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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）譯文
· 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP(guān)聯(lián)冷卻水道設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師壓縮他們的設(shè)計(jì)時(shí)間和能適應(yīng)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(shè)計(jì)軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法。它對(duì)冷卻回路提供了一系列全面的對(duì)象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計(jì)。這里將對(duì)已開(kāi)發(fā)出的CAD算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。有了這種新方法，模具設(shè)計(jì)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(wú)需進(jìn)行繁瑣的重復(fù)性工作。因此，這種方法可以有效地減少設(shè)計(jì)時(shí)間和后期設(shè)計(jì)更改的影響。
關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計(jì) CAD/CAE關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)自動(dòng)化
·1．引言
目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無(wú)法完全和明確地捕捉設(shè)計(jì)意圖。豐富的設(shè)計(jì)信息不能完全由CAD模型來(lái)描述，并在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的后期的設(shè)計(jì)更改將引起大量的重復(fù)勞動(dòng)。眾所周知，CAD的交互操作性應(yīng)包括基于知識(shí)的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒(méi)有任何機(jī)械能使設(shè)計(jì)意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計(jì)中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計(jì)人員面臨著越來(lái)越多的壓力來(lái)減少設(shè)計(jì)時(shí)間并且還要確保模具質(zhì)量。
自20世紀(jì)70年代初以來(lái)各種設(shè)計(jì)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(lái)，模具子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是（研究）的焦點(diǎn)，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對(duì)于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)王等﹝11﹞提出了一個(gè)三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)冷卻效果分析設(shè)計(jì)。他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來(lái)分析三維熱傳導(dǎo)。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設(shè)計(jì)信息的表達(dá)和重復(fù)利用不同程度地沒(méi)有提到。
面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應(yīng)用來(lái)滿足模具設(shè)計(jì)信息表示的差距。在復(fù)雜實(shí)體中對(duì)象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨(dú)立部件和特征。然而，維持幾何實(shí)體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)?？梢猿志脤?shí)現(xiàn)幾何實(shí)體之間關(guān)系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計(jì)方法。一種方法是在一個(gè)過(guò)程向?qū)е薪⒁粋€(gè)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖和過(guò)程知識(shí)，它基本上是一個(gè)應(yīng)用程序的測(cè)試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來(lái)引導(dǎo)用戶完成特定的計(jì)算機(jī)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(gè)基于流程的向?qū)?。本文介紹了應(yīng)用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計(jì)方法的市場(chǎng)反饋，表明這一概念大大減少了人類知識(shí)和計(jì)算機(jī)一貫表示的差距。
在一個(gè)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(shí)際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個(gè)主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個(gè)A板和B板。王和Singh等認(rèn)識(shí)到，在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計(jì)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(lái)解決部分后期設(shè)計(jì)中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。修改過(guò)程耗時(shí)且容易出錯(cuò)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師需反復(fù)編輯和更新CAD模型。莫克等開(kāi)發(fā)了可以自動(dòng)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(duì)實(shí)體之間的幾何關(guān)系沒(méi)有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個(gè)層次，布局設(shè)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)和決策。一種決策模塊根據(jù)儲(chǔ)存在知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則對(duì)冷卻水道的重新設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)估。然而，沒(méi)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(shè)計(jì)工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到令模具設(shè)計(jì)師從繁瑣的更新和保持設(shè)計(jì)模型一致中得到解放的預(yù)期，使模具設(shè)計(jì)周期的總時(shí)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(guān)鏈接的自動(dòng)化的冷卻水道的設(shè)計(jì)工具。
1.1通用與把握設(shè)計(jì)意圖的相關(guān)問(wèn)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(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來(lái)代替冷卻水道。在后一種方法中當(dāng)設(shè)計(jì)完成時(shí)所有的管道都連接起來(lái)形成一個(gè)冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對(duì)冷卻效果進(jìn)行評(píng)估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計(jì)工作完成的回路是為CAM工具路徑的產(chǎn)生做準(zhǔn)備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個(gè)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?xì)節(jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實(shí)體需要更少的步驟。它能自動(dòng)檢測(cè)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(gè)問(wèn)題。首先，許多步驟仍需要一個(gè)簡(jiǎn)單的通道，如創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，在一個(gè)情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過(guò)一系列的對(duì)話方塊的位置和朝向運(yùn)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(fù)命令。當(dāng)需要修改時(shí)要再次對(duì)圓柱進(jìn)行重復(fù)編輯。這種情況很容易出錯(cuò)。其次，在冷卻水道中對(duì)自動(dòng)傳熱分析或碰撞檢測(cè)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(shè)計(jì)師被繁瑣的步驟所困擾。
1.2冷卻系統(tǒng)中的語(yǔ)義定義
一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問(wèn)題。它提供獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新的定義，對(duì)冷卻系統(tǒng)的驗(yàn)證是必不可少的一種對(duì)象類型或種類的集合。在圖1中，顯示了簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類型。每個(gè)組件類型被定義為一個(gè)對(duì)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(gè)單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個(gè)。本文中“孔”是用來(lái)描述在一個(gè)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(jiàn)下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個(gè)例子。1-5孔是冷卻水道。一個(gè)冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個(gè)冷卻回路形成一個(gè)冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個(gè)冷卻回路。一個(gè)回路可有幾個(gè)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(gè)用于鉆孔的面稱為穿透面。當(dāng)然，冷卻孔有一個(gè)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(yīng)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(shí)際中，如圖3中的一個(gè)例子冷卻水道跨越了多個(gè)塊。它由幾個(gè)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(shè)計(jì)用于模具布局。有兩種方法來(lái)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(gè)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(gè)平衡的多模式設(shè)計(jì)的印象[14]，設(shè)計(jì)者希望有印象的每個(gè)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?yàn)槊總€(gè)回路設(shè)計(jì)主要用來(lái)滿足一個(gè)印象，來(lái)滿足傳熱要求的冷卻效果會(huì)更好控制。這是為特別復(fù)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(shè)計(jì)師在冷卻回路格局上的個(gè)人的變化需求。
圖3典型的共線冷卻管道
另一方面，設(shè)計(jì)者可以把模具作為一個(gè)整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計(jì)，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。
1.3詳細(xì)的陳述
在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個(gè)組成部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個(gè)任選的圓柱體代表一個(gè)洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導(dǎo)線。更確切地說(shuō)，一個(gè)冷卻的引導(dǎo)線是從冷卻透孔中心點(diǎn)到末端孔中心點(diǎn)出發(fā)的直線。在圖2中，AB是孔1的冷卻引導(dǎo)線，而CD是孔2的引導(dǎo)線。引導(dǎo)線包括鉆孔載體。
如圖5所示在每個(gè)散熱孔的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)，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(tái)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(chǔ)存在每個(gè)引導(dǎo)線中的信息，就可以隨時(shí)生成圓柱形實(shí)體。
傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來(lái)表示一個(gè)冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實(shí)體中分離出來(lái)的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計(jì)思路之一是每一個(gè)引導(dǎo)線的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點(diǎn)。因此，如果這些面的位置改變了，相應(yīng)的點(diǎn)將得到很大的更新和變化。換句話說(shuō)，冷卻引導(dǎo)線總是與穿透和退出的面有關(guān)。
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(dǎo)線作為指導(dǎo)路徑進(jìn)行分組。在圖 2中有五條引導(dǎo)線AB型CD型EF型GH型和IJ型，形成引導(dǎo)路徑。在本文中，如圖4所示，引導(dǎo)路徑完全代表一個(gè)冷卻回路冷卻時(shí)可以有一定的準(zhǔn)則來(lái)描述冷卻孔類型直徑等的屬性。
事實(shí)上，冷卻圓柱體僅在需要時(shí)進(jìn)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(shí)生成。這些冷卻固體可以去除來(lái)簡(jiǎn)化，只要引導(dǎo)導(dǎo)路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認(rèn)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CAM應(yīng)用程序或組件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過(guò)減去其相應(yīng)的冷卻板/插入機(jī)構(gòu)的固體來(lái)獲得。
一個(gè)引導(dǎo)路徑也用來(lái)維護(hù)其線路之間的連接。在指導(dǎo)路徑中定義了一種驗(yàn)證和核實(shí)這一條件的一個(gè)“特殊”的方法。這個(gè)共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對(duì)象類型”。從圖4中可以看出，一個(gè)冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡(jiǎn)單的管道。每個(gè)通道都可以由一組被叫做共線指引的引導(dǎo)線來(lái)表示。顯然，它的元素引導(dǎo)線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來(lái)。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(tái)階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯?，在一個(gè)冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗鼈兪强梢粤⒓催M(jìn)行任何改變的。
如圖4所示，回路的內(nèi)容和對(duì)象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個(gè)回路可以作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)線或作為一個(gè)圓柱體集。一個(gè)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(duì)象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動(dòng)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(shè)計(jì)階段進(jìn)行修改。由于所有的冷卻水道用相關(guān)聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個(gè)回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲(chǔ)。
2執(zhí)行方面
2.1嵌入鏈接和參數(shù)
在這個(gè)模塊冷卻設(shè)計(jì)集中，引導(dǎo)線最初是通過(guò)用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個(gè)引導(dǎo)線的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個(gè)智能點(diǎn)。一個(gè)智能點(diǎn)在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫(kù)面相關(guān)的點(diǎn)。它能與相應(yīng)面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實(shí)體的性質(zhì)。由于這些引導(dǎo)線是建立于智能終點(diǎn)上的那么連通引導(dǎo)線也稱為智能線。它們每個(gè)都是由一個(gè)（盲孔）或兩個(gè)（通孔）連接在一起的。
一個(gè)冷卻圓柱體可以沿著一個(gè)圓形掃描的智能方針自動(dòng)生成，對(duì)于盲孔錐孔需增加。對(duì)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(dǎo)線的屬性。這些相關(guān)屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺(tái)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(kāi)發(fā)出的這個(gè)模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在這里列出的要求：
a． 增加形成引導(dǎo)路徑的智能引導(dǎo)線
b． 修改或重新定位引導(dǎo)線
c． 刪除引導(dǎo)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(shè)計(jì)
2.3創(chuàng)建和編輯一個(gè)冷卻回路的智能引導(dǎo)路徑
要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)引導(dǎo)路徑的第一引導(dǎo)線，用戶需要在預(yù)期的固體上選擇一個(gè)面作為穿透面（平面）的回路入口（見(jiàn)圖2）。一個(gè)平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導(dǎo)路徑的啟動(dòng)點(diǎn)把用戶的指示點(diǎn)為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個(gè)智能點(diǎn)。引導(dǎo)第一次降溫過(guò)程生成的默認(rèn)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(dǎo)線的方向，交互地修改初始點(diǎn)的位置。 然后，用戶可以動(dòng)態(tài)拖動(dòng)冷卻線或輸入一個(gè)盲孔的引導(dǎo)線的長(zhǎng)度值或選擇另一面說(shuō)明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導(dǎo)線的終點(diǎn)另一個(gè)智能點(diǎn)會(huì)被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)序號(hào)“1”會(huì)顯示在它附近。
為創(chuàng)建下一個(gè)引導(dǎo)線（見(jiàn)圖2），一個(gè)鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點(diǎn)的面，然后，下一個(gè)指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項(xiàng)工作的實(shí)施中向量的起點(diǎn)C的確定是參照前面的AB引導(dǎo)線和最近點(diǎn)到用戶的P點(diǎn)來(lái)表示的一個(gè)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(dǎo)創(chuàng)建。在這種情況下，當(dāng)定義CD引導(dǎo)線和以前的AB引導(dǎo)線時(shí)，它能自動(dòng)延長(zhǎng)到底部鉆孔的C點(diǎn)。智能點(diǎn)是建立在與引導(dǎo)線相關(guān)的面上的C點(diǎn)上。同樣，序列號(hào)“2”顯示在引導(dǎo)線的附近。用戶還可以通過(guò)選擇一個(gè)工作定義坐標(biāo)方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－Z然后指示出引導(dǎo)線的下個(gè)起點(diǎn)。用類似的方法，一個(gè)完整的指引路徑可以被定義。當(dāng)確認(rèn)所有的指引路徑的引導(dǎo)線時(shí)，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗(yàn)證（見(jiàn)圖4）。該指引路徑被當(dāng)作一個(gè)單一的實(shí)體。正如預(yù)期的那樣，引導(dǎo)線可以創(chuàng)建或加入一個(gè)由CAD功能的引導(dǎo)路徑。現(xiàn)有的引導(dǎo)線也很容易被刪除。
在互動(dòng)的定義引導(dǎo)線之間，在相應(yīng)的分支機(jī)構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個(gè)選項(xiàng)之一：（a）僅僅是一個(gè)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(gè)選項(xiàng)下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調(diào)整能使引導(dǎo)線達(dá)到保持引導(dǎo)路徑連接的預(yù)期目的及友好的用戶界面設(shè)計(jì)。如圖6冷卻后的引導(dǎo)線，它的性質(zhì)包括它的長(zhǎng)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(shí)上，當(dāng)引導(dǎo)線被選中，其指導(dǎo)路徑也就確定。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)引導(dǎo)路徑中所有的引導(dǎo)路線是連續(xù)性的約束。如果引導(dǎo)路徑入口點(diǎn)的位置被移動(dòng)，則整個(gè)路徑也相應(yīng)的變化。用戶可以通過(guò)有關(guān)項(xiàng)目從編輯界面中選擇安全刪除引導(dǎo)路徑。
2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體
在定義一個(gè)引導(dǎo)路徑時(shí)，則冷卻固體基于個(gè)體引導(dǎo)線的屬性生成。冷卻固體僅當(dāng)用戶需要它們時(shí)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(guān)的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實(shí)現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動(dòng)類型、結(jié)束類型、孔直徑等參數(shù)用默認(rèn)類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預(yù)設(shè)值。然后，他們以用戶的輸入為基礎(chǔ)更新。當(dāng)用戶重復(fù)操作時(shí)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(duì)話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對(duì)話框的不同，也有對(duì)預(yù)設(shè)條件驗(yàn)證領(lǐng)域的項(xiàng)目，例如，臺(tái)階孔的直徑必須大于孔徑。這是當(dāng)用戶調(diào)用點(diǎn)擊“確定”按鈕時(shí)，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗(yàn)證”（見(jiàn)圖4），。如果輸入驗(yàn)證不被接受，就會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實(shí)通過(guò)點(diǎn)擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動(dòng)生成冷卻固體的CAD的API功能。
冷卻固體可以在任何時(shí)候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個(gè)體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時(shí)候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導(dǎo)路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細(xì)節(jié)上，實(shí)體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡(jiǎn)單盲孔、簡(jiǎn)單通孔、臺(tái)階孔、臺(tái)階在通孔一端、臺(tái)階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過(guò)多個(gè)固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡(jiǎn)單。
對(duì)于一個(gè)共線冷卻水道，有個(gè)別孔由共線連接獲得。圖3說(shuō)明了它們是如何關(guān)聯(lián)的。假設(shè)孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過(guò)“選擇兩個(gè)平面創(chuàng)建臺(tái)階孔（兩端）”從A點(diǎn)開(kāi)始“綁住”面1和結(jié)束點(diǎn)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(huì)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(dòng)點(diǎn)C和結(jié)束點(diǎn)D分別是面3和面4上的點(diǎn)。因?yàn)檫@個(gè)孔應(yīng)是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點(diǎn)B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對(duì)象的驗(yàn)證方法。因此，第一個(gè)孔可以沿著面2滑動(dòng)通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個(gè)孔是用來(lái)作為參考，那么起點(diǎn)C的結(jié)束是孔1的終點(diǎn)，由于B點(diǎn)的連接，則沿著面2滑動(dòng)的第一個(gè)孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點(diǎn)移動(dòng)則面3也將更新。這兩個(gè)孔之間的智能連接由嵌入式的多個(gè)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(gè)相關(guān)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(shù)結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)用戶初始化一個(gè)新的模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)它會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建。原來(lái)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(jiàn)圖8）。印象儲(chǔ)存在產(chǎn)品的一部分作為實(shí)例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個(gè)在裝配上專門用于冷卻固體自動(dòng)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(shè)計(jì)問(wèn)題，突變實(shí)體的概念必須被先介紹。這項(xiàng)功能可為幾何實(shí)體例如：實(shí)體、面、線、點(diǎn)等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過(guò)復(fù)制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實(shí)體獲得的。這些復(fù)制的實(shí)體被稱為突變實(shí)體。當(dāng)一個(gè)源實(shí)體被修改，其相應(yīng)的突變實(shí)體也會(huì)自動(dòng)更新。源實(shí)體被稱為原型實(shí)體。圖9中所示了一些在裝配中可能突變的面。假設(shè)原型面A是元件1的一部分，則它可以創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的突變面A1，面A1對(duì)它的原型面（子對(duì)母），或A2面對(duì)面A1（子對(duì)子）。在一個(gè)裝配建模環(huán)境下，另外一個(gè)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(shí)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(shí)體。
圖8在模具裝配樹(shù)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(shè)置在圖8的產(chǎn)品部分中。當(dāng)用戶在凸模/凹模插件中選擇一個(gè)面去創(chuàng)建一個(gè)冷卻引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)突變面（子部分對(duì)母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實(shí)體，包括智能點(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時(shí)，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導(dǎo)路徑和固體（子部分對(duì)子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實(shí)體，根據(jù)印象模式被復(fù)制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會(huì)自動(dòng)平衡。在圖10中用了一個(gè)與均衡冷卻回路的四印象模式的實(shí)例來(lái)說(shuō)明。
圖10平衡冷卻回路的例子
當(dāng)創(chuàng)建不平衡冷卻水道時(shí)，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見(jiàn)圖8）。當(dāng)用戶從插件部分選擇一個(gè)面，則在冷卻線的一部分（子部分對(duì)子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關(guān)的原型，如智能點(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻實(shí)體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實(shí)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(shí)體可以自動(dòng)更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)在很大程度上得到了減少。
3.未來(lái)整合專家系統(tǒng)
顯然，這個(gè)模塊的功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，它極有可能將這項(xiàng)可以納入冷卻水道設(shè)計(jì)規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對(duì)其中的一些邏輯規(guī)則進(jìn)行了討論【10,11,15】。作者認(rèn)為，這應(yīng)該是今后的研究方向。
4.結(jié)論
本文提出了在冷卻水道設(shè)計(jì)工具中的一種相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)被放在獨(dú)特的引導(dǎo)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(guān)上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是模具設(shè)計(jì)人員可以更容易的在整個(gè)設(shè)計(jì)生命周期中進(jìn)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(guān)的CAD模塊中。這些資料可以支持在高水平知識(shí)規(guī)則下的相關(guān)冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動(dòng)。這種方法能有效和高效的應(yīng)用在模具設(shè)計(jì)中。
·致謝本文的目的僅是報(bào)道研究的方法。作者承認(rèn)他們的研究工作正在進(jìn)行，本文中主要由在新加坡制造技術(shù)研究所（SIMT）工作的主編完成。一個(gè)SIMT項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國(guó)Cypress，CA的EDS公司提供的密切技術(shù)支持。Unigraphics系統(tǒng)（UG）和模具導(dǎo)向在EDS公司注冊(cè)商標(biāo)。
本文摘譯自：
中原工學(xué)院圖書館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。
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課程設(shè)計(jì)（論文）
圓形透孔蓋注塑模具設(shè)計(jì)【抽芯】
學(xué) 院（部）：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
班 級(jí)：
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師姓名：
職稱
職稱
最終評(píng)定成績(jī)：
摘 要
隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料的不斷開(kāi)發(fā)，工業(yè)、民業(yè)的各種塑料制品需要的不斷增長(zhǎng)，注塑工藝越來(lái)越多地用于制造領(lǐng)域成形各種性能要求的制品。而注塑模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量、注塑機(jī)應(yīng)用等直接影響成形制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本。一副好的注射模具可成型上百萬(wàn)次，由于其壽命的延長(zhǎng)，從另一方面降低了塑件的成型成本，并且好的模具由于更換，檢修少，從而提高了其生產(chǎn)效率。為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)的要求和民需生活品的需要，我們應(yīng)不斷的研究開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出能提高注射模性能的注射模，以滿足各行各業(yè)的需要。
在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)運(yùn)用CAD對(duì)圓形透孔蓋進(jìn)行一模二穴的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，其中包括凸、凹模的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、注射機(jī)的選擇與校核、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模架的選擇等各項(xiàng)工作。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在成型零部件即凸、凹模的設(shè)計(jì)和澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一副模具的設(shè)計(jì)靈魂，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率[1]。因此，對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。而與此同時(shí)，模具的溫度對(duì)塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率也著直接的影響，模具溫度的控制直接影響著模具的凝固時(shí)間和收縮內(nèi)應(yīng)力，從而影響模具的成型周期長(zhǎng)短和塑件質(zhì)量好壞，及其表面粗糙度等。在本設(shè)計(jì)中著重設(shè)計(jì)了凸、凹模尺寸、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的尺寸及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們首先學(xué)習(xí)了解了我國(guó)塑料模具的現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r、注射模的基本結(jié)構(gòu)和注射模成型工藝過(guò)程以及模具設(shè)計(jì)的基本原理。
關(guān)鍵詞：圓形透孔蓋；注射模；設(shè)計(jì)；ABS
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ABSTRACT
With the superior performance of the continuous development of engineering plastics, industry, public sector, the needs of a variety of plastic products is growing, injection technology increasingly used in the manufacture of various performance requirements of forming the products. The quality of injection mold design, injection molding machine a ABS lications products, forming a direct impact on productivity, quality and cost. Mold can be a good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand reduces the cost of plastic parts molding and die as a result of a good replacement, less maintenance, thereby increasing their production efficiency. In order to meet the growing industry demands and the people need to live goods, we should continue research and development designed to enhance the performance of injection mold injection mold in order to meet the needs of all walks of life.
In this design, through the use of CAD base on the remote control to carry out a second cave-mode design and development, including convex and concave mold design, the introduction of body design, the choice of injection machine and check, gating system design, cooling system design, selection of moldbase work. In this design, is designed to focus on parts and components in the molding that is convex and concave mold design and casting systems, cooling system design. One of gating system and cooling system design is the soul of a mold design, gating system design of a direct impact on the molding plastic parts quality and production efficiency. Therefore, the gating system design is the focus of injection mold design work. During the design focused on the design of the convex and concave mold size, gating system and cooling system size and its system architecture. Through this design, we first learn to understand the plastic mold of our current situation and development situation, the basic structure of injection mold and injection-casting process, as well as the basic principles of mold design.
Keywords: remote base, injection mold, design, ABS
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT III
目 錄 1
第1章 緒 論 3
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 3
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向 3
第2章 圓形透孔蓋塑料模工藝設(shè)計(jì) 5
2.1圓形透孔蓋塑件的工藝分析 5
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù) 5
2.1.2圓形透孔蓋塑料的選材 6
2.1.3 ABS材料成型特性 6
2.2注射成型基本過(guò)程 6
2.3圓形透孔蓋的設(shè)計(jì)件 8
第3章 注射機(jī)的選擇和校核 10
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇 10
3.2注射機(jī)的校核 10
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核 10
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核 11
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核 11
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核 11
3.2.5注射機(jī)最大開(kāi)模行程校核 12
3.3確定型腔數(shù)目和分模面的選擇 12
3.3.1確定型腔數(shù)目 12
3.3.2分模面的選擇 12
第4章 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13
4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13
4.1.1主流道的設(shè)計(jì) 13
4.1.2分流道的設(shè)計(jì) 14
4.1.3澆口設(shè)計(jì) 14
4.1.4冷料穴和拉料桿設(shè)計(jì) 15
4.1.5澆注系統(tǒng)的平衡 15
4.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
4.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
4.3.1設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的必要性 16
4.3.2冷卻系統(tǒng)尺寸計(jì)算 17
第5章 其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.1脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.1.1脫模機(jī)構(gòu)的分類 18
5.1.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 18
5.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 18
5.2.2導(dǎo)柱的外形尺寸計(jì)算 19
5.2.3導(dǎo)向孔的設(shè)計(jì) 19
5.2.4導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 19
5.3定位圈 20
5.3.1定位圈的定義 20
5.3.2導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 20
5.4主流道襯套 20
5.5其他結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì) 20
5.6 斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 21
第6章 繪制模具圖 23
6.1 CAD創(chuàng)建模具 23
6.2 繪制總裝配結(jié)構(gòu)圖和部分零件圖 23
結(jié) 論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 27
第1章 緒 論
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)
從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來(lái)，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。在隨后隨著模具技術(shù)的不斷發(fā)展，模具工業(yè)也被廣泛的被投用于汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料以及日用品等工業(yè)部門中。在發(fā)達(dá)國(guó)家人們認(rèn)為，沒(méi)有模具，就沒(méi)有高質(zhì)量的產(chǎn)品。并且模具享有“發(fā)展工業(yè)的一把鑰匙”；“一個(gè)企業(yè)的心臟”；“富裕社會(huì)的一種動(dòng)力”等之美譽(yù)。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來(lái)，每年都以15%的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。模具企業(yè)也如雨后春筍，迅速萌生，蓬勃發(fā)展。
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)的模具技術(shù)水平也有較大的提高已能制造體現(xiàn)現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造水平的大型、負(fù)責(zé)、精密的模具，部分模具達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。雖然我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已經(jīng)到達(dá)了國(guó)際先進(jìn)水平，但是無(wú)論是數(shù)量上還是在質(zhì)量上仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的大型、精密、復(fù)雜模具。為了縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具行業(yè)的差距，我國(guó)的模具正積極的向著開(kāi)發(fā)大型、精密、復(fù)雜模具；加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)等幾方面進(jìn)行大力發(fā)展。
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向
（1）現(xiàn)狀
近年來(lái)國(guó)外塑料模的發(fā)展速度也迅速增長(zhǎng)，在諸多國(guó)家中（日本、德國(guó)、瑞士等）其塑料模工業(yè)的發(fā)展都高于了沖壓模，塑料模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)經(jīng)額占據(jù)了整個(gè)模具產(chǎn)業(yè)的1/2。國(guó)外大量生產(chǎn)的塑料模主要采用多腔模、多層模和多層多腔、多工位多腔等類型模具，多層模已發(fā)展到64×64腔，還研制了多層模專用的注射成形機(jī)，各試飲料塑料瓶、杯子幾鞋模多采用多工位多腔模，飲料瓶模多達(dá)32腔。日本和歐美一些國(guó)家用鋁材制作注塑模，由于鋁導(dǎo)熱性比鋼好，是鋼的三倍，注射周期可縮短25~30%，并且模具重量也大為減輕。
塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的,在我國(guó),起步較晚,但發(fā)展很快,特別是最近幾年，無(wú)論在質(zhì)量、技術(shù)和制造能力上都有很大發(fā)展,取得了很大成績(jī)。我國(guó)在塑料模的發(fā)展中用30年的時(shí)間就走過(guò)了國(guó)外90年的發(fā)展歷程，現(xiàn)已具備相當(dāng)規(guī)模。在1987年我過(guò)塑料產(chǎn)量已達(dá)297萬(wàn)噸，位居世界第5位。如今我國(guó)塑料產(chǎn)業(yè)已形成了相當(dāng)規(guī)模的完整體系，塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAABS技術(shù)已有相應(yīng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。塑料的生產(chǎn)，成型加工，塑料機(jī)械設(shè)備。模具工業(yè)以及科研等，都已發(fā)展都了一定規(guī)模。
（2）發(fā)展趨勢(shì)
隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步和高新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，這就促使了我們必須大力研發(fā)模具設(shè)計(jì)技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)也給予了高度的重視和關(guān)注并投入重金進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。在國(guó)際上塑料模具未來(lái)的發(fā)展主要向著以下幾方面進(jìn)行：
①在模具設(shè)計(jì)制造中全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，實(shí)踐證明，CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。
②注射模CAD的實(shí)用化
塑料模Mold——Flow或C——Flow軟件和塑料模Mold——Cool或C——Cool軟件已經(jīng)商品化，注射模CAD正向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。我國(guó)政府對(duì)注射模CAD實(shí)用化進(jìn)程也十分重視。專門組織了“八五”國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。目前，美國(guó)PSP公司的IMES專家系統(tǒng)，能幫助模具設(shè)計(jì)人員用專家的知識(shí)解決注射模的問(wèn)題。
③塑料模專用材料研究和開(kāi)發(fā)
目前，塑料模鋼擁有的類型有：基本型、預(yù)硬化型、時(shí)效硬化型、熱處理硬化型、馬氏體時(shí)效鋼和粉末冶金模具鋼等鋼種。在“八五”期間，國(guó)家也組織了諸多鋼鐵廠單位大力研究和開(kāi)發(fā)塑料模專用系列鋼，這將進(jìn)一步擴(kuò)大和完善塑料模鋼材。
④塑料模加工程控化
機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的密切結(jié)合，日益更多地采用數(shù)控?cái)?shù)顯、計(jì)算機(jī)程序控制的加工方法，實(shí)現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模在質(zhì)量上、效率上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。激光成型技術(shù)也在塑料模腔加工中取得了巨大成功。
⑤模具研磨拋光自動(dòng)化、智能化
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低（約占整個(gè)模具周期的1/3),且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī),可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。
第2章 圓形透孔蓋塑料模工藝設(shè)計(jì)
2.1圓形透孔蓋塑件的工藝分析
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù)
、
圖2-1 圓形透孔蓋圖
塑料是指常溫下呈高彈態(tài)的高分子聚合物。它是以樹(shù)脂（高分子聚合物）為主要成分，加入各種能改善其加工性能和使用性能的添加劑，在一定溫度、壓力和溶劑等作用下，利用模具可成型為一定幾何形狀和尺寸的塑料制件，并在常溫、常壓下能保持此種形態(tài)的一類材料，它品種繁多，且不同的塑料具有不同的性能。塑料普遍具有質(zhì)量輕、密度小、比強(qiáng)度高、優(yōu)良的電、熱、聲絕緣性能、較強(qiáng)的耐腐蝕性能和較強(qiáng)的光學(xué)性能、耐磨性能等優(yōu)良的性能。塑料成型的成型工藝特性表現(xiàn)在許多方面，有的只與操作有關(guān)，有些特性直接影響成型方法和工藝參數(shù)的選擇。對(duì)于熱塑性塑料來(lái)說(shuō)，其成型工藝參數(shù)特性主要包括收縮性、流動(dòng)性、相容性、吸濕性及其熱敏感性以及熱力學(xué)特性、結(jié)晶性及取向性等等[1]
2.1.2圓形透孔蓋塑料的選材
塑料材料是根據(jù)材料的用途來(lái)選擇的，而作為圓形透孔蓋，他不需要承載大負(fù)荷，且工作溫度不高，因此對(duì)耐熱性的要求也不高。根據(jù)其要求和所用條件范圍看來(lái)，一般的結(jié)構(gòu)材料的塑料就可以滿足其要求，所以可在此類材料中選擇圓形透孔蓋材料。而作為一般結(jié)構(gòu)材料的塑料，主要有高，低密度聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃、高抗沖聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼和丙烯晴-丙烯酸酯共聚物等。但基于本設(shè)計(jì)中的塑件是通過(guò)注射模成型，并根據(jù)材料在注射模成型時(shí)的優(yōu)良初步選擇了，低密度聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚碳酸酯等四種材料作為制造圓形透孔蓋的原材料。
2.1.3 ABS材料成型特性
①無(wú)定形塑料,流動(dòng)性中等,吸濕性小,一般不需要很大程度上的干燥,也可得到表面質(zhì)量較好的塑件。
②高料溫,高模溫,材料分解溫度為>270度，對(duì)精度要求較高的塑件,模溫宜取50-60度,對(duì)高光澤度高，耐熱塑件,模溫宜取60-80度。
③如出現(xiàn)水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變澆口位置等方法。
2.2注射成型基本過(guò)程
圖2.1. 注射成型基本過(guò)程
生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作一般是，為了使注射成型生產(chǎn)順利進(jìn)行和保證制件質(zhì)量，在生產(chǎn)前進(jìn)行的包括原料的預(yù)處理、清洗機(jī)筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等準(zhǔn)備工作。
1、原料的預(yù)處理
原料的預(yù)處理包括三個(gè)方面：一是，分析檢驗(yàn)成型物料的質(zhì)量。這個(gè)環(huán)節(jié)包括檢驗(yàn)物料的含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無(wú)雜質(zhì)等，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性、流動(dòng)性、收縮率等指標(biāo)。對(duì)于粉狀物料，在注射成型前還需要將其配制成粒料。二是，著色。根據(jù)制件物品的需要，在塑料成型時(shí)往成型物料中添加一種色料或者是色劑的物質(zhì)，以達(dá)到所需要的色澤。粉狀或粒狀熱塑性塑料的著色，有直接法和間接法兩種工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中前者有稱一次著色法，它是將細(xì)粉狀的著色劑與本色塑料簡(jiǎn)單的摻混后即可直接用于成型，或經(jīng)塑煉造型后再用于成型。其方法比較簡(jiǎn)單，操作容易。相比來(lái)說(shuō)間接著色法就比較困難，它需要用被稱為“色母料”的高顏料濃度的塑料粒子與本色塑料粒子按比例稱量后放入混合機(jī)，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笤偎屯尚驮O(shè)備中使用。它著色步驟簡(jiǎn)單、著色易均勻分散，制件色澤鮮艷且無(wú)顏料粉塵污染，并且它還可以實(shí)現(xiàn)著色過(guò)程的自動(dòng)化。但是它由于只是和本色塑料粒子簡(jiǎn)單混合，無(wú)混煉功能或只需要混煉功能很差的成型設(shè)備，所以當(dāng)需要成型顏色均一性高的制品時(shí)不能采用此法著色的成型物料。三是，預(yù)熱干燥。對(duì)于吸濕性和粘水性強(qiáng)的物料，根據(jù)注射成型工藝允許的含水量要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥處理，以此來(lái)出去物料中過(guò)多的水分及揮發(fā)物，以防止成型后制品出現(xiàn)氣泡和銀紋等缺陷，同時(shí)也可以避免注射時(shí)候發(fā)生水降解。但對(duì)于吸濕性和粘水性不強(qiáng)的物料，如果包裝儲(chǔ)存的較好也可以不用預(yù)熱干燥。
2、清洗料筒
生產(chǎn)中如果需要改變塑料品種、更換物料、調(diào)換顏色或是發(fā)現(xiàn)成型過(guò)程中出現(xiàn)了熱分解或是降解反應(yīng)時(shí)候，都需要對(duì)注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗。通常情況下，注塞式機(jī)的料筒存料量大，必須將機(jī)筒拆卸清洗，對(duì)螺桿式機(jī)筒，可采用對(duì)空注射法清洗。
3、預(yù)熱嵌件
這個(gè)步驟主要用于那種帶有嵌件的塑料制件，由于金屬和塑料收縮率不同，導(dǎo)致嵌件周圍的塑料容易出現(xiàn)收縮應(yīng)力和裂紋，為防止此種現(xiàn)象的發(fā)生，在成型前可以將嵌件先預(yù)熱，減少它在成型時(shí)與塑料熔體的溫差，避免或抑制嵌件周圍的塑料發(fā)生收縮應(yīng)力和裂紋。
4、選擇脫模劑
常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟（白油）和硅油等。其中除了硬脂酸鋅不能用于聚先胺外，這三種脫模劑對(duì)于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脫模效果是最好的，只要對(duì)模具施用一次，即可以長(zhǎng)效脫模，但是價(jià)格昂貴。硬脂酸鋅通常多用于高溫模具而液體石蠟多用于中低溫模具。另外，對(duì)于含有橡膠的軟制品或透明制品不宜采用脫模劑，否則將影響制品的透明度。
加料：計(jì)量將粒料和粉料加入料斗，通過(guò)料斗進(jìn)入注射機(jī)料筒，物料一般是在注射機(jī)的料筒中塑化。通過(guò)對(duì)塑化計(jì)量的計(jì)算設(shè)定好后，物料在設(shè)定的計(jì)量中塑化完全，即粒料和粉料變成塑料熔體后，注射模閉合，注射機(jī)注射充模。
注射充模：注射充模一般劃分為流動(dòng)充模、保壓補(bǔ)縮和倒流三個(gè)階段。流動(dòng)充模是指注射機(jī)將塑化好的熔體注射進(jìn)入模腔的過(guò)程。在注射過(guò)程中注射壓力是隨時(shí)間不斷改變的，在流動(dòng)期內(nèi)，注射壓力和噴嘴處的壓力急劇上升，而模腔（澆口末端）壓力卻近乎于零，故注射壓力主要用來(lái)克服熔體在模腔以為的阻力。當(dāng)在充模期間，由于熔體流入模腔，模腔壓力急劇上升，注射壓力和噴嘴壓力也會(huì)隨之增加到最大，然后停止變化，此時(shí)注射壓力對(duì)熔體起了兩個(gè)作用，一是克服溶體在模腔內(nèi)的流動(dòng)阻力，二是對(duì)熔體進(jìn)行一定程度的壓實(shí)。保壓補(bǔ)縮，保壓補(bǔ)縮階段是指從熔體充滿型腔至螺桿開(kāi)始在機(jī)筒中開(kāi)始后撤為止。保壓是指注射壓力對(duì)模腔內(nèi)的熔體繼續(xù)進(jìn)行壓實(shí)的過(guò)程，補(bǔ)縮則是保壓過(guò)程中，注射機(jī)對(duì)模腔內(nèi)逐漸開(kāi)始冷卻的熔體因成型收縮而出現(xiàn)的空隙進(jìn)行補(bǔ)料的動(dòng)作。倒流是指柱塞或螺桿在機(jī)筒中向后退時(shí)（即撤除保壓力后），模腔內(nèi)熔體朝著澆口和流道方向進(jìn)行反方向的流動(dòng)。
冷卻定型：冷卻定型從澆口凍結(jié)時(shí)間開(kāi)始，到制品脫模為止，這是注射成型工藝過(guò)程的最后階段。在此階段中需要注意的問(wèn)題有模腔的壓力、制件密度、熔體在模內(nèi)的冷卻情況以及脫模條件等。
制件的后處理：制件從模具中脫出后，由于成型過(guò)程中塑料熔體在溫度和壓力的作用下的變形流動(dòng)行為非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均以及充模后冷卻速度的不等，制件內(nèi)常常會(huì)出現(xiàn)一些不均勻的結(jié)晶、取向和收縮率，導(dǎo)致制件產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起實(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性
能、光學(xué)性能及表面質(zhì)量變換，更有甚至開(kāi)裂，為解決這一系列問(wèn)題我們必須對(duì)制件進(jìn)行相應(yīng)的后處理。
當(dāng)注射過(guò)程完成后我們將制品脫模，卸料，清洗模具并可以將凝料返回料筒重新塑化注射，開(kāi)始循環(huán)進(jìn)行下一個(gè)成型周期。
2.3圓形透孔蓋的設(shè)計(jì)件
該塑件經(jīng)測(cè)量所得，其基本幾何值為：
密度：p=0.9g/cm3；
體積：V=21cm3；
質(zhì)量：M=18.9g；
長(zhǎng)度：L=150mm；
塑件平均寬度：B=60mm；
投水平投影面積：S=73.4cm2；
制件表面積：S=194.3cm2
第3章 注射機(jī)的選擇和校核
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇
注射機(jī)為塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可以分為立式、臥式、直角式三種注射機(jī)。按塑料在料筒中的塑化方式分可以分為，柱塞式和螺桿式兩種注射機(jī)。
在此我們通過(guò)假設(shè)的模腔數(shù)目初步確定注射機(jī)的規(guī)格。初步設(shè)計(jì)模腔個(gè)數(shù)為兩個(gè)，ABS材料的密度p為p=0.9g/cm3（0.9~0.91）。通過(guò)測(cè)量所得出塑件的體積（V）和質(zhì)量（M）以及水平投影面積（S）分別為V=21cm3、M=18.9g、S=73.4cm2。一模設(shè)計(jì)兩個(gè)模腔，那么每次注射機(jī)的注射量必須大于：2M= 2×21cm3=42cm3。根據(jù)注射機(jī)的最大注射量初步選擇型號(hào)為XS?Z?60的注射機(jī)，其工藝參數(shù)如下：
螺桿直徑/mm：φ38
注射容量cm3：60
注射壓力/105Pa：122
鎖模力/10KN：500
最大成型面積/cm2：130
模板最大行程/mm：180
定位孔直徑/mm： 55mm
模具厚度/mm：（最大）：200（最?。?0
噴嘴：（球半徑/mm）：12（孔直徑/mm）：φ4
3.2注射機(jī)的校核
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核
模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須是得在一個(gè)注射成型周期內(nèi)所需注射的塑件料溶體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)，且在一個(gè)注射成型周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料溶體的容量和質(zhì)量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量和質(zhì)量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj
式中：V（M）——一個(gè)成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積和質(zhì)量，cm3或g；
n—— 型腔數(shù)目；
Vn（Mn）——單個(gè)塑件的容量或質(zhì)量，cm3或g；
Vj（Mj）——澆注系統(tǒng)凝料的容量和質(zhì)量，cm3或g；
故應(yīng)使0.8Vn+Vj≤0.8Vg或M=0.8Mn+Mj≤0.8Mg式中：Vg（Mg）——注射機(jī)額定注射量，cm3或g；將數(shù)據(jù)代入以上不等式（取其中之一的質(zhì)量不等式來(lái)對(duì)注射量進(jìn)行校核）得：M=nMn+Mj=2×18.9+5.5=43.3g≤0.8Mg=0.8×60=48g滿足要求上式中的：
Mj=M主流道+M橫澆道+M分流道+M澆口+M拉料鉤≈5.5g
由于為制件所選的材料為ABS，該材料非熱敏性材料，所以只需對(duì)其進(jìn)行最大注射量即可，不必對(duì)其進(jìn)行最小注射量的校核。
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核
注射壓力的校核是校驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。只有在注射機(jī)額定的注射壓力內(nèi)才能調(diào)整出某一制件所需要的注射壓力，因此注射機(jī)的最大注射壓力要大于該制件所要求的注射壓力。制件成型時(shí)所需要的注射壓力，與塑料品種、注射機(jī)類型、噴嘴形狀、制件形狀的復(fù)雜程度和澆注系統(tǒng)等因素有關(guān)系。可以根據(jù)塑料的成型工藝參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)確定制品成型時(shí)所需要的注射壓力。根據(jù)塑料成型工藝參數(shù)表查得ABS材料的成型注射壓力在（70~120Mpa）之間，而我們所選擇的注射機(jī)的額定注射壓力為119Mpa，在其設(shè)定的注射壓力之間，滿足工藝要求。
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)軸向的很大的推力，該推力的大小必須小于注射機(jī)的鎖模力，否則在注射成型時(shí)會(huì)因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象。型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa）值可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式算得：P=KPo
式中：P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力 （MPa）
Po —— 注射壓力（MPa）
K —— 壓力損耗系數(shù) 0.2~0.4
將數(shù)據(jù)代入上式得：P=KPo=(0.2~0.4)×119MPa=23.8MPa~47.6MPa
在該次設(shè)計(jì)中，并基于ABS這種塑料上我們?nèi)⌒颓恢腥垠w的平均壓力為：P=30MPa再由公式T=PS計(jì)算推力大小。
式中：T —— 塑料熔體在注射機(jī)軸向上的推力（MPa）
P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力，在此我們?nèi)=30MPa
S —— 制件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
將數(shù)據(jù)代入該公式得：T=PS=30MPa×73.4cm2≈220.2KN≤500KN滿足要求經(jīng)校核合格。
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核
注射機(jī)規(guī)定的模具的最大與最小厚度是指模板閉合后達(dá)到規(guī)定鎖模力時(shí)動(dòng)模板到定模板的最大與最小距離。所以，所設(shè)計(jì)的模具的厚度必須要在注射機(jī)規(guī)定的模具最大與最小厚度范圍內(nèi)，否則將不可能獲得規(guī)定的鎖模力，當(dāng)模具厚度小時(shí)，可以加墊板。根據(jù)要求模具的厚度必須滿足Hmin
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