CATIA注塑模具教程第8章 模具設(shè)計(jì)舉例

1、第8章 模具設(shè)計(jì)舉例8.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析及材料選擇8.1.1 樣件分析在模具設(shè)計(jì)過程中，一般是先根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)零件圖或樣件進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析，以如圖8-1所示的過濾器罩為例，該制品三維投影尺寸長(zhǎng)寬高為137mm×112mm×45mm，壁厚2.5mm；外部圓角半徑3mm，內(nèi)部圓角半徑2.5mm，拔模角25°；內(nèi)有肋板，肋板高28mm厚2.7mm，拔模角2°。該制品精度等級(jí)一般，尺寸偏差±0.5，為降低成型費(fèi)用，采用一模多腔，并不對(duì)制品進(jìn)行后序加工。圖8-1 過濾器罩8.1.2 材料選擇由于塑料特殊的理化和機(jī)械性能，塑料模具設(shè)計(jì)過程中一個(gè)很重要的步

2、驟是選擇材料，這樣才可以在模具設(shè)計(jì)過程中確定收縮比等參數(shù)，這里選擇ABS（三種聚合物的共聚物）工程塑料，該材質(zhì)的性質(zhì)數(shù)據(jù)如下：l 典型應(yīng)用范圍：汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，大強(qiáng)度工具（攪拌器，食品加工機(jī)，割草機(jī)等），電話機(jī)殼體，打字機(jī)鍵盤及噴氣式雪撬車等。l 注塑模工藝條件：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理，建議干燥條件為8090下最少干燥2小時(shí)，材料濕度應(yīng)保證小于0.1%；熔化溫度為210280，建議溫度245，模具溫度2570 (模具溫度將影響制品光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低)；注射壓力5001000bar；注射速度為中高速度。l 化學(xué)和物理特

3、性：ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性，丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三種單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕

4、變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。8.2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件選型8.2.1確定型腔數(shù)目確定型腔數(shù)目時(shí)因考慮到型腔數(shù)目的增加對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每增加一個(gè)型腔，制品尺寸精度要降低4%。設(shè)制品典型尺寸(基本尺寸)為(mm)，制品尺寸偏差為，單型腔時(shí)制品可能到的尺寸偏差百分?jǐn)?shù)為(ABS等非結(jié)晶塑料為)，則有： (8.1) 本制品基本尺寸112，尺寸偏差，由上式驗(yàn)算可知增加型腔對(duì)本制品的尺寸精度影響不大。同時(shí)考慮模具設(shè)計(jì)加工成本以及生產(chǎn)成本，最終確定為一模兩腔。8.2.2初選注射機(jī)型號(hào)為了設(shè)計(jì)計(jì)算，需要對(duì)注射機(jī)初處步選型，以便作為相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的參考，完成初步設(shè)計(jì)以后再對(duì)注射機(jī)進(jìn)行校核。

5、注射機(jī)的選用因考慮以下內(nèi)容：確定注射機(jī)的型號(hào)，使塑料、制品、注射模、注射工藝等所要求的注射機(jī)參數(shù)點(diǎn)在所選注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)可調(diào)范圍之內(nèi)。如圖8-2所示，用CATIA對(duì)制品三維模型進(jìn)行測(cè)量得出單件制品體積：用最大注射量初步選定注射機(jī)： (8.2)式中注射機(jī)的最大注射量()；制品的總質(zhì)量()；澆注系統(tǒng)凝料質(zhì)量()；單個(gè)制品的質(zhì)量()；型腔數(shù)；查表得ABS密度為(注射密度為)，單件制品重量為：澆注系統(tǒng)的質(zhì)量預(yù)先估算約為10。圖8-2 測(cè)量體積由式(8.2)計(jì)算得：一般的塑膠工廠都擁有從小到大各種型號(hào)的注射機(jī)。中等型號(hào)的占大部分，小型和大型的只占一小部分。具體到這套模具，初選注射機(jī)型號(hào)為：SZ250/1

6、250。規(guī)格以及各參數(shù)如下：注射量()：250；注射壓力()：160；鎖模力()：1250；拉桿內(nèi)間距()：600×600；最大模具厚度()：550；最小模具厚度()：150；噴嘴口孔徑()：；噴嘴球半徑()：SR15。8.2.3選擇分型面由于分型面受到制品在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制品的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：l 保證塑料制品能夠順利脫模：這是一個(gè)首要原則，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據(jù)這個(gè)原則，分

7、型面應(yīng)首選在塑料制品最大的輪廓線上。分型面的整個(gè)廓形應(yīng)呈縮小趨勢(shì)，不應(yīng)有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。l 盡量使制品開模時(shí)留在動(dòng)模一側(cè)：模具開模時(shí)制品一般不會(huì)自行脫出，需用頂出機(jī)構(gòu)頂出，注射機(jī)上都有頂出裝置，且設(shè)在動(dòng)模一側(cè)，因此設(shè)計(jì)模具分型面時(shí)應(yīng)使開模后制品能留在動(dòng)模內(nèi)，以便直接利用注射機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)頂出制品。l 增強(qiáng)排氣效果：對(duì)中、小型制品因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣，分型面應(yīng)設(shè)在注射時(shí)熔融塑料最后到達(dá)的位置，而且不把型腔封閉。l 使型腔內(nèi)總壓力較大的方向與分型面垂直：制品注射時(shí)型腔內(nèi)各方向的壓強(qiáng)相同，當(dāng)某方向的投影面積越大，則該方向總壓力越大，選擇總壓力較大的方向與分型

8、面垂直，利用注射機(jī)的鎖模力來承受較大的注射壓力，因此模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。否則需另外設(shè)計(jì)鎖緊機(jī)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，加工周期延長(zhǎng)。l 使型腔深度最淺：型腔越深加工時(shí)間越長(zhǎng)，影響模具生產(chǎn)周期，同時(shí)增加生產(chǎn)成本，且會(huì)使動(dòng)、定模越厚，在相同起模斜度時(shí)，同一尺寸上下兩端實(shí)際尺寸差值越大。綜合考慮以上幾項(xiàng)原則，將分型面選在輪廓最大處，即有利于開模，且側(cè)向抽芯的行程最短，又不影響制品外觀質(zhì)量，還便于加工。本例中的過濾器罩分型面如圖8-3所示。圖8-3分型面示意圖8.2.4確定型腔的布置方案確定型腔布置方案的基本原則：l 型腔的布置和澆口的開設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱，以防模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；l 型腔排列宜緊湊

9、，以節(jié)約鋼材，減輕模具的重量；l 直線形排列加工容易，且平衡性好，加工性尚可，使用廣泛?？紤]到模具成型零件出模方式和模具架的尺寸設(shè)計(jì)，選擇如圖8-4所示的模具型腔排列方式。圖8-4 型腔布置8.2.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料平穩(wěn)而順利地充滿型腔，使型腔內(nèi)的氣體能順利地排出，并在填充及凝固的過程中，能將壓力傳遞到塑料的各個(gè)部位，以獲得組織緊密的制品。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：（1）排氣良好：能順利地引導(dǎo)熔融狀態(tài)塑料填充到模腔的各個(gè)深處，不產(chǎn)生渦流或紊流，使模型內(nèi)的氣體順利排出；（2）防止型芯變形：盡量避免熔融塑料正面沖擊較小的型芯，防止型芯彎曲變形；（3）熱量壓力損耗?。喝廴跔?/p>

10、塑料在通過澆注系統(tǒng)時(shí)要求其熱量、壓力損耗最??；（4）制品外觀：設(shè)置澆注系統(tǒng)應(yīng)考慮到方便去除、修整進(jìn)料口，同時(shí)不影響制品的外表美觀；（5）澆注系統(tǒng)的容積：在保證達(dá)到以上各原則的前提下，應(yīng)取最小值，減少澆口余料。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)注射成型效率和制品的質(zhì)量有直接的影響，是注射模具設(shè)計(jì)很重要的環(huán)節(jié)。8.2.5.1 主流道設(shè)計(jì)主流道是一端與注射機(jī)噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動(dòng)通道，是塑料溶料注入模具時(shí)最先流經(jīng)的一段通道，它的大小和形狀直接影響熔料的流動(dòng)速度和注射時(shí)間，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）為了便于從主流道拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角為2°

11、;4°，對(duì)流動(dòng)性差的塑料，也可取3°6°,過大會(huì)造成流速減慢，易成渦流。內(nèi)部粗糙度為Ra0.63。（2）主流道大端呈圓角，其半徑常取=13，以減少料流轉(zhuǎn)向過渡時(shí)的阻力。（3）在保證制品成型良好的情況下，主流道的長(zhǎng)度盡量短，否則將會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多而影響注射成型。（4）為了使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注塑機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑，其半徑(12)，其小端直徑+(0.51)，凹坑深度常取34。（5）由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套

12、，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨(dú)加工和熱處理。如其大端兼作定位環(huán)則圓盤凸出定模端面的長(zhǎng)度=510，也常有將模具定位環(huán)與主流道襯套分開設(shè)計(jì)的，澆口襯套如圖8-5所示。一般注塑機(jī)參數(shù)表中： ，d4。根據(jù)以上原則和參數(shù)，主流道襯套的相關(guān)參數(shù)如下：主流道半球形凹坑半徑；小端直徑4+15；大端直徑8。根據(jù)以上數(shù)據(jù)選用標(biāo)準(zhǔn)件：型，基本尺寸16，公差為 (+0.012，-0.006)，與模板孔的公差為(+0.018，0)圖8-5澆口套澆口需用定位環(huán)固定，定位環(huán)與注射機(jī)定模固定板上的定位孔之間采用比較松動(dòng)的間隙配合，定位環(huán)與定位孔的配合長(zhǎng)度可取810，也是標(biāo)準(zhǔn)件，如圖8-6所示，外徑由注塑機(jī)規(guī)格參數(shù)定位孔直徑160確

13、定，內(nèi)徑取澆口套的外徑35，高取12。圖8-6 定位環(huán)8.2.5.2 分流道設(shè)計(jì)在多型腔或單型腔多澆口(制品尺寸大)時(shí)應(yīng)設(shè)置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動(dòng)通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。其作用是使?jié)沧⑾到y(tǒng)通道截面起過渡和轉(zhuǎn)向作用。因此分流道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動(dòng)過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。應(yīng)根據(jù)塑料的成型體積、制品的壁厚、制品形狀的復(fù)雜程度以及塑料性能等來確定分流道的形狀和尺寸大小。為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設(shè)置在分型面上，分

14、流道截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等，工程設(shè)計(jì)中常采用加工工藝性好的梯形截面，且塑料熔體的熱量散失、流動(dòng)阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式可確定其截面尺寸： (8.3) (8.4)式中流經(jīng)分流道的塑料量()分流道長(zhǎng)度()分流道直徑()梯形高度()梯形的側(cè)面斜角常取5°15°，在應(yīng)用式(8.3)時(shí)應(yīng)注意它的適用范圍，即制品厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且計(jì)算結(jié)果在3.29.5mm范圍內(nèi)才合理。本過濾器罩單件體積約為75.69cm2，質(zhì)量約為79.4745g，分流道的長(zhǎng)度預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)成100mm，且有兩個(gè)型腔，所以：=0.2654=5.48 取 D=6= 取

15、 H=4梯形小底邊寬度取4，其側(cè)邊與垂直于分型面的方向約成10°分流道的截面如圖8-7所示。圖8-7 分流道截面由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度并不要求很低，一般取1.6左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。分流道要盡可能短，且少?gòu)澱?，便于注射成型過程中最經(jīng)濟(jì)地使用原料和注射機(jī)的能耗，減少壓力損失和熱量損失。本例將分流道設(shè)計(jì)成直的，總長(zhǎng)100。8.2.5.3 澆口設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)綜合考慮塑料成型特性、制品形狀

16、、尺寸要求、注射機(jī)結(jié)構(gòu)等諸因素，合理選用澆道口的形狀和尺寸。澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種，本例將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動(dòng)狀態(tài)，迅速均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔時(shí)的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸可使多型腔同時(shí)充滿，可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及制品表面質(zhì)量，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流的作用，并便于澆口凝料與制品分離。這里采用的澆口形式是側(cè)澆口。側(cè)澆口又稱邊緣澆口，國(guó)外稱之為標(biāo)準(zhǔn)澆口。側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體于型腔的側(cè)面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調(diào)整其截面的厚度和寬

17、度可以調(diào)節(jié)熔體充模時(shí)的剪切速率及澆口封閉時(shí)間。這種澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)制品的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型制品的多型腔模具，且對(duì)各種塑料的成型適應(yīng)性均較強(qiáng)。澆道口的尺寸經(jīng)常需要通過試模，按成型情況酌情修正。為了防止應(yīng)力引起的變形，一般澆道口宜取薄。為了防止縮孔，澆道口宜取厚，填充不足則宜取寬，并在模具允許范圍內(nèi)澆道口及澆道部分長(zhǎng)度取短。推薦澆口尺寸取澆口厚度、寬度、長(zhǎng)度值為0.5×2×1。模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對(duì)制品成型性能及質(zhì)量影

18、響都很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)。通常要考慮以下幾項(xiàng)原則：(1)盡量縮短流動(dòng)距離。(2)澆口應(yīng)開設(shè)在制品壁厚最大處；(3)應(yīng)有利于型腔中氣體排出；(4)避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)；(5)澆口處避免彎曲和受沖擊載荷；。(6)注意對(duì)外觀質(zhì)量的影響。根據(jù)本制品的特征，綜合考慮以上幾項(xiàng)原則，選擇澆口位置如圖8-8所示。圖8-8澆口位置8.2.6冷料穴和拉料桿設(shè)計(jì)在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機(jī)噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體溫度，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以內(nèi)約1025的深度有個(gè)溫度逐漸升高的區(qū)域，這時(shí)才達(dá)到正常的塑料熔體

19、溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動(dòng)性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對(duì)較低的冷料進(jìn)入型腔，便會(huì)產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個(gè)冷料穴將主流道延長(zhǎng)以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔。冷料穴一般開設(shè)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上（也即塑料流動(dòng)的轉(zhuǎn)向處），其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的11.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積，拉料桿有六種形式，常用的是端部為Z字形的拉料桿形式，具體要根據(jù)塑料性能合理選用。8.2.7 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要點(diǎn)：（1）保證制品質(zhì)量：頂出位置應(yīng)設(shè)在頂出阻力大的地方，也就是使制品不易變形的部位，由于制品收縮時(shí)包緊型芯，因此頂出

20、力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近型芯，同時(shí)頂出力應(yīng)施于制品剛性和強(qiáng)度最大的部位，如凸緣，加強(qiáng)筋等處，作用面積也盡可能大一些。（2）頂出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)：在設(shè)計(jì)模具的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮在開模過程中保證制品留在具有頂出裝置的那一部分，這樣的頂出機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)工作可靠，動(dòng)作節(jié)奏清晰，運(yùn)動(dòng)靈活，制造方便，配換容易，且本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度。（3）所需頂出行程、抽芯距離、開模行程的計(jì)算：在頂出結(jié)束后，制品要完全脫出，達(dá)到可以方便取出或依靠制品自重自行掉落的程度。所需的頂出行程可用下式估算： （8.5）式中所需頂出行程()；型芯成型高度()； 頂出行程富裕量()； =42.5+=45根據(jù)具體情況，要對(duì)所需頂出行程進(jìn)

21、行驗(yàn)算合理調(diào)整。（4）所需頂出力、抽拔力、開模力計(jì)算：頂出力的決定與抽拔力的計(jì)算相同，制品與型腔的粘附力，多由塑料收縮引起，因此頂出制品時(shí)所需的力必須克服粘附力所引起的磨擦阻力，但影響粘附力的因素很多，故精確計(jì)算比較困難。頂出力： （8.6）式中塑料包絡(luò)型芯的面積()塑料對(duì)型芯單位面積上的包緊力，取脫模斜度大氣壓力0.09制品對(duì)鋼的磨擦系數(shù)，約為0.10.3制件垂直于脫模方向的投影面積()、分別為28000，25°，13000則： （5）頂桿在制品上的布局：頂桿的位置應(yīng)選在頂出阻力大的地方，也就是使制品不易變形的部位。頂桿應(yīng)設(shè)在制品的非主要表面上，以免因頂桿痕跡而影響外觀。在保證制品

22、質(zhì)量和制品順利頂出的情況下，頂桿的數(shù)量不宜過多。當(dāng)制品各處頂出阻力相同時(shí)，頂桿應(yīng)均等布置，使制品頂出時(shí)受力均衡，以免頂桿變形。本例中頂桿布置如圖8-9所示。圖8-9頂桿布置本例選用6×125型號(hào)的圓形頂桿10根。頂出機(jī)構(gòu)頂出制品后，在下一個(gè)成型周期之前，必須恢復(fù)到初始位置。在普通注塑模具中，頂出塑料件的推桿或活動(dòng)頂出塊的復(fù)位，通常是采用復(fù)位桿來完成的。模具合模時(shí)，利用復(fù)位桿工作端面頂住定模板分型面，使頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位。8.2.8冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)模具工作溫度對(duì)成型質(zhì)量和生產(chǎn)率有很大影響，在模具內(nèi)設(shè)置冷卻系統(tǒng)是控制模具溫度的有效措施。為了縮短制品成型周期，總是希望模具溫度低一些，但是模溫太低會(huì)使

23、塑料件產(chǎn)生流跡、熔接痕、強(qiáng)度差和嚴(yán)重缺料等問題。模溫過高，雖然熔料流動(dòng)性好，制品表面粗糙度小，力學(xué)性能好，但卻發(fā)生大的縮痕，成型周期長(zhǎng)并產(chǎn)生縮孔，因此，模具應(yīng)保持一定的溫度，這樣就必須靠模具的加熱、冷卻系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。本模具的熱平衡是依靠冷卻水通過冷卻水道的循環(huán)來調(diào)節(jié)的。使用ABS材質(zhì)的成型模具，其工作溫度一般要控制在7285。通過調(diào)節(jié)水的流量可使模溫穩(wěn)定、冷卻速度均衡，減小制品翹曲變形及成型收縮率的波動(dòng)，同時(shí)，合適的模溫能獲得所要求的制品表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。根據(jù)制品形狀及模具結(jié)構(gòu)，以及考慮到頂桿等在動(dòng)模部分布置很密，因而在動(dòng)模部分難以設(shè)置水道。該制品的體積雖然較大，但表面積較大，易散熱。經(jīng)計(jì)

24、算只在定模上開設(shè)冷卻水道就能滿足降低模具溫度的要求。動(dòng)模冷卻水道直徑為10mm，用常溫水作為冷卻介質(zhì)，水在管內(nèi)呈湍流，與模外軟管連接形成循環(huán)冷卻，以縮短冷卻時(shí)間。所需冷卻水孔數(shù)目： （8.7）式中水孔數(shù)目傳熱面積()模具上冷卻水孔深度，即模板寬()水孔直徑() 取 一般熔融塑料填充型腔時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度越低。因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通入冷水，而在溫度較低的外側(cè)只需要通過經(jīng)熱交換的溫水即可。8.2.9排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)注射模具的過程中，必須考慮模具的排氣問題，如果不考慮模具的排氣，模腔內(nèi)的氣體就不能順利地排出，注射時(shí)將造成制品的氣泡、疏松、充模不滿、熔接不牢、制件表面發(fā)烏或者在

25、注射時(shí)由于氣體被壓縮所產(chǎn)生的高溫使制品底部碳化和燒焦，而且型腔內(nèi)氣體被壓縮產(chǎn)生的反壓力會(huì)降低充模速度。考慮到制品的尺寸大小屬于中小型簡(jiǎn)單型腔模具，分型面之間、推出機(jī)構(gòu)與模板之間及活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙可進(jìn)行排氣，間隙值約為0.030.05，決定利用分型面，頂桿與頂桿孔的間隙等進(jìn)行排氣，不再另設(shè)排氣結(jié)構(gòu)。8.2.10選用模具架選用模具架時(shí)要考慮到制品的成型、流道的分布形式以及頂出機(jī)構(gòu)的形式。模架一般采用標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)配件，這對(duì)縮短設(shè)計(jì)與制造周期、降低制造成本是有利的。模具的大小主要取決于塑料制品的大小和結(jié)構(gòu)，對(duì)于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好。根據(jù)制品的外形尺寸(平面投影

26、面積與高度)以及制品本身結(jié)構(gòu)(側(cè)向分型滑塊等結(jié)構(gòu))可以大致確定模架的大小。根據(jù)以上原則考慮到制品在開模方向的投影面積和制品擺放布置，結(jié)合注塑機(jī)參數(shù)中模架高度的限制，最終選用標(biāo)準(zhǔn)模架：A2-315400-39-Z1GB/T12556.1-1990定模板厚度：=80動(dòng)模板厚度：=40墊塊厚度：=80模具厚度：=300導(dǎo)柱直徑：32模具外形尺寸：315×400×300一般導(dǎo)向分為動(dòng)、定模之間的導(dǎo)向，推板的導(dǎo)向，推件板的導(dǎo)向。一般導(dǎo)向裝置由于受加工精度的限制或使用一段時(shí)間之后，其配合精度降低，會(huì)直接影響制品的精度，因此對(duì)精度要求較高的制品必須另行設(shè)計(jì)精密導(dǎo)向定位裝置。如圖8-10所

27、示，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)模架時(shí)，因模架本身帶有導(dǎo)向裝置，一般情況下，用戶只要按模架規(guī)格選用即可，這里需要說明的是CATIA應(yīng)用程序中不包括上述的標(biāo)準(zhǔn)模具架，需要用戶在設(shè)計(jì)過程中自定義。若需采用精密導(dǎo)向定位裝置，則須由用戶根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。圖8-10模具架8.2.11 注射機(jī)校核（1）最大注射量的校核最大注射量和制品的重量有直接關(guān)系，兩者必須相適應(yīng)，不然會(huì)影響制品的質(zhì)量和產(chǎn)量。若最大注射量小于制品的重量，就會(huì)造成制品的形狀不完整或內(nèi)部組織疏松、制品強(qiáng)度下降等缺陷；而注射量過大，注射機(jī)利用率低，浪費(fèi)能源，而且可能導(dǎo)致塑料分解。因此，為了保證正常的注射成型，注射機(jī)的最大注射量應(yīng)稍大于制品的重量(包括流

28、道及澆口凝料和飛邊)。通常注射機(jī)的實(shí)際注射量最好在注射機(jī)的最大注射量的80%以內(nèi)。當(dāng)注射機(jī)以最大注射質(zhì)量標(biāo)定時(shí)，按下式校核： （8.8）式中注射機(jī)的最大注射量()；制品的總質(zhì)量()；澆道及澆道口凝料和飛邊質(zhì)量()；型腔數(shù)。、分別為250、79.4749、6.35、2，由上式驗(yàn)算滿足要求。（2）注射壓力的校核注射壓力校核的目的是校核注射機(jī)的最大的注射壓力是否能滿足制品成型的需要。為此，注射機(jī)的最大注射壓力應(yīng)稍大于制品成型所需的注射壓力，即 （8.9）式中注射機(jī)的最大注射壓力()；制品成型時(shí)所需的注射壓力()。為160，塑料成型時(shí)的注射壓力為7090。經(jīng)上式驗(yàn)算滿足需要。（3）鎖模力校核當(dāng)熔體充滿

29、型腔時(shí)，注射壓力在型腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力總是力圖使模具沿分型面脹開，為此，注射機(jī)的鎖模力必須大于型腔內(nèi)熔體壓力與制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積，即： （8.10）式中注射機(jī)的公稱鎖模力()；模內(nèi)壓力()；制品、流道、澆口在分型面上的投影面積之和()。注射機(jī)的公稱鎖模力為1.25，塑料的型腔壓力為3，投影面積之和為0.013，經(jīng)上式校核合格。（4）模具安裝尺寸的校核各種規(guī)格的注射機(jī)，可安裝模具的最大厚度和最小厚度均有限制，所設(shè)計(jì)的模具閉合厚度必須在模具最大厚度和最小厚度之間，即應(yīng)滿足下列關(guān)系： （8.11）式中注射機(jī)允許模具最小厚度()；注射機(jī)允許模具最大厚度()；模具閉合厚度()。

30、、分別為150、550、313，經(jīng)驗(yàn)算滿足以上關(guān)系式。小于，可采用墊板來調(diào)整，以使模具閉合。（5）開模行程的校核各種注射機(jī)的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離。對(duì)于單分型面注射模，開模行程可按下式校核： （8.12）式中注射機(jī)的最大開模行程()；制品推出距離()；制品高度()。注射機(jī)的最大開模行程為360，制品推出距離45，制品高度45。經(jīng)上式驗(yàn)算滿足要求。（6）注射機(jī)頂出裝置與模具推出機(jī)構(gòu)關(guān)系的校核各種型號(hào)注射機(jī)頂出裝置的結(jié)構(gòu)形式、最大頂出距離等是不同的。設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須了解注射機(jī)頂出裝置類別和頂桿位置。本次設(shè)計(jì)所選注射機(jī)型號(hào)為，推出機(jī)構(gòu)為中心頂桿機(jī)構(gòu)，模具

31、安裝時(shí)對(duì)稱地固定在移動(dòng)模板中心位置上，以便注射機(jī)的頂桿頂在模具的推板中心位置上。（7）模具模板面尺寸校核設(shè)計(jì)時(shí)安裝模具的外形尺寸應(yīng)小于注射機(jī)的拉桿間距，否則模具無法安裝。本例選用的注射機(jī)拉桿間距為600，所選模架模板尺寸為315，滿足安裝需要。8.3 CATIA模具構(gòu)建用CATIA構(gòu)建模具的產(chǎn)品模型主要有以下幾個(gè)步驟：建立塑件的三維實(shí)體模型；定義主開模方向和滑塊方向；定義型芯表面和型腔表面；導(dǎo)入模架；剖分型芯型腔；設(shè)置澆口流道和開冷卻水道；加導(dǎo)柱導(dǎo)套和頂桿；出工程圖。主要涉及的功能模塊有：Part Design、Core & Cavity Design、Mold Tooling Des

32、ign、Drafting。8.3.1建立制品的三維模型三維建模主要在Part Design模塊中完成。Part Design模塊提供了直觀靈活的用戶界面，可用于設(shè)計(jì)精確的3D機(jī)械零件， Part Design能夠適應(yīng)復(fù)雜程度各異的零件（從簡(jiǎn)單到高級(jí)）的設(shè)計(jì)要求。此模塊將基于特征的設(shè)計(jì)與靈活的布爾方法結(jié)合起來，提供了高效直觀的設(shè)計(jì)環(huán)境及多種不同的設(shè)計(jì)方法。作為一個(gè)可伸縮的產(chǎn)品，Part Design可以和其它當(dāng)前或未來的伴侶產(chǎn)品（如Assembly Design和Generative Shape Design）共同使用。（1）啟動(dòng)CATIA，選擇File（文件）菜單下的New（新建）選項(xiàng)，彈出如

33、圖8-11所示的對(duì)話框。圖8-11新建對(duì)話框（2）從List of Types（類型列表框）中選擇Part（部件），然后單擊OK（確定）按鈕，新建一個(gè)CATPart文件，默認(rèn)文件名是Part1. CATPart。（3）從CATIA的Start（開始）菜單下的Mechanical Design（機(jī)械設(shè)計(jì)）菜單項(xiàng)下選Part Design（零件設(shè)計(jì)）項(xiàng)即可進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模塊，其界面如圖8-12所示。圖8-12 Part Design模塊界面（4）單擊Sketcher（草圖）圖標(biāo)并選擇XY平面進(jìn)入草圖工作環(huán)境，建立如圖8-13所示的草圖。圖8-13 Sketcher工作環(huán)境（5）然后回到Part De

34、sign環(huán)境，利用剛才建立的草圖進(jìn)行拉伸，建立如圖8-14所示的實(shí)體。圖8-14 Pad特征（6）對(duì)以上建立的實(shí)體進(jìn)行拔模、倒圓角和抽殼，獲得如圖8-15所示的實(shí)體。圖8-15 Draft Angle、Edge Fillet、Shell特征（7）選擇Insert（插入）菜單下的Body項(xiàng)，向樹狀目錄中插入一個(gè)Body.2實(shí)體集。然后，利用Sketcher、Pad、Shell等工具建立如圖8-16所示的實(shí)體。圖8-16 Body.2實(shí)體特征（8）選擇Insert（插入）菜單下的Boolean Operations（布爾運(yùn)算）選項(xiàng)，然后選Union Trim項(xiàng)，再選擇PartBody和Body.2

35、，建立如圖8-17所示的實(shí)體。圖8-17 Boolean Operations、Union Trim特征（9）從Insert（插入）菜單下選擇Body項(xiàng)，向樹狀目錄中插入Body.3，用Sketcher、Rib、Rectangular Pattern和Draft建立如圖8-18所示的實(shí)體。圖8-18 Body.3實(shí)體特征（10）再插入Body.4，建立后用Insert菜單下Boolean Operations選項(xiàng)下的Union Trim項(xiàng)進(jìn)行邏輯操作，選擇Body.3和Body.4完成如圖8-19所示的實(shí)體，用于作為過濾器罩內(nèi)部的肋。圖8-19 Body.4實(shí)體特征（11）選擇PartBody

36、和Body.4重復(fù)Union Trim命令得到如圖8-20所示的實(shí)體特征。圖8-20 Union Trim特征（12）進(jìn)入Sketcher環(huán)境建立如圖8-21所示的草圖。圖8-21 Sketch.13草圖（13）執(zhí)行Pocket命令，Profile/Surface選擇以上建立的草圖Sketch.13，命令完成后產(chǎn)生如圖8-22所示的下沿特征。圖8-22 Pocket特征至此，過濾器罩制品的三維模型已成功建立，接下來可以將此三維模型導(dǎo)入Cavity & Core Design模塊進(jìn)行后續(xù)操作。8.3.2 定義主開模方向和型芯型腔表面主開模方向和型芯型腔表面的定義主要在Cavity &am

37、p; Core Design模塊中完成，操作對(duì)象是之前建立的過濾器制品三維模型。8.3.2.1進(jìn)入模塊并導(dǎo)入模型（1）選擇File菜單下的New命令，選擇Product類型，新建一個(gè)CATProduct文件。選擇Start菜單下Mechanical Design項(xiàng)下的Cavity & Core Design命令進(jìn)入Cavity & Core Design模塊，其界面如圖8-23所示。圖8-23 Cavity & Core Design模塊界面（2）點(diǎn)擊Import Model圖標(biāo)，打開如圖8-24對(duì)話框。在Reference列表框中選擇之前建立的過濾器制品三維模型，在B

38、ody列表框中選擇PartBody， Axis System（坐標(biāo)系）列表框中選擇Local axis system（局部坐標(biāo)系）以便接下來的操作進(jìn)行更好的定位。Shrinkage選項(xiàng)組用于定義收縮率，因?yàn)锳BS的平均收縮率為0.55%，所以在Ratio文本框中輸入1.0055。點(diǎn)擊OK（確定）即可導(dǎo)入模型，導(dǎo)入模型的尺寸會(huì)根據(jù)定義的收縮率進(jìn)行縮放。圖8-24 Import Model對(duì)話框8.3.2.2定義主開模方向點(diǎn)擊Pulling Direction（開模方向）圖標(biāo)彈出如圖8-25所示的對(duì)話框。 圖8-25 Pulling Direction對(duì)話框軟件自動(dòng)識(shí)別Local axis sys

39、tem為主開模方向，點(diǎn)擊模型的上表面，上表面被識(shí)別為型腔表面，顯示為深綠色，內(nèi)表面被識(shí)別為型芯表面，顯示為紅色，選中Locked選項(xiàng)鎖定開模方向。點(diǎn)擊確定按鈕，在目錄樹中生成一個(gè)名為Main Pulling Direction.1的坐標(biāo)軸系統(tǒng)，即主開模方向，還有兩個(gè)分別命名為：Cavity.1和Core.1的幾何集，即分別為：型腔表面、型芯表面。型芯和型腔表面的分解視圖如圖8-26所示。圖8-26 Cavity.1、Core.1表面特征8.3.2.3作分型面把分型面和制品上表面合并組成CavitySurface，再把分型面和制品內(nèi)表面合并組成CoreSurface，用于以后定義型芯型腔。（1）

40、單擊Boundary（邊界）圖標(biāo)，打開如圖8-27所示的邊界定義對(duì)話框。 圖8-27 邊界定義對(duì)話框（2）然后用鼠標(biāo)點(diǎn)選制品。Limit1和Limit2分別選擇邊界線的兩個(gè)端點(diǎn)，點(diǎn)確定按鈕，得到一條邊界線，如圖8-28所示。圖8-28 邊界線（3）單擊Line圖標(biāo)，打開如圖8-29所示的線定義對(duì)話框。圖8-29 線定義對(duì)話框（4）在Line type（線型）中選擇Point-Direction，選擇線的起點(diǎn)和X方向，在End中輸入100mm，按確定按鈕，完成一條線的繪制。重復(fù)以上步驟，完成如圖8-30所示的線框。圖8-30 線框（5）單擊Join curves or surfaces（連接曲線

41、或曲面）圖標(biāo)，彈出如圖8-31所示的連接定義對(duì)話框。圖8-31 Join curves or surfaces對(duì)話框（6）在Elements To Join選項(xiàng)中用鼠標(biāo)選擇剛才作的線框和邊界，選上Check connexity（檢查連通性）選項(xiàng)，以便讓軟件檢查連通性，排除斷點(diǎn)。按確定按鈕，得如圖8-32所示的線框。圖8-32 Join.1連接線（7）單擊Fill（填充）圖標(biāo)，彈出如圖8-33所示的填充曲面對(duì)話框。圖8-33 Fill對(duì)話框（8）在Boundary（邊界）選項(xiàng)中選擇剛才創(chuàng)建的Join.1，按確定按鈕，生成如圖8-34的平面。圖8-34 Fill.1平面特征（9）用和上述方法相同的

42、操作步驟完成整個(gè)分型面，完成后的分型面如圖8-35所示。圖8-35 Parting Surface表面特征8.3.2.4 定義型芯曲面和型腔曲面一般要先完成PartBody、分型面、補(bǔ)孔等操作，并且要正確顯示出來，以便接下來對(duì)它們的操作是可選的。（1）從Insert菜單下選擇Geometrical set命令向樹狀目錄中插入一個(gè)名為PartingBody的幾何集，接下來定義的表面都將歸入它的目錄下。（2）單擊Join curves or surface圖標(biāo)，啟動(dòng)如圖8-36所示的連接定義對(duì)話框。圖8-36 Join curves or surface對(duì)話框（3）Elements To Join

43、中用鼠標(biāo)選擇制品的外表面和分型面，選中Check connexity選項(xiàng)，以便讓軟件檢查表面是否有間隙，按確定按鈕，獲得如圖8-37所示的型腔表面。圖8-37 型腔表面（4）用同樣方法合并分型面和制品內(nèi)表面，獲得如圖8-38所示的型芯表面。圖8-38型芯表面完成以上所有的操作后，在樹狀目錄中生成了二個(gè)表面：CavitySurface、CoreSurface，如圖8-39所示，以上名稱都是后續(xù)操作中軟件可自動(dòng)識(shí)別的。 圖8-39樹狀目錄8.3.3 導(dǎo)入模具架以下操作將在Mold Tooling Design模塊中完成，所以必須先進(jìn)入Mold Tooling Design模塊。Mold Tooli

44、ng Desing模塊下只能對(duì)Product格式的文件進(jìn)行操作，所以先新建一個(gè).CATProduct文件，然后，從Start菜單中的Mechanical Design選項(xiàng)選擇Mold Tooling Design命令，加載并進(jìn)入該模塊，其界面如圖8-40所示。圖8-40 Mold tooling Design模塊界面（1）首先導(dǎo)入之前所建的制品模型以及CavitySurface和CoreSurface。選擇Insert菜單下的Existing Component命令，彈出如圖8-41所示的文件選擇對(duì)話框。圖8-41文件選擇對(duì)話框在對(duì)話框中選中Show Preview可以對(duì)選中的文件進(jìn)行預(yù)覽，選

45、擇之前建立的FilterCover.CATPart文件，單擊打開，導(dǎo)入三維模型，如圖8-42所示。圖8-42導(dǎo)入三維模型（2）單擊工具欄上的Create a new mold工具按鈕，打開如圖8-43所示創(chuàng)建一個(gè)新模具架對(duì)話框。圖8-43 Create a new mold對(duì)話框CATIA系統(tǒng)軟件自帶的目錄庫(kù)中包含了世界上一些有影響的標(biāo)準(zhǔn)模具架，包括全球最為著名的三大模具架標(biāo)準(zhǔn)，英制的“DME-Amarica”，歐洲的“HASCO (哈斯考)”，亞洲的日本“FUTABA (富得巴)”。但遺憾的是由于CATIA在中國(guó)應(yīng)用較少，達(dá)索公司還沒有收錄中國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)件，解決辦法是先選擇一個(gè)相近的產(chǎn)品，然

46、后按照用戶的需要修改其參數(shù)，用戶在使用的過程中不斷積累保存，同樣可以獲得滿意的自定義模具架。點(diǎn)擊Catalog（目錄庫(kù)）按鈕打開Catalog Brower（目錄庫(kù)瀏覽器）對(duì)話框，如圖8-44所示。圖8-44 Catalog Brower對(duì)話框（3）在Catalog Brower中可以分別瀏覽，然后到工作平臺(tái)預(yù)覽；或者用filter（過濾器）查詢過濾，單擊Filter打開如圖8-45所示的對(duì)話框來編輯過濾條件。圖8-45 Filter對(duì)話框（4）在上面的對(duì)話框中定義模具的尺寸條件后，按確定按鈕，返回Catalog Brower，選中Enable multi-level query，以便在全部模

47、架標(biāo)準(zhǔn)中查詢，單擊查詢Query按鈕后，彈出如圖8-46所示的查詢結(jié)果。圖8-46 Query對(duì)話框（5）按確定按鈕，返回Create a new mold，去掉Cavity Support前的選框，即不加定模支承板；修改Cavity和Core的值為100mm，這只是型芯型腔板的初選值，最后剖切時(shí)將切去重合部分。將Riser Bar、Setting、A plate、B plate分別修改為國(guó)標(biāo)值，然后按確定按鈕，返回Mold tooling Design工作臺(tái)，產(chǎn)生一個(gè)如圖8-47所示的模具架。圖8-47 模具架8.3.4 剖分型芯型腔（1）除CoreSurface以外，隱藏導(dǎo)入的三維模型的所有部分，同時(shí)隱藏模架的InjectionSide.1，即上面三塊板。（2）