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注塑模具自動裝配造型
X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee
機(jī)械和生產(chǎn)工程部，新加坡國立大學(xué)，新加坡
注射模是一種由與塑料制品有關(guān)的和與制品無關(guān)的零部件兩大部分組成的機(jī)械裝置。本文提出了（有關(guān)）注射模裝配造型的兩個(gè)主要觀點(diǎn)，即描述了在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行注射模裝配以及確定裝配中與制品無關(guān)的零部件的方向和位置的方法，提出了一個(gè)基于特征和面向?qū)ο蟮谋磉_(dá)式以描述注射模等級裝配關(guān)系，該論述要求并允許設(shè)計(jì)者除了考慮零部件的外觀形狀和位置外，還要明確知道什么部份最重要和為什么。因此，它為設(shè)計(jì)者進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)（DFA）提供了一個(gè)機(jī)會。同樣地，為了根據(jù)裝配狀態(tài)推斷出裝配體中裝配對象的結(jié)構(gòu)，一種簡化的特征幾何學(xué)方法也誕生了。在提出的表達(dá)式和簡化特征幾何學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入探討了自動裝配造型的方法。
關(guān)鍵字：裝配造型；基于特征；注射模；面向?qū)ο蟆?
1、簡介
注射成型是生產(chǎn)塑料模具產(chǎn)品最重要的工藝。需要用到的兩種裝備是：注射成型機(jī)和注射?！，F(xiàn)在常用的注射成型機(jī)即所謂的通用機(jī)，在一定尺寸范圍內(nèi)，可以用于不同形狀的各種塑料模型中，但注射模的設(shè)計(jì)就必須隨塑料制品的變化而變化。模型的幾何因素不同，它們的構(gòu)造也就不同。注射模的主要任務(wù)是把塑料熔體制成塑料制品的最終形狀，這個(gè)過程是由型芯、型腔、鑲件、滑塊等與塑料制品有關(guān)的零部件完成的，它們是直接構(gòu)成塑料件形狀及尺寸的各種零件，因此，這些零件稱為成型零件。（在下文，制品指塑料模具制品，部件指注射模的零部件。）除了注射成型外，注射模還必須完成分配熔體、冷卻、開模、傳輸、引導(dǎo)運(yùn)動等任務(wù)，而完成這些任務(wù)的注射模組件在結(jié)構(gòu)和形狀上往往都是相似的，它們的結(jié)構(gòu)和形狀并不取決于塑料模具，而是取決于塑料制品。圖1顯示了注射模的結(jié)構(gòu)組成。
圖1 注射模的結(jié)構(gòu)
成型零件的設(shè)計(jì)從塑料制品中分離了出來。近幾年，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用到成型零件的設(shè)計(jì)上。成型零件的形狀的自動化生成也引起了很多研究者的興趣，不過很少有人在其上付諸實(shí)踐，雖然它也象結(jié)構(gòu)零件一樣重要。現(xiàn)在，模具工業(yè)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型零件和注射成型機(jī)時(shí)，遇到了兩個(gè)主要困難。第一，在一個(gè)模具裝置中，通常都包括有一百多個(gè)成型零部件，而這些零部件又相互聯(lián)系，相互限制。對于設(shè)計(jì)者來說，確定好這些零部件的正確位置是很費(fèi)時(shí)間的。第二，在很多時(shí)候，模具設(shè)計(jì)者已想象出工件的真實(shí)形狀，例如螺絲，轉(zhuǎn)盤和銷釘，但是CAD系統(tǒng)只能用于另一種信息的操作。這就需要設(shè)計(jì)者將他們的想法轉(zhuǎn)化成CAD系統(tǒng)能接受的信息(例如線，面或者實(shí)體等)。因此，為了解決這兩個(gè)問題，很有必要發(fā)展一種用于注射模的自動裝配成型系統(tǒng)。在此篇文章里，主要講述了兩個(gè)觀點(diǎn)：即成型零部件和模具在計(jì)算機(jī)上的防真裝配以及確定零部件在模具中的結(jié)構(gòu)和位置。
這篇文章概括了關(guān)于注塑成型的相關(guān)研究，并對注射成型機(jī)有一個(gè)完整的闡述。通過舉例一個(gè)注射模的自動裝配造型，提出一種簡化的幾何學(xué)符號法，用于確定注射模具零部件的結(jié)構(gòu)和位置。
2.相關(guān)研究
在各種領(lǐng)域的研究中，裝配造型已成為一門學(xué)科，就像運(yùn)動學(xué)、人工智能學(xué)、模擬幾何學(xué)一樣。Libardi作了一個(gè)關(guān)于裝配造型的調(diào)查。據(jù)稱，很多研究人員已經(jīng)開始用圖表分析模型會議拓?fù)?。在這個(gè)圖里，各個(gè)元件由節(jié)點(diǎn)組成的，再將這些點(diǎn)依次連接成線段。然而這些變化矩陣并沒有緊緊的連在一起，這將嚴(yán)重影響整體的結(jié)構(gòu)，即，當(dāng)其中某一部分移動了，其他部分并不能做出相應(yīng)的移動。Lee and Gossard開發(fā)了一種新的系統(tǒng)，支持包含更多的關(guān)于零部件的基本信息的一種分級的裝配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像在各元件間的“裝配特征”。變化矩陣自動從實(shí)際的線段間的聯(lián)系得到，但是這個(gè)分級的拓?fù)淠Ｐ椭荒苡行У卮怼安糠帧钡年P(guān)系。
自動判別裝配組件的結(jié)構(gòu)意味著設(shè)計(jì)者可避免直接指定變化的矩陣，而且，當(dāng)它的參考零部件的尺寸和位置被修改的時(shí)候，它的位置也將隨之改變?，F(xiàn)在有三種技術(shù)可以推斷組件在模具中的位置和結(jié)構(gòu)：反復(fù)數(shù)值技術(shù),象征代數(shù)學(xué)技術(shù)，以及象征幾何學(xué)技術(shù)。Lee and Gossard提出一項(xiàng)從空間關(guān)系計(jì)算每個(gè)組成元件的位置和方向的反復(fù)數(shù)值技術(shù)。他們的理論由三步組成：產(chǎn)生條件方程式，降低方程式數(shù)量，解答方程式。方程式有：16個(gè)滿足未知條件的方程式，18個(gè)滿足已知條件的方程式，6個(gè)滿足各個(gè)矩陣的方程式以及另外的兩個(gè)滿足旋轉(zhuǎn)元件的方程式。通常方程式的數(shù)量超過變量的數(shù)量時(shí)，應(yīng)該想辦法去除多余的方程式。牛頓迭代法常用來解決這種方程式。不過這種方法存在兩種缺點(diǎn)：第一，它太依賴初始解；第二：反復(fù)的數(shù)值技術(shù)在解決空間內(nèi)不能分清不同的根。因此，在一個(gè)完全的空間關(guān)系問題上，有可能解出來的結(jié)果在數(shù)學(xué)理論上有效，但實(shí)際上卻是行不通的。
Ambler和Popplestone提議分別計(jì)算每個(gè)零部件的旋轉(zhuǎn)量和轉(zhuǎn)變量以確定它們之間的空間關(guān)系，而解出的每個(gè)零部件的6個(gè)變量(3個(gè)轉(zhuǎn)變量和3旋轉(zhuǎn)量)要和它們的空間關(guān)系一致。這種方法要求大量的編程和計(jì)算，才能用可解的形式重寫有關(guān)的方程式。此外，它不能保證每次都能求出結(jié)果，特別是當(dāng)方程式不能被以可解答的形式重寫時(shí)。
為了能確定出滿足一套幾何學(xué)限制條件的剛體的位置與方向，Kramer開發(fā)了一種特征幾何學(xué)方法。通過產(chǎn)生一連串滿足逐漸增長的限制條件的動作推斷其幾何特征，這樣將減少物體的自由度數(shù)。Kramer使用的基本參考實(shí)體稱為一個(gè)"標(biāo)識"，由一個(gè)點(diǎn)和兩正交軸構(gòu)成。標(biāo)識間的7個(gè)限制條件（coincident, in-line, in-plane, parallelFz,offsetFz, offsetFx and helical)都被定了義。對于一個(gè)包括獨(dú)立元件、相互約束的標(biāo)識和不變的標(biāo)識的問題來說，可以用動作分析法來解決問題，它將一步一步地最后求出物體的最終的幾何構(gòu)造。在確定物體構(gòu)造的每一個(gè)階段，自由度分析將決定什么動作能提供滿足限制物體未加限制部位的自由度。然后計(jì)算該動作怎樣能進(jìn)一步降低物體的自由度數(shù)。在每個(gè)階段的最后，給隱喻的裝配計(jì)劃加上合適的一步。根據(jù)Shah和Rogers的分析，Kramer的理論代表了注射模具最顯著的發(fā)展，他的特征幾何學(xué)方法能解出全部的限制條件。和反復(fù)的數(shù)值技術(shù)相比，他的這種方法更具吸引力。不過要實(shí)行這種方法，需要大量的編程。
現(xiàn)在雖然已有很多研究者開始研究注射成型機(jī)，但仍很少有學(xué)者將注意力放在注射模設(shè)計(jì)上。Kruth開發(fā)了一個(gè)注射模的設(shè)計(jì)支援系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過高級的模具對象(零部件和特征)支持注射模的成型設(shè)計(jì)。因?yàn)橄到y(tǒng)是在AUTOCAD的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，因此它只適于線和簡單的實(shí)體模型操作。
3.注射模裝配概述
主要講述了關(guān)于注射模自動裝配造型的兩個(gè)方面：注射模在電腦上的防真裝配和確定結(jié)構(gòu)零件在裝配中的位置和方向。在這個(gè)部分，我們基于特征和面向?qū)ο笳撌隽俗⑸淠Ｑb配。
注射模在電腦上的防真裝配包含著注射模零部件在結(jié)構(gòu)上和空間上的聯(lián)系。這種防真必須支持所有給定零部件的裝配、在相互關(guān)聯(lián)的零部件間進(jìn)行變動以及整體上的操作。而且防真裝配也必須滿足設(shè)計(jì)者的下列要求：
1． 支持能表達(dá)出模具設(shè)計(jì)者實(shí)體造型想象的高級對象。
2． 成型防真應(yīng)該有象現(xiàn)實(shí)一樣的操作功能，就如裝入和干擾檢查。
為了滿足這些要求，可用一個(gè)基于特征和面向?qū)ο蟮姆旨壞Ｐ蛠泶孀⑸淠?。這樣便將模型分成許多部分，反過來由多段模型和獨(dú)立部分組成。因此，一個(gè)分級的模型最適合于描述各組成部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。一級表明一個(gè)裝配順序，另外，一個(gè)分級的模型還能說明一個(gè)部分相對于另一個(gè)部分的確定位置。
與直觀的固體模型操作相比，面向特征設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)者在抽象上進(jìn)行操作。它可以通過一最小套參數(shù)快速列出模型的特征、尺寸以及其方位。此外，由于特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何實(shí)體上的聯(lián)系，設(shè)計(jì)者更容易更改設(shè)計(jì)。如果沒有這些特征，設(shè)計(jì)者在構(gòu)造固體模型幾何特征時(shí)就必須考慮到所有需要的細(xì)節(jié)。而且面向特征的防真為設(shè)計(jì)者提供了更高級的成型對象。例如，模具設(shè)計(jì)者想象出一個(gè)澆口的實(shí)體形狀，電腦就能將這個(gè)澆口造型出來。
面向?qū)ο笤煨头ㄊ且环N參照實(shí)物的概念去設(shè)計(jì)模型的新思維方式?；镜膱D素是能夠?qū)?shù)據(jù)庫和單一圖素的動作聯(lián)系起來的對象。面向?qū)ο蟮脑煨蛯斫鈫栴}并且設(shè)計(jì)程序和數(shù)據(jù)庫是很有用的。此外，面向?qū)ο蟮难b配體呈現(xiàn)方式使得“子”對象能繼承其“父”對象的信息變得更容易。
圖形2說明以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎疽环N插入模具。 表示是多重水平的提取的一種分層的結(jié)構(gòu)，從低水平的幾何學(xué)的實(shí)體(形成特性)到高水平的組件。 在盒子中被封入的項(xiàng)目代表“裝配對象”； 固體線代表“部分”關(guān)系； 同時(shí)，猛沖的線代表其它關(guān)系。 組件( SUBFA )包括部分( PART )。 一部分能被認(rèn)為是形式特性( FF )的一種“裝配”。 表示把一個(gè)以特性為基礎(chǔ)的幾何學(xué)的模型的力與面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷哪切┫嘟Y(jié)合。 它不僅包含父對象和子對象之間的“部分”關(guān)系，也包括富有的套結(jié)構(gòu)的關(guān)系和裝配對象的一群操作的功能。 在段中3.1，在裝配對象之間有有關(guān)一種裝配對象的定義的較進(jìn)一步的討論，而詳盡的關(guān)系在3.2段中被提出。
3.1裝配對象的定義
在我們的工作中，一種裝配對象，O，以如下形式被定義為一個(gè)唯一而可辨認(rèn)的實(shí)體：
O = ( Oid，A，M，R ) ( 1 )
在此式中：
Oid是一種裝配對象( O )的一個(gè)唯一的標(biāo)識符。
A是一套三元組，( t，a，v )。 每一元素a被稱為O的一種屬性，與每一屬性有關(guān)是一類型，t，和一種價(jià)值，v。
M是一套元組，( m，tc1，tc2，%，tcn，tc)。 M中每一個(gè)元素都有唯一識別方法。 符號m代表一種方法名稱； 同時(shí)，方法定義有關(guān)對象的操作。 符號tc (i= 1，2，%，n )規(guī)定爭論類型和符號tc退回的價(jià)值類型。
3.2形式特性之間的關(guān)系
模具設(shè)計(jì)在本質(zhì)中是一個(gè)智力的過程； 模具設(shè)計(jì)者大多數(shù)時(shí)間在真實(shí)客觀的對象諸如金屬板，螺絲釘，槽，斜面，和孔等思索設(shè)想。因此，用形式特性建設(shè)所有產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的模型是必要。 模具設(shè)計(jì)者能容易地改變一部分的大小和形狀，因?yàn)樾问教匦灾g的關(guān)系保持在部分表示中。 圖形3(a )顯示一個(gè)金屬板帶有一個(gè)含有公差等級要求的孔。 這部分被兩個(gè)形式特性定義，即一個(gè)塊和含有公差等級要求的孔。 關(guān)于塊特性計(jì)數(shù)器開掘洞( FF2 )被放置FF1，使用他們本地分別地協(xié)調(diào)F2和F1，。 方程( 2)– ( 5 )顯示計(jì)數(shù)器開掘洞( FF2 )和塊特性( FF1 )之間的空間的關(guān)系。 對于形式特性，沒有他們之間的空間的約束，因此空間的關(guān)系被設(shè)計(jì)者直接指定。 兩形式特性之間的詳盡的裝配關(guān)系被定義如下：
4.在裝配中推斷部分配置
一種裝配中的若干部分的位置和方向最后通過轉(zhuǎn)換矩陣來表達(dá)。為了方便的緣故，空間的關(guān)系通常被諸如“伙伴”，“結(jié)盟”和“平行”的高水平的鋪席子的條件指定。 這樣，從含蓄的約束關(guān)系自動地引出若干部分之間的清晰明確的轉(zhuǎn)換矩陣是十分重要。推斷一種裝配中的若干部分的配置三種技術(shù)在段2.中已被討論了因?yàn)橄笳餍詭缀螌W(xué)的接近能以多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜性定位所有關(guān)于約束方程的解決方案，我們使用這接近來確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 為了在裝配模擬軟件中執(zhí)行這接近，大量的編寫程序被要求。因此，一種簡化的幾何學(xué)的接近被建議確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。
在象征性幾何學(xué)的接近中，確定位置和若干部分的方向被產(chǎn)生一系列行動執(zhí)行符號滿足每一逐漸增長的約束。被要求來滿足每一逐漸增長的約束的信息儲存在“計(jì)劃片段”的一個(gè)表格中。 每一計(jì)劃片段是規(guī)定一系列測量方法和行動的一個(gè)過程按照這樣一種方式移動部分對于滿足相應(yīng)的約束。 計(jì)劃片段也記錄新的自由度和聯(lián)系不變量的幾何不變式。
由于這些限制約束序列，我們的計(jì)劃片段桌子中的輸入的數(shù)字基本上被減少。 為了為了一，兩或者三個(gè)約束解決在我們的系統(tǒng)中允許，九種輸入僅僅被要求。 為了交互式的增加組成部分裝配，更多約束類型和自由的序列將為了用戶增加靈活性。 然而，在為了一種插入模具模擬的自動裝配中，當(dāng)空間的關(guān)系被預(yù)先規(guī)定在裝配對象中時(shí)，一些序列限制不有關(guān)系。 有了上述的定義的合成約束，一個(gè)組成部分部分的結(jié)構(gòu)的關(guān)系能指定在組成部分的數(shù)據(jù)庫中。 當(dāng)把一個(gè)組成部分部分添加到模具裝配時(shí)，系統(tǒng)將首先分解進(jìn)入原始的約束的合成約束，然后產(chǎn)生一群片段計(jì)劃將組成部分指明方向并且定位在裝配中。
5.注射模的自動裝配
任何注射模具的裝配都由產(chǎn)品的局部和整體兩部分組成。產(chǎn)品的局部依賴產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)基于塑料的部分[ 1,2 ]的幾何學(xué)。 產(chǎn)品依賴部分通常有與那個(gè)同樣的方向頂端水平裝配，而他們的位置被設(shè)計(jì)者直接指定。 對于產(chǎn)品獨(dú)立部分的設(shè)計(jì)，常規(guī)，模具設(shè)計(jì)者從目錄中選擇結(jié)構(gòu)，
為了產(chǎn)品若干部分的選擇的結(jié)構(gòu)建設(shè)幾何學(xué)的模型，而然后把產(chǎn)品獨(dú)立部分添加到插入模具的裝配。 這設(shè)計(jì)過程是時(shí)間消耗的和差錯(cuò)容易傾向于。 在我們的系統(tǒng)中，一個(gè)數(shù)據(jù)庫為了所有產(chǎn)品獨(dú)立部分根據(jù)裝配表示被建造，而對象定義在段3.中不僅描述這數(shù)據(jù)庫包含產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的形狀和大小，也包括他們之間的空間的約束。 此外，一些日常事務(wù)發(fā)揮作用諸如干擾檢查和裝在衣袋內(nèi)被封裝在數(shù)據(jù)庫中。 因此，模具設(shè)計(jì)者必須從用戶接口中選擇產(chǎn)品獨(dú)立部分的結(jié)構(gòu)類型，而然后軟件將為了這些部分自動地計(jì)算方向和位置矩陣，而把他們添加到裝配。
5.1模具基礎(chǔ)組件
正如圖1所示，產(chǎn)品的獨(dú)立部分可以更進(jìn)一步被分為摸具基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)部分。摸具基礎(chǔ)是由一群金屬板，插腳，導(dǎo)套等等組成的。除了塑型產(chǎn)品，模具必須具有一系列功能，諸如，箝位，校準(zhǔn)，冷卻，注塑等等。大多數(shù)產(chǎn)品不得不合并相同的功能，這導(dǎo)致了相似結(jié)構(gòu)的樹立。一些模具建筑形成的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被采用了。模具基礎(chǔ)起因于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配表示，模具基礎(chǔ)組成部分的以特性為基礎(chǔ)的固體模具首先被建造；其次，裝配對象被定義為在成分和壓縮功能一部分功能在組成零件之間建立關(guān)系；然后，利用這些組裝對象，一個(gè)分層的組裝對象——模具基礎(chǔ)——能被形成。這些模具基礎(chǔ)對象能通過目錄數(shù)據(jù)庫被例示。表4列出了模具基礎(chǔ)對象來產(chǎn)生指定的模具基礎(chǔ)的例子。這個(gè)指定的模具基礎(chǔ)實(shí)例能自動地添加到模具裝配。模具基礎(chǔ)部件和最高裝配的結(jié)構(gòu)關(guān)系能通過Eqs被表達(dá)。Mp和Mr所在的（8）和（9）式是單元矩陣。
5.2 標(biāo)準(zhǔn)零件的自動增加
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件是一個(gè)組裝對象。它可以通過章節(jié)3.1的公式（1）來定義。在數(shù)據(jù)庫中，空間約束用 mate，平面aling和軸align，而不像模具基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)件的位置和方向的矩陣是未知的。在示例中，軟件通過利用單一的符號幾何來自動推斷章節(jié)4中描述的結(jié)構(gòu)關(guān)系。
5.3 裝配對象的包裝
自動裝配設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題是自動包裝過程。包裝是一個(gè)在相應(yīng)組成部分提供附著成分的真空區(qū)的操作。當(dāng)一個(gè)驅(qū)動者被添加到裝配時(shí)，一個(gè)空的空間被要求在EA盤上調(diào)節(jié)驅(qū)動者，如表5所示。
由于面向?qū)ο蟮谋硎痉ū徊扇?，每一個(gè)裝配對象能被描述為兩個(gè)實(shí)體，實(shí)物和虛擬物。虛擬物通過被實(shí)物占據(jù)的空間模仿。只要一個(gè)裝配對象被添加到裝配中，它的虛擬對象也被添加到裝配中。操作發(fā)揮作用中的pocketFplate( ) M O將從相應(yīng)的組成部分(參看公式（1）和表1)。此外，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的組成部分上在虛擬對象和真正的對象之間有聯(lián)系，包裝將隨真正的對象的修正而變化。
這種自動包裝功能更進(jìn)一步顯示了面向?qū)ο蟊硎痉ǖ膬?yōu)勢。
6.基于Unigraphics系統(tǒng)[ 13 ]，所提出的以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配計(jì)劃和自動化裝配模擬的系統(tǒng)在新加坡的國立大學(xué)被開發(fā)的IMOLD系統(tǒng)[ 14 ]中已被執(zhí)行。UG系統(tǒng)提供了一個(gè)友好的用戶應(yīng)用程序接口。通過這個(gè)接口，用戶可以調(diào)用UG的內(nèi)部功能，諸如增加裝配部件，修正參數(shù)等等。 圖6顯示的是一個(gè)注塑模具產(chǎn)品，這個(gè)產(chǎn)品的注塑模具組裝設(shè)計(jì)顯示在圖7（a）。固定一半組件的相應(yīng)的父子關(guān)系圖顯示在圖7（b）。裝配是由IMOLD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每一個(gè)模具基礎(chǔ)的零件都在裝配中自動定位。Unigraphics系統(tǒng)提供一個(gè)用戶友好應(yīng)用編寫程序接口(應(yīng)用程序接口)。 通過這接口，雖然Unigraphics為了給條件鋪席子提供功能，用戶能呼叫諸如把部分添加到一種裝配的Unigraphics內(nèi)部的功能，修改參數(shù)等等，所提出的接近仍然被需要推斷組成部分配置，因?yàn)樵诮M成部分能被添加到裝配之前，計(jì)算自由的度是必要，而檢查給條件鋪席子的有效性。 圖6個(gè)展覽一種插入鑄造產(chǎn)品，因?yàn)閳D被領(lǐng)進(jìn)來，和設(shè)計(jì)的插入模具裝配這產(chǎn)品7(a )。 固定一半組件的相應(yīng)的“父與子”關(guān)系被領(lǐng)進(jìn)來圖7(b )。 這裝配被系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 每一模具基礎(chǔ)的盤子自動地被定位在裝配中。 諸如定位的圓環(huán)和驅(qū)逐者的標(biāo)準(zhǔn)的部分自動地被添加到裝配，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)部分也自動地被建立，和口袋。
7.結(jié)論
注射模具裝配以所提出的特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎静粌H把特性范例擴(kuò)展到裝配，由于擴(kuò)展特性范例而給條件，插入和方向限制等等鋪席子到裝配設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，而且是封裝操作的功能和幾何學(xué)的約束，諸如自由的程度，諸如集合的組成部分的模糊變化修正甚至能在完成裝配過程之后被制定。 裝配對象的封裝有如下兩種優(yōu)勢： 首先，因?yàn)檠b配的條件被封裝在裝配對象中，自動裝配設(shè)計(jì)容易執(zhí)行； 其次，對象裝配的封裝操作的功能使諸如裝在衣袋內(nèi)與干擾檢查的裝配設(shè)計(jì)的日常事務(wù)過程自動化。 所提出的簡單化的動作分析能基本上減少為了自動檢測校對模具裝配之內(nèi)組成部分干擾所需要的規(guī)劃設(shè)計(jì)的努力。
湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程管理資料
2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書
學(xué)院（部）：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：材料成型及控制工程
指導(dǎo)教師
鄔移華、池宏勛
學(xué)生姓名
何 勝
課題名稱
多用工作燈前蓋注射成型工藝及模具設(shè)計(jì)
內(nèi)
容
及
任
務(wù)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生對塑料制品選擇最佳注塑成型工藝，完成相應(yīng)的注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容及任務(wù)如下：
一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙
1. 注射模具裝配圖（1付，CAD繪圖）
2. 注射模具三維裝配圖（爆炸圖）
3. 模具部分零件圖
共三張0號圖紙的工作量，并要求包含有一定量的手繪圖紙。
二 、說明書
1. 說明書中英文摘要；
2. 工藝參數(shù)計(jì)算與分析；
3. 論證最佳工藝方案；
4. 設(shè)備選擇及驗(yàn)算；
5. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模具零件設(shè)計(jì)
6. 模具估價(jià)
擬
達(dá)
到
的
要
求
或
技
術(shù)
指
標(biāo)
1. 熟悉常用塑料的使用性能（物理、化學(xué)、力學(xué)）、熱加工性能。能為所設(shè)計(jì)塑料制品選擇合適的塑料材料。
2. 掌握塑料注射模具設(shè)計(jì)的基本程序和方法，能正確選擇模具材料并提出合適的熱處理工藝，對塑料模具的制造過程和方法有初步的了解。
3. 了解常用的模具設(shè)計(jì)軟件，并能熟練運(yùn)用三維及二維軟件進(jìn)行塑料注射模具設(shè)計(jì)。
4. 了解國內(nèi)、外塑料注射模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
進(jìn)
度
安
排
起止日期
工作內(nèi)容
13.12.01～13.12.20
開題報(bào)告。
13.12.20～14.01.10
完成資料的查找和收集。
14.01.10～14.03.15
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)。
14.01.10～14.03.10
塑件工藝分析，設(shè)備選型，模具成型零件設(shè)計(jì)、編寫相關(guān)設(shè)計(jì)說明書。畢業(yè)設(shè)計(jì)前期檢查。
14.03.01～14.03.15
模具結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)、編寫相關(guān)設(shè)計(jì)說明書。
14.03.10～14.04.10
繪制裝配總圖和部分零件圖。修改設(shè)計(jì)說明書。畢業(yè)設(shè)計(jì)中期期檢查。
14.04.10～14.04.25
完成裝配總圖和零件圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化。按畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成設(shè)計(jì)說明書編寫。
14.05.05～14.05.15
論文答辯。
主
要
參
考
資
料
[1] 齊曉杰. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2006
[2] 黃虹. 塑料成型加工與模具. 北京：北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2003
[3] 伍先明等. 塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：國防工業(yè)出版社. 2006
[4] 《塑料模設(shè)計(jì)手冊》編寫組. 塑料模設(shè)計(jì)手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社 1994
[5] 彭建生，陳曉剛. 模具技術(shù)問答. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2000
[6] 許發(fā)樾. 實(shí)用模具設(shè)計(jì)制造手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2001
[7] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 1991
[8] 石光源，周積義. 彭福音.機(jī)械制圖（第三版）. 北京：高等教育出版社. 1990
[9] 田福祥. 先進(jìn)注塑模330例設(shè)計(jì)評注. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2008
系（教研室）
意見
簽名：
年 月 日
學(xué)院（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見
簽名：
年 月 日
- 3 -
浙江工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文
XX學(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
課題名稱：工作燈前蓋注射成型工藝及模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
起訖時(shí)間： 年 月 日～ 年 月 日
40
XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
摘 要
根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，選擇塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，側(cè)澆口進(jìn)料，注射機(jī)采用海天80XB型號，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運(yùn)用簡要的文字，簡明的示意圖和和計(jì)算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；模具設(shè)計(jì)；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖，注射機(jī)的選擇
XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
English the mold
Abstract
According to the plastic products requirements, understand the use of plastic parts, technical requirements, analysis of plastic parts size preCIsion technology, selection of plastic parts size. A piece of the mould, point gate feeding, injection machine using the 80XB model, setting the cooling system, CAD and UG 2D assembly drawing and parts drawing, choose the reasonable processing method of mould. An instruction booklet, the systematic use of a brief text, schematic diagram and calculation of plastic parts and conCIse, so as to make reasonable mold design.
Key words: mechanical design; die design; CAD two-dimensional graph drawing; UG rendering of 3D map, the choice of injection machine
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 4
1.1 塑料簡介 4
1.2 注塑成型及注塑模 4
第2章 塑料材料分析 7
2．1 塑料材料的基本特性 7
2．2 塑件材料成型性能 7
2．3 塑件材料主要用途 8
第3章 塑件的工藝分析 9
3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3．2 塑件尺寸及精度 10
3．3 塑件表面粗糙度 11
3．4 塑件的體積和質(zhì)量 11
4．1、注射成型工藝過程分析[5] 12
4．2 澆口種類的確定 13
4．3 型腔數(shù)目的確定 13
4．4 注射機(jī)的選擇和校核 13
4.4.1 注射量的校核 14
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 15
4．4．3、模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 16
第5章 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5．1 分型面的設(shè)計(jì) 17
5．2 型腔的布局 17
5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18
5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 19
5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 19
5．3．3 主流道的設(shè)計(jì) 19
5．3．4 分流道的設(shè)計(jì) 21
5．3．5 澆口的設(shè)計(jì) 21
5．3．6 冷料穴的設(shè)計(jì) 21
5．4 注射模成型零部件的設(shè)計(jì)[7] 22
5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計(jì)算 24
5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
5.5.1 凹模寬度尺寸的計(jì)算 25
5.5.2 凹模長度尺寸的計(jì)算 26
5.5.3 凹模高度尺寸的計(jì)算 26
5.5.4 凸模寬度尺寸的計(jì)算 26
5.5.5 凸模長度的計(jì)算 26
5.5.6凸模高度尺寸的計(jì)算 26
5．6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27
5．6．1 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則 27
5．6．2 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇 27
5．6．3 推板機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 27
5．7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 28
5．7．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 28
5．9 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 29
5．9．1 模架的選用 29
5.10.側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)類型選擇 31
6．1 成型零件材料選用 35
6．2 注射模用鋼種 35
總結(jié) 36
致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
第1章 緒論
模具制造是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。
1.1 塑料簡介
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學(xué)穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時(shí)燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機(jī)材料發(fā)展成為各個(gè)部門不可缺少的一種化學(xué)材料，在國民經(jīng)濟(jì)中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
1.2 注塑成型及注塑模
將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度較高、易于實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設(shè)備價(jià)格及模具制造費(fèi)用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機(jī)的一些基本知識，注射機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，依靠該設(shè)備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進(jìn)行注射。?注射機(jī)為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機(jī)架系統(tǒng)等組成。
注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時(shí)間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。
注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實(shí)現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。
注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料品種、塑件的復(fù)雜程度和注射機(jī)的種類等很多因素有關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機(jī)的固定板上，動模部分安裝在注射機(jī)的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機(jī)上的合模系統(tǒng)運(yùn)動。注射成型時(shí)動模部分與定模部分由導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射機(jī)通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達(dá)到所要求的質(zhì)量。注射機(jī)和模具結(jié)構(gòu)確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。
注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時(shí)間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因?yàn)橛绊懗尚蜅l件的因素太多，有制品形狀、模具結(jié)構(gòu)、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。
塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個(gè)階段，即開發(fā)/設(shè)計(jì)階段（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。
傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì)，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
目前國際市場上主要流行的，運(yùn)用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學(xué)的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個(gè)部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。
采用CAE技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計(jì)算機(jī)上對整個(gè)注射成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義[3]。
第2章 塑料材料分析
2．1 塑料材料的基本特性
ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合理學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS價(jià)格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。
ABS無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02--1.05。既有較好的抗沖擊強(qiáng)度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機(jī)鹽、堿、酸類對ABS幾乎沒有影響， ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化學(xué)藥品的侵蝕時(shí)會引起應(yīng)力開裂， ABS有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70左右，熱變形溫度約為93耐氣候性差，在紫外線作用下ABS易變硬發(fā)脆。
ABS的性能指標(biāo)：密度 1.02——1.05（），收縮率 ，熔點(diǎn)，彎曲強(qiáng)度80Mpa，拉伸強(qiáng)度3549Mpa，拉伸彈性模量1.8Gpa，彎曲彈性模量1.4Gpa，壓縮強(qiáng)度1839Mpa，缺口沖擊強(qiáng)度1120，硬度6286HRR，體積電阻系數(shù)，收縮率 范圍內(nèi)。ABS的熱變形溫度為93118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100℃的溫度范圍內(nèi)使用。
2．2 塑件材料成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；ABS在升溫時(shí)黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強(qiáng)，因此模具設(shè)計(jì)中大都采用側(cè)澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在5060，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，模具溫度應(yīng)控制在6080。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。。
2．3 塑件材料主要用途
ABS在機(jī)械工業(yè)上用來制造工作燈前蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管等，還可用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機(jī)殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。
第3章 塑件的工藝分析
在模具設(shè)計(jì)之前需要對塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。
工作燈前蓋如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
圖（1）3D視圖
3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）、脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時(shí)，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費(fèi)原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時(shí)的熔體流動、固化定型時(shí)的冷卻速度和時(shí)間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因?yàn)楸诤裉蟛粌H會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準(zhǔn)確性。選擇壁厚時(shí)應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為5左右。（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時(shí)，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。
該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為0.5。
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時(shí)，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計(jì)孔時(shí)，應(yīng)盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時(shí)周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強(qiáng)度降低，故設(shè)計(jì)孔時(shí)孔時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。
3．2 塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機(jī)規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn)[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。
3．3 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點(diǎn)來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.2，內(nèi)部為0.4。
3．4 塑件的體積和質(zhì)量
本次設(shè)計(jì)中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在UG軟件中，使用塑模部件驗(yàn)證功能，可以測得塑件的體積（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的質(zhì)量為14.36克。
第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定
4．1、注射成型工藝過程分析[5]
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。
（1）、成型前對原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)，對原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，都需要對注射機(jī)（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。
柱塞式注射機(jī)料筒的清洗常比螺桿式注射機(jī)困難，因?yàn)橹搅贤矁?nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時(shí)必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤猓话闼芰隙伎墒褂谩?
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時(shí)。
4．2 澆口種類的確定
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個(gè)部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。
由于本設(shè)計(jì)中工作燈前蓋塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。側(cè)澆口直接在中間的圓端面處進(jìn)，工作燈前蓋組裝后，澆口被遮擋起來。
側(cè)澆口主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。
4．3 型腔數(shù)目的確定
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用側(cè)澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟(jì)型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模二腔，進(jìn)行加工生產(chǎn)。
4．4 注射機(jī)的選擇和校核
由于采用一模二腔，需要至少注射量為28.76g，流道水口廢料5g，總注塑量達(dá)到33.76g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機(jī)為海天80XB。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為：
海天HTF80XB
型號
單位
80×1A
80×1B
80×1C
參數(shù)
螺桿直徑
mm
34
36
40
理論注射容量
cm3
95
110
130
注射重量PS
g
119
134
165
注射壓力
Mpa
206
183
149
注射行程
mm
144
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~215
料筒加熱功率
KW
5.7
鎖模力
KN
800
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
400×400
允許最大模具厚度
mm
460
允許最小模具厚度
mm
160
移模行程
mm
340
移模開距(最大)
mm
750
液壓頂出行程
mm
100
液壓頂出力
KN
33
液壓頂出桿數(shù)量
PC
5
油泵電動機(jī)功率
KW
13
油箱容積
l
210
機(jī)器尺寸(長×寬×高)
m
4.7×1.3×1.85
機(jī)器重量
t
3.4
最小模具尺寸(長×寬)
mm
150x150
4.4.1 注射量的校核
模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得在一個(gè)注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個(gè)塑件的體積（）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（）
本設(shè)計(jì)中：n=2 14.36 g =5g
M=2x14.36+5=33.76g<110gx80%
注塑機(jī)額定注塑量為110g
注射量符合要求
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時(shí)塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機(jī)所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。
式中 n --型腔數(shù)目
--單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 =1025 =200
=2x1025+200=2250
注射成型時(shí)為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機(jī)額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=2250x30x1.1x0.001=75.25KN<800KN
鎖模力符合要求
4．4．3、模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核
（1）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機(jī)允許的最大模厚
--注射機(jī)允許的最小模厚
本設(shè)計(jì)中模具厚度為270mm 160
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