模具設計與制造實訓-3282

第3章模具設計準備一、工藝分析及注塑機選擇二、MoldWizard分模前準備三、模具設計實例四、知識拓展1一、工藝分析及注塑機選擇1.塑件工藝分析塑件的工藝分析，主要對塑件制品圖或?qū)崢舆M行詳細的分析，以初步確定成型方案和模具結(jié)構。塑件工藝分析主要包括塑件材料分析和結(jié)構分析。塑件材料分析主要是分析塑件材料的種類、型號和材料的成型特性，并根據(jù)材料成型特點選擇相應的模具結(jié)構。塑件結(jié)構分析是對塑件的形狀、尺寸等進行分析，根據(jù)塑件的結(jié)構設計相應的注塑模具結(jié)構。通過塑件的工藝分析，可以初步確定注塑成型方案，包括成型出模方向、模具頂出方式、模具澆注系統(tǒng)類型、模具冷卻方式等。根據(jù)成型方案，可以預先確定注塑模具的結(jié)構。此時，設計者對模具的整體結(jié)構已經(jīng)有了一個基本的輪廓，這里只是一個大體的設計輪廓，模具的具體結(jié)構和模具各部分的實際尺寸還需通過進一步的分析、計算和校核來確定。22.注塑機規(guī)格的確定注塑機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑料制品的大小及生產(chǎn)批量。設計人員在選擇注塑機時，主要考慮其塑化率、注射量、鎖模力、模具安裝尺寸（注塑機拉桿內(nèi)間距）、容模量、頂出形式及頂出長度。倘若客戶已提供所用注塑機型號或規(guī)格，設計人員必須對其參數(shù)進行校核，若滿足不了要求，則必須與客戶溝通并更換。32.注塑機規(guī)格的確定為了獲得良好的塑件，保證正常的注塑生產(chǎn)，在模具設計中應選擇合適的注塑機，一般從以下幾個方面考慮：（1）額定注射量。國產(chǎn)標準的注塑機均用塑料的容量表示一次注射量。（2）額定鎖模力。選用注塑機的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，否則注塑時模具分型面會被熔料沖開而產(chǎn)生溢料。由于注塑時存在注射壓力損失，型腔壓力一般約為注射壓力的70%~80%。對于有預塑裝置的注塑機，注塑時壓力損失較小，型腔壓力所占注射壓力的比值要大一些。此外，塑料的流動性能、塑料模具結(jié)構形式和注塑機噴嘴類型對壓力損失的影響也很大，校核鎖模力時必須考慮這些因素。一般熔料流經(jīng)噴嘴時的注射壓力范圍為(60到80MP)600kgf/cm3~800kgf/cm3。（3）額定注射壓力。如果只考慮注塑機的最大注射量、最大成型面積和鎖模力來確定注塑機是不夠的。有些塑件在注塑成型時，由于形狀復雜，或者塑料流動性差，難于充填型腔，必須在很高的注射壓力才能順利成型。因此，選用注塑機必須考慮選擇合適的額定注射壓力。42.注塑機規(guī)格的確定（4）注塑機與安裝模具的關系。設計時主要考慮以下因素：1)注塑機的形式和模具的關系。在模具設計時，需考慮機床動模的行程和可調(diào)節(jié)的模具閉合高度，這直接影響開模和脫模。2)注塑機拉桿間隔。考慮模具的最大外型尺寸在安裝時不受拉桿的影響。3)定位孔的直徑。模具安裝用的定位環(huán)尺寸應與注塑機定位孔尺寸相配合，小型注塑機一般只在定模部分設置定位孔，大型注塑機則要求定模板和動模板都設置定位孔。4)頂出桿孔裝置。設計模具時必須了解注塑機頂出桿的直徑和位置，并將頂出桿的行程和模具頂出裝置一起考慮。5)噴嘴前端的孔徑及球面的半徑。這些參數(shù)決定澆口套的孔徑和球面尺寸。6)安裝螺孔的位置和孔徑。注塑機定模板和動模板上設有一系列的螺孔，以安裝模具壓緊所用，必須與模具尺寸相對應。53.型腔數(shù)量的確定及型腔排列模具型腔數(shù)量主要根據(jù)制品的投影面積、幾何形狀（有無側(cè)抽芯）、制品精度、批量以及經(jīng)濟效益來確定。其型腔數(shù)量主要依據(jù)以下因素來確定：(1)制品的重量與注塑機的注射量。(2)制品的投影面積與注塑機的鎖模力。(3)模具外形尺寸與注塑機安裝模具的有效面積（注塑機拉桿內(nèi)間距）。(4)制品精度。(5)制品顏色（若在不同批次之間，容易產(chǎn)生色差）。(6)制品有無側(cè)抽芯及其處理方法。(7)制品的生產(chǎn)批量（月批量或年批量）。(8)經(jīng)濟效益（每一模的生產(chǎn)量）。以上這些因素有的是相互制約的，因此在確定設計方案時，必須進行協(xié)調(diào)，以保證滿足其主要條件。63.型腔數(shù)量的確定及型腔排列（多數(shù)為多腔）型腔數(shù)量確定之后，便進行型腔的排列。型腔排列涉及模具尺寸、澆注系統(tǒng)的設計、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯（滑塊）機構的設計、鑲件及型芯的設計以及熱交換系統(tǒng)的設計。以上這些問題又與分型面及澆口位置的選擇有關，所以在具體的設計過程中，應進行必要的調(diào)整，以達到比較合理的設計結(jié)果。下圖列出了一些生產(chǎn)中應用的型腔布排實例。7二、MoldWizard分模前準備1.項目初始化配的目錄以及相關文件的名稱，并載入需要進行模具設計的產(chǎn)品零件，是模具設計工作的第一步。82.模具CSYS定義模具坐標的過程就是將產(chǎn)品子裝配從工作坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到模具裝配的絕對坐標系統(tǒng)，并以絕對坐標系作為模具坐標系（動模和定模的接觸面）。93.收縮率模具的型芯、型腔尺寸必須比產(chǎn)品的實際尺寸略大，以補償注塑成型后由于冷卻而導致的產(chǎn)品收縮。塑件收縮率的大小和設置方式是影響產(chǎn)品尺寸精度的重要因素，直接影響到注塑產(chǎn)品的最終精度。不同塑料有不同收縮率，收縮率大小還與塑件形狀有關，在設計收縮率之前，必須分析材料的屬性和產(chǎn)品的形狀，依據(jù)廠家提供的材料收縮率范圍合理地確定產(chǎn)品的收縮率。104.工件又稱毛坯，模具型芯和型腔是用工件加工而成的，此命令可以定義工件的形狀以及尺寸。在MoldWizard里，工件是用來生成模具型芯和型腔的實體，并裝配于模架中。工件的形狀和尺寸以塑件和模架的形狀和尺寸為設計依據(jù)。定義工件有以下兩種方法：采用用戶定義塊生成工件；工件庫中的標準工件。115.型腔布局（平衡：經(jīng)旋轉(zhuǎn)。線性：平移）126.多模腔設計多模腔設計就是將兩個或多個不同產(chǎn)品放在同一模具里注塑成型。加載多個產(chǎn)品模型后，注塑模向?qū)ё詣訉⑦@些產(chǎn)品添加到模具裝配中，形成一個多腔模的結(jié)構，而每個產(chǎn)品模型在layout（布局）節(jié)點下都有一個裝配結(jié)構。137.注塑模工具注塑模工具提供各種修補工具，幫助創(chuàng)建分型幾何體，包括實體修補和面修補、實體分割，及創(chuàng)建擴大曲面等，從而完成產(chǎn)品內(nèi)部的分型曲面和實體的創(chuàng)建，進而簡化分模過程。這些是分模前需要完成的前期工作。14三、模具設計實例本節(jié)利用模具設計知識初步確定數(shù)碼相機蓋成型方案和模具結(jié)構，確定模具型芯和型腔的毛坯尺寸，最后在MoldWizard里完成數(shù)碼相機蓋模具的設計準備，包括確定塑件在模具中坐標位置，設置合理的收縮率，確定模具工件的尺寸。1.結(jié)構工藝性分析數(shù)碼相機蓋制品的材料是ABS，流動性較好，但材料收縮率范圍及收縮率較大，易發(fā)生縮孔、凹痕和變形等缺陷（增加添加劑后流動性大幅降低）。數(shù)碼相機蓋制品是電子消費品的外觀件，外觀要求光潔、美觀，無凹痕、頂白、熔接痕（非常難處理，很多時候難以避免）等明顯痕跡，塑件表面不允許有澆口痕跡。該塑件尺寸較小，整體結(jié)構較簡單。配合尺寸要求精度較高，表面粗糙度要求較高。根據(jù)以上要求，結(jié)合材料成型性能，數(shù)碼相機蓋模具設計的精度取一般精度等級：5級精度。數(shù)碼相機蓋制品側(cè)面有兩個圓孔，無法直接出模，圓孔較淺，可以考慮采用斜導柱抽芯機構進行側(cè)抽出模。制品中間有一通孔，可以考慮設置進料口。模具整體初步確定為“一開式”模具結(jié)構。152.注塑機的選擇注射模具是與注射機配套使用的，因此模具設計者需了解注射機的規(guī)格與性能，并對所選用的注射機的基本參數(shù)進行校核。選擇注塑機，主要參照塑件所需注射量。塑件所需注射量的計算步驟如下：(1)塑件的質(zhì)量、體積計算塑件的質(zhì)量可以用稱重的方法，也可利用UG的分析功能，對塑件的三維造型進行分析，方便地得到塑件的體積、質(zhì)量等信息。操作步驟如下：[1]單擊【標準】/【打開】按鈕，打開“\Example\3\xm\camera.prt”。[2]單擊【工具】/【材料屬性】，為塑件模型設置密度等材料屬性。UG的材料庫里，包含了ABS、尼龍等常用的塑料材料。[3]單擊【分析】/【測量體】，彈出塑件三維模型信息表，顯示模型的體積、質(zhì)量等信息。1617(2)澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算數(shù)碼相機蓋塑件屬于小型件，模具采用一模一腔，澆注系統(tǒng)凝料體積預估為塑件體積的0.6倍，約為：V注=0.6×V件=0.6×18.8=11.3cm3因此，塑件所需注射量為：V=V件+V注=18.8+11.3=30.1cm3參照塑件注射量，初步選擇注射機的型號為：SZ-68/40。在實際生產(chǎn)中，為了便于安排生產(chǎn)，一般將比所選注射機大一個型號的注射機作為注塑生產(chǎn)的備選設備，對于數(shù)碼相機蓋，備選注塑機型號為SZ-160/80。兩種設備的技術參數(shù)見下表。表中的一些參數(shù)同模具尺寸有關，是模具設計的依據(jù)。18型號技術參數(shù)SZ-68/40SZ-160/80理論注射容積（cm3）58，77125，163實際注射量（g）53，68110，145注射壓力（MPa）160，123205，157鎖模力（kN）400800模具最小厚度（mm）130170模具最大厚度（mm）240320模板尺寸（mm）410×390550×520頂出行程（高度mm）4055193.注射容量鎖模力校核設備初選后，需進行注塑機的注射容量校核和鎖模力校核。(1)注射容量校核塑件成型所需的注射總量應小于所選注射機的最大注射容量。注射容量以容積cm3表示時，塑件體積（包括澆注系統(tǒng)）應小于注射機的注射容積。校核公式如下：其中，V—塑件與澆注系統(tǒng)的體積（cm3）；V機—注射機注射容積（cm3）；α—注射系數(shù)。本例，取α=0.8，則滿足校核公式，因此，所選注射機注射容量滿足要求。20(2)鎖模力的校核注射時模具不被熔融物料頂開，則鎖模力須足夠大。鎖模力校核公式為：F＞KPA 式中，F(xiàn)—鎖模力；P—模腔內(nèi)的平均壓力；A—制品在模具分型面上的投影面積；K—考慮到壓力損失的折算系數(shù)，橡膠一般在1.1~1.25之間選取，塑料一般在0.4~0.7之間選取，對粘度小的取大值，對粘度大的取小值；模具溫度高時取大值，模具溫度低時取小值。本例，數(shù)碼相機蓋的材料為ABS，注塑生產(chǎn)時，對于螺桿式注塑機，注射壓力一般為70~100MPa，在校核時，模腔內(nèi)的平均壓力P取大值，即取P=100MPa。根據(jù)塑件制品的外形尺寸可以得到：mm2取K=0.6，可得：KPA=0.6×100×6000=360000N<400kN=F因此，所選設備的鎖模力滿足要求。21(3)型腔數(shù)目的確定選用注射機SZ-68/40進行數(shù)碼相機蓋生產(chǎn)，從注射容量校核和鎖模力校核結(jié)果來看，以鎖模力確定模具型腔比較合適。型腔數(shù)目可以按照以下公式進行計算：n=（F-P×A澆×100）/（P×Ai×100）其中，F(xiàn)—注塑機的公稱鎖模力；P—單位投影面積所需要的鎖模力；A澆—澆注系統(tǒng)及飛邊在分型面上的投影面積；Ai—1個塑料制品在分型面上的投影面積。通過計算，數(shù)碼相機蓋的型腔數(shù)目為1，即采用一模一腔進行設計。確定數(shù)碼相機蓋模具型腔數(shù)目時也考慮了塑件制品的精度因素，生產(chǎn)經(jīng)驗認為，增加一個型腔，塑件的尺寸精度將下降4%。224.MoldWizard模具設計準備[1]單擊【標準】/【打開】，打開“\Example\3\xm\camera.prt”。為了更好地進行模具零部件的管理，模具設計前需單獨建一個新目錄，用于存放模具設計過程產(chǎn)生的模具零部件文件。本例中，模具設計過程產(chǎn)生的零部件均默認地存儲在“\Example\3\xm\”目錄。[2]在【注塑模向?qū)А抗ぞ邨l中單擊【初始化項目】按鈕，然后按照如圖所示進行操作，本例塑件的材料為ABS，收縮率默認為1.006。[3]單擊【模具CSYS】按鈕，進入模具原點坐標設置菜單。按圖所示操作步驟，將模具原點設置在塑件三維模型的坐標原點。23[4]【注塑模向?qū)А?【工件】，定義模具工件尺寸。本操作工件長、寬尺寸使用系統(tǒng)默認值，數(shù)碼相機蓋塑件長、寬尺寸是100、60，對應毛坯長、寬尺寸為150和110。工件的高度尺寸手動設置為30+50=80。END245.型腔布局——數(shù)碼相機蓋一模二腔25四、知識拓展---注塑機的相關知識注射機的主要參數(shù)有公稱注射量、注射壓力、注射速率、塑化能力、鎖模力、合模裝置的基本尺寸、開合模速度、空循環(huán)時間等。這些參數(shù)是設計、制造、購置和使用注射成型機的依據(jù)。公稱注射量是指在對空注射的條件下，注射螺桿或柱塞作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。公稱注射量在一定程度上反映了注射機的加工能力，標志著能成型的最大塑料制品，因而經(jīng)常被用來表征機器規(guī)格的參數(shù)。注射量一般有兩種表示方法，一種是以聚苯乙烯為標準，用注射出熔料的重量（單位：g）表示，另一種是用注射出熔料的容積（單位：cm3）表示。我國注射機系列標準采用后一種表示方法。26注射機規(guī)格表示方法主要有以下幾種：(1)注射容積表示法以機器的注射量（cm3）來表示規(guī)格。例如：X(S)Z-200其中，X(S)—橡膠（塑料），Z—注射機，200—理論（標準）注射容積（cm3）。(2)合模力表示法只以機器合模力（kN）表示機器規(guī)格。目前很少采用。(3)注射容積與合模力共同表示法以機器的注射量（cm3）以及合模力（kN）來表示規(guī)格。例如：X(S)Z—200/1000其中，X(S)—橡膠（塑料），Z—注射機，200—理論（標準）注射容積（cm3），1000—合模力（kN）。(4)國際規(guī)格表示法。以當量注射容積與合模力或注射功與合模力表示機器規(guī)格。27國際通用規(guī)格60/3290/40250/80450/160880/2001600/300國內(nèi)型號SZ-30/32SZ-68/40SZ-160/80SZ-250/160XS-ZY-500C3SZ-1000/300理論注射容積cm337,4958,77125,163200,254,314536,630,7301030,1200實際注射量g33,4453,68110,145187,266,280478,560,650920,1070注射壓力MPa170,130160,123205,157229,180,147166,140,122155,136鎖模力kN320400800160020003000拉桿有效間距mm300×300250×230330×310415×385540×440670×600模板行程mm110220260280560660模具最小厚度mm80130170205180310模具最大厚度mm110240320400390600最大開距mm2204605806809501260模板尺寸mm400×400410×390550×520690×650790×6901030×1030頂出行程mm50405570100130液壓頂出力kN1728407089289、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Thursday,February27,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。17:00:3817:00:3817:002/27/20255:00:38PM11、夫?qū)W須志也，才須學