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哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名： 祝加貝 學(xué)號(hào)：1030060125
學(xué) 院： 榮成學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
任務(wù)起止時(shí)間： 2014年02月24日至 2013年06月 20日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
通風(fēng)蓋板模具設(shè)計(jì)及裝配過(guò)程的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容：
1、翻譯外文資料、資料準(zhǔn)備和寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告（第1至第3周）；
2、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，制訂零件的加工工藝，并進(jìn)行相應(yīng)的工藝參數(shù)計(jì)算；（第4至第6周）；
3、設(shè)計(jì)所有的模具，畫(huà)出裝配圖以及所有零件的工作圖；（第7至第11周）；
4、模具加工過(guò)程的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)（第12至第14周）；
5、攥寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯；（第15周第16周）
注：要求全部用計(jì)算機(jī)繪圖和打印文稿（交打印件和電子稿）
資料：
1、機(jī)械制造工藝學(xué)；
2、模具設(shè)計(jì)及圖冊(cè)；
3、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)；
4、相關(guān)的技術(shù)資料。
5、Pro/ENGINEER相關(guān)資料；
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽名：
2014年 02 月20 日
系主任意見(jiàn)：
簽名：
2014年02月22日
教務(wù)處制表
教務(wù)處制表
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
通風(fēng)蓋板模具設(shè)計(jì)及裝配過(guò)程的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)
摘要
目前塑料在實(shí)現(xiàn)“以塑代鋼”方面起著不可忽視的作用，它正以其物美價(jià)廉的特征滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。工程塑料制品的速度增長(zhǎng)率為每年10%，然而在工程塑料中70%—80%以上的制品是采用注塑成型加工。如今塑料制品廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、汽車、航天、家電、玩具等各個(gè)行業(yè)。因此也使注塑模具的設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)了繁榮的景象。在模具設(shè)計(jì)中，Pro/E軟件以它強(qiáng)大的實(shí)體建模功能和結(jié)構(gòu)分析功能扮演著不可或缺的角色。
本文簡(jiǎn)要概述了CAD技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了CAD在模具工業(yè)中的使用和發(fā)展情況,介紹了在我國(guó)研究和發(fā)展模具CAD技術(shù)的必要性和迫切性, 介紹了Pro/E軟件的一些模塊及其功能，介紹模具與注射機(jī)的關(guān)系等，并圖文并茂介紹了利用Pro/E軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。涵蓋主題包括：模具型腔設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 開(kāi)模模擬等知識(shí)面。
在英文翻譯中，我將對(duì)國(guó)內(nèi)資料沒(méi)有詳細(xì)介紹的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)作了介紹。
關(guān)鍵詞?。核芰希荒＞?；CAD技術(shù)；Pro/E
The Design of the Ventilates Lap Mold and the Animation of the Assembly Process
Abstract
At present the plastic is playing the noticeable role in realizing "by plastic instead of steel" aspect. It is famous as its excellent in Quality and reason able in price characteristic and infiltrate to each domain of national economy. Engineering plastics go up by the ratio of 10% each year, however 70% - 80% above product isuses in the engineering plastics casts takes shape the processing. Now the plastic product widely applies in the domain of the electron, the machinery, the automobile, astronautics, the electrical appliances, the toy and so on. Therefore the design and the manufacture about the mold has broad foreground In mold design, Pro/E software is playing the indispensable role in its formidableentity modelling function and the structure analysis function.
This article has briefly outlined the development condition of the CAD technology in the domestic and foreign , introduced the use and development situation of the CAD in the mold industry ,introduced the necessity and urgency that develop and study mold CAD technology in our country, introduced some modules and its the function of the Pro/E software , introduced the relationship of the mold and the injection machine and introduced the entire processuses which realize the mold designs using the Pro/ E software abundantly and elegantly. The design subject includes: the design of mold cavity, the design of pours system, the design of drawing of patterns organization, the control system design about temperature, simulation of opening mold and so on.
In English translation, I have made the introduction to temperature control system that the domestic material not detailed introduction.
Keywords?。簆lastic; Injection Mold； CAD technology; Pro/E
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- II -
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 塑料注射模具CAD綜述 1
1.3 塑料注射模具CAD的特點(diǎn) 2
1.4 計(jì)算機(jī)在塑料注射模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用 2
1.5 現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展 3
1.6 新一代模具設(shè)計(jì)軟件技術(shù) 4
1.7 Pro/ENGINEER軟件介紹 4
第2章 注塑零件的設(shè)計(jì) 6
2.1 材料特性 6
2.1.1 使用性能 6
2.1.2 成型性能 6
2.2 塑料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
第3章 模具設(shè)計(jì) 8
3.1 塑料的成型工藝特性 8
3.2 注射機(jī)的選擇 9
3.3 模具材料的選擇 11
3.4 模具加工工藝 12
3.5 注射模具設(shè)計(jì) 13
3.5.1 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
3.5.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
3.5.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26
3.5.5 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
3.5.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
結(jié)論 32
致謝 33
參考文獻(xiàn) 34
附錄 35
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- III -
第1章 緒論
1.1 課題背景
1.2 塑料注射模具CAD綜述
產(chǎn)品的制造工藝過(guò)程都必須先進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作是新產(chǎn)品研制的第一步。設(shè)計(jì)工作的水平直接關(guān)系到新產(chǎn)品質(zhì)量性能、研制周期和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。手工設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員必須查閱大量的技術(shù)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)本單位和有關(guān)企業(yè)的技術(shù)資料，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析，把設(shè)計(jì)思想用圖紙和說(shuō)明書(shū)表達(dá)出來(lái)后，再與有關(guān)工程人員討論、修改。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中.設(shè)計(jì)人員花費(fèi)了大量的時(shí)間在繪圖和查閱資料上，造成智力和時(shí)間的浪費(fèi)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)今生產(chǎn)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，為了提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，CAD應(yīng)運(yùn)而生了。
CAD是二十世紀(jì)下半葉最重要的技術(shù)成果之一，其應(yīng)用水平往往體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家(地區(qū))的科學(xué)技術(shù)水平，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)和部門(mén)。模具行業(yè)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)最多，并同時(shí)也是最能體現(xiàn)CAD優(yōu)越性的部門(mén)之一。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，模具行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高、重要性日趨明顯。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法己不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。因此，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)模具CAD和模具CAM技術(shù)的開(kāi)發(fā)非常重視。早在二十世紀(jì)六十年代，國(guó)外一些飛機(jī)制造公司就開(kāi)始了CAD和CAM的研究工作。
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家較大的模具生產(chǎn)廠家在模具CAD/CAM上進(jìn)行了較大投資，正大力開(kāi)發(fā)研究這一技術(shù)。如法國(guó)的FOS模具公司己購(gòu)買(mǎi)了大型CAD/CAM系統(tǒng)，日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家也己開(kāi)發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于模具制造。
我國(guó)模具CAD/CAM的開(kāi)發(fā)開(kāi)始于二十世紀(jì)七十年代末。雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。到目前為止，先后經(jīng)過(guò)國(guó)家有關(guān)部門(mén)鑒定的有精沖模、普通沖裁模、輥鍛模、錘模和塑料注射模等，但這些系統(tǒng)大多數(shù)仍處于研究開(kāi)發(fā)階段，被推廣生產(chǎn)使用并形成商品化的不多。近幾年來(lái)華中理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高等院校對(duì)模具CAD進(jìn)行了卓有成效的研究。其中華中理工大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的HSC2.0注射模CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，己受到川門(mén)的重視。它是在Auto CAD軟件的基礎(chǔ)上，采用Auto CAD提供的ADS開(kāi)發(fā)平臺(tái)用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。它除了具有Auto CAD本身的功能外，還具有模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)計(jì)算校核子系統(tǒng)、塑料注射流動(dòng)、保壓與冷卻模擬子系統(tǒng)、數(shù)控線切割編程子系統(tǒng)、建庫(kù)工具和設(shè)計(jì)進(jìn)程管理等模塊。所有程序均能在Auto CAD的環(huán)境中集成運(yùn)行。
1.3 塑料注射模具CAD的特點(diǎn)
塑料注射模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要是:
1.外部約束多
即根據(jù)制品及生產(chǎn)廠家的要求，對(duì)成型制品的材料性能、成型工藝條件、模具結(jié)構(gòu)、使用設(shè)備等都要進(jìn)行充分的考慮。但主要的還是要考慮塑料制品的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小以及由此帶來(lái)的模具結(jié)構(gòu)問(wèn)題。如成型零件的結(jié)構(gòu)、頂出方式、排氣形式、冷卻回路的布置等。
2.模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜且靈活
注射模具包括澆注系統(tǒng)、成型零部件、脫模系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等組成。每一系統(tǒng)都有各自的結(jié)構(gòu)形式，且結(jié)構(gòu)形式由于加工制造方法、加工設(shè)備等的不同又有所區(qū)別，因此在設(shè)計(jì)中沒(méi)有固定的準(zhǔn)則，不同的設(shè)計(jì)人員對(duì)同一制品可能有多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靈活性很大。
因此，針對(duì)上述特點(diǎn)反映到模具CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面，要求系統(tǒng)具有功能豐富、流程復(fù)雜、交互性強(qiáng)、用戶界面友好等特點(diǎn)。
塑料注射模具CAD技術(shù)主要從兩個(gè)方面對(duì)模具設(shè)計(jì)人員提供強(qiáng)有力的幫助:一是模具結(jié)構(gòu)CAD;二是模具CAE。
模具結(jié)構(gòu)CAD包括模具總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)，數(shù)控仿真和數(shù)控程序的生成，模具裝配模擬，零件圖和裝配圖的生成與繪制等方面。
1.4 計(jì)算機(jī)在塑料注射模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用
塑料注射模具的設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。它包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具零件制造加工、模具裝配以及制品生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，在模具設(shè)計(jì)階段還要進(jìn)行有關(guān)部件的分析模擬與校核。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法難以全面考慮這些所有的環(huán)節(jié)。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)己應(yīng)用于上述的各個(gè)環(huán)節(jié)。借助于計(jì)算機(jī)這一強(qiáng)有力的工具和CAD這一先進(jìn)技術(shù)，可以把這些環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。下面主要論述模具總體方案設(shè)計(jì)和分析模擬過(guò)程中計(jì)算機(jī)CAD的應(yīng)用。
1.模具總體方案設(shè)計(jì)階段
該階段主要是根據(jù)塑料制品的要求，考慮成型型腔的數(shù)量、鑲件的材料、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)以及側(cè)向分型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，選擇模架類型、規(guī)格以及對(duì)注射設(shè)備的要求等。模具總體方案設(shè)計(jì)屬概念設(shè)計(jì)范疇，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果具有決定性影響。但是，其經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，需要考慮多方面的因素和要求。因此，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求高.此外，由于模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，總體方案的設(shè)計(jì)往往要經(jīng)過(guò)反復(fù)修改，是一個(gè)逐步尋優(yōu)的過(guò)程。
模具總體方案設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，為模具設(shè)計(jì)人員表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思和反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案提供了有效的手段，從而提高了設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性和設(shè)計(jì)效率。人們對(duì)模具結(jié)構(gòu)CAD的柔性技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了有關(guān)裝配模型、虛零件和符號(hào)零件等不同方案，并開(kāi)發(fā)出一些注射模具總體方案設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)。
現(xiàn)在，KBS技術(shù)(基于知識(shí)的系統(tǒng)，Knowledge-Based System)在模具總體方案設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，己成為一個(gè)重要的研究課題。這種技術(shù)應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中的設(shè)計(jì)知識(shí)，從塑料產(chǎn)品應(yīng)用需求、所用塑料的特性和工藝特征出發(fā)，經(jīng)過(guò)逐步推理得出模具結(jié)構(gòu)的各部分方案，從而得到總體設(shè)計(jì)方案。模具結(jié)構(gòu)總體方案確定后，通過(guò)數(shù)控加工模塊生成模具零件的數(shù)控加工程序，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)CAI〕與制造CAM兩個(gè)過(guò)程的連接，從而加快了模具設(shè)計(jì)與制造的周期。
2.分析模擬
對(duì)于精密、大型的塑料注射模具，其成型過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。在以往的模具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)起著十分重要的作用。但也經(jīng)常會(huì)進(jìn)行反復(fù)的試模和修模，以不斷修整模具的不合理部分。但這樣會(huì)造成制造周期的延長(zhǎng)和模具本身質(zhì)量的下降。
1.5 現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展?
模具設(shè)計(jì)是一個(gè)多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過(guò)程，從初始化到最后的裝配檢測(cè)，實(shí)質(zhì)上是將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息在生產(chǎn)環(huán)節(jié)間進(jìn)行不間斷傳送與處理并反饋的過(guò)程，正確的模具設(shè)計(jì)方法應(yīng)該是并行工程的方法，是實(shí)現(xiàn)模具CAD等各個(gè)模具間信息的提取、交換和處理的集成化，必須建立模具集成化的產(chǎn)品信息模型。采用基于特征變量化設(shè)計(jì)，工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等技術(shù)已成為目前研究的熱門(mén)。
運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行實(shí)物零件到實(shí)物的整個(gè)復(fù)雜過(guò)程稱為反演化工程，采用反演化技術(shù)，可迅速將事物CAD模型化，再利用已有的模具CAD系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，具有速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它使模具設(shè)計(jì)的流程由傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)向閉環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變：制件----模具設(shè)計(jì)----模具設(shè)計(jì)----制件同原件進(jìn)行比較調(diào)整，從而建立模具質(zhì)量保證體系。利用和集成各種計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)為通訊手段，協(xié)調(diào)企業(yè)的各種行為以獲得好的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，模具作為一種特殊的行業(yè)無(wú)疑要向計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展，這是未來(lái)模具設(shè)計(jì)總的發(fā)展趨勢(shì)。
1.6 新一代模具設(shè)計(jì)軟件技術(shù)
新一代模具軟件是建立在模具設(shè)計(jì)實(shí)踐中歸納總結(jié)出來(lái)的大量知識(shí)上。具有智能化意義 。在智能化軟件的支持下，CAD不在是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算方法的模仿，而是在先進(jìn)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下，充分運(yùn)用本領(lǐng)域?qū)＜业呢S富知識(shí)和成功經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)結(jié)果必然具有合理性和先進(jìn)性 。
新一代模具軟件以立體的思想，直觀的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，所以生成的三維結(jié)構(gòu)信息能方便地用于模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工，在三維參數(shù)化特征造型、成型過(guò)程模擬、數(shù)據(jù)加工過(guò)程仿真以及信息流的組織與管理方面已達(dá)到相當(dāng)完善的程度并具有較高的集成化水平。
新一代軟件已能具有面向裝配的功能，因?yàn)槟＞叩墓δ苓€有通過(guò)裝配結(jié)果才能體現(xiàn)出來(lái)，而新一代模具軟件可為模具設(shè)計(jì)人員提供多種途徑來(lái)建立模具的裝配模型。采用南向裝配的設(shè)計(jì)方法后，模具裝配不在是幾個(gè)零件的簡(jiǎn)單拼裝，起數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既能描述模具的功能，又可定義模具零部件間相互關(guān)系的裝配特征，實(shí)現(xiàn)零部件的關(guān)聯(lián)，因而能有效地保證模具的質(zhì)量，目前，車內(nèi)模具企業(yè)中已有相當(dāng)多的廠家引進(jìn)了較高檔次的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，諸多軟件在中車模具工業(yè)中應(yīng)用。
1.7 Pro/ENGINEER軟件介紹
隨著模具技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多設(shè)計(jì)和制造模具的優(yōu)秀的軟件。有：CADAM軟件包（Computer-graphics Augmented Design and Manufacturing,計(jì)算機(jī)圖形增強(qiáng)設(shè)計(jì)與制造）、CATIA軟件包（Computer-Graphics Aided Three-Dimensional Interactive Applications,計(jì)算機(jī)輔助三維圖形交互應(yīng)用軟件包）、Autodesk公司的AutoCAD系統(tǒng)、EDS公司的Unigraphics系統(tǒng)、PTC公司的Pro/ENGINEER系統(tǒng)。這些軟件的出現(xiàn)，使模具的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程變的更為方便和快捷。本設(shè)計(jì)采用的軟件是Pro/ENGINEER。
Pro/ENGINEER自1988年問(wèn)世以來(lái)，10年間已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D、 CAD/CAM系統(tǒng)。Pro/ENGINEER在今日儼然成為世界3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽機(jī)車、自行車、航天、家電、玩具等各行業(yè)。Pro/ENGINEER可謂是個(gè)全方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開(kāi)發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能于一體。
Pro/ENGINEER是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。
1.參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能
Pro/ENGINEER是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)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(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。
2. 單一數(shù)據(jù)庫(kù)
Pro/ENGINEER是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。
Pro/ENGINEER具有包括Pro/DESIGN、Pro/MECHANICAL、Pro/MOLDESIGN等27個(gè)模塊，本設(shè)計(jì)使用的主要是Pro/DESIGN、Pro/MOLDESIGN模塊。Pro/MOLDESIGN模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，它包括如下功能：
（1） 采用參照設(shè)計(jì)模型的方法，自動(dòng)生成模具型腔幾何體。
（2） 對(duì)單一、多面類似或者多面不同的型腔，采用 Pro/ENGINEER的組裝命令及花樣組來(lái)定出型腔。
（3） 對(duì)復(fù)雜的多面/注模，提供 Slider/CAMMED移動(dòng)功能。
（4） 用不同的縮減補(bǔ)償方式，修改造型幾何體。
（5） 在模擬過(guò)程，采用干擾核查的方法支定度及模似模具開(kāi)口及 Molding Ejection Sequence.
（6） 備有 AC Technology的 C—Flow/EZ分析軟件，提供空腔沖填及 AIR TRAPPING模擬、 Front、ram速度、weld線及流體速度(Flow)。
（7） 直接取得 Pertinent模具設(shè)計(jì)工程的信息，包括沖填器皿及型腔表面積等信息。
（8） 可生成模具的特定功能，包括澆口(Sprue)、澆道(Runner)、澆槽(Gates)、冷凝線(cooling line)及分離線。
（9）標(biāo)準(zhǔn)化的模具組裝及元件。
第2章 注塑零件的設(shè)計(jì)
2.1 材料特性
給定材料：尼龍66
2.1.1 使用性能
尼龍66具有堅(jiān)韌，耐磨性好，耐疲勞，耐水，抗霉菌，強(qiáng)度高等特點(diǎn)，主要適用于制作一般的機(jī)械零件，減磨耐磨零件，傳動(dòng)零件，以及化工、電器、儀表等零件。
2.1.2 成型性能
1.結(jié)晶料，熔點(diǎn)較高，熔融溫度范圍較窄，熔融狀態(tài)穩(wěn)定性差。料溫超過(guò)300℃、滯留時(shí)間超過(guò)30分鐘時(shí)，即會(huì)分解；
2.較易吸濕，成型前須預(yù)熱干燥，并應(yīng)防止再吸濕，含水量不得超過(guò)0.3%。吸濕后流動(dòng)性下降，易出現(xiàn)氣泡、“銀絲”等。高精度塑件應(yīng)經(jīng)調(diào)濕處理；
3.流動(dòng)性好，易溢料，溢邊值為0.02mm左右。用螺桿式注射機(jī)注射時(shí)，螺桿應(yīng)帶止回環(huán)，宜用自鎖式噴嘴，并應(yīng)加熱；
4.成型收縮范圍和收縮率大，方向性明顯，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形的弊病，成型條件應(yīng)穩(wěn)定；
5.融料冷卻速度對(duì)結(jié)晶度塑件結(jié)構(gòu)性能有明顯的影響，故成型時(shí)要嚴(yán)格控制模溫，一般按塑件壁厚在20～90℃范圍內(nèi)選取。料溫不宜超過(guò)300℃，受熱時(shí)間不得超過(guò)30分鐘，料溫高則收縮大，易出現(xiàn)飛邊。注射壓力高，易出飛邊，收縮減小，方向性強(qiáng)，注射壓力低，易發(fā)生凹痕、波紋。成型周期的長(zhǎng)短視塑件壁厚而定。為了減少縮孔、凹痕、縮孔，宜取低模溫，低料溫。樹(shù)脂粘度小時(shí)，高壓注射及冷卻時(shí)間取長(zhǎng)；
6.增大澆道和澆口截面尺寸可改善縮孔及凹痕。
2.2 塑料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.件幾何形狀
塑件的幾何形狀與成型法，模具分型面選擇，對(duì)塑件是否能夠順利成型和脫模有直接關(guān)系。由給定的二維圖，利用Pro/E軟件的實(shí)體造型功能進(jìn)行造型，塑件的形狀如下圖所示。
圖2-1 塑件視圖一
圖2-2 塑件視圖二
2.塑件壁厚的確定
塑件壁厚首先決定塑件的使用要求，即強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)，重量，電氣性能，尺寸穩(wěn)定性以及裝配等各項(xiàng)要求，另外還應(yīng)盡量使壁厚均勻，避免太薄，否則應(yīng)會(huì)因引起收縮不均塑件變形產(chǎn)生氣泡，凹陷等問(wèn)題。
（1） 尼龍加強(qiáng)制品壁厚可以查《塑料注射成型技術(shù)》（金盾出版社）表。
尼龍料溫200—300℃注射壓力（kgf/m2）800—2000。模溫40—60℃，壁厚1.0—4.0mm
以上是推薦值，現(xiàn)在文里還有一種確定壁厚的方法。
（2） 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法
δ=（L/100+0.4）×0.9=(172/100+0.4)×0.9=1.908mm
考慮到尼龍沖擊強(qiáng)度高，韌性好，再結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求， 取壁厚為1.8mm
第3章 模具設(shè)計(jì)
3.1 塑料的成型工藝特性
塑料制件設(shè)計(jì)視塑料成型方法和塑料品種性能不同而有所差異。本節(jié)主要討論塑料制件品中產(chǎn)量最大的注射成型模具的設(shè)計(jì)。
塑料在常溫下是玻璃態(tài)，若加熱則變?yōu)楦邚棏B(tài)，進(jìn)而變?yōu)檎沉鲬B(tài)，從而具有優(yōu)良的可塑性，可以用許多高生產(chǎn)率的成型方法來(lái)制造產(chǎn)品，這樣就可以節(jié)約原料，節(jié)省工時(shí)，簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，且對(duì)工人技術(shù)要求低，易于組織大批量生產(chǎn)。塑料制件主要是根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于塑料有其特殊的物理機(jī)械性能，因此設(shè)計(jì)塑料件是必須充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點(diǎn)，避免或補(bǔ)償其缺點(diǎn)，在滿足使用要求的前提下，塑料件形狀應(yīng)進(jìn)可能地作到簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，符合成型工藝特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)塑料件是必須考慮以下幾個(gè)方面的因素：
1. 收縮率
塑料從熱的模具中取出并冷卻到室溫后，其尺寸發(fā)生變化的特性稱為收縮率。成型收縮主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：塑件的線尺寸收縮、收縮方向性、后收縮、后處理收縮。收縮綠用尺寸相對(duì)收縮的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。由于金屬與塑料的線脹系數(shù)不同，收縮率分為實(shí)際收縮率和計(jì)算收縮率。實(shí)際收縮率表示模具或塑件在成型溫度時(shí)的尺寸與塑件在室溫時(shí)的尺寸之間的差別，而計(jì)算收縮率則表示室溫時(shí)模具尺寸與塑件尺寸的差別。這兩種收縮率的計(jì)算可按下列公式求得：
Q實(shí)=（a-b）/bх100%
Q計(jì)=（c-b）/bх100%
式中 Q實(shí)為實(shí)際收縮率；
Q計(jì)為計(jì)算收縮率；
A為模具或塑件在成型溫度時(shí)的尺寸（mm）；
B為塑件在室溫時(shí)的尺寸（mm）；
C為模具在室溫時(shí)的尺寸（mm）。
影響收縮率變化的因素主要有以下幾個(gè)方面：塑料品種、塑件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝。
2.比體積和壓縮率
比體積是單位質(zhì)量的松散塑料所占的體積，以cm3/g計(jì)；壓縮率是塑料的體積與塑件的體積之比，其值恒大于1。比體積和壓縮率都表示粉狀或短纖維狀塑料的松散性。它們都可以用來(lái)確定模具或注射機(jī)加量的大小。
3.流動(dòng)性
塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動(dòng)性。流動(dòng)性過(guò)大容易造成溢料過(guò)多，填充不密實(shí)，塑件組織疏松，樹(shù)脂與填料分頭聚積，易粘模而使脫模和清理困難以及過(guò)早硬化等缺陷；流動(dòng)性過(guò)小則填充不足，不易成型，成型壓力增大。因此選用塑件的流動(dòng)性必須與塑件要求，成型條件相適應(yīng)。
4.吸濕性、熱敏性及揮發(fā)物含量
5.結(jié)晶性
6.應(yīng)力開(kāi)裂及熔體破裂
有些塑料在成型時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而使塑件質(zhì)脆易裂，在外力作用下或在溶劑作用下即發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。熔體破裂是指一定熔融指數(shù)的塑料，在恒定溫度下通過(guò)噴嘴孔時(shí)其流速超過(guò)某值后，熔體表面發(fā)生明顯橫向裂紋的現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象既影響塑件的外觀質(zhì)量，又有損塑件的性能。增加模具的脫模斜度，適當(dāng)調(diào)節(jié)模溫、料溫和注射壓力，適當(dāng)加大噴嘴孔徑，減小注射速度都是有效的解決辦法
3.2 注射機(jī)的選擇
每付模具都只能安裝在與其相適應(yīng)的注射機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)，因此模具設(shè)計(jì)與所用的注射機(jī)關(guān)系十分密切。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范。才能設(shè)計(jì)出合乎要求的模具。從模具設(shè)計(jì)角度出發(fā)，首先應(yīng)了解的技術(shù)規(guī)范有：注塑機(jī)的最大注射量、最大注射應(yīng)力、最大鎖模力、最大成型面積、模具的最大和最小厚度、最大開(kāi)模行程，以及機(jī)床模板安裝模具的螺釘孔（或T形槽）的位置和尺寸。
1.塑件體積的初估
（1）塑件體積的計(jì)算
利Pro/E軟件中的模型分析功能,計(jì)算出單個(gè)塑件的體積為30.14cm3.則塑件的體積為:
V1=2×30.14cm3=60.28cm3
（2）流道體積的初估
V2=3.14×0.6162×6.5×1.2=9.30cm3
（其中1.2為分流道襯套不規(guī)范系數(shù)）
（3）注射總體積V0的計(jì)算
V0=V1+V2=60.28+9.30=69.58cm3
2.注塑機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)的注塑材料是尼龍66，由《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》一書(shū)可以得知其工藝參數(shù)如下：
[溫度參數(shù)]
預(yù)熱干燥溫度：100～110℃
料筒溫度：245～350℃（后段）
噴嘴溫度：170～180℃
模具溫度：20～90℃
后處理溫度：90～100℃
[壓力參數(shù)]
注射壓力：70～120Mpa
[速度或時(shí)間參數(shù)]
預(yù)熱時(shí)間：12～16h
注射時(shí)間：20～90s
高壓時(shí)間：0～5s
冷卻時(shí)間：20～120s
總成型周期：50～220s
后處理時(shí)間：4h
根據(jù)以上參數(shù)，由《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-33做參考，選用XS-ZY-125塑料注射機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
注射容量，cm3：125 螺桿（柱塞）直徑，mm：42
注射壓力，MPa：119 噴嘴球直徑，mm：12
鎖模力，KN：900 拉桿內(nèi)間距，mm：570×570
移模行程，mm：300 最大模具厚度，mm：300
最小模具厚度，mm：200 模具定位孔直徑，mm：100
噴嘴球直徑，mm：12
3. 合模力校核
由XS-ZY-125的參數(shù)，鎖模力F=1000，校核其是否合格。
分型面方向最大投影面積
A=9.8×17.2×2=337.12cm2
最大合模力的計(jì)算
F=K×A×Q/900=（1.1—1.2）×100.3×2150/900×（25%—50%）<[F]
其中k為安全系數(shù)取1.1—1.2
A為最大投影面積 cm2
Q為腔內(nèi)壓力其約為25%—50%的注射壓力
所以在合模力方面XS –ZY-125符合要求
4. 模具厚度校核
所設(shè)計(jì)的模具厚度設(shè)計(jì)
H應(yīng)滿足 Hmin=200mm ， Hmax=300mm
H=205mm
校核:200〈205〈300
此模具在厚度方面已經(jīng)滿足XS-ZY-125的要求
3.3 模具材料的選擇
現(xiàn)代注塑成型技術(shù)必須能以低廉的成本滿足高質(zhì)量的要求，日益提高產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。為此，必須控制成型工藝，合理選擇注射材料，并根據(jù)產(chǎn)品要求控制模具成型尺寸精度及表面質(zhì)量。由于塑料尺寸精度的高低，要求模具必須按相應(yīng)的精度或更高的精度進(jìn)行制造。模具在制造過(guò)程中，必須能承受巨大的注射壓力進(jìn)而可靠地完成重復(fù)動(dòng)作，同時(shí)使模具的工作壽命盡可能的高，以補(bǔ)償一次性的巨額投資。模具的可靠性及使用壽命除與內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用過(guò)程中的保養(yǎng)關(guān)系外，主要取決于模具所選用的材料、熱處理方法及制造的加工方法。
合金鋼最適合用來(lái)做模具，目前國(guó)內(nèi)常用的塑料模具材料是45鋼，50鋼和55號(hào)鋼，通常使用的是45鋼，這種材料不但能夠滿足模具工作的要求，而且價(jià)格低廉，易于購(gòu)買(mǎi)。而鑲塊或型腔嵌件有時(shí)也用其他的材料。注射模具通常由幾個(gè)部分組成，這些部件在模具內(nèi)有各自的功能，因而在選材和熱處理方面有各自的要求，我們主要討論選材方面。
1.型腔、型芯材料的選擇
主要性能要求：除了要求有較強(qiáng)的耐磨性以外，還要有較高的強(qiáng)度，在加工某些材料時(shí)，還要求有較好的熱應(yīng)性或耐蝕性。此外，由于制件的形狀、大小、精度和批量各不相同，因此模具中同類的零件也應(yīng)該根據(jù)具體情況選材。綜合本設(shè)計(jì)要求，選材為：55鋼其熱處理方法為淬火加低溫回火且HRC≥55。
2.導(dǎo)柱、導(dǎo)套材料的選擇
主要性能要求：較高的硬度和耐磨性。中心有一定的韌性。
導(dǎo)柱材料：20Mn2B 熱處理方法：滲碳 HRC≥55
導(dǎo)套材料：20Mn2B 熱處理方法：滲碳 HRC大于導(dǎo)柱。
3.澆口套的材料選擇
主要性能要求：表面耐磨，有時(shí)還需要耐腐蝕性和熱硬性。
澆口套材料：T8A 熱處理方法：淬火加低溫回火 HRC≥55
4.頂出桿、拉料桿的材料及要求
主要性能要求：一定的強(qiáng)度及耐磨性
頂出桿材料：45鋼 熱處理方法：端部淬火 HRC≥55
5.各種模板、頂出板、 固定板、 模腳等材料的選擇及要求
主要性能要求：一定的強(qiáng)度。
材料：45鋼 熱處理方法：調(diào)質(zhì)處理。 Hb≥200
6.螺栓、螺釘、定位環(huán)等材料的選擇及要求
主要性能要求：一般強(qiáng)度 材料：鋼45
3.4 模具加工工藝
模具是生產(chǎn)塑料制品必需的設(shè)備，模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，正確設(shè)計(jì)和制造模具，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一。
模具由許多零件組成，從制造來(lái)看，這些零件可以分為三類：標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和專用件。
1.型腔的加工方法
（1）用通用機(jī)床加工 由于通用機(jī)床不適宜加工成型表面，因此主要依靠技工的技術(shù)用手工的方法來(lái)輔助加工，生產(chǎn)率很低，成本很高，質(zhì)量也不易保證。
（2）用專用切削機(jī)床加工 主要是仿型銑床。由于此類機(jī)床價(jià)格高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，難以普遍采用。
（3）采用型腔加工新工藝 由于型腔加工的重要性和困難性，因此很久以來(lái)人們就想了各種方法解決，至今已有了很多較為適用的型腔加工新工藝。它們的出現(xiàn)，使型腔加工的周期大為縮短，成本也相應(yīng)下降?，F(xiàn)在我國(guó)各專業(yè)模具都已采用新工藝作為制造模具的重要手段。目前比較重要的型腔加工新工藝有冷擠壓加工、電火花加工、精密鑄造和低壓鑄造等。這些方法都具有其優(yōu)點(diǎn)和各自的情況來(lái)考慮。
2.冷擠壓
型腔冷擠壓成型，使在室溫條件下，利用裝在壓力機(jī)上的沖頭（凸模），以很大的壓力（擠壓鋼時(shí)可達(dá)200kg/mm2以上）擠入模胚，使模胚產(chǎn)生塑性變形，從而形成和沖頭的形狀及大小一致的凹穴，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)那邢髁π拚?，使成為所需的型腔，該工藝有如下?yōu)點(diǎn)
（1）生產(chǎn)效率高 尤其是多腔的情況。
（2）精度和光潔度高 精度可達(dá)三級(jí)或更高，光潔度可達(dá)9-10，有
凸模的精度和光潔度來(lái)決定。
（3）冷擠壓可使模坯的金屬組織更加緊密，硬度和耐磨性亦有所提高。
3.電火花加工
模具型腔的電火花加工，也稱電脈沖加工，也已用工件和工具電極（以下簡(jiǎn)稱電極）之間產(chǎn)生約一萬(wàn)度的高溫，使該點(diǎn)的金屬熔化，氣化而被蝕去，在大量的火花放電情況下，就會(huì)不斷地蝕去金屬，最終形成所需形狀的型腔。電火花加工是在四十年代中期發(fā)明的，由于它具有溫度高區(qū)域小等特點(diǎn)，因此可以對(duì)任何高熔點(diǎn)或高硬度合金進(jìn)行尺寸加工，電火花加工不同于切削加工，切削加工時(shí)刀具的硬度必須大于工件的硬度，而且由于切削力較大，所以刀具本身必須具有一定的強(qiáng)度及剛度。而電火花加工時(shí)基本上不存在什么“切削力”，因此，惦記的硬度可以大大低于工件。電火花加工模具的方法的發(fā)展，給模具設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了極大的方便，主要有以下三方面：
（1）過(guò)去由于切削加工的限制，某些形狀的型腔需要將整體模分組再合模，現(xiàn)在可以整體制造，從而方便了加工而且有利于模具強(qiáng)度和剛度的提高。
（2）由于電火花加工不受材料的強(qiáng)度和硬度的影響，所以模胚可以先淬火后加工以避免淬火變形對(duì)型腔尺寸和形狀的影響。
比用機(jī)，鉗加工可以提高生產(chǎn)率，降低技術(shù)，并減少了對(duì)熟練技工的需要。
3.5 注射模具設(shè)計(jì)
注射?？煞譃閯?dòng)模和定模兩大部分，注射時(shí)動(dòng)模和定模閉合構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，開(kāi)模時(shí)動(dòng)模和定模分離，取出塑件。定模安裝在注射機(jī)固定模板上，而動(dòng)模則安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上。
注射模的總體功能結(jié)構(gòu)分為：
（1）成型部分—做為塑件的幾何邊界，包容塑件，完成塑件的結(jié)構(gòu)尺寸等的成型。
（2）澆注系統(tǒng)—將注射機(jī)噴嘴過(guò)來(lái)的熔融塑料過(guò)度到型腔中，起了輸送管道的作用。
（3）排氣系統(tǒng)—充模時(shí)，排除熔料進(jìn)入后模腔中多余的氣體或料流端的冷料等。
（4）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)—控制模具的溫度，使熔融塑料在充滿模腔后迅速可靠定型。對(duì)于不同的塑料和塑件，溫度調(diào)節(jié)的方法不一樣，在本例中，不設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。
（5）脫模機(jī)構(gòu)—把模腔中定型后的塑件 從模具中脫分并取出的部件。
（6）模體（模架）—是整個(gè)模具的主骨架，通過(guò)它將模具的各個(gè)部分有機(jī)的結(jié)合在一起，并在使用時(shí)，通過(guò)它與注射機(jī)聯(lián)系在一起。
3.5.1 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.5.1.1 分型面的確定
選擇模具分型面應(yīng)考慮以下基本原則：
1． 塑件質(zhì)量考慮
（1）確保塑件尺寸精度
選擇分型面的時(shí)，應(yīng)考慮減小由于脫模斜度造成塑件的大小端尺寸差異。由于本塑件相對(duì)高度較小，而且自身有斜度，所以選底面為分型面。
（2）確保塑件表面要求
分型面應(yīng)盡可能選擇在不影響塑件外觀的部位以及塑件外觀的要求，而且分型面處所產(chǎn)生的飛邊應(yīng)容易修整加工。
2． 注射機(jī)技術(shù)規(guī)格考慮
（1）鎖模力考慮
盡可能減少塑件在分型面上的投影面積。當(dāng)塑件在分型面上的投影面積接近于注射機(jī)的最大注射面積時(shí)， 有產(chǎn)生溢料的可能。
（2）模板間距考慮
本塑件高度僅有12mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于注射機(jī)移模行程，因此不用過(guò)多考慮模板間距。
3.模具結(jié)構(gòu)考慮
（1） 簡(jiǎn)化脫模部位
為便于塑件脫模，應(yīng)是塑件在開(kāi)模時(shí)盡可能留于動(dòng)模部分
（2） 方便澆注系統(tǒng)的布置
（3） 便于排溢，有利于氣體的排出，分型面盡量與料流的末端重
合，即零件的上表面。
（4） 模具整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，盡量減少分型面數(shù)目，盡量采用平直分
型面。
4. 模具制造難易性考慮
此次設(shè)計(jì)的通風(fēng)蓋板的外形較簡(jiǎn)單， 模具制造相對(duì)比較容易。
本設(shè)計(jì)完全是在Pro/Engineer環(huán)境下設(shè)計(jì)的，下面我就本設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)—型腔設(shè)計(jì)做詳細(xì)講解。
3.5.1.2 靠破孔填補(bǔ)
利用靠破孔填補(bǔ)的方法，將塑件上的兩小孔填補(bǔ)上，并使利用合并工具把零件表面合并成一個(gè)完整的面。
點(diǎn)選圖標(biāo)，選擇零件，單擊確定打開(kāi)。如圖3-1所示。
圖 3-1 塑件
通過(guò)自定義建立曲線，利用混合，功能將原零件上兩孔補(bǔ)滿并通過(guò)合并工具將其表面合并成為一體。如圖3-2所示。
圖3-2補(bǔ)孔與合并
3.5.1.3 切口的生成
生成切口，以便在后面型腔生成過(guò)程中能將塑件從模具型腔中切除。
單擊圖標(biāo)，彈出如圖3-3所示，在類型中選取組件，點(diǎn)選取消缺省模板，單擊確定，彈出圖4-4，如圖選取，單擊確定。
圖 3-3新建
圖3-4 新文件選項(xiàng)
單擊圖標(biāo)，選擇零件，彈出元件放置菜單，如圖3-5，單擊缺省，完成零件的放置。單擊圖標(biāo)，彈出圖3-6元件創(chuàng)建菜單，確定后彈出3-7創(chuàng)建選項(xiàng)，如圖選取確定。
圖3-5元件放置
圖3-6 元件創(chuàng)建
圖3-7 創(chuàng)建選項(xiàng)
再次單擊圖標(biāo)，選擇相同零件，在放置菜單里定義兩個(gè)零件的相對(duì)位置。單擊拉伸成毛坯如圖3-8。
圖3-8 毛坯
激活毛坯→插入→數(shù)據(jù)共享→切出，左鍵選取零件→再全取毛坯→確定→創(chuàng)建切口成功。
3.5.1.4 型芯及動(dòng)定模板的生成
1.型芯的生成
逐個(gè)選中紅色的零件邊界→編輯→延伸到面→選中終止面→確定。結(jié)果如圖3-9所示
圖3-9 邊界延伸
選中分模面分別對(duì)型芯和腔體進(jìn)行編輯→實(shí)體化操作生成型芯和腔體。如圖3-10和圖3-11.
圖3-10 型芯
圖3-11腔體
2.動(dòng)、定模板的生成
單擊選擇腔體上表面或下表面做參考平面，在腔體上創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)面將腔體平均分成上下兩部分。如圖3-12。
圖3-12 創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)面
以前個(gè)步驟所建基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)分別減切上部分和下部分，生成動(dòng)模板和定模板。如圖3-13、3-14。
圖3-13 下模板
圖3-14定模板
3.動(dòng)、定模板的最終生成
分別在動(dòng)、定模板上進(jìn)行導(dǎo)孔，螺紋孔，銷孔等設(shè)計(jì)。如圖3-15、3-16。
圖3-15動(dòng)模板
圖3-16定模板
3.5.1.5 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件外型的主要部分。整體方式強(qiáng)度，剛度好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而鑲拼式凹模的剛性不如整體式凹模，且易在塑件表面留下鑲拼線痕跡，而且模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且該塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用鑲拼組合方式的凹模會(huì)使模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且影響模具的剛度及塑件的成型質(zhì)量，所以采用整體式凹模牢固可靠，不易變形，簡(jiǎn)化了模具的結(jié)構(gòu)，成型的塑件質(zhì)量較好。凹模的結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。
圖3-17凹模
3.5.1.6 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模是成型塑件內(nèi)形的成型零件。原理同凹模設(shè)計(jì)，為了簡(jiǎn)化模具制造工藝，是模具維修，更換方便，凸采用鑲塊的方式設(shè)計(jì)，在動(dòng)模板上鑲上兩個(gè)型芯。凸模的結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。
圖3-18凸模
3.5.1.7 型腔壁厚計(jì)算
塑料模具要求既不允許強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不允許因剛度不足而發(fā)生過(guò)大變形，因此要求對(duì)強(qiáng)度和剛度加以合理考慮。
在注射成型過(guò)程中，型腔所受的力有塑料熔體的壓力，合模時(shí)的壓力，開(kāi)模時(shí)的拉力等，其中最主要的是塑料熔體的壓力。在塑料熔體壓力作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形。若型腔側(cè)壁和底壁厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔即發(fā)生強(qiáng)度破壞。與此同時(shí)，剛度不足則發(fā)生過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導(dǎo)致脫模困難等。但是，理論分析和時(shí)間證明，模具對(duì)強(qiáng)度及剛度的要求并非同時(shí)兼顧。對(duì)大尺寸型腔，剛度不足是主要問(wèn)題，剛度的計(jì)算的條件則由于模具特殊性，可以從以下幾個(gè)方面加以考慮：
1.要防止溢料
模具型腔的某些配合面當(dāng)高壓塑料熔體注入時(shí)，會(huì)產(chǎn)生足以溢料的間隙。為了使型腔不致因模具彈性變形而發(fā)生溢料，此時(shí)應(yīng)根據(jù)不同塑料最大不溢料間隙來(lái)確定其剛度條件。對(duì)于尼龍66 這種中等黏度塑料，最大不溢料間隙為0.02mm
2.應(yīng)保證塑件精度
塑件均有尺寸要求，這就要求模具型腔具有很好的剛性，即塑料注入時(shí)不產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5，該塑件的公差為0.5mm，因此允許彈性變形量為0.1mm.
3.要有利于脫模
當(dāng)變形量大于塑件冷卻收縮值時(shí)，塑件的周邊將被型腔緊緊包住而難以脫模，強(qiáng)制頂出則易使塑件劃傷或損壞，因此型腔允許彈性變形量應(yīng)小于塑件的收縮值。但是，一般說(shuō)來(lái)塑料的收縮率較大，因此型腔的變形量總是小于塑件的收縮值，所以能滿足本項(xiàng)要求。
3.5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開(kāi)始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道，其有主流道，分流道，澆口及冷料穴組成.
3.5.2.1 主流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主流道是指從注射機(jī)噴嘴與模具接觸的部位起，到分流道為止的這一段。熔融塑料首先經(jīng)過(guò)主流道，主流道的斷面形狀常為圓形。主流道的截面積過(guò)小，塑料在流動(dòng)的過(guò)程中冷卻面積相對(duì)增加，熱量損失大，黏度增加，流動(dòng)性降低，成型壓力損失大，造成成型困難；如主流道截面面積過(guò)大，會(huì)使流道容積增大，塑料耗量增多，而且會(huì)使塑料流動(dòng)過(guò)程中壓力減弱，冷卻時(shí)間延長(zhǎng)，容易產(chǎn)生紊流或渦流，使塑件產(chǎn)生氣孔，影響塑件質(zhì)量。
為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其半錐角α=2～6○內(nèi)壁必須光滑，表面粗糙度應(yīng)在Ra1.6～Ra0.8μm,取Ra1.6.其小端直徑R=r+(0.5～1)mm,通常取4～8mm.主流道大端應(yīng)呈圓角,其半徑常取r=1～3mm,減小料流轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力.澆口套的一端常設(shè)計(jì)成帶凸臺(tái)的圓盤(pán),高度為5～10mm,并與注射機(jī)的固定模板的定位孔間隙配合，襯套的球形凹坑深度常取3～5mm。在保證塑件成型良好的前提下，主流道的長(zhǎng)度盡量短，否則將會(huì)使主流道凝料增多，塑料損耗量大，且增加壓力損失，使塑料降溫過(guò)多而影響注射成型。通常主流道長(zhǎng)度小于或等于60mm。澆口套的設(shè)計(jì)如下圖3-17所示。
圖3-19澆口套
3.5.2.2 澆口設(shè)計(jì)
1. 澆口又稱進(jìn)料口或內(nèi)流道。本例采用扇型澆口。
它是從流道到型腔方向的寬度逐漸增加呈扇型的側(cè)澆口。它適用于長(zhǎng)條或扁平而薄的塑料件。因熔融的塑料橫向分散進(jìn)入模具型腔，減少了流紋和定向效應(yīng)。如圖3-18、3-19。
圖3-20 澆口二維圖 圖3-2 澆口三維圖
2. 澆口位置的選擇
澆口位置開(kāi)設(shè)的正確與否，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口位置是提高塑件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。選擇澆口位置時(shí)應(yīng)遵循以下原則，并根據(jù)具體情況決定：澆口的位置選擇應(yīng)盡量避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)；澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件斷面最厚處，以利于塑料填充及補(bǔ)料；澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流程最短，料流變向最少，以減少流動(dòng)能量的損失；應(yīng)有利于型腔內(nèi)的氣體排出，以免由于氣體被壓縮產(chǎn)生高溫，是塑件局部炭化焦化，增加熔接牢度，無(wú)特殊需要，最好不要開(kāi)設(shè)一個(gè)以上的澆口，否則會(huì)增加熔接痕的數(shù)量；應(yīng)防止料流將型腔、型心、嵌件擠壓變形，對(duì)于有細(xì)長(zhǎng)型心的圓筒形塑件，應(yīng)避免偏心進(jìn)料，以防止型心彎曲。
3.5.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
塑料注塑模在成型過(guò)程中，動(dòng)模定模處于往復(fù)閉和和開(kāi)啟狀態(tài)，為確保模具的正常工作，必須設(shè)置動(dòng)模與定模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套，如圖3-22、3-23。
圖3-22 導(dǎo)柱
圖3-23導(dǎo)套
為了不增加制造成本，可以直接到市場(chǎng)上去購(gòu)買(mǎi)導(dǎo)柱、導(dǎo)套，而且在磨損之后更換方便。且具有良好的定位精度。選用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
3.5.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具型腔在塑料充填過(guò)程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，一般是在塑料充滿的同時(shí)，必須將氣體排出模外。否則，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的高溫，引起塑件局部炭化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良而引起塑件強(qiáng)度降低，甚至阻礙塑件填充等，為了使這些氣體從型腔中及時(shí)排出，可以采用開(kāi)設(shè)排氣槽等方法，有時(shí)排氣槽還能溢出少量料流前鋒的冷料，有利于提高塑件熔接強(qiáng)度。
排氣槽的開(kāi)設(shè)位置，通常是通過(guò)試模后才能正確地確定。排氣槽通常設(shè)在型腔最后被充滿的地方。而塑料在型腔內(nèi)填充的情況與澆口的開(kāi)設(shè)有關(guān)，因此在確定澆口的位置時(shí)，同時(shí)要考慮到排氣槽的開(kāi)設(shè)是否方便。 在大多數(shù)情況下可利用模具分型面或模具零件間的配合間隙排氣，這時(shí)可不另開(kāi)排氣槽這種方法的排氣效果好，但是會(huì)在塑件上留下桿件的痕跡，故排氣桿應(yīng)設(shè)在塑件的隱蔽處。
如果利用間隙來(lái)排溢不能滿足要求，則需另開(kāi)排氣槽。排氣槽最好開(kāi)在分型面上，因?yàn)榉中兔嫔吓艢獠郛a(chǎn)生的毛邊很容易隨塑件脫出；排氣槽應(yīng)盡量開(kāi)設(shè)在型腔的一面，這樣對(duì)模具制造和清理都很方便；排氣槽最好開(kāi)設(shè)在靠近嵌件或壁厚最薄處，因?yàn)榇颂幾钊菀仔纬扇劢雍?，熔接痕處?yīng)排盡氣體和排出部分冷料。排氣槽口不要對(duì)著操作人員，以防止熔融塑料噴出傷人。排氣槽與塑件接觸段的深度不應(yīng)超過(guò)塑料的溢料值，其斷面為矩形或梯形
在本例中因?yàn)樵撃＞呒庸ば⌒退芗颓粌?nèi)不可能有很多的氣體。而且模具能利用其合模間隙快速排氣。所以，該模具決定采用間隙排氣。以降低制模成本和制模周期。
3.5.5 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
脫模機(jī)構(gòu)的作用是先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動(dòng)分離(稱為脫出)，然后把從模具拖出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模具內(nèi)取出，即脫模動(dòng)作分為脫出和取出兩個(gè)步驟。取出可采用人工、機(jī)械、液壓等方式，在此，不做具體說(shuō)明，下面只對(duì)脫出機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
脫出機(jī)構(gòu)有又叫頂出機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）保證塑件質(zhì)量。
為了保證塑件在頂出過(guò)程中不變形或不損壞，應(yīng)使頂出作用均勻合理分布，是塑件受力均勻。若塑件有加強(qiáng)筋、凸緣等特征時(shí)，應(yīng)安排在此位置加頂出作用。
（2）脫出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)考率盡量使塑件在開(kāi)模過(guò)程中留在具有頂出裝置的那一部分，即留在動(dòng)模上，這樣的頂出機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
（3）所需頂出行程，開(kāi)模行程計(jì)算。
頂出結(jié)束后，塑件要完全脫出，達(dá)到可以方便取出或依靠塑件自重可以自行掉落的程度。所需的頂出行程可用下式進(jìn)行估算：
S頂=h凸+e
式中，S頂為所需頂出行程，mm。
h凸為型心成型高度，mm。
e為頂出形成富余量，mm，一般取5～10mm。
∴ S頂 =96.73+10
=106.73
取S頂=110mm。
所需開(kāi)模行程可用下式進(jìn)行估算：
S開(kāi)=h塑+h凸突+e
式中，S開(kāi)為開(kāi)模行程，mm。
h塑為塑件及澆注系統(tǒng)在開(kāi)模方向上總投影高度總和，mm；
h凸突為動(dòng)定模型芯突出分型面的高度總和，mm；
E為取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開(kāi)模行程富余量，mm；
∴ S開(kāi) =8+96.73+10
=114.73mm
取S開(kāi)=120mm。
1.頂桿
由于該塑件沒(méi)有側(cè)凹凸、螺紋、齒形等，使用一般頂出機(jī)構(gòu)即可。這里采用頂桿頂出機(jī)構(gòu)，根據(jù)塑件的具體形狀，我們采用圓柱頂桿，如圖3-24。
圖3-24頂桿模型圖
頂桿與頂桿孔的配合采用H8/f8或H7/e7。配合表面的粗糙度一般為Ra0.8～0.4μm。
2.拉料桿
拉料桿的主要作用是將冷凝料從主流道中拔出，并對(duì)塑件的脫模有一定的作用。如圖3-25。
圖3-25拉料桿
3.頂出板與頂出固定板
頂出板與頂出固定板的設(shè)計(jì)如圖3-26、3-27。
圖3-26頂出板
圖3-27頂出固定板
4.回程桿
回程桿的作用是在合模時(shí)，使頂桿回位。如圖3-28。
圖3-28回程桿
3.5.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。所以模具上需要添加溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到理想的溫度要求。本設(shè)計(jì)所使用的材料是尼龍66，由《實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造》表5-17得其塑料溫度為260～300℃，模具溫度為20～90℃。
冷卻位置及冷卻水管的設(shè)置：
（1）該模具冷卻位置。根據(jù)冷卻水道應(yīng)開(kāi)設(shè)在溫度較高、熱量集中的地方，該模具需要冷卻的地方，主要是型腔、型芯和澆口型板，澆口底板部位。
（2）為了降低成本，采用通水來(lái)進(jìn)行冷卻，水流分別從墊板上的孔分別進(jìn)入兩個(gè)型芯的水冷腔內(nèi)，對(duì)型腔進(jìn)行冷卻。為了提高冷卻效果，水流為0.8m/s。此時(shí)水流狀態(tài)為紊流。如圖3-25，3-26。
圖3-26型芯水流道
圖3-26型芯水流道
結(jié)論
隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料注射模已經(jīng)成為制造塑料制品的主要手段之一，且發(fā)展成為最有前景的模具之一。為次我選擇有關(guān)方面的工作-美的集團(tuán)家電部，并在畢業(yè)時(shí)選擇模具作為課題。
在為期20周的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)老師的指導(dǎo)、企業(yè)的調(diào)研和自己收集資料，初步的了解了模具行業(yè)的相關(guān)知識(shí)；比較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了注射模具設(shè)計(jì)的流程，包括模具材料的選擇、注射機(jī)的選擇、分型面設(shè)計(jì)，拆模技巧，流道設(shè)計(jì)，插銷設(shè)計(jì)，開(kāi)模模擬等。尤其在分型面