射量 的 35%75%范圍內，最大達 80%，最低不小于 10%。既保證塑件質量，有充 分發(fā)揮設備的能力。選在 50%80%范圍內為好。實際一次成型的塑料重量為 18 2+14=50g ，是公稱注射量的 100%=73.7% ，在最佳范圍內，合13.605 適。 7.1.2 注射壓力的校核 所選注射機的注射壓力必須大于成型塑件所需的注射壓力。成型所需的壓 力與塑料品種、塑件形狀尺寸、注射機類型、噴嘴及模具流道的阻力等因素有 關。根據經驗，這里成型的塑件形狀一般，精度要求一般，塑料熔體流動性較 好，所需注射壓力一般在 80120MPa，小于注射機的注射壓力 206MPa，符合 要求。 7.1.3 鎖模力的校核 型腔壓力可按下式粗略計算 kPc （435） 式中 模腔壓力(MPa)cP 注射壓力（MPa） 壓力損耗系數。與塑料品種、澆注系統(tǒng)結構及尺寸、塑件形狀、k 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 27 成型工藝條件及注射機類型而異，一般 0.250.5 范圍 內選取。 按下式校核注射機的額定鎖模力： (N) kPAKTc （436） 式中 注射機額定鎖模力， =700(KN)T 塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的總投影面積， （mm 2）A 安全系數，通常取 1.11.2。K 1.1 0.5 171 7000 10-3=658.35(KN) 700(KN) 合適。 7.1.4 開模行程的校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。肘桿式鎖 模機構，其最大行程不受模板厚度影響，對于單分型面注塑模具，開模行程可 按下式校核： ） （ mHS10521 （437） 式中 塑件脫模（推出距離）距離，mm1H 塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內，mm2 =270mmS 31+52+10=93mm 合適。 對于側向抽芯的動作是利用注塑機的開模動作，通過齒輪齒條機構來完成 的模具，所需開模行程還須考慮側向分型抽芯的要求。根據抽芯要求 140+10=150mmS 綜合分析考慮抽芯機構、制件高度、脫模距離、模厚等因素，開模行程合適。 7.1.5 安裝尺寸的校核 (1)噴嘴尺寸 注射模主流道襯套在設計時就根據注射機噴嘴尺寸得到的，所以這里不再 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 28 校核。 (2)定位圈尺寸 選用的注射機定模板臺面上的定位孔孔徑 60mm，注射模端面凸臺徑向尺 寸 60mm，與定位孔呈間隙配合，便模具安裝并使主流道噴嘴同心，模具端面 凸臺高度 5mm 小于定位孔深度。 合適。 (3)模具外形 注射機拉桿內間距 500 310，模具寬 315mm，可以卸掉一根拉桿，安裝在 注射機工作臺面上。 (4)模具厚度（閉合高度） 模具厚度必須滿足以下關系： maxminH （438） 式中 所設計的模具厚度，mm mH 注射機允許的最小模具厚度，mmin 注射機允許的最大模具厚度，mmax 150175320 合適。 由于抽芯機構的要求，配合模具裝配，增加模具厚度以使齒條 有足夠的運 動空間，動模端面后再加一組墊塊（墊塊 40 310 63） 。這樣模具總厚度為 238，仍屬于要求范圍，合適。 (5)模具裝固尺寸 選用的注射機上有許多不同間距的螺釘孔，用于安裝模具。這里模具比較 小，采用壓板固定比較合適。這種方式靈活性較大，只需在動、定模座板附近 有螺孔就行。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 29 第八章 導柱導套的設計 第 8.1 節(jié) 導柱的設計要點 8.1.1、導柱的直徑和長度 導柱的直徑一般在 1263mm 之間，而且導柱無論是固定段的直徑還是導向段的 直徑的形位公差與尺寸之間的關系應遵循包容原則。在本設計中，導向段和固 定段 的直徑是 40mm，安裝段的直徑為 56mm，導柱的總長度為 125mm。 8.1.2、導柱的形狀 導柱的端部做成半圓形，半圓頭高度取與其相鄰圓柱直徑的 ，前端倒21 了角，使起能順利進入導向孔。 8.1.3、導柱的配合公差 安裝段與模板間采用過渡配合 H7/K6，導向段和導向孔間采用動配合 H7/f7。 8.1.4、粗糙度 固定段表面用 Ra0.8 m，導向段表面用 Ra0.4 m。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 30 8.1.5、導柱的材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的芯部，因此在本設計中 所選導柱的材料為 20#鋼，滲碳 0.50.8，淬硬 5660HRC。 導柱的示意圖： （ 圖 8.1.1 導柱 ） 其 余 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 31 第 8.2 節(jié) 導套的設計設計要點 8.2.1、形狀 為了方便導套壓入模板的同時便于導柱進入導套，在導套端面內外倒圓角， 模具上的導向孔做成了通孔，這樣合模時孔中的空氣易排出，這樣就避免形成 附加阻力，同時也便于排除意外落入的塑料廢屑。 8.2.2、公差配合與表面粗糙度 導套內孔與導柱之間為動配合 H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合 H8/k7（帶軸肩導套） ，其前端設計為一長 3mm 的引導部分，按松動配合 H8/e8 制造，其粗糙度內外表面可用 Ra0.8 m。 8.2.3、導套的材料 導套的材料可用耐磨材料，在本設計中采用的是 20#鋼，:熱處理 5055HRC，滲碳 0.50.8 ，淬硬 5660HRC 。 導套的示意圖： 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 32 （ 圖 8.3.1 導套 ） 第九章 脫模機構的設計 注射模必須有準確可靠的脫模機構，以便在每一個循環(huán)中將塑件從型腔內 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 33 或型芯上自動的脫出模外，實現生產的自動化、半自動化。 推桿是推出機構中最簡單最常見的一種形式。它加工簡單、安裝方便、維 修容易、使用壽命長、脫模效果好，因此在生產中廣泛應用。這里才用這種形 式，但考慮到它與推桿的接觸面積較小，為了避免應力集中或塑件變形，對每 個塑件設置兩根推桿。采用直桿式圓柱形推桿，結合塑件的形狀（塑件脫模斜 面為圓弧形，脫模力很?。?，推桿工作面直徑設為 d=5mm。 裝配時，推桿端面應和型腔在同一平面或比型腔平面高出 0.050.1mm，以 免影響塑件外形。推桿孔的配合段用 H7/h7，推桿與固定板采用軸肩連接，兩 者的配合間隙 0.8mm。安裝時推桿軸線可做少許位移，確保與型腔上配合孔的 同心度。材料采用 T8A，頭部局部淬火，推桿上段表面硬度 HRC6065，配合 段表面粗糙度 Ra0.8 ，其余 Ra1.6 。m 開模完畢后，拉料桿與推桿將水口料和產品一起頂出。 結束語 綜上所述，塑件的脫模結構是模具設計的重點和難點，特別當塑件有螺紋 時。含有螺紋的塑件脫模時，無論是強制脫模，還是自動脫模，脫模結構之間 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 34 的運動都要協(xié)調，保證塑件能準確從型芯上脫下來。本文設計的塑件是含有內 螺紋的空心制件，是一種有代表性的空心螺紋制件，它集普通型芯和螺紋型芯 為一體，該設計對其它同類模具設計具有一定的參考價值。 致謝 指導老師 劉新民 敬愛的老師、親愛的同學： 大學四年的生活在彈指一揮間過去了，同學們由不成熟的小青年到現在成 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 35 熟而且朝氣蓬勃的年青人，一步步都是在老師的精心呵護和細心的教育下走過 的。說到這兒，也許每個同學的腦海里都浮現出了一段只屬于自己和老師的故 事，有時會像父親的教導一樣嚴厲，有時會像慈母的關懷一樣溫暖?？傊际?讓人難忘的，值得回味的故事。 首先，我要感謝的是我的母校華北工學院分院。我們是學院本專業(yè)的 第一屆本科生，是學院的新的希望，因而上至學院的領導，下到各系的老師都 對我們寄予了厚望，并且花費了大量的精力來培養(yǎng)我們，使我們的身心都得到 了全面的發(fā)展，綜合素質得到了全面的提高，這是我們能順利完成大學四年學 業(yè)的一個重要因素?，F在我們完成了學業(yè)，即將走上工作崗位，年青的我們祝 愿母校能為國家培養(yǎng)出更多的合格人才，讓更多優(yōu)秀的中華兒女投入到祖國的 社會主義建設中去。 還有我要感謝這次畢業(yè)設計的指導老師劉新民老師。劉新民導師治學嚴謹， 學識淵博，品德高尚，平易近人，在我學習期間不僅傳授了做學問的秘訣，還 傳授了做人的準則。這些都將使我終生受益。無論是在論文的選題、資料查詢、 開題階段，還是在論文研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，無不得到導師的悉心指導和 幫助。我愿借此機會向劉新民導師表示衷心的感謝！同時，也對李政中博士的 幫助和指導表示感謝！ 回顧四年學習期間的一千余個日日夜夜，自己為有機會擺脫工作的煩惱與浮 躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要 向關心和支持我學習的所有領導、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對 我的關心、關注和支持！ 最后要感謝的是在我收集資料過程中和設計中給予無私幫助和支持的同學 特別是潘蘭英同學，論文的成果中也包含了他們的汗水。 參考文獻 1. 申開智主編 .塑料成型模具. 2002.第二版.北京. 中國輕工業(yè)出版社 . 2. 齊曉杰主編 .塑料模具設計指導. 1994. 東北林業(yè)大學出版社. 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 36 3. 唐志強主編 .塑料模具設計師指南.1999.北京.國防工業(yè)出版社. 4. 楊可楨等主編 .機械設計基礎.1999.第四版.北京.高等教育出版社. 6. 吳宗澤等主編 .機械設計課程設計手冊.1999.第二版.北京.高等教育出版社. 7. 陳經斗主編 .畫法幾何及機械制圖.1997.修訂版.天津.天津大學出版社. 8. 陳敏華等編 .帶螺紋 90 彎管注射模的設計.模具技術.2003.NO.6.22. 9. 張杰等.螺紋型芯自動收縮式注射模設計.模具工業(yè).2000. 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Pro/E 模塊全集介紹 Pro/Engineer 是一套由設計至生產的機械自動化軟件，是新一代的產品造型系 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 37 統(tǒng)，是一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數據庫功能。 1. 參數化設計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數化設計的、基于特征的實體 模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型， 如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性 給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 2 單一數據庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數據庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng) 建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫， 使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言 之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的 相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新； 組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數 據結構與工程設計的完整的結合，使得一件產品的設計結合起來。這一優(yōu)點， 使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。 一、 ProEngineer Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本 部分，其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或 線框造型棚完整工程圖產生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋 轉） 。Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用 功能來實現，其中包括：筋（Ribs） 、槽（Slots） 、倒角（Chamfers）和抽空 （Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀， 無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數比功能是采用符號式的賦予形體 尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立 形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其也相關的特征也會自 動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以 在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機。 Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及 后置處理等，這都是通過標準數據交換格式來實現，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程，以增強軟件的功能。它 在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力，組裝能力(人工) 和工程制圖能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標準)，并且支持符合工業(yè) 標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 38 Pro/Engineer 功能如下： 1 特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； 2 參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等） ； 3 通過零 件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來進行 設計。 4 支持大型、復雜組合件的設計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列， ProPROGRAM 的各種能用零件設計的程序化方法等)。 5 貫穿所有應用的完 全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助 模塊將進一步提高擴展 ProENGINEER 的基本功能。 二、ProSHEETMETAL Pro/SHEETMETAL 擴展了 Pro/ENGINEERR 的設計功能，用 戶可建立參數化的板金造型和組裝，它包括生成金屬板設計模型以及將它們放 平成平面圖形。 Pro/SHEETMETAL 提供了通過參照彎板庫模型的彎曲和放平能 力。彎曲允許量通過彎曲或放平狀態(tài)下的模型附加特征的功能，同時支持生成， 庫儲存和替換用戶可自定義的特征。 1特征包括： (l) 壁：平面壁可以將示 意壁連接到模型的選擇邊上。沖壓壁可以沿著模型上垂直選擇邊沖壓出壁的示 意外形。 (2) 彎曲：允許用戶規(guī)定如何彎曲一個模型的平面部分而不需要加一 個新的材料。 (3) 形狀：允許將復雜形狀表面摻合進板筋件中。用戶定義的形 狀特征庫可以通過產生用戶定義的形狀特征以外的特征來生成。 (4) 穿孔：穿 孔特征允許用戶預先定義自己的穿子 L 形式并將它們加到庫里。穿孔包括個 坐標系統(tǒng)，該坐標用于 Pro/MANUFACTURING 用于刀具定位數據的相對基準。 (5) 槽：提供一個槽的形式庫，該形式可由用戶預先定義。開槽只需要二個定 位基準。 2操作包括： (l) 展平：將一個彎曲的板筋件展開成一個平面圖形， 可按照用戶定義的方式進行。 (2) 彎：將一個平面圖形彎成原來板筋件的彎曲 狀態(tài)。 Pro/SHEETMETAL 包括當進行放平操作時參照一系列彎現表的功能。彎 曲允許量是材料厚度、材質、半徑和角度的函數。表格可以由外部生成并使用 Bend Table 命令進行修改。Pro/SHEETMETAL 允許用戶制定板筋件的彎曲順序并 保存彎曲次序表，就象用于彎曲和展平的參考一樣。 Pro/SHEETMETAL 還允許 用戶將制造信息連接到一個形狀特征上，該特征以后將被去除(多工具操作)。 三、ProSURFACE Pro/SURFACE 是一個選項模塊，它擴展了 Pro/ENGINEER 的 生成、輸入和編輯復雜曲面和曲線的功能。Pro/SURFACE 提供了一系列必要的 工具，使得工程師們在整個工業(yè)范圍內很容易地生成用于飛機和汽車的氣動曲 中北大學分校畢業(yè)設計（論文） 39 線和曲面，船殼設計以及通常所碰到的復雜設計問題。功能包括： 1 生成曲 線及曲線種類； (1) 在草圖中畫出示意幾何體； (2) 通過 IGES 輸入曲線； (3) 通過 IGES)輸入定義曲線的點； (4) 通過一系列點插值曲線； (5) 求二 個曲面的交換； (6) 不 、圓、佯條曲線、二次曲線、復合曲線。 它們主要用 于： (1) 構造用于曲面實體模型的旋轉幾何體； (2) 定義用于生成任意仲類 特征的幾何體； (3) 定義掃描軌跡線； (4) 多點倔值/定義平滑線； (5) 增 加或改變一個線框模型。 2 編輯曲線： (1) 在交點處截斷曲線； (2) 縮短 或加長地剪裁曲線； (3) 通過移動定義點或改變斜率條件重新定義曲線， (4) 改變曲面交線定義曲線； (5) 刪除或恢復曲線。 3 生成曲面及曲面種類： (1) 沖壓或旋轉一條曲線； (2) 沿著軌跡線掃描一條曲線， (3) 沿著多輪 廓軌跡婦描一條曲線； (4) 曲線之間的融合； (5) 四條邊界曲線之間的融合； (6) 通過一個點映射平滑表面； (7) 兩族曲線之間的事例(“放樣”)， (8) 二交曲線間的融合； (9) 二次曲面間的倒角/圓滑； (10) 通過 IGES 輸入曲 面， (11) 通過計算值曲面輸入： (12) 平面、圓柱面、直紋曲面、圓錐面、 球面/圓環(huán)面、旋轉曲面、薄壁柱面、非均勻有理 B 樣條曲面(NURBS)、倒角曲 面(角的倒角)、恒定或可變半徑的倒角/ 不 曲面、偏置曲面和由計算值定義的 曲面。 4 編輯曲面： (1) 將曲面縫合在一起形成一個曲面網， (2) 在與其 它曲面交線處剪裁曲面， (3) 改變輸入點的文件定義一個曲面； (4) 重新定 義用于定義曲面的軌跡或曲線； (5) 用曲面或曲面網替換實體模型的任一表面； (6) 將曲面縫合在一起形成一個封閉的容器從而生成一個實體模型； (7) 偏 置一個曲面或曲面網； (8) 將一個曲面轉換