拉鏈頭注塑模具設計【二維三維圖紙論文開題】,二維三維圖紙論文開題,拉鏈,注塑,模具設計,二維,三維,圖紙,論文,開題 畢業(yè)設計（論文）譯文 · 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP聯(lián)冷卻水道設計工具 摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設計師壓縮他們的設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)的模具設計軟件包內(nèi)的關聯(lián)設計方法。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計時間和后期設計更改的影響。 關鍵詞：冷卻回路 塑料模具設計 CAD/CAE關聯(lián)設計 設計自動化 ·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計意圖。豐富的設計信息不能完全由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計意圖信息流通。在注塑模具設計中這種信息差距也是非常明顯的。模具設計人員面臨著越來越多的壓力來減少設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)化設計、三維設計冷卻效果分析設計。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已經(jīng)應用來滿足模具設計信息表示的差距。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)幾何實體之間關系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關設計方法。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設計方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了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，在設計冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設計變量，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計中的變更以及模具的優(yōu)化設計。修改過程耗時且容易出錯，因為設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系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個層次，布局設計、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計進行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的CAD系統(tǒng)。 總之，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設計工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達到令模具設計師從繁瑣的更新和保持設計模型一致中得到解放的預期，使模具設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)生大量的相關鏈接的自動化的冷卻水道的設計工具。 1.1通用與把握設計意圖的相關問題 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，模具設計師被繁瑣的步驟所困擾。 1.2冷卻系統(tǒng)中的語義定義 一種面向?qū)ο蟮能浖O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) 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計的印象[14]，設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計師在冷卻回路格局上的個人的變化需求。 圖3典型的共線冷卻管道 另一方面，設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，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。 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)設計中，冷卻水道及其相關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計階段進行修改。由于所有的冷卻水道用相關聯(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聯(lián)到其它相關實體的性質(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，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。 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值。然后，他們以用戶的輸入為基礎更新。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置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預設條件驗證領域的項目，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聯(lián)的。假設孔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，也與面3有關。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聯(lián)。這是通過復制從一部分到另一部分具有持續(xù)關聯(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。假設原型面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。 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計，它極有可能將這項可以納入冷卻水道設計規(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計工具中的一種相關的設計方法。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上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點是模具設計人員可以更容易的在整個設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計中。 ·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》。 11 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題 目： 拉鏈頭注塑模具設計 一、課題來源、選題依據(jù)、課題研究目的、應用價值 拉鏈頭作為生活中的常見用品，種類有很多，每種不同的樣式都可作為模具注塑的一個研究項目。 在此次設計拉鏈頭零件塑料模具時，使我們對軟件的使用更為熟練，比如用UG畫模具三維圖、CAD繪模具裝配二維圖等。通過這次畢業(yè)設計，我們將對塑料模設計流程有更進一步的了解。本次畢業(yè)設計也用到了Moldflow模流分析，更貼近企業(yè)設計，同時節(jié)省開模時間。 對于本次設計，我們將綜合運用所學知識，完成材料的選用、材料的工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設計、型芯型腔尺寸的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。在以后的設計模具時，我們就知道怎樣能不能更好的選擇分型面等問題，在以后工作中設計模具時，我們就知道該怎樣去合理設計合理模具。讓我們對塑料模具的設計產(chǎn)生了更大的興趣。 二、課題研究的基本思路、研究的關鍵問題和研究手段（途徑） 對于拉鏈頭零件的設計而言，我們首先要考慮我們所設計的塑料件是否符合制造要求，然后運用模具注塑成型工藝及模具設計的基礎知識，分析塑料件的性能要求，選擇出符合該制件的材料。之后型芯型腔尺寸的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。 再此期間，我們將遇到很多問題，其中要研究的關鍵問題主要有塑料件材料的選用；塑料件的公差等級；注塑機的選擇。 還有一些細節(jié)方面，也是我們此次設計中將遇到的的問題。比如繪制零件圖時，要考慮型芯型腔精度、尺寸。 通過老師對塑料模相關知識的講解和翻閱很多有關沖壓模具設計的書籍、文獻，我們會對上述的關鍵問題逐一解決。 三、論文的主體框架和主要內(nèi)容概述 想要設計出一套完美的設計，必須掌握本設計塑料成型工藝及模具設計的基礎知識，設計一套完整的塑料模設計一般按以下的步驟來完成： 1、塑料件分析：1）功能分析2）塑件成型分析 2、成型工藝分析：1）塑件的選材 3、模具結(jié)構(gòu)設計：1）分型面的選擇 2）型腔的布局3）澆注系統(tǒng)的設計4）推出機構(gòu)的設計5）模架類型的選擇6）冷卻系統(tǒng)的設計7）排氣系統(tǒng)設計8）型芯型腔結(jié)構(gòu)設計9）側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)設計10)模具草圖繪制11）模具工作原理 4、模具尺寸計算與注塑機選擇：1）型芯型腔結(jié)構(gòu)尺寸計算 2）模具機構(gòu)尺寸計算3）側(cè)抽芯尺寸的計算4）注塑量的計算5）鎖模力的計算6）注塑機的選擇7）其他尺寸計算8）注塑機校核 5、模具圖紙的繪制：1）模具裝配圖的繪制）2）零件圖的繪制 以上5點基本上包括了設計一套模具所需的步驟和要求。同時，在之后的設計過程中，我們將通過查閱大量資料、手冊、標準等，結(jié)合教材上的知識也對塑料模具的組成結(jié)構(gòu)（澆注系統(tǒng)、頂料方式）有了系統(tǒng)的認識。 四、論文工作進度與安排 起訖日期 工作內(nèi)容 達到要求 畢業(yè)設計輔導，學生進行相關準備工作，選題并審批。 選題審批完成 教師下發(fā)任務書，學生完成開題報告，教師審核。 完成開題報告 學生提交開題報告并開始設計，教師指導。 開題報告審核完成，并已開始設計 老師指導，學生更改并定稿。 畢業(yè)設計最終稿完成 提交畢業(yè)設計材料（電子稿與紙質(zhì)稿）。 材料上交完成 畢業(yè)設計答辯。 五、指導教師意見 指導教師： 年 月 日 六、所在專業(yè)負責人審查意見 專業(yè)負責人： 年 月 日 七、參考文獻閱讀清單（要求8篇以上） 序號 題 目（及作者） 出處 （書籍及出版社、期刊名及期刊卷期號等） 1 吳百中. 機械制圖. 浙江：電子工業(yè)出版社，2011. 2 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. 3 張景黎．塑料模具設計與制造實訓教程． 北京：化學工業(yè)出版社，2009. 4 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設計. 北京：清華大學出版社，2005. 5 洪慎章. 實用注塑成型及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2006. 6 謝鵬程．高分子材料注射成型CAE理論及應用． 北京：化學工業(yè)出版社，2010． 7 褚建忠.塑料模具設計基礎及項目實踐. 浙江：浙江大學出版社，2015. 8 曹麗平 趙祝和. 塑料模具設計步驟與實例精解. 北京：機械工業(yè)出版社，2010. 9 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2008. 10 金文兵．機械設計基礎． 浙江大學出版社，2010. 畢業(yè)設計（論文） 題 目: 拉鏈頭注塑模具設計 拉鏈頭注塑模具設計 摘 要 本文主要介紹的是常見拉鏈頭注塑模具的設計方法。首先，分析了該零件的工藝特點，包括零件的材料性能、成型特性以及結(jié)構(gòu)工藝性等，接著介紹了我對這個零件分型面的選擇、型腔數(shù)目的確定和放置，重點介紹了模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)以及注塑機設備的選擇。本文論述的是拉鏈頭注塑模具設計，采用了龍記大水口兩板模結(jié)構(gòu)、一模四腔的型腔布方式，最后利用推桿將零件推出。 關鍵詞：材料性能；成型特性；澆注系統(tǒng)；冷料系統(tǒng) Ⅰ 目 錄 前 言 1 1 拉鏈頭工藝性分析 2 1.1 塑件及塑件的材料性能 2 1.2 塑件的分析 3 2 模具的結(jié)構(gòu)形式 5 2.1 分型面位置的確定 5 2.1.1 型腔數(shù)量及排列方式 5 2.1.2 模架的選擇 6 3 澆注系統(tǒng)的設計 7 3.1澆注系統(tǒng)的選擇 7 3.2 澆口位置的選取 7 3.3.澆注流道設計 8 4 冷卻系統(tǒng)的設計 10 4.1 冷卻回路的尺寸確定 10 4.1.1 冷卻回路的孔直徑的確定 10 4.1.2 冷卻回路圖形 10 4.2 冷卻回路的布置 10 5 注塑機設備的選擇 11 5.1 零件的體積和質(zhì)量計算 11 5.1.1澆注凝固體積的計算 11 5.1.2 選擇注射機 11 5.2 注塑機的相關參數(shù)的校核 11 5.2.1 注射壓力的校核 11 5.2.2鎖模力 及脹型 力的校核 12 6 成型零件的設計 13 6.1 型腔的 結(jié)構(gòu)設計 13 6.2型芯的結(jié)構(gòu)設計 14 6.3 模仁材料 15 7頂出機構(gòu) 16 8模具總圖 17 總 結(jié) 18 致 謝 19 附 錄 20 參考文獻 21 前 言 塑料模具，是塑料加工中和注塑機配套，利用型芯型腔間的間隙，注塑成完整結(jié)構(gòu)和精確尺寸的工具。塑料模主要包括凹模組件和凹模組合卡板組成的具有可變型腔的凹模，由凹模組合基板、凸模組件、凸模組合卡板、型腔截斷組件和側(cè)截組合板組成的具有可變型芯的凸模。注塑模不同于沖壓模，需要利用水路對注塑件進行降溫，以防止塑件出現(xiàn)不均勻的收縮。在制造過程中，模具凸、凹模以及輔助系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)配合，可加工出不同形狀、不同尺寸的系列塑件。 現(xiàn)如今，塑料制品在日常生活中得到廣泛的應用，注塑件憑借著優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和低成本等特點，應用的越來越廣泛。我國在注塑模方面發(fā)展的越來越迅速，相信以后，塑件能夠更好的為我們提供服務。 本次題目是對拉鏈頭注塑件的設計，由于自身水平有限，設計過程中存在著一些不足和不完善的地方，懇請指正。 1 拉鏈頭工藝性分析 1.1 塑件及塑件的材料性能 圖1-1 拉鏈頭 1. 材料名稱：聚酰胺（PA） 2. 生產(chǎn)綱領：大批量生產(chǎn) 3. 尺寸精度：一般精度 PA通稱尼龍，是一種應用廣泛的工程材料，易于加工。它的品種很多，有尼龍6、尼龍8、尼龍9、尼龍11、尼龍66等。其中，PA6和PA66應用較為廣泛，兩種材料的對比如下表所示。 表1-1 PA6與PA66的對比 PA6及PA66物理性能對比 對比項 PA6 PA66 單位 對比 熔點 215 252 ℃ PA66優(yōu)于PA6 熱變形溫度 68 75 ℃ PA66優(yōu)于PA6 拉伸強度 75 80 Mpa PA66優(yōu)于PA6 壓縮強度 850 105 Mpa PA66優(yōu)于PA6 彎曲強度 120 60-100 Mpa PA66優(yōu)于PA6 成型收縮率 0.8-2.5 1.5-2.2 % PA66成型收縮率區(qū)間小于PA6 經(jīng)過對比，得出PA66的性能優(yōu)于PA6，所以，我選擇了PA66. 特點：尼龍的吸水能力較強，潮濕的尼龍材料制作成的零件表面會出現(xiàn)銀絲，使產(chǎn)品的機械強度下降，所以加工前必須進行干燥處理。尼龍在受熱時穩(wěn)定性會變差，在對其進行干燥處理時難免會被氧化，最好采用真空干燥法；尼龍的熔融粘度低，流動性好，有利于制成強度特別高的薄壁塑件，但會有溢邊的產(chǎn)生，故模具必須選用最小間隙；尼龍成型收縮率范圍及收縮率大，方向性明顯，易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，因此成型工藝條件應嚴格控制。 1.2 塑件的分析 （1）外形尺寸 該塑件的厚度為2mm，外形尺寸不大，塑件的充型時間不長，適合注射成型，如圖1-1所示。 （2）精度等級 因為各位置的精度不同，所以公差就各有不一。故按照實際公差進行計算。 （3）脫模斜度 各種材料的脫模斜度如表1-1所示。 表2-1 塑料常用的脫模斜度 塑料名稱 脫模斜度 型腔 型芯 PE、PP、IPVC、PA、CPT、PC、PSF 25′～45′ 20′～45′ PVC、PC、PSF 35′～40′ 30′～50′ PS、PMMA、ABS、POM 35′～1°30′ 30′～40′ PE、UF、MFOAP、EP 25′～40′ 20′～50′ 注：本表所列脫模斜度適于開模后塑件留在型芯上的情形。 塑件在脫模時，由于本身的冷卻收縮和表面對模具型面的粘附、摩擦等作用，使塑件脫模困難?；螂m能脫模，但易引起零件損傷變形。所以塑件的型芯、型腔上，沿脫模方向均應設計足夠的脫模斜度（α）。根據(jù)上表的數(shù)據(jù)分析，我選用的脫模斜度是40′. 2 模具的結(jié)構(gòu)形式 2.1 分型面位置的確定 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、塑件的推出、嵌件的位置、排氣等多種因素的影響、因此在選擇分型面時應遵循以下的原則： 1）在塑件外形最大輪廓處； 2）利于塑件推出； 3）不影響精度要求； 4）不影響外觀質(zhì)量； 5）方便模具的加工制造； 6）利于排氣。 根據(jù)以上信息，分型面選在塑件的中間最好，有利于開模取件。如圖2-1。 圖2-1 分型面 2.1.1 型腔數(shù)量及排列方式 （1）型腔數(shù)量的確定 該塑件精度為一般精度，可大批量生產(chǎn)，采用一腔多模的結(jié)構(gòu)形式。同時，根據(jù)型芯、型腔以及塑件尺寸的大小關系，和moldflow的分析報告，初步確定為一模四腔的結(jié)構(gòu)形式。 （2）型腔排列形式的確定 一模多腔的模具盡可能使用平衡式的排列方式，并且澆注的澆口位置要對稱。因為我選擇的是一模四腔的排列形式，所以采用圓型對稱的形式，如圖2-2. 圖2-2 型腔排列形式 2.1.2 模架的選擇 模架分為兩板模和三板模兩種類型，又稱大水口和細水口。兩板模和三板模中又有多種不同的類型。兩板模是由A、B、C和I、H、T組合成的十二種不同的模架。其中A類是只有托板沒有推板的模架，B類是推板、托板都有的模架，C類是托板、推板都沒有的模架，D類是只有推板而沒有托板的模架；I是指工字模，H是指直身模，T是指直身模加面板。 根據(jù)以上的分析，所以我的選擇如下。 模胚類型：大水口 型號：CI 模胚規(guī)格：2525 A板：50 B板：60 C板：80 圖2-3 模架 3 澆注系統(tǒng)的設計 3.1澆注系統(tǒng)的選擇 1）熱流道澆注系統(tǒng) 優(yōu)點：注射周期較短、表面質(zhì)量較好、澆口位置能靈活選擇。 缺點：模具結(jié)構(gòu)更為復雜、模具成本更高、溫度較難控制。 2）冷流道澆注系統(tǒng) 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、塑料較穩(wěn)定、顏色更改方便。 缺點：注射周期長、產(chǎn)品質(zhì)量相對于熱流道較低。 通過比較，熱流道的制造出來的塑件質(zhì)量最好，注射速度最快，但由于該塑件成本比較低，結(jié)構(gòu)簡單，表面質(zhì)量要求不高，需要改變各種顏色，故選用冷流道澆注系統(tǒng)。 3.2 澆口位置的選取 塑件的型腔分析上已經(jīng)選用了側(cè)交口的一模四腔的設計，交口位置如圖所示 圖3-1 澆注口示意圖 3.3.澆注流道設計 澆注流道分為主流道和分流道兩部分，可參考圖3-1、3-2. 圖3-2流道圖 圖3-3 澆口套示意圖 本次澆道的設計采用了常規(guī)的半圓形澆道，模具的分流道設計在塑件的分型面處。根據(jù)塑件的質(zhì)量并查詢相關資料與課本后得，如圖3-3所示，該分流道直徑可取3.5mm，長度取14mm。主流道直徑可取4mm，長度取70mm. 冷料穴的設計較為簡單，因為其作用是為了防止塑件冷料流回型腔，對塑件成型造成影響，所以特將冷料穴設計在主流道的末端，放置在型芯板塊上。并在底板上放置了一個勾料桿，利用勾料桿的作用將凝料從冷料穴中拉出。 澆口為了方便以后改正，初步設計成寬1.2mm、高0.8mm的長方形形狀。 4 冷卻系統(tǒng)的設計 4.1 冷卻回路的尺寸確定 4.1.1 冷卻回路的孔直徑的確定 確定冷卻水孔的直徑時應注意，水孔的直徑不能大于14mm，如果大于這個數(shù)值，冷卻水流難以成為湍急狀態(tài)，會降低熱交換率。一般水孔的直徑可根據(jù)塑件的平均壁厚來確定。平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取8～10mm，平均壁厚2～4mm時，水孔直徑可取10～12mm，平均壁厚為4～6mm時，水孔直徑可取10～14mm. 本次設計的塑件壁厚為2mm，而且選擇的水孔直徑是8mm，滿足要求。 4.1.2 冷卻回路圖形 圖4-1 型芯冷卻回路圖 4.2 冷卻回路的布置 1）冷卻水道 水道的布置應盡量多，水道直徑的選擇應盡量大，可以最大化的使型芯表面的溫度分布均勻，以防止塑件在制造過程中出現(xiàn)不規(guī)則的收縮。 2)冷卻水道的放置 當塑件壁厚相差均勻時，冷卻水道在型芯中的位置最好在中間，當不均勻時，型芯表面到水道孔邊距離宜為10～15mm。 5 注塑機設備的選擇 5.1 零件的體積和質(zhì)量計算 由繪圖工具UG測量得出，該塑件的單體體積為406.23mm3 塑件的總體積V1=406.23×4=1624.92 mm3（一模四腔） 塑件的總質(zhì)量M1=ΡV1=1.12×1.62492≈1.82g（密度 1.12～1.15（g/cm3）） 5.1.1澆注凝固體積的計算 查資料可得，該塑件的凝固廢料要取塑件總體積的60%； 即，澆注凝固體積V2=V1×60%=974.952 mm3 于是，該塑件一次澆注所需的材料總體積和總質(zhì)量分別為 V=V1+V2=2599.872mm3 M=ΡV=1.12×2599.872≈29.12g 5.1.2 選擇注射機 根據(jù)計算得到，該模具一次注塑所需的材料總量為2.599cm3。同時根據(jù)以往經(jīng)驗，材料的總體積要與注塑機理論注射量的0.8倍相匹配，從而達到實際注塑的需求。因此此次注塑機的理論注射量 V=3.248cm3。所以我初步?jīng)Q定選用的注射機型號為XS-ZY-22，該注射機技術參數(shù)如下表5-1. 表5-1 注射機技術參數(shù) 一次注射量（cm3） 20,30 螺桿直徑（mm） 20,25 注射壓力（MPa） 75,117 注射方式 雙柱塞（雙色） 鎖模力（kN) 250 最大注射面積（cm2） 90 最大開模行程（mm） 160 模具最大厚度（mm） 180 模具最大厚度（mm） 60 動定模板尺寸（mm） 250×280 5.2 注塑機的相關參數(shù)的校核 5.2.1 注射壓力的校核 PA所需要的注射壓力p1=80～130MPa（取85MPa），這種型號的注射壓力p=75～117MPa，安全系數(shù)k1=1.25～1.4(可取1.3）。 k1×p1=1.3×85=110.5＜p 校核通過。 5.2.2鎖模力 及脹型 力的校核 塑件在分型面上的投影面積A1,經(jīng)過UG測量后得: A1=125.59mm2 澆注系統(tǒng)的投影面積按照塑件的一半來計算，取A2=85mm2，因此分型面上，塑料件和澆注系統(tǒng)所占的投影面積為： A=A1×4+A2=125.59×4+85=588mm2 模具型腔內(nèi)脹型力F=AP=588×37=21.754kN 其中P為模具型腔平均壓力值，一般取注射壓力的0.2～0.4倍。根據(jù)這套模具的實際情況，取了37MPa。 又依據(jù)上表5-1所得鎖模力f=250kN,鎖模力安全系數(shù)為k2=1.1～1.2(取1.2），那么 k2×F=1.2×F=1.2×21.754=26.1＜f 校核通過。 6 成型零件的設計 6.1 型腔的 結(jié)構(gòu)設計 產(chǎn)品塑件的外表面是通過型腔進行成型，再依據(jù)該產(chǎn)品的外觀要求，把型腔設計成鑲塊，做成一個單獨件。最后將型腔固定在定模板上。 如圖6-1所示 圖6-1 型腔整體嵌入結(jié)構(gòu)圖 6.2型芯的結(jié)構(gòu)設計 同型腔一樣，動模上的型芯也會有一些留在外面，型芯的設計也如型腔一樣，同樣是整體嵌入式，整體嵌入在動模板中。其結(jié)構(gòu)示意圖如下。 圖6-2 型芯整體嵌入結(jié)構(gòu)圖 6.3 模仁材料 模具材料的選擇會對產(chǎn)品的外觀有很大影響，對于透明件和表面要求拋鏡面的產(chǎn)品，可選用的材料有是S136、2316、718S、NAK80、PAK90、420，透明度較高的零件應選S136。故本次設計選用的是S136，并進行淬火。 7頂出機構(gòu) 設計這套模具的頂出機構(gòu)時，選用了頂桿和勾料針，在每個型芯中心部位各有一個頂桿，主澆道下方的冷料穴連接著勾料針。如圖7-1、7-2所示，可以簡化模具制造時的難度，并且能不影響塑件的取出。 圖7-1 頂出機構(gòu) 圖7-2 頂出機構(gòu) 8模具總圖 本套模具將采用UG三維圖來展示它的結(jié)構(gòu)。 圖8-1 模具總裝配圖 總 結(jié) 回想著自己從一開始學習模具這門課開始，就沒有認真的去對待，導致自己的步伐一直都在別人后面，直到大三，才開始緊張起來，認真聽講，多學多練才慢慢趕上。自從老師提起畢業(yè)設計的時候，我就下定決心，一定要寫一份讓自己和老師都滿意的論文，讓自己的大學生涯不落下遺憾。 一開始，我就想到了拉鏈頭這個注塑件，它的應用比較廣泛，是生活中的必需品，結(jié)構(gòu) 也不算復雜，于是，我就開始著手準備。但是，才剛剛起步，就發(fā)現(xiàn)了不少問題，先是分型面的選擇就把我難住了，因為這個零件的分型面有多種，我不知道哪種最好，正在納悶的時候，老師告訴我們，有一種軟件叫做moldflow，它是一種新型的零件模擬分析軟件，可以幫助我們找到最佳的分型面，果然，很簡單的就幫我找到了。分型面選擇好了之后，型芯和型腔就好弄了許多，在選擇點澆口還是測澆口上，我查閱了許多的資料，并進行了對比，最終選擇了冷流道測澆口的方式。在整個模具的設計過程中，最難得莫過于流道的設計了，因為我的設計經(jīng)驗比較匱乏，弄了很長時間還是不行，便去求教了老師，在老師的悉心指導下，一個完整的流道就完成了。其他的在自己不懈的努力下，終于全部完成了。 從塑件的材料性能分析，到分型面、注塑機、型芯型腔的選擇，以及流道和推桿結(jié)構(gòu) 的設計，我看到了自己這么長時間的不足，認識到自己學習的片面性，但我同樣在這段時間內(nèi)不斷改掉自己的缺點，學到了更多的知識，并能讓我努力的認真的去完成這篇論文，我很高興。 致 謝 附 錄 1 圖1-1 拉鏈頭 2 表1-1 PA6與PA66的對比 3 表2-1 塑料常用的脫模斜度 4 圖2-1 分型面 5 圖2-2 型腔排列形式 6 圖2-3 模架 7 表3-1 熱、冷流道澆注的區(qū)別 8 圖3-1 澆注口示意圖 9 圖3-2 澆口套示意圖 10 圖4-1 型芯冷卻回路圖 11 表5-1 注射機技術參數(shù) 12 圖6-1 型腔整體嵌入結(jié)構(gòu)圖 13 圖6-2 型芯整體嵌入結(jié)構(gòu)圖 14 圖7-1 頂出機構(gòu) 15 圖8-1 模具總裝配圖 參考文獻 [1] 陳其林. 企業(yè)管理. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. 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