畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文0· 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP(guān)聯(lián)冷卻水道設(shè)計工具摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設(shè)計師壓縮他們的設(shè)計時間和能適應更多的后期更改。本文介紹了一種嵌入在冷卻水道模塊內(nèi)的模具設(shè)計軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計方法。它對冷卻回路提供了一系列全面的對象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計。這里將對已開發(fā)出的 CAD 算法進行了簡要說明。有了這種新方法，模具設(shè)計人員可以輕松地在模具板或插件與冷卻系統(tǒng)兩者之間做出改變而無需進行繁瑣的重復性工作。因此，這種方法可以有效地減少設(shè)計時間和后期設(shè)計更改的影響。關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計 CAD/CAE 關(guān)聯(lián)設(shè)計 設(shè)計自動化·1．引言目前，大多數(shù) CAD 系統(tǒng)還無法完全和明確地捕捉設(shè)計意圖。豐富的設(shè)計信息不能完全由 CAD 模型來描述，并在產(chǎn)品開發(fā)周期的后期的設(shè)計更改將引起大量的重復勞動。眾所周知，CAD 的交互操作性應包括基于知識的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒有任何機械能使設(shè)計意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計人員面臨著越來越多的壓力來減少設(shè)計時間并且還要確保模具質(zhì)量。自20世紀70年代初以來各種設(shè)計注塑模具的CAD已經(jīng)出現(xiàn)了，其中大部分集中在模流分析及優(yōu)化算法。近年來，模具子系統(tǒng)的設(shè)計一直是（研究）的焦點，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計王等﹝11﹞提出了一個三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計、三維設(shè)計冷卻效果分析設(shè)計。他們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來分析三維熱傳導。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設(shè)計信息的表達和重復利用不同程度地沒有提到。面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應用來滿足模具設(shè)計信息表示的差距。在復雜實體中對象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨立部件和特征。然而，維持幾何實體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個簡單的任務?？梢猿志脤崿F(xiàn)幾何實體之間關(guān)系的 CAD 軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計方法。一種方法是在一個過程向?qū)е薪⒁粋€ CAD 系統(tǒng)的設(shè)計意圖和過程知識，它基本上是一個應用程序的測試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來引導用戶完成特定的計算機系統(tǒng)的相互作用構(gòu)成。EDS 公司的 MouldWizard 系統(tǒng)就是這樣一個基于流程的向?qū)А１疚慕榻B了應用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文1人類知識和計算機一貫表示的差距。在一個模具中冷卻系統(tǒng)不僅影響成型零件的質(zhì)量而且還影響生產(chǎn)效率。在目前的實際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個 A 板和 B 板。王和 Singh 等認識到，在設(shè)計冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計變量，如位置、冷卻管道類型和三維回路布局，通常需要頻繁的修改來解決部分后期設(shè)計中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計。修改過程耗時且容易出錯，因為設(shè)計師需反復編輯和更新 CAD 模型。莫克等開發(fā)了可以自動檢索某些回路模式的冷卻系統(tǒng)，如直線型或 U 型冷卻回路，但對實體之間的幾何關(guān)系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個層次，布局設(shè)計、分析、評價和決策。一種決策模塊根據(jù)儲存在知識庫中的規(guī)則對冷卻水道的重新設(shè)計進行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的 CAD系統(tǒng)?？傊?，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設(shè)計工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達到令模具設(shè)計師從繁瑣的更新和保持設(shè)計模型一致中得到解放的預期，使模具設(shè)計周期的總時間縮短。本文介紹了提供冷卻和它們之間的散熱孔面回路所產(chǎn)生大量的相關(guān)鏈接的自動化的冷卻水道的設(shè)計工具。1.1 通用與把握設(shè)計意圖的相關(guān)問題在工業(yè)生產(chǎn)中，通常冷卻水道是以冷卻回路的形式構(gòu)成的，但孔特征作為CAD 工具的代表。另一方面，經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來代替冷卻水道。在后一種方法中當設(shè)計完成時所有的管道都連接起來形成一個冷卻回路。在 CAE 分析工具的幫助下用這種連接回路能對冷卻效果進行評估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計工作完成的回路是為 CAM 工具路徑的產(chǎn)生做準備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個 CAD 系統(tǒng)可以顯示或繪制自視檢查的冷卻水道，而不顯示凸?；虬寄２寮湍＞甙宓募毠?jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實體需要更少的步驟。它能自動檢測冷卻水道和其它模塊之間的功能如型腔和銷孔碰撞。然而，圓柱體冷卻水道的代表形式有幾個問題。首先，許多步驟仍需要一個簡單的通道，如創(chuàng)建一個圓柱體，在一個情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過一系列的對話方塊的位置和朝向運行。通常，冷卻回路有很多的管道，所以它們的創(chuàng)建需要很多的重復命令。當需要修改時要再次對圓柱進行重復編輯。這種情況很容易出錯。其次，在冷卻水道中對自動傳熱分析或碰撞檢測是很重要的。第三，在用戶友好的操作方式中它們不能為插頭噴嘴或擋板插入冷卻水道提供方向信息。因此，模具設(shè)計師被繁瑣的步驟所困擾。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文21.2 冷卻系統(tǒng)中的語義定義一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問題。它提供獨立的冷卻系統(tǒng)動態(tài)更新的定義，對冷卻系統(tǒng)的驗證是必不可少的一種對象類型或種類的集合。在圖 1 中，顯示了簡化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類型。每個組件類型被定義為一個對象類。冷卻水道被定義為其中包含冷卻液（在大多數(shù)情況下是水）的連續(xù)直孔。它可以包含在一個單一的模具組件（片或插件） ，或貫穿幾個。本文中“孔”是用來描述在一個單一的模具組件的冷卻水道中的幾何形狀，但其表現(xiàn)與傳統(tǒng)的孔特征是不同的（見下一節(jié)） 。如圖 2 所示是冷卻回路的一個例子。1-5 孔是冷卻水道。一個冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個冷卻回路形成一個冷卻系統(tǒng)。在圖 2 中孔 1-5 共同形成了一個冷卻回路。一個回路可有幾個不同方向的冷卻水道。這些管道由從不同模具板和插件面的鉆孔的冷卻孔組成。一個用于鉆孔的面稱為穿透面。當然，冷卻孔有一個穿透面和鉆孔量總從滲透面指向另一端。通常情況下，冷卻孔垂直穿透面。然而，為了適應某些特殊情況，這種限制是不影響本文目的的。圖1 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文3圖2 冷卻回路的例子在實際中，如圖 3 中的一個例子冷卻水道跨越了多個塊。它由幾個連接的共線散熱孔（孔 1，孔 2，孔 3） 。這樣的管道被專門命名為彩色線性冷卻水道。在許多情況下，多印象設(shè)計用于模具布局。有兩種方法來建立冷卻回路即：平衡和不平衡。如果同樣的冷卻回路模式適用于每一個印象，則冷卻系統(tǒng)被稱為均衡。否則，冷卻系統(tǒng)是不平衡的。通常，如果模具是一個平衡的多模式設(shè)計的印象[14]，設(shè)計者希望有印象的每個部分是相同的冷卻回路，則平衡的方法被使用。在這種情況下，因為每個回路設(shè)計主要用來滿足一個印象，來滿足傳熱要求的冷卻效果會更好控制。這是為特別復雜的成型件推薦的可利用仿真優(yōu)化包的冷卻方法[11]。采用這種方法，CAD 的功能可以普遍滿足模具設(shè)計師在冷卻回路格局上的個人的變化需求。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文4圖3典型的共線冷卻管道另一方面，設(shè)計者可以把模具作為一個整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。1.3 詳細的陳述在圖 4 中給出了冷卻系統(tǒng)的一個組成部分的詳細結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個任選的圓柱體代表一個洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導線。更確切地說，一個冷卻的引導線是從冷卻透孔中心點到末端孔中心點出發(fā)的直線。在圖 2 中，AB 是孔 1 的冷卻引導線，而 CD 是孔 2 的引導線。引導線包括鉆孔載體。如圖 5 所示在每個散熱孔的開始和結(jié)束點，孔兩端可以選擇以下類型：（1）末端為通孔型（2）末端為盲孔型（3）臺階型末端（4）交叉盲孔型。這些幾何特征信息表示為附加屬性指引。如果它基于儲存在每個引導線中的信息，就可以隨時生成圓柱形實體。傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來表示一個冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實體中分離出來的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計思路之一是每一個引導線的開始和結(jié)束點都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點。因此，如果這些面的位置改變了，相應的點將得到很大的更新和變化。換句話說，冷卻引導線總是與穿透和退出的面有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文5圖5冷卻管末端類型在冷卻回路中所有的內(nèi)孔的冷卻引導線作為指導路徑進行分組。在圖 2 中有五條引導線 AB 型 CD 型 EF 型 GH 型和 IJ 型，形成引導路徑。在本文中，如圖4 所示，引導路徑完全代表一個冷卻回路冷卻時可以有一定的準則來描述冷卻孔類型直徑等的屬性。事實上，冷卻圓柱體僅在需要時進行查看檢查不同功能/組件的物理碰撞或創(chuàng)建基于板或插件的功能時生成。這些冷卻固體可以去除來簡化，只要引導導路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認冷卻系統(tǒng)的設(shè)計中，CAM 應用程序或組件的結(jié)構(gòu)細節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過減去其相應的冷卻板/插入機構(gòu)的固體來獲得。一個引導路徑也用來維護其線路之間的連接。在指導路徑中定義了一種驗證和核實這一條件的一個“特殊”的方法。這個共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對象類型” 。從圖 4 中可以看出，一個冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡單的管道。每個通道都可以由一組被叫做共線指引的引導線來表示。顯然，它的元素引導線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來。在圖 3 中，AB 型，CD 型及 EF 型形成路徑和代表共線的通孔 1（臺階型通孔）通孔 2 盲孔 3?？梢钥闯?，在一個冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因為它們是可以立即進行任何改變的。如圖 4 所示，回路的內(nèi)容和對象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個回路可以作為一個相互關(guān)聯(lián)的引導線或作為一個圓柱體集。一個冷卻回路能在豐富的屬性形式中自行確定幾何與非幾何的信息。 總之，在此對象的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動更新如果諸如穿透面或鉆孔元素的某些類型能在后面的設(shè)計階段進行修改。由畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文6于所有的冷卻水道用相關(guān)聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入 CAD 模型和持久存儲。2 執(zhí)行方面2.1 嵌入鏈接和參數(shù)在這個模塊冷卻設(shè)計集中，引導線最初是通過用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個引導線的開始和結(jié)束點與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個智能點。一個智能點在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫面相關(guān)的點。它能與相應面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個實體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實體的性質(zhì)。由于這些引導線是建立于智能終點上的那么連通引導線也稱為智能線。它們每個都是由一個（盲孔）或兩個（通孔）連接在一起的。一個冷卻圓柱體可以沿著一個圓形掃描的智能方針自動生成，對于盲孔錐孔需增加。對于冷卻回路圓柱體作為固體的代表。這些幾何特征代表引導線的屬性。這些相關(guān)屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺階直徑部分。它們用于冷卻孔的編輯和冷卻孔的再生。2.2 功能和算法已經(jīng)開發(fā)出的這個模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，在這里列出的要求：a． 增加形成引導路徑的智能引導線b． 修改或重新定位引導線c． 刪除引導路徑回路d． 創(chuàng)建冷卻固體e． 修改冷卻固體f． 刪除冷卻固體g． 建立平衡或不平衡的冷卻固體印象模具設(shè)計2.3 創(chuàng)建和編輯一個冷卻回路的智能引導路徑要創(chuàng)建一個引導路徑的第一引導線，用戶需要在預期的固體上選擇一個面作為穿透面（平面）的回路入口（見圖 2） 。一個平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導路徑的啟動點把用戶的指示點為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個智能點。引導第一次降溫過程生成的默認方向的相反方向能在圖形窗口中顯示。用戶可以由圖 6 所示的界面活性變化的引導線的方向，交互地修改初始點的位置。 然后，用戶可以動態(tài)拖動冷卻線或輸入一個盲孔的引導線的長度值或選擇另一面說明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導線的終點另一個智能點會被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導線時，一個序號“1”會顯示在它附近。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文7為創(chuàng)建下一個引導線（見圖 2） ，一個鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在 p 點的面，然后，下一個指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項工作的實施中向量的起點 C 的確定是參照前面的 AB 引導線和最近點到用戶的 P 點來表示的一個嵌入式規(guī)則。為了使向量定義的用戶友好，很多這樣的潛在 “規(guī)則” 適用于協(xié)助指導創(chuàng)建。在這種情況下，當定義 CD 引導線和以前的AB 引導線時，它能自動延長到底部鉆孔的 C 點。智能點是建立在與引導線相關(guān)的面上的 C 點上。同樣，序列號“2”顯示在引導線的附近。用戶還可以通過選擇一個工作定義坐標方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－ Z 然后指示出引導線的下個起點。用類似的方法，一個完整的指引路徑可以被定義。當確認所有的指引路徑的引導線時，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗證（見圖 4） 。該指引路徑被當作一個單一的實體。正如預期的那樣，引導線可以創(chuàng)建或加入一個由 CAD 功能的引導路徑?，F(xiàn)有的引導線也很容易被刪除。在互動的定義引導線之間，在相應的分支機構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要創(chuàng)建一個簡單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個選項之一：（a）僅僅是一個滲透面（b）滲透面和現(xiàn)有的垂直于參考的散熱孔，以及（c ）僅僅是現(xiàn)有的共線冷卻孔。在每個選項下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調(diào)整能使引導線達到保持引導路徑連接的預期目的及友好的用戶界面設(shè)計。如圖6冷卻后的引導線，它的性質(zhì)包括它的長度都顯示在同一用戶界面上。這些是可以改變和更新的。事實上，當引導線被選中，其指導路徑也就確定。這是因為在一個引導路徑中所有的引導路線是連續(xù)性的約束。如果引導路徑入口點的位置被移動，則整個路徑也相應的變化。用戶可以通過有關(guān)項目從編輯界面中選擇安全刪除引導路徑。2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體在定義一個引導路徑時，則冷卻固體基于個體引導線的屬性生成。冷卻固體僅當用戶需要它們時創(chuàng)建。如圖4所示冷卻水道可以有不同的孔類型。這些類型可以表示為首端和末端相關(guān)的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動類型、結(jié)束類型、孔直徑等參數(shù)用默認類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預設(shè)值。然后，他們以用戶的輸入為基礎(chǔ)更新。當用戶重復操作時在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫在它“接受”的用戶界面對話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預設(shè)條件驗證領(lǐng)域的項目，例如，臺階孔的直徑必須大于孔徑。這是當用戶調(diào)用點擊“確定”按鈕時，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗證” （見圖4） ， 。如果輸入驗證不被接受，就會出現(xiàn)一些錯畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文8誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實通過點擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動生成冷卻固體的CAD的API功能。冷卻固體可以在任何時候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細節(jié)上，實體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡單盲孔、簡單通孔、臺階孔、臺階在通孔一端、臺階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過多個固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡單。對于一個共線冷卻水道，有個別孔由共線連接獲得。圖3說明了它們是如何關(guān)聯(lián)的。假設(shè)孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過“選擇兩個平面創(chuàng)建臺階孔（兩端）”從A點開始“綁住”面1和結(jié)束點B“綁住”面2則面1和面2是固體1的一部分。這些面的任何修改都將會影響孔的深度如抵消它們。創(chuàng)建孔2有更多的靈活性。用戶可以創(chuàng)建以下兩種方法。在第一種方法中面3和面4（屬于固體2）可作為參考選擇，因此啟動點C和結(jié)束點D分別是面3和面4上的點。因為這個孔應是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對象的驗證方法。因此，第一個孔可以沿著面2滑動通過創(chuàng)建兩個對齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個孔是用來作為參考，那么起點C的結(jié)束是孔1的終點，由于B點的連接，則沿著面2滑動的第一個孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點移動則面3也將更新。這兩個孔之間的智能連接由嵌入式的多個共線冷卻水道固體建立。同樣，在圖3中第三盲孔由左到右建立，共線的冷卻水道由三個相關(guān)的冷卻孔獲得。2.5 處理平衡和非平衡冷卻回路在本文中，模具元件由裝配樹結(jié)構(gòu)組成，當用戶初始化一個新的模具設(shè)計項目時它會自動創(chuàng)建。原來的塑料部分被分配到裝配上的一部分，被稱為產(chǎn)品的一部分（生產(chǎn)部分） （見圖 8） 。印象儲存在產(chǎn)品的一部分作為實例化組件與布局模式（凸模/凹模插件） 。這是一個在裝配上專門用于冷卻固體自動創(chuàng)建的部分。它被稱為冷卻線（CL）部分。為了解決平衡與非平衡冷卻回路的設(shè)計問題，突變實體的概念必須被先介紹。這項功能可為幾何實體例如：實體、面、線、點等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過復制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實體獲得的。這些復制的實體被稱為突變實體。當一個源實體被修改，其相應的突變實體也會自動更新。源實體被稱為原型實體。圖 9 中所示了一些在裝配中可能突變的面。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文9假設(shè)原型面 A 是元件 1 的一部分，則它可以創(chuàng)建一個相應的突變面 A1，面 A1對它的原型面（子對母） ，或 A2 面對面 A1（子對子） 。在一個裝配建模環(huán)境下，另外一個需要解釋的概念是工作的一部分，這將被看作是定義在創(chuàng)建新的實體的一部分。因此，用戶必需明確地選擇工作的一部分，以便在其中創(chuàng)建新的實體。圖8在模具裝配樹中的冷卻線圖9在裝配中兩種可能的突變面在本文中建立平衡的冷卻回路，工作部分被設(shè)置在圖 8 的產(chǎn)品部分中。當用戶在凸模/凹模插件中選擇一個面去創(chuàng)建一個冷卻引導線時，一個突變面（子部分對母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實體，包括智能點、引導路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導路徑和固體（子部分對子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實體，根據(jù)印象模式被復制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會自動平衡。在圖 10 中用了一個與均衡冷卻回路的四印象模式的實例來說明。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文10圖10平衡冷卻回路的例子當創(chuàng)建不平衡冷卻水道時，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見圖8） 。當用戶從插件部分選擇一個面，則在冷卻線的一部分（子部分對子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關(guān)的原型，如智能點、引導路徑和冷卻實體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實體的參考面在不同的插件上被改變則在冷卻線部分的冷卻實體可以自動更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹結(jié)構(gòu)使設(shè)計在很大程度上得到了減少。3.未來整合專家系統(tǒng)顯然，這個模塊的功能可以進一步擴展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，它極有可能將這項可以納入冷卻水道設(shè)計規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對其中的一些邏輯規(guī)則進行了討論【10,11,15】 。作者認為，這應該是今后的研究方向。4.結(jié)論本文提出了在冷卻水道設(shè)計工具中的一種相關(guān)的設(shè)計方法。重點被放在獨特的引導路徑和冷卻水道固體交涉上，并在冷卻水道和模具板或插件之間的幾何相關(guān)上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點是模具設(shè)計人員可以更容易的在整個設(shè)計生命周期中進行修改。豐富的信息包括冷卻回路成員之間的鉆孔方向、定位和連接被嵌入相關(guān)的 CAD 模塊中。這些資料可以支持在高水平知識規(guī)則下的相關(guān)冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動。這種方法能有效和高效的應用在模具設(shè)計中。畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文11·致謝本文的目的僅是報道研究的方法。作者承認他們的研究工作正在進行，本文中主要由在新加坡制造技術(shù)研究所（SIMT）工作的主編完成。一個 SIMT 項目團隊實施軟件產(chǎn)品。R&D 工程師得到在美國 Cypress，CA 的 EDS 公司提供的密切技術(shù)支持。Unigraphics 系統(tǒng)（UG）和模具導向在 EDS 公司注冊商標。本文摘譯自：中原工學院圖書館 Springer-Link 外文期刊數(shù)據(jù)庫，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》 。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985畢業(yè)設(shè)計說明書題 目 三孔面板插座塑料模具設(shè)計 專 業(yè) 班 級 學生姓名 指導教師 201X 年 X 月 X 日文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985II摘 要塑料注射模具是成型塑料的一種重要工藝裝備，通過對三孔面板插座塑料模具設(shè)計,能夠全面的了解塑料模具設(shè)計的基本原則、方法.并能較為熟練的使用 UG、AUTOCAD軟件進行塑料模具設(shè)計,提高自己的繪圖能力。為今后從事設(shè)計工作打下了堅實的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活和軍事等各個領(lǐng)域的應用范圍越來越廣，質(zhì)量要求也越來越高，中國已經(jīng)成為全球最大的塑料市場之一，塑料制品產(chǎn)量全球第二。本次主要設(shè)計是對三孔面板插座注射模的設(shè)計, 重點對塑件的成型原理、原料選用和注射技術(shù)進行分析。通過根據(jù)形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。關(guān)鍵詞：工藝方案；模具結(jié)構(gòu)；注塑機；模具設(shè)計文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985IIIAbstractPlastic injection mold is an important technological equipment of plastic forming, through the flashlight front cover plastic mould design, can fully understand the basic principles, methods of plastic mould design. And can be more skilled use of UG, AUTOCAD software for plastic mold design, improve their ability to draw. Engaged in the design for the future work laid a solid foundation. With the needs of the development of modern industry, plastic products in industry, agriculture, military and other fields of daily life and the application scope is more and more wide, the quality requirements also more and more high, China has become one of the world's largest plastics market, plastic products production in the world's second. The main design is on the cover of a flashlight injection mould design, focus on the forming principle of plastic parts, raw materials selection and injection technology were analyzed. By according to the shape, size, precision and surface quality requirement analysis, to determine the required moulding solutions, products after processing, the choice of the parting surface, cavity number and arrangement, the structure of molding parts, pouring system, etc. Key words: Process; The mould structure; Injection molding machine; Mold design 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985IV目 錄摘 要 .IIAbstractIII目 錄 .IV1 緒論 .11.1 概述 .11.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .11.3 國外研究現(xiàn)狀 .22 塑料制品分析 .32.1 明確制品設(shè)計要求 32.2 明確制品批量 32.3 材料選擇及性能 32.3.1 材料選擇 .32.3.2 材料品種 .42.4 成型設(shè)備 42.5 拔模斜度 42.6 計算制品的體積和質(zhì)量 42.6.1 表面質(zhì)量的分析 42.6.2 塑件的體積重量 53 注射機及成型方案的確定 .63.1 注射機的確定 63.2 成型方案的確定 63.2.1 成型設(shè)備的選擇 .63.2.2 成型的特點 .73.2.3 成型的原理 .73.2.4 成型過程 .74 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇 .84.1 型腔數(shù)的確定 84.2 分型面的選擇 8文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985V4.2.1 分型面的主要選擇原則 .84.3 確定型腔的排列方式 94.4 標準模架的選用 104.3 模架裝配圖 105 成型零部件的設(shè)計與計算 .115.1 凸模設(shè)計 115.2 凹模的設(shè)計 115.3 成型零件工作尺寸的計算 125.3.1 模腔工作尺寸的計算 .126.1 主流道設(shè)計 146.2 澆口的設(shè)計 147 排氣與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 .167.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計的原則 167.2 冷卻水路的計算 167.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 178 頂出機構(gòu)的設(shè)計 .198.1 推桿復位裝置 198.2 推件機構(gòu)的設(shè)計 198.2.1 推桿長度的計算 .208.3 斜推桿的設(shè)計 218.4 斜推桿的設(shè)計要點 218.5 斜推桿傾斜角的確定 229 導向機構(gòu)的設(shè)計 .239.1 導向、定位機構(gòu)的主要功能 239.2 導向機構(gòu)的設(shè)計 .239.2.1 導柱的設(shè)計 .2310 結(jié)論與展望 .25致謝 .26參考文獻 .27模具設(shè)計11 緒論1.1 概述注射成型也稱為注射或注塑，是熱塑性塑料的一種重要成型方法。到現(xiàn)在為止，有超過 1/3 的塑料原材料，是通過注射成型工業(yè)加工的，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用此成型方法。它的特點是生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高的、易自動化，因此廣泛應用于塑料制品的生產(chǎn)?，F(xiàn)在塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件的質(zhì)量與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和塑料成型工藝密切相關(guān)。在這三要素中，塑料成型模具的質(zhì)量最為關(guān)鍵，他的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出成型的塑件。模具是決定最終產(chǎn)品的性能、規(guī)格、形狀以及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使塑料成型生產(chǎn)過程順利進行、保證塑料成型質(zhì)量不可缺少的工藝裝備，是體現(xiàn)塑料成型設(shè)備高效率、高性能和合理先進塑料成型工藝的具體實施者，也是新產(chǎn)品開發(fā)的決定環(huán)節(jié)。由此可見，周而復始地獲得符合技術(shù)經(jīng)濟要求及質(zhì)量穩(wěn)定的塑料制件，塑料成型模具的優(yōu)劣是關(guān)鍵，它最能反映出整個塑料成型生產(chǎn)過程的技術(shù)含量以及經(jīng)濟效益。因此，注射成型的模具設(shè)計制造成為當今社會模具發(fā)展的熱點,己發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20 世紀 80 年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以 15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進步的投入力度，將技術(shù)進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。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)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48“（約 122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面模具設(shè)計2作出了貢獻。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，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應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。（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具（2）加強模具標準件的應用（3）推廣CAD/CAM/CAE 技術(shù)（4 ）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期。1.3 國外研究現(xiàn)狀在工業(yè)發(fā)達國家，據(jù) 1991 年統(tǒng)計，日本生產(chǎn)塑料模和生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)各占 40；韓國模具專業(yè)廠中，生產(chǎn)塑料模的占 43.9，生產(chǎn)沖壓模的占 44.8%;新加坡全國有 460 家模具企業(yè)，60%生產(chǎn)塑料模，35%生產(chǎn)沖模和夾具。當今世界注射模具的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模具技術(shù)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了世界注射模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設(shè)計方法和先進的模具制造設(shè)備，特別是近幾年來這些國家把 CAD/CAM/CAE 系統(tǒng)作為模具工業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展的趨勢如日中天 [6] 。在注塑模具設(shè)計工業(yè)中，國外先進國家（日本、德國、美國等）從 20 世紀 80 年代中期已廣泛使用計算機對塑料模進行輔助設(shè)計（CAD） ，輔助制造（CAM） ，并對模具設(shè)計的各個環(huán)節(jié)進行定量計算機和數(shù)值分析（CAE） ，已由經(jīng)驗數(shù)據(jù)逐步過渡到計算機設(shè)計，對模具澆注系統(tǒng)和型腔的熔料流動行為以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱量分布都采用了微機輔助設(shè)計 [9]。模具設(shè)計32 塑料制品分析2.1 明確制品設(shè)計要求圖 2.1、為塑料制品的三維圖。整個塑件呈現(xiàn)方形，該構(gòu)件的表面的形狀和整體的結(jié)構(gòu)較其他塑件較為簡單，在零件的內(nèi)部有倒扣，由于是在零件的內(nèi)部，需要斜頂出抽芯，表面粗糙度要求不太高，而且較為實用性零件對其尺寸公差沒有太嚴格的要求。圖 2.1 塑料制品的三維圖 2.2 明確制品批量該產(chǎn)品生產(chǎn)量大，故設(shè)計的模具要求有較高的注塑效率，又考慮到模具的結(jié)構(gòu)，模具采用一模二腔結(jié)構(gòu)，澆口形式采用側(cè)澆口。2.3 材料選擇及性能2.3.1 材料選擇三孔面板插座該塑件作為工業(yè)用品，要具備安全無毒，化學穩(wěn)定性高，不易分解等特點和價格低廉的要求；同時，作為承重物件在一定的高度掉下或過載時，不會出現(xiàn)裂模具設(shè)計4紋甚至斷裂，這就意味著塑件所使用的材料要有一定的機械強度。2.3.2 材料品種 根據(jù) 2.1 中對塑件的分析要求，同時考慮原材料價格要低廉，現(xiàn)決定選用應用廣泛的ABS 工程塑料。ABS 塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種原料為單體經(jīng)過共聚而成的一種熱塑性塑料（可以反復加熱軟化冷卻成型的塑料） ，因此兼有三種元素的共同性能，使其具有“堅韌、質(zhì)硬、剛性”的性質(zhì)。ABS 塑料無毒、無味。表 1 ABS 塑料的部分技術(shù)指標技術(shù)指標 值密度(g / cm^-3) 1.02～1.16收縮率(%) 0.4～0.7透明度 不透明比熱容/(J·kg^-1·k^-1) 1470吸水性（24 小時） （%） 0.2～0.4屈服強度/MPa 50拉伸彈性模量/GPa 1.8抗壓強度/MPa 53彎曲彈性模量/GPa 1.4熔點℃ 130～1602.4 成型設(shè)備 經(jīng)比較，成型設(shè)備采用臥式注射機較好，其優(yōu)點是機體較低,容易操作和加料，塑件脫模后可以自動落下可實現(xiàn)自動化操作，注塑機的重心較低安裝穩(wěn)定，適合大中型注射機的設(shè)計制造。2.5 拔模斜度 由于零件深度很小，所以拔模角度為一度。模具設(shè)計52.6 計算制品的體積和質(zhì)量2.6.1 表面質(zhì)量的分析該零件的 表面質(zhì)量要求很高各個成型面都得進行拋光處理2.6.2 塑件的體積重量計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。計算得塑件的體積：V＝5.731cm3 計算塑件的質(zhì)量：公式為 W＝Vρ根據(jù)設(shè)計手冊查得 ABS 的密度為 1.05 g/cm3，故塑件的重量為： W＝Vρ=5.731*1.05=5.80g計算得澆注系統(tǒng)的體積：V＝4.53cm3 計算塑件的質(zhì)量：公式為 W＝Vρ根據(jù)設(shè)計手冊查得 ABS 的密度為 1.05 g/cm3，故塑件的重量為： W＝Vρ=4.53*1.05=4.7565g模具設(shè)計63 注射機及成型方案的確定3.1 注射機的確定根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況（主要考慮到模具的高度問題） ，可初步選用的注射機為D（塑料成型工藝與模具設(shè)計）初步選用注射機海天 110X1B。注射機海天 110X1B 參數(shù)：額定注射量：147mm 2最大成型面積：320cm柱塞直徑：36mm注射壓力：183Mpa模板尺寸：550×550（mm×mm）柱桿空間：400X400(mm×mm)鎖模力：1100KN噴嘴圓弧半徑：10mm噴嘴孔徑：2.5mm最大開模行程：750mm（可調(diào)整型）模具最大厚度：410mm模具最少厚度：160mm3.2 成型方案的確定3.2.1 成型設(shè)備的選擇柱塞式成型機中，塑料熔化成黏流態(tài)的熱量主要由筒外部的加熱器提供。在柱塞的平穩(wěn)推動下，料流是一種平緩的滯流態(tài)勢。料筒內(nèi)同一橫截面上不同徑距的質(zhì)點有著梯度變化的流速，結(jié)果靠料筒軸心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的溫度分布也有差異，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的電熱圈加熱，所以溫度高；而靠近軸心的料，因流動快，且又與料筒加熱圈隔了一層熱阻很大的塑料層，所以溫度低?？梢娫谥搅贤矁?nèi)，塑料的塑化程度很不均勻。該三孔面板插座選用螺桿式注塑機，型號為海天 110X1B。模具設(shè)計73.2.2 成型的特點注射成型又稱注射模塑,成型周期短,能一次成型外形復雜,尺寸精密,帶有嵌件的塑料制件。制品無需修整或僅需少量修正,可得到較窄的公差,廢料損耗最小,且生產(chǎn)效率高,易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn),適于多件批量較大的塑件生產(chǎn)等優(yōu)點。但是,產(chǎn)品質(zhì)量有時難短期穩(wěn)定,模具的結(jié)構(gòu)有時不宜高效成型等缺點。3.2.3 成型的原理注射成型工藝是塑料成型的一種最常用的方法。它將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機的料筒中，經(jīng)過加熱到流動狀態(tài)，在注射機的柱塞或螺桿的推動下，以一定的流速，通過噴嘴和閉合模具的澆注系統(tǒng)而充滿型腔，經(jīng)過一定的時間的冷卻定型，打開模具，從模內(nèi)取出成型的塑件。3.2.4 成型過程注射成型工藝過程包括成型前的準備、注射過程和制品的后處理。a.成型前的準備為了使注射成型順利進行，保證塑件質(zhì)量，一般在注射之前要進行如下準備工作[1]：(1)原料的檢驗和預處理；(2)料筒的清洗；(3)嵌件的預熱；(4)脫模劑的選用；b.注射過程完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。但實質(zhì)上只有在料筒中的塑化與在注射過程中的流動兩個過程。所謂塑化即塑料熔融，是指塑料在料筒中經(jīng)加熱達到黏流狀態(tài)并具有良好可塑性的全過程。所謂流動是指塑料熔體在注射進入模具型腔后的流動。該流動情況有可分為充型、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個階段。c.塑件后處理塑件在成型過程中，由于塑化不均勻或由于塑料在型腔中的結(jié)晶、定向、以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或因其他原因使塑件內(nèi)部不可避免地存在一些內(nèi)模具設(shè)計8應力而導致在使用過程中變形或開裂。因此，應該設(shè)法消除掉。消除的方法有退火處理和調(diào)濕處理 [1]。模具設(shè)計94 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇4.1 型腔數(shù)的確定以機床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機最大注射量的 80%計算：件澆WS???8.031.457X=8.1 式中： N----型腔數(shù)S----注射機的注射量（g）W 澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）W 件----塑件重量（g）因為，N=8.12所以，此模具型腔為一模 2 腔結(jié)構(gòu)合理。4.2 分型面的選擇4.2.1 分型面的主要選擇原則分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關(guān)，一副模具根據(jù)需要可能有一個或兩個以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以與合模方向平行或傾斜。因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵。根據(jù)分型面的選擇原則： （1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； （2）在開模時盡量使塑件留在動模；模具設(shè)計10（3）分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量；（4）有利于排氣和模具的加工方便；（5）有助于避免側(cè)抽芯或便于側(cè)抽芯。該塑件對美觀不太要求，無斑點和熔接痕，表面質(zhì)量要求一般。在選擇分型面時，根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質(zhì)量以及成型后能順利取出塑件，屬于薄壁殼小型塑件，塑件冷卻時會因為收縮作用而包覆在凸模上，所以，應有利于塑件滯留在動模一側(cè)，以便于脫模，并不影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度，以及外觀形狀。綜上所述，合理的分型面應選擇在下部。如圖所示：圖 4.1 分型面選擇圖4.3 確定型腔的排列方式模板上的排列形式通常有圓形、H 形、直線型及復合型等。在設(shè)計時有以下原則：（1）盡量采用對稱式排布，確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。（2）塑件結(jié)構(gòu)簡單，應盡量使型腔緊湊排列，而減小模具的外形尺寸。（3）分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計應盡可能短。（4）為了避免模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，澆口開口部位與型腔布置應對稱。因為該塑件屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，但對產(chǎn)品的精度、表面粗糙度還是有較高的要求，通過前面算出的單個產(chǎn)品的體積 V 和質(zhì)量 W, 綜合考慮生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量等各種因素，以及注射機的類型選擇確定采用一模 1 腔排布。本塑件在注射時采用一模 2 件。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復雜程度等因素采用如下圖 4.2 的型腔排列方式。模具設(shè)計114.2 模具型腔排列方式4.4 標準模架的選用模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)，對于模具而言，在保證足夠強度的前提下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好。模架尺寸參照裝配圖 4.3本模具采用的是《塑料模具設(shè)計指導》P104 頁中的 P2 型標準模架，如圖所示：4.3 模架裝配圖模具設(shè)計125 成型零部件的設(shè)計與計算5.1 凸模設(shè)計凸模用于成型塑料的內(nèi)表面，又稱型芯、陽?；虺尚蜅U。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。整體嵌入式結(jié)構(gòu)，由整塊金屬材料直接加工成模仁，其中公模仁的結(jié)構(gòu)如下圖 5.1圖 5.1 凸模的結(jié)構(gòu)5.2 凹模的設(shè)計凹模用于成型塑件的外表面，又稱陰模、型腔。按照結(jié)構(gòu)的不同可以分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式和四壁鑲嵌式五種。為了便于加工和有利于排氣，運用組合式的型腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖 5.2圖 5.2 凹模的結(jié)構(gòu)模具設(shè)計135.3 成型零件工作尺寸的計算本設(shè)計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這 ABS 的成型收縮率為 0.005，模具的制造公差取 z=Δ/3。5.3.1 模腔工作尺寸的計算1. 凹模的內(nèi)形尺寸：??3[1/4]Lk??????凹式中：L 凹為型腔內(nèi)形尺寸(mm)；L 塑為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實際外形尺寸；K 為塑料平均收縮率(%)，此處取 0.5%Δs 為塑件公差，查表知 ABS 塑件精度等級取 5 級；塑件基本尺寸在 3~6mm 范圍內(nèi)取 0.24mm;18~24mm 范圍內(nèi)取 0.24mm;80~100mm 范圍內(nèi)取 1.00mm;在 100~120mm 公差取 1.14mm；在 140~160mm 公差取 1.44mm;在 200~225mm 公差取 1.92mm;在 280~350mm公差取 2.5mm;在 315~355mm 公差取 2.8mm所以型腔尺寸如下：L1=[100×(1+0.005)-(3/4)×0.50] =100.75350.?17.0?型腔深度的尺寸計算：h =[h (1+k)-(2/3)Δ] （5.7）凹 塑 3??式中： h 凸模/型芯高度尺寸(mm) ；凹h 為塑件內(nèi)形深度基本尺寸 (mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；塑Δs 、K 含義如（1）式中。H1=[3×(1+0.005)-(2/3)×0.20] =2.885320.?07.?H2=[21.55×(1+0.005)-(2/3)×0.56] =21.3656. 19.02）凸模的外形尺寸計算： 模具設(shè)計14L =[L (1+k)+(3/4) Δ] （5.8）凹 塑 3??式中： L 凸模/ 型芯外形尺寸(mm)； 凹L 為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形尺寸；塑Δs 、k 含義如（1）式中。所以型芯的尺寸如下：L1=[100×（1+0.005 ）+ （3/4 ）×0.74] =100.46 374.0?025.?L3=[70×（1+0.005 ）+ （3/4 ）×0.50] =70.53 350.?017.?型芯的深度尺寸計算：h =[h (1+k)+ (2/3)Δ] （5.9）凹 塑 3??式中： h 為 凸模/ 型芯高度尺寸(mm)；凹h 為塑件內(nèi)形深度基本尺寸 (mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；塑Δs 、k 含義如（1）式中。型芯的高度分別為：H1=[20×（1+0.005）+ （2/3 ）×0.44] =20.434.0?015.?模具設(shè)計156 澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)設(shè)計時，應注意與注射機的注射口相符合，主流道、澆口套、定位圈等的各項參數(shù)與注射機的規(guī)格密切相關(guān)，由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸，所以模具的主流道部分通常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套，即澆口套。對澆注系統(tǒng)進行總體設(shè)計時，一般應遵循如下原則：A、了解塑料的成型性能B、盡量避免或減少產(chǎn)生熔接痕C、有利于型腔中氣體的排出D、防止型心的變形和嵌件的位移E、盡量采用較短的流程充滿型腔6.1 主流道設(shè)計設(shè)計手根據(jù)冊查得海天 110X1B 型注射機噴嘴有關(guān)尺寸如下：噴嘴前端孔徑：d0=φ2.5mm噴嘴前端球面半徑：R0＝10mm為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑 D 應稍大于注射噴嘴直徑 d。 D＝d+(0.5－1)mm=φ3+0.5＝φ3.2mm主流道的半錐角 α 通常為 1°－2°過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大，此處的錐角選用 1°。經(jīng)換算得主流道大端直徑 D＝φ7.74mm, 為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設(shè)計半徑ｒ＝1mm 的圓弧過渡。6.2 澆口的設(shè)計澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的熔體通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其主要作用是：（1）熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止其倒流；（2）熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時產(chǎn)生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模；模具設(shè)計16（3）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積的 0.03-0.09，澆口的長度約為0.5mm-2mm,澆口的具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值。當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為合適。圖 6.1 平衡式澆注系統(tǒng)模具設(shè)計177 排氣與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。所以，我們在模具上需要設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以到達理想的溫度要求。一般注射模內(nèi)的塑料熔體溫度為 200℃左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效地冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機玻璃等等，當塑件是小型薄壁時，如我們的塑件，則模具課簡單地進行冷卻或利用自然冷卻不設(shè)定冷卻系統(tǒng)：當塑件是大型的制品時，則需要對模具進行人工冷卻。通過比較最終確定本次設(shè)計的冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻方法。7.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計的原則1、冷卻水孔數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大。2、冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同間距，一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常用 12～15mm。3、降低入水與出水的溫度差，防止制品變形。4、水道的開設(shè)便于加工和清理，一般孔徑為 6～10mm。5、采用并流流向，加強澆口處的冷卻。7.2 冷卻水路的計算在注射過程中，塑件的冷卻時間是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時為止的這段時間。這一時間標準常以制品已充分固化定型而且具有一定的強度和剛度為準，確定生產(chǎn)周期： 脫冷注 tt??式中 t 為生產(chǎn)周期（s）,t 注為注射時間，t 冷為冷卻時間，t 澆為脫模時間,由《塑料制品成型及模具設(shè)計》 第 237 頁附錄 D 可查得 t 注 2-5s,t 冷 15-60s，總周期 t 為 30-140s;ABS 的單位熱流量： ABS 的單位熱流量 Qs 為 590-690 kJ/kg每小時需要注射的次數(shù) N=3600/t;模具設(shè)計18取 t=30s，可求得 N=120 次.每小時的注射量： hkgGNW/4.201????從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量 Qs 取 650kJ/kg,代入式中得sQ總JJhkg156065/4.2總根據(jù)塑件產(chǎn)品在模具中的位置和模板的布置，確定水路圖如圖 7.1 所示圖 7.1 水路圖7.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計如果型腔內(nèi)因各種原因產(chǎn)生的氣體不能被排除干凈，塑件上就會形成氣泡、產(chǎn)生熔接不牢、表面輪廓不清及充填不滿等成型缺陷，另外氣體的存在還會產(chǎn)生反壓力而降低充模速度，因此設(shè)計模具時必須考慮型腔的排氣問題。注射模通常以如下三種方式排氣1）利用配合間隙排氣模具設(shè)計192）在分型面上開設(shè)排氣槽3）利用排氣塞排氣對于簡單型腔的小型模具，可以利用推桿、活動型芯、活動鑲件以及雙支點鼓固定的型芯端部與模板的配合間隙進行排氣。其配合間隙不能超過 0.5 mm ,一般為 0.03-0.05 mm。本設(shè)計采用利用配合間隙排氣的方式排氣。模具設(shè)計208 頂出機構(gòu)的設(shè)計在注射成型的每一循環(huán)中，都必須便塑件從模具型腔中型芯上脫出,模具中這種脫出機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)（或推出機構(gòu)、頂出機構(gòu)） 。脫模機構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個動作，即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內(nèi)取出。(1)推出機構(gòu)應盡量設(shè)在動模一側(cè)以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作；(2)保證塑件不因推出而變形損壞,外形良好；(3)結(jié)構(gòu)簡單可靠:機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度；用推件板推出機構(gòu)中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm 的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。8.1 推桿復位裝置 推出機構(gòu)用可用多種方式復位，如彈簧復位，強制回位和回針復位，一般模具設(shè)計追求安全可靠，同時采用這三種方法。復位桿應對稱布置，長取 2~4 根，長度與推桿相同。 彈簧復位是一種簡單復位方法，它具有先行復位功能，數(shù)跟彈簧裝在動模板與推板之間，推出塑件時彈簧被壓縮，當注射機的頂桿后退，彈簧即將推板推回。其結(jié)構(gòu)如下圖 8.2 所示8.2 推件機構(gòu)的設(shè)計推出機構(gòu)——把塑件及澆注系統(tǒng)從從型腔中或型芯上脫出來的機構(gòu)。推出機構(gòu)組成：推出部件（推桿、拉料桿、復位桿、推桿固定板、推桿墊板、限位釘） 、推出導向部件（推桿導柱、推桿導套） 、復位部件（復位桿） 。采用塑料模具約10mm;如果脫模斜度較大的塑料件，可以彈出深度的2/3。本套模具的推出機構(gòu)為機動推出，形式較為簡單，其布置形式見圖3.6。模具設(shè)計21圖8.2 推桿的分布8.2.1 推桿長度的計算頂桿總長度為：h 桿=h 凸+h 動墊+S 頂+h 頂固 式中： h 桿 為推桿的總長度；模具設(shè)計22h 凸 為凸模的總高度；h 動墊 為動模墊板的厚度；S 頂 為頂出行程；h 頂固 為頂桿固定板的厚度；б1 為富裕量，一般為（ 0.05～0.1）mm，表示頂桿端面應比腔型的平面高出；б2 為頂出行程富裕量，一般為 3～6mm。根據(jù)以上公式計可得，推桿的總長度為 190mm。8.3 斜推桿的設(shè)計斜推桿是常見的側(cè)向抽芯機構(gòu)之一，它常用于制品內(nèi)側(cè)面存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)，強行推出會損壞制品的場合。它是將側(cè)向凹凸部位的成型鑲件固定在推桿板上，在推出的過程中，此鑲件作斜向運動，斜向運動分解成一個垂直運動和一個側(cè)向運動，其中的側(cè)向運動即實現(xiàn)側(cè)向抽芯。斜推桿有整體式和二段式，二段式主要用于長而細的斜推桿，此時采用整體式的斜推桿于彎曲變形。圖 3.9 斜推桿抽芯機構(gòu) [1]8.4 斜推桿的設(shè)計要點（1）要保證復位可靠。（2）在斜推桿近型腔一端，須做 6~10mm 的直身位，并做一 2~3mm 的掛臺起定位作用，以避免注塑時斜推桿受壓而移動。設(shè)計掛臺亦方便加工、裝配及保證內(nèi)側(cè)凹凸結(jié)構(gòu)的精度。（3）斜推桿上端面應比動模鑲件底 0.05～0.1mm，以保證推出時不損壞制品。模具設(shè)計23（4）斜推桿上端面?zhèn)认蛞苿訒r，不能與制品內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)（入圓柱、加強筋或型芯等）發(fā)生干涉；（5）沿抽芯方向制品內(nèi)表面有下降弧度時，斜推桿側(cè)移時會損壞制品。解決方案有：a.制品減料做平，但須征得客戶同意；b.斜推桿底部導軌做斜度 α，使斜推桿延遲推出。（6）當斜推桿上端面和鑲件接觸時，推出時不應碰到另一側(cè)制品。（7）斜推桿在推桿固定板上的固定方式見上圖 3.9.（8）當斜推桿較長或較細時，在動模板上加導向塊，幫助頂出及回位時的穩(wěn)定性。加裝導向塊時其動模必須和內(nèi)模鑲件組合一起切割。（9）斜推桿與內(nèi)模的配合公差取 H7/f6，斜推桿與模架接觸處避空。8.5 斜推桿傾斜角的確定斜推桿的傾斜角度取決于側(cè)向抽芯距離和推桿板推出的距離 H。它們的關(guān)系見圖3.10，計算公式如下：tanα=S/H其中：S=側(cè)向凹凸深度 S1+(2～3)mm 圖 3.10 幾何關(guān)系斜推桿的傾斜角度不能太大，否則，在推出過程中斜推桿會受到很大的扭矩的作用，從而導致斜推桿磨損，甚至卡死或斷裂。斜推桿的斜角一般為 3°～15°,常用 5°～10°。在設(shè)計過程中，這一角度能小不大。本設(shè)計的斜推桿如圖模具設(shè)計24圖8.5 斜推桿9 導向機構(gòu)的設(shè)計9.1 導向、定位機構(gòu)的主要功能1、定位作用 導向裝置直接保證動模、定模位置的正確性，保證模具型腔的形狀和尺寸的精確性，從而保證塑料制品的精度。同時，在模具裝配的過程中便于裝配和調(diào)整。2、導向作用 合模時引導動模按序正確閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側(cè)壓力。3、承載作用 塑料熔體在充模過程中，或由于成型設(shè)備精度低的影響，可能產(chǎn)生單向的側(cè)壓力，故需導向裝置能產(chǎn)生一定的單向側(cè)壓力，以保證模具的正常工作。9.2 導向機構(gòu)的設(shè)計9.2.1 導柱的設(shè)計（1）導柱應合理地均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具的強度。（2）導柱的長度應比型芯端面的高度高出 6-8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。（3）導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度。（4）為了使導柱能順利的進入導套、導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也模具設(shè)計25應倒角.（5）導柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護型芯不愛損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。(6)般導柱滑動部分的配合形式按 H8/f8，導柱和導套固定部分配合按 H7/k6，導套外徑的配合按 H6/k6;(7)除了動模、定模之間設(shè)導柱、導套外、 ，一般還在動模座板與推板之間設(shè)置導柱和導套，以保證推出機構(gòu)的正常運動。(8)導柱的直徑應根據(jù)模具大小而決定，可參考標準框架數(shù)據(jù)選取。9.2.2 導套的設(shè)計（1）該模具采用帶頭導柱，且加油槽；（2）導柱的長度必須比凸模端面高度高出 6～8mm；（3）為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分；（4）導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架（5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按 H7/m6 配合。導柱滑動部分按 H7/f7或 H8/f7 的（6）導柱工作部分的表面粗糙度為 Ra0.4μm；（7）導柱滑動部分按 H8/h8 間隙配合，固定部分按 H7/m6 過渡配合