燈座注塑模具設計

1、燈座注塑模具設計 摘要：本課題主要是針對燈座注塑模的模具設計,通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。并從產品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數的校核都有詳細的介紹，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝，動作可靠，塑件脫模順利。關鍵詞：燈座 注塑模具 結構設計The injection mold of lamp holder design Abstract：The topic mainly aims at the injection mould of

2、lamp holder design, through to models to carry on the craft the analysis and the comparison, designs a note mold finally. This topic from the product mix technology capability, the concrete mold structure embarks, to molds gating system, the mold formation parts structure, goes against the system, t

3、he cooling system, injection molding machines choice and the related parameter examination, has the detailed design, simultaneously and simple establishment molds processing craft. Through the entire design process indicated that this mold can achieve this to model the processing craft which an inst

4、itute requests The operation of the mould is reliableThe demount of the plastic parts is smooth.Key words：lamp holder injection mould structural design目錄前言31. 制品的結構及要求62. 制品的工藝性分析7 2.1 制品的原材料分析7 2.2 制品的尺寸精度分析8 2.3 制品的表面質量分析8 2.4 制品的結構工藝性分析83. 確定成型設備的選擇與相關工藝參數8 3.1 制品的體積8 3.2 制品的質量8 3.3 制品模塑成型工藝參數的確定

5、84. 注射模的結構設計9 4.1 分型面的選擇9 4.2 型腔數目的確定及型腔的排列10 4.3 澆注系統(tǒng)的設計11 4.4 型芯、型腔結構的確定12 4.5 推出方式的選擇12 4.6 側抽芯機構設計12 4.7 標準模架的選擇13 4.8 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計135. 注射模設計的尺寸計算15 5.1 成型零件尺寸計算15 5.2 確定抽芯機構零件尺寸計算156. 注塑機有關參數的校核15 6.1 模具閉合高度的確定和校核15 6.2 模具安裝部分的校核156.3 模具開模行程校核147. 裝配圖 168. 零件圖 169.總結 16附錄 118附錄 220附錄 327附錄 441前言隨著各

6、種性能優(yōu)越的工程塑料不斷開發(fā)，注塑工藝越來越多地被各個制造領域用以成型各種性能要求的制品。要高質量、經濟地生產出注塑制品，必須綜合考慮成型樹脂、注塑模具及注塑機的問題，注塑模具的設計質量直接影響成型制品的生產效率、質量及成本。注塑模具在注射制品成型中起著極其重要的作用，除了塑料制品的表面質量、成型精度完全由模具決定之外，塑料制品的內在質量、成型效率也受模具左右，所以如何高質量、簡明、快捷、規(guī)范化地設計注塑模具，成為發(fā)揮注塑成型工藝的優(yōu)越性，擴大注塑制品的首要問題。傳統(tǒng)的注塑模具設計，主要是依賴設計人員的經驗，設計的速度、質量及可靠性的程度，因設計人員的經驗而異。又因模具是單品或極少批量的產品，

7、采用傳統(tǒng)設計方法，每一張圖紙都需要手工繪制，設計人員的工作強度大，設計工作難以達到規(guī)范化、標準化。目前世界上工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都已相繼采用計算機技術進行注塑模具設計，其主要是采用計算機輔助設計CAD及計算機輔助工程CAE。1.制品的結構及要求零件名稱：燈座生產批量：大批量材料：聚碳酸酯未注公差去MT5級精度圖1燈座零件圖2.制品的工藝性分析2.1 制品的原材料分析表1塑件的原材料分析塑料品種結構特點使用溫度化學穩(wěn)定性性能特點成型特點聚碳酸酯(PC)，屬于熱塑性料線型結構非結晶型材料，透明小于130C,耐寒性好，脆化溫度為-100C有一定的化學穩(wěn)定性，耐堿，酯，酮等透光率較高，介電性能好，吸水

8、性小，但水敏性強（含水量不得超過0.2），且吸水后會降解?；瘜W性能很好，沖擊抗蠕變性能突出熔融溫度高（但超過330C才嚴重分解），但熔體黏度大流動性差（溢邊值為（0.06mm)；流動性對溫度變化敏感，冷卻速度快結論熔融溫度高且熔體黏度大，對于大于200g的塑件應用螺桿式注射機成型，噴嘴宜用敞開式延伸噴嘴，并加熱，嚴格控制模具溫度，水敏性強，加工前必須燥處理，否則會出現銀絲，氣泡及強度顯著下降現象。易產生應力集中，嚴格控制成型條件，塑件成型后退火處理，消除內應力；塑件壁不宜厚，避免有尖角，缺口和金屬嵌件造成應力集中，脫模斜度宜取22.2 制品的尺寸精度分析該塑件尺寸精度無特殊要求，所有尺寸均為自

9、由尺寸，可按5查取公差。2.3 制品的表面質量分析該塑件要求外形美觀，色澤鮮艷，外表面沒有斑點及熔接痕，粗糙度可取Ra0.4 um。而塑件內部沒有較高的表面粗糙度要求。2.4 制品的結構工藝性分析（1）從圖紙上分析，塑件的外形為回轉體。壁厚均勻，且符合最小壁要求。（2）塑件型腔較大，有尺寸不等的孔，如12、4-10、4-4.5、4-5，它們均符合最小孔徑要求。（3）在塑件內壁有4個高2.2，長11的內凸臺。因此，塑件不易取出。需要考慮側抽裝置。 綜上所述，該制品可采用注射成型加工。3.確定成型設備的選擇與相關工藝參數3.1制品的體積 由UG軟件可得體積V200172.30mm3 3.2制品的質

10、量計算塑件的質量是為了選擇注射機及確定模具型腔數。根據有關手冊查得=1.2kg/dm所以，塑件的質量為 W=V =2001272.301.210 =240.12g根據塑件的形狀及采用一模一件的模具結構，考慮外形尺寸、對塑件原材料的分析及注射時所需的壓力情況，參考模具設計手冊初選螺桿式注射機：XS-ZY-250（經注射參數校核，XS-ZY-250不能滿足閉合高度要求，故選XS-ZY-500)。3.3 制品模塑成型工藝參數的確定聚碳酸酯注射成型工藝參數見表3-1，試模時可根據實際情況作適當整。表2 聚碳酸酯注射成型工藝參數工藝參數規(guī)格工藝參數規(guī)格預熱和干燥溫度t：110120成型時間/s注射時間2

11、090時間：812h保壓時間05料筒溫度t/后段210240冷卻時間2090中段230280總周期40190前段240285螺桿轉速n（r/min）28噴嘴溫度t/240250后處理方法紅外線燈模具溫度t/70（90）120溫度t/鼓風烘箱100110注射壓力p/Ma80120時間/h8124.注射模的結構設計4.1 分型面的選擇如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。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、塑件的結構工藝性及精度、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，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一

12、般應遵循以下幾項原則：(1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。(2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。(3) 保證塑件的精度要求。(4) 滿足塑件的外觀質量要求。(5) 便于模具加工制造。(6) 對成型面積的影響。(7) 對排氣效果的影響。該塑料為燈座，外形要求美觀，無斑點和熔接痕，表面質量要求較高。要選擇分型面時，根據分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質量以及成型后能順利取出塑件，在兩種分型面的選擇方案。其一，選塑件小端底平面作為分型面，如圖2（A）所示；選擇這種方案，側面抽芯機構設在定模部分，模具結構需用瓣合式，這樣在塑件面會留有熔接痕，同時增加了模具結構的復雜程度。其

13、二，選塑件大端底平面作為分型面，如圖2（B）所示，采用這種方案，側面抽芯機構設在動模部分，模具結構也較為簡單。所以，選塑件大端底平面作為分型面較為合適。AB圖2 分型面的選擇4.2 型腔數目的確定及型腔的排列由于該塑件采用的是一模一件成型，所以，型腔布置在模具的中間。這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。4.3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)設計是否合理不僅對塑件性能、結構、尺寸、內外在質量等影響很大，而且還對塑件所用的塑料的利用率、成型生產效率等相關，因此這是一個重要環(huán)節(jié)。澆注系統(tǒng)設計主要包括主流道，分流道，澆口和冷料穴四部分。它的主要作用是將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使

14、型腔內的氣體能及時順利排出，將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個部位，以獲得形狀完整、內外在質量優(yōu)良的塑料制件。（1）主流道設計根據手冊查得XS-ZY-500型注射機噴嘴的有關尺寸。噴嘴球半徑：R0=18mm噴嘴孔直徑：d0=4mm根據模具主流道與噴嘴的關系：R=R0+（12）mm, d=d0+0.5mm取主流道球面半徑：R=20mm取主流道的小端直徑：d=4.5mm為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為13。經換算得主流道大端直徑D=12mm。同時為了使熔料順利進入分流道，在主流道出料端設計r=5mm的圓弧過渡。（2）分流道的設計分流道的形狀及尺寸與塑件的體積、壁厚、形狀的

15、復雜程度、注射速率等因素有關。 該塑件的體積比較大，但形狀不算太復雜，且壁厚均勻，可考慮采用多點進料方式，縮短分流道長度，有利于塑件的成型和外觀質量的保證。本例從便于加工的方面考慮，采用截面形狀為半圓形的分流道。查有關手冊得流道半徑R=6mm。圖3 分流道（3）澆口設計模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：（1）盡量縮短流動距離。（

16、2）澆口應開設在塑件壁厚最大處。（3）必須盡量減少熔接痕。（4）應有利于型腔中氣體排出。（5）考慮分子定向影響。（6）避免產生噴射和蠕動。（7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。（8）注意對外觀質量的影響。由于該塑件外觀質量要求較高，澆口的位置和大小應以不影響塑件的外觀質量為前提。同時，也應盡量使模具結構更簡單。綜合對塑料成型性能，澆口和模具結構的分析比較，確定成型該塑件的模具采用點澆口形式。根據塑件外觀質量的要求以及型腔的安放方式 ，進料位置設計在塑件底部。4.4 型芯、型腔結構的確定整體式型腔是直接在型腔板上加工，有較高的強度和剛度。但零件尺寸較大時加工和熱處理都較困難。整體式型芯結構牢固，成型

17、塑件質量好，但尺寸較大，消耗貴重模具鋼多，不便加工和熱處理。整體式結構適用于形狀簡單的中小型塑件。 組合式型腔是由許多拼塊鑲制而成，機械加工和熱處理比較容易，能滿足大型塑件的成型需要。組合式型芯可節(jié)省貴重模具鋼，便于機加工和熱處理，修理更換方便。同時也有利于型芯冷卻和排氣的實施。由于該塑件尺寸較大，最大可達170mm，且形狀復雜，有錐面過渡。若采用整體式型腔，加工和熱處理都較困難。所以，采用拼塊組合式，在型腔的底部大面積鑲拼結構?？紤]模具溫度調節(jié)，型芯采用整體結構。4.5 推出方式的選擇根據塑件的形狀特點，模具型腔在動模部分。開模后，塑件留在型腔。其推出機械可采用推塊推出或推桿推出。其中，推塊

18、推出結構可靠，頂出力均勻，不影響塑件的外觀質量。但塑件上有圓弧過渡，推塊制造困難；推桿推出結構簡單，推出平穩(wěn)可靠，雖然推出時會在塑件上留下頂出痕跡，但塑件頂部裝配后使用時并不影響外觀。從以上分析得出：該塑件采用推桿推出機械。4.6側抽芯機構設計該塑件上有內結構，它垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具中脫出。因此，成型部分的零件必須做成活動的型芯，即設置抽芯機構。因塑件側抽芯距較小，且采用滑塊導滑的斜滑塊公型抽芯機構模具結構較采用斜桿導滑的分型抽芯機構模具結構安裝調整簡單，故選擇導滑的斜滑塊分型抽芯機構。圖4 側抽芯機構4.7 標準模架的選擇本塑件采用點澆口注射成型，根據其結構形式，選擇A4型模

19、架。4.8 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計無論什幺塑料進行注射成型，均有一個比較適宜的模具溫度范圍，在此模具溫度范圍內，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，塑件脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學性能以及表面質量較高。為了使模溫控制在一理想的范圍內，現設計一模具溫度調節(jié)系統(tǒng)。由于本次設計的塑料聚碳酸酯黏度和流動性一般，模溫為4060，故無須設計加熱系統(tǒng)，只需設計冷卻系統(tǒng)以確保合理的模溫。常用的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻，本設計設計采用的是水冷卻，經濟實惠。本制品尺寸較大，需設計多個冷卻水道，并在型芯和型腔都要設置冷卻水冷卻。圖5 型芯冷卻圖6 型腔冷卻5.注射模設計的尺寸計算5.1成型零件尺寸

20、計算該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算。查有關手冊得PC的收縮率為Q=0.50.7，故平均收縮率為S=0(0.5+0.7)/2=0.6=0.006,根據塑件尺寸公差取z=/4。5.2確定抽芯機構零件尺寸計算（1）抽芯距的計算 S抽=h+(23)mm=(121-114)/2+2.5=6mm其中：h為凸臺高度，（23）mm為抽芯安全系數。（2）滑塊傾角的確定。斜滑塊傾角是機芯機構的主要技術數據之一，它與塑件成型后能否順利取出以及推出力、推出距離有直接的關系。本例抽芯距較小，選擇a=10。（3）確定斜滑塊尺寸。斜滑塊在導滑板中導滑，根據塑件尺寸需要，導滑板的高度設計為85mm，斜滑塊在件導滑板中能

21、導滑的行程40mm（考慮限位螺釘的安裝尺寸和推出行程），校核實際抽芯距S抽實=tana40=tan1040=0.17640=7.04mmS抽滿足抽芯距要求。6.注塑機有關參數的校核6.1模具閉合高度的確定和校核根據標準模架各模板尺寸及模具設計的其他零件尺寸：定模座板H定=35mm，壓板H壓=25mm，型芯固定板H固=25mm，型腔板H型=93mm，凹模鑲塊H凹=65mm，墊板H墊=35mm，模腳H模=85mm。模具閉合高度：H閉=H足+H動+H型+H固+H流+H定=85mm+35mm+65mm+93mm+25mm+25mm+45mm=373mm6.2模具安裝部分的校核該模具的外形尺寸為3653

22、15，XS-ZY-250型注射機模板最大安裝尺寸為598520，故能滿足模具安裝要求。由于XS-ZY-250型注射機所能允許模具的最小厚度為=165，最大厚度=350，即模具閉合高度不滿足HminHHmax安裝條件。所以，另選注射機XS-ZY-500型，即可滿足模具安裝要求。6.3模具開模行程校核經查資料注射機XS-ZY-500型的最大開模行程s=500，滿足下式計算所需的出件要求sH1+H2+a+(510)mm=40+133+95+7=275mm此外，由于側分型抽芯距較短，不會過大增加開模距離，注射機的開模行程足夠，經驗證明，XS-ZY-500型注射機能滿足使用要求，故可以采用。7.裝配圖見

23、圖紙YM-008.零件圖見圖紙YM-01YM-229.總結通過這次系統(tǒng)的塑模的設計，我更進一步的了解了塑模的結構及各工作零部件的設計原則和設計要點，了解了塑模設計的一般程序。進行塑料產品的模具設計首先要對成型制品進行分析，再考慮澆注系統(tǒng)、型腔的分布、導向推出機構等后續(xù)工作。通過制品的零件圖就可以了解制品的設計要求。對形態(tài)復雜和精度要求較高的制品，有必要了解制品的使用目的、外觀及裝配要求，以便從塑料品種的流動性、收縮率，透明性和制品的機械強度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考慮注射成型工藝的可行性和經濟性。模具的結構設計要求經濟合理，認真掌握各種塑模的設計的普遍規(guī)律，可以縮短模具設計周期

24、，提高模具設計的水平。參考文獻1 申開智主編.塑料成型模具J. 中國輕工業(yè)出版社2 塑料模具設計手冊編寫組.塑料模具設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，20023 屈華昌主編.塑料成型工藝與模具設計M.(第2版).北京:高等教育出版社,2006.74 李德群,肖景容.塑料成型模設計具M. 華中理工大學出版社5 韓泰榮,蔣文森.模具設計與制造簡明手冊M. 上?？茖W技術出版社6中國模具設計大典中國機械工程學會中同模具設計大典編委會7 鄒繼強主編.塑料模具設計參考資料匯編M.北京：清華大學出版社,2005.98塑料模具設計與制造 高等教育出版社 2004 齊衛(wèi)東 主編9 李云程主編.模具制造工藝學M.

25、 機械工業(yè)出版社10 徐茂功,桂定一. 公差配合與技術測量M. 機械工業(yè)出版社11塑料注射模具設計實用手冊 航空工業(yè)出版社 （宋玉恒 主編）附錄1：零件的加工工藝卡（1）型腔板的加工工藝表3 型腔板的加工工藝過程序號工序名稱工序內容0備料棒料1鍛造320mm320mm98mm2熱處理退火3銑銑面至尺寸315.5mm315.5mm93.5mm、對角尺4平磨磨面至尺寸315mm315mm93mm，保證上下平成與四平成互相垂直，垂直度為0.01mm/10mm、對角尺5鉗以上下平面及一對相互直的側基面為基準劃各孔中心線6車（鏜）車型腔孔，并按圖紙要求加工出的169.82mm, 136.86mm, 12

26、8.8mm, 126.8mm孔（留0.05mm磨量）7鉆鉆2-9絞孔，锪兩沉頭孔2-15，留出0.5mm的精加工余量用深孔鉆鉆14的孔，冷卻水孔到滿足要求8鉗與件2，19，21，25配作，鉆絞4-30的孔，锪4-36的沉頭孔到滿足要求，并留出0.5mm的精加工余量與件2，3，19，21，25配合鉆絞孔到滿足要求與件25，26，14配合鉆鉸4-16.8的孔，同時按圖上要求加工出的孔，留出0.5mm的精加工余量配鉆8-M12螺紋底孔，并攻絲到滿足要求按拉塊位置鉆2-M10螺紋底孔，并攻絲到滿足要求9淬火淬火回火達3035HRC10平磨磨上下面11磨磨4-14,2-9, 169.82mm, 136.

27、83mm, 128.8mm, 126.8,2-15各孔到滿足要求12電化學處理研型腔Ra0.1m并鍍鉻拋光（2）型芯的加工工藝表4 型芯的加工工藝過程序號工序名稱工序內容1下料2鍛鍛造成147mm168mm3熱處理退火4車粗車型芯頂部端面，粗車外圓面至尺寸12.53.2,6559.5,12531.5,13357.5調頭型芯底部至139mm半精車型芯頂部至12.153，倒R2圓角，車錐面達小端64,大端65，長60，車錐面,達小端122.9，大端124.9，長32,車錐面,達大端為132.9長30，車外圓達133.5，車底端達138.55.5鉆80圓孔的預孔及40底錐孔，鏜80+0.076 0圓

28、孔留磨量0.5，孔深80，留磨量0.2mm切達圖紙要求，小徑100,深2.4mm5鉗畫各裝配孔中心線6鉆鉆、鉸2-2孔，留研磨量0.01mm鉆、鉸4-5孔，留研磨量0.01mm7熱處理淬火，回火，達到3035HRC8磨磨型芯各端面及外圓和80+0.076 0的孔，其中外圓與工作端面，即Ra0.2m的表面，留鉗工研磨0.02mm（按圖紙最終尺寸加工）9鉗研磨2-2,4-5孔達圖樣要求研磨型芯外圓面10化學熱處理鍍鉻拋光附錄2：綜述CAD/CAE技術在注塑模具設計中的應用高分子材料加工工程學生：楊明 指導老師：王勇摘要：本文闡述了CAD/CAE技術的基本概念；并詳細的介紹了CAD技術在塑料制品設計

29、、模具結構設計、參數化設計等方面的應用，CAE技術在注塑模具設計中的各個方面的具體應用;以及應用CAD/CAE軟件進行注塑模設計的大體流程。關鍵詞：CAD/CAE技術 注塑模具 應用Abstract: This paper expounds the basic concept of CAD/CAE technology, and introduces about the CAD technology in plastic product design, mold structure design, the application of parametric design, etc. in de

30、tail. CAE technology in plastic injection mold design of specific application in all aspects. As well as the application of CAD/CAE software for injection mold design of general process.Keyword: CAD/CAE technology Injection mold Application1 引言隨著科學技術的不斷進步和社會的高速發(fā)展，設計人員必須花費大量的時間來繪制模架、項桿、滑塊等部件，為了表達清楚設計

31、意圖，設計人員必須隨時緊跟產品更新換代的速度。利用計算機對注塑模具進行輔助設計(CAD)和輔助工程(CAE)的技術分析，可以提高模具設計和制造的水平，縮短塑件研制周期，對注塑模技術的發(fā)展具有重要意義。目前，CADCAE的發(fā)展，大大提高了模具設計和制造的水平，縮短塑件研制周期，特別是近幾年來，模具CADCAE技術發(fā)展很快，為廣大模具設計人員提供了方便。應用范圍日益擴大，并取得了可觀的經濟效益。2 CAD/CAE技術概述2.1計算機輔助設計(CAD)計算機輔助設計系統(tǒng)由硬件和軟件組成。其中硬件主要就是指計算機系統(tǒng)，包括主計算機、工作站、終端和輸出設備等。軟件包括系統(tǒng)程序、專業(yè)應用程序和各種輔助程序

32、。計算機輔助設計的過程主要包括以下兩個環(huán)節(jié)：在樣品或圖紙基礎上利用CAD軟件進行三維造型；在真實感效果評價滿意的基礎上進行模具CAD設計。2.2 計算機輔助工程分析(CAE)CAE技術是一門以CADCAM技術水平的提高為發(fā)展動力，以高性能計算機和圖形顯示設備為發(fā)展條件，以計算力學中的邊界元、有限元、結構優(yōu)化設計及模態(tài)分析等方法理論為基礎的一項較新的技術。注塑成型過程中，塑料在型腔中的流動和成型，與材料的性能、制品的形狀尺寸、成型溫度、成型速度、成型壓力、成型時間、型腔表面情況和模具設計等一系列因素有關。因此，對于新產品的試制或是一些形狀復雜、質量和精度要求較高的產品，即使是具有豐富經驗的工藝和

33、模具設計人員，也很難保證一次成功地設計出合格的模具。所以，在模具基本設計完成之后，可以通過注塑成型分析，發(fā)現設計中存在的缺陷，從而保證模具設計的合理性，提高模具的一次試模成功率，降低企業(yè)生產成本。3 CAD技術在注塑模具設計中的應用通過塑料注射模具的CAD，可以直觀地體現出模具的設計思想，便捷、合理地調整模具結構，這在模具設計初期進行多種設計方案的比較時，顯得尤為重要。通過開、合模運動動態(tài)仿真，可檢驗模具分型面、開合模機構的設計合理性及注射產品脫模的可能性。計算機輔助設計的模具澆注系統(tǒng)、型腔布局和冷卻系統(tǒng)等設計，為Moldflow 的流動分析計算提供結構素材。3.1 塑料制品的設計基于特征的三

34、維造型軟件為設計師提供了方便的設計平臺，其強大的編輯修改功能和曲面造型功能以及逼真的顯示效果使設計者可以運用自如地表現自己的設計意圖，真正做到所想即所得，而且制品的質量、體積等各種物理參數一并計算保存，為后續(xù)的模具設計和分析打下良好的基礎。常用的三維CAD軟件有ProE、UG、CATIA、So1idedge、Solidwork等。3.2 模具結構設計三維CAD軟件的注射模設計模塊提供了分型面的定義、成型部件的自動生成、澆注系統(tǒng)的設計、標準模架庫的建立及調用等功能，計算機技術在注射模具中的應用主要體現在注射模具結構設計中。常用的軟件有Pr0，E的Mold Design模塊、UG的MoldWiza

35、rd、CATIA的注射模設計模塊。3.3 模具開合模運動仿真注射模具結構復雜，要求各部件運動自如，互不干涉，且對模具零件的順序動作以及行程有嚴格的控制，運用CAD技術可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進行仿真，從而檢查出模具結構設計的不合理處，并及時更正，以減少修模時間。應用三維CAD軟件的運動仿真模塊可完成模具開合模運動仿真。3.4 參數化設計參數化設計是隨著約束的概念引入CAD技術而出現的，又叫做尺寸驅動，是指對零件上各種特征施加各種約束形式，各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量的方式來表示，這個變量不僅可以是常數，而且可以是某種代數式，如果定義某個特征的變量發(fā)生了改變，則零件的這個特

36、征的幾何形狀或尺寸大小將隨著參數的改變而改變，隨之刷新該特征及其相關聯的各個特征，而不需要再重新畫圖。參數化設計技術為初始設計、產品模型的修改、系列零件族的生成、多方案比較等提供了強大的手段。參數分為尺寸約束參數和幾何約束參數兩種。4 CAE技術在注塑模具設計中的應用在產品設計、模具設計和制造以及制定成型工藝之前，通過CAE分析可以模擬熔體充填和氣體穿透情況，預測和發(fā)現原設計方案中潛在的問題，還可以對澆口位置、進氣點位置、流道尺寸、制件厚度和工藝條件等進行優(yōu)化設計。通過CAE分析還可以找到生產中制件缺陷產生的原因，并提出相對的改進方案。CAE分析軟件的內核是用于模擬熔體充填和氣體穿透的計算算法

37、，分析結果通過人機界面以三維圖像或文本形式體現。輸入的信息主要是制件的CAD幾何造型、相關材料的性能參數等。控制信息包括用戶經驗、工藝參數和計算參數等，用戶經驗豐富與否對材料選擇、工藝參數制定和分析結果的準確程度都具有較大的影響，具有豐富的氣輔成型工藝經驗和對軟件的深刻了解的操作人員，會極大地發(fā)揮CAE分析軟件的作用。4.1 填充分析填充分析結果主要用于查看制件的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對制件的完全填充等。充填分另外還在加工條件方面，有助于檢驗熔料溫度、模具溫度、充填時間、充填速度及注射壓力是否合適；在模具設計方面，有助于判斷流痕位置、冷卻水路合理性等。可以根據動態(tài)的填充時間結

38、果查看填充階段的熔體流動行為，以便更好地判斷填充流動行為是否合理。澆注系統(tǒng)的性能直接影響到制件的填充行為，因此進行填充分析的最終目的是為了獲得最佳澆注系統(tǒng)的設計。通過對不同澆注系統(tǒng)的分析比較，選擇最佳的澆注系統(tǒng)布局。4.2 澆注系統(tǒng)分析澆注系統(tǒng)設計是模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，設計合理與否對塑件的性能、尺寸、內在質量、外在質量及模具的結構、塑件的利用率等有較大影響 。MOLDFLOW模流分析中一個重要環(huán)節(jié)就是最佳澆口位置分析，可透過充填分析，甚至流動分析來尋求最佳的進澆位置，分析出來的最佳澆VI位置是后面其他設計的重要參考依據。為不影響制品的表面質量及結構的完整性，得到理想的簡單流動，當采用多澆口

39、時，有一種避免各澆口的充填不平衡的方法，即根據情況及時調整澆口的位置，來自不同澆口的熔體相互匯合，可能造成流動的停滯和轉向。流動模擬軟件分析結果的指導作用就很好地避免了這一現象?？梢垣@得最佳的成型質量，通過對不同方案的模擬結果的比較，可以輔助設計人員選擇較優(yōu)的方案。4.3 流動分析Moldflow 的流動分析模塊可以對熔料在澆注系統(tǒng)和型腔中的流動進行分析計算。為了保證模具各腔制件質量的一致性，必須使各型腔的壓力損失相等、型腔的注射壓力一致，也就是說各個型腔的流道長度、截面積和澆El尺寸要嚴格一致。通過流動分析，實現澆注系統(tǒng)的最小耗材、平衡流動。而在模具澆注系統(tǒng)設計中，澆口的設計是關鍵的技術問題

40、之一，通過采用Moldflow的流動模塊分析，可確定出澆口的最佳位置及尺寸大小。4.4 熔合紋氣穴分析熔合紋不僅影向外觀，而且材料結構性能也受到削弱。在單澆口時，由于制品的幾何形狀以及熔體的流動情況，很容易會出現裂紋。在多澆口方案中熔合紋也是不可避的，因為在兩個流動前沿相遇時極易形成熔合紋，改變流動條件使其處于制品低感光區(qū)和應力不敏感區(qū)，可以控制熔合紋的位置，主要是在非“關鍵”部位。而氣穴為熔體流動推動空氣最后聚集的部位，此時就應該加設排氣裝置，局部過熱、氣泡、甚至充填不足等缺陷，都是因為該部位排氣不暢造成的，保證這個部位的通暢由此就顯得極為重要，流動模擬軟件可以為用戶準確地預測熔合紋和氣穴的

41、位置。4.5 剪切應力和剪切速率剪切應力值大，殘余應力值也大。熔體的剪切應力值不要過大，剪切應力也是影響制品質量的一個重要因素，以避免制品翹曲或開裂。剪貼速率又稱應變速率或者速度梯度。流動軟件能給出不同填充時刻型腔各處的熔體剪切速率，能判斷熔體的最大剪切速率是否超過該材料所允許的極限值，有助于用戶判斷在該設計方案下預測的剪切速率是否與推薦值接近。剪切速率分布不均勻會使熔體各處分子產生不同程度的取向，剪切速率過大將使熔體過熱，導致聚合物降解或產生熔體破裂等弊病。通過調整注射時間可以改變剪切速率。因此避免因收縮不同，而導致制品翹曲的現象。4.6熔體溫度流動模擬軟件可鑒別在填充過程中熔體是否存在著因

42、剪貼發(fā)熱而形成的局部熱點，提供型腔內熔體在填充過程中的溫度場。能避免易產生表面黑點、條紋等并引起機械性能下降等問題，溫差太大是引起翹曲的主要原因，判斷熔體的溫度分布是否均勻，熔體接合點的溫度還可幫助判斷熔合紋的相對強度，判斷熔體的平均溫度是否太低(引起注射壓力增大)等。4.7 冷卻分析用Moldflow 的冷卻分析模塊對模具的冷卻系統(tǒng)進行分析，冷卻分析中的重要結果主要有：模具表面溫度，即制件上表面的溫度；制件的溫度差。通過冷卻分析結果判斷冷卻效果的優(yōu)劣，根據冷卻效果計算出冷卻時間的長短，確定成型周期所用的時間。在獲得均勻冷卻的基礎上優(yōu)化冷卻管道布局，盡量縮短冷卻時間，從而縮短單個制品的成型周期

43、，提高生產率，降低生產成本。冷卻管道的設計應當兼顧實現合理可行的均勻冷卻和縮短成型周期時間2個方面，根據其均勻冷卻和成型周期時間的重要性比例做出不同的設計。4.8 型腔壓力在填充過程中最大的型腔壓力值能幫助判斷，何處最可能產生飛邊，在各個流動方向上單位長度的壓力差是否接近相等，在指定的注射機上熔體能否順利充滿型腔(是否短射)，是否存在局部過壓(容易引起翹曲)，最有效的流動形式其實是沿著每個流動分支熔體的壓力梯度相等。流動模擬軟件還能給出在熔體填充模具所需的最大鎖模力，以便用戶選擇注射機。4.9 熔體流動前沿動態(tài)顯示三維流動模擬軟件可以判斷熔體的流動是否較理想，它能顯示熔體從進料口逐漸充滿型腔的

44、動態(tài)過程。若熔體的填充過程不理想，可以改變進料口的尺寸，經過幾次修改，得到較為滿意的流道設計就好，對數量和位置，反復進行軟件模擬，一直到獲得理想的流動形式為止，最后再運行非等溫三維流動分析。4.10 翹曲分析翹曲是由于收縮不均勻出現內應力而使制件產生變形的缺陷。導致塑件產生變形的原因主要有3方面：塑料收縮率、制件冷卻不均勻和分子取向，通過翹曲分析可以判定采用的熱塑性塑料是否會出現變形，為了減少翹曲缺陷，在模具設計時，準確預測塑料的收縮率和冷卻系統(tǒng)的設計成了控制變形量的主要措施。4.11 保壓分析保壓分析主要是在模具開模生產前了解塑料在充填及過程中各種狀態(tài)，如溫度、壓力、密度、流速等分布與變化情

45、形，以發(fā)現問題作為模具設計參考依據。此外通過保壓分析還可決定保壓壓力大小、保壓時間長短、體積縮率分布及鎖模力預估，防止產品過度充填、短射、以及收縮等不良狀況發(fā)生。5 基于CADCAE軟件的注射模設計流程運用CADCAE軟件設計注射模的流程如下。(1)應用CAD軟件完成制品的造型。(2)模具初始方案的設計，包括型腔數目，澆注系統(tǒng)、冷卻管道設計。(3)在模具初始方案確定后，用CAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，以確定合適的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。如果分析結果不能滿足生產要求，那么可根據用戶的要求修改注射制品的結構或修改模具的設計方案。(4)在完成CAE分析和方案評價后，用CAD軟件進行模具的結

46、構設計。(5)模擬模具開模、推件與合模的過程，并進行模具的干涉檢查。(6)用CAM軟件進行數控加工模擬和自動生成型腔、型芯的NC代碼。(7)如需要，完成三維圖向二維工程圖的轉換。6 結束語利用CAE軟件，對不同工藝條件下的塑料注射成型過程進行模擬，可以優(yōu)化模具結構和注射工藝參數，減少試模時間。利用三維CAD軟件進行模具結構設計，是從抽象的規(guī)則的二維機械制圖設計向形象的直觀的三維實體模型設計方法的轉變，加快了設計進程，縮短了設計周期，提高了設計方案的可靠度。近年來CAE軟件由于在其功能上日益完善，因而使得CADCAE技術在生產實踐中發(fā)揮越來越大的作用。參考文獻1 王剛，單巖Moldflow模具分

47、析技術基礎M北京：清華大學出版社，20052 張春吉，唐躍CADCAE技術在塑料模具設計中的應用J現代塑料加工應用，2004，1 6(1)：34353 李發(fā)致模具先進制造技術M北京：機械工業(yè)出版社，20034 盧可，張永恒基于Moldflow的注塑成型模具翹曲分析及其優(yōu)化設計J輕工機械，2010(2)：9135 李宏生，郭志英，李德群注射成型CAE分析結果的評價尺度J工程材料應用，2005(8)：28316 李錦標AutoCAD注塑模具設計專家實例精講北京：機械工業(yè)出版社，20117 李群模具CADCAE 的發(fā)展概況及趨勢J模具工業(yè)，2005，12(3)：27308 吳夢陵塑料成型CAE：Mo

48、ldflow應用基礎M北京：電子工業(yè)出版社，20109 徐金瑤，趙巖CADCAE在產品開發(fā)及塑料注塑模具設計中的應用J機械研究與應用，2001，14(3)，50-5110 高長銀，趙程，王金鳳UG40模具設計北京：電子工業(yè)出版社，20072 1-24011 吳夢陵塑料成型CAE：Moldflow應用基礎M北京：電子工業(yè)出版社，2010附錄3：外文文獻A CAD/CAE-integrated injection mold design system for plastic productsIvan Matin & Miodrag Hadzistevic & Janko Hodolic& Djor

49、dje Vukelic & Dejan LukicAbstract：Mold design is a knowledge-intensive process. This paper describes a knowledge-based oriented, parametric, modular and feature-based integrated computer-aided design/computer-aided engineering (CAD/CAE) system for mold design. Development of CAx systems for numerica

50、l simulation of plastic injection molding and mold design has opened new possibilities of product analysis during the mold design. The proposed system integrates Pro/ENGINEER system with the specially developed module for the calculation of injection molding parameters, mold design, and selection of

51、 mold elements. The system interface uses parametric and CAD/CAE feature-based database to streamline the process of design, editing, and reviewing. Also presented are general structure and part of output results from the proposed CAD/CAE-integrated injection mold design system. Keywords：Mold design

52、. Numerical simulation. CAD. CAE1 IntroductionInjection molding process is the most common molding process for making plastic parts. Generally, plastic injection molding design includes plastic product design, mold design, and injection molding process design, all of which contribute to the quality of the molded product as well as production efficiency 1. This is process involving many design parameters that need to be considered in a concurrent manner. Mold design for plastic injection molding aided by computers has been focused by a number of a