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畢業(yè)設計（論文）譯文
· 一種面向對象的注塑模關聯(lián)冷卻水道設計工具
摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設計師壓縮他們的設計時間和能適應更多的后期更改。本文介紹了一種嵌入在冷卻水道模塊內的模具設計軟件包內的關聯(lián)設計方法。它對冷卻回路提供了一系列全面的對象定義，還給出了平衡或不平衡的設計。這里將對已開發(fā)出的CAD算法進行了簡要說明。有了這種新方法，模具設計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需進行繁瑣的重復性工作。因此，這種方法可以有效地減少設計時間和后期設計更改的影響。
關鍵詞：冷卻回路 塑料模具設計 CAD/CAE關聯(lián)設計 設計自動化
·1．引言
目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無法完全和明確地捕捉設計意圖。豐富的設計信息不能完全由CAD模型來描述，并在產(chǎn)品開發(fā)周期的后期的設計更改將引起大量的重復勞動。眾所周知，CAD的交互操作性應包括基于知識的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒有任何機械能使設計意圖信息流通。在注塑模具設計中這種信息差距也是非常明顯的。模具設計人員面臨著越來越多的壓力來減少設計時間并且還要確保模具質量。
自20世紀70年代初以來各種設計注塑模具的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，模具子系統(tǒng)的設計一直是（研究）的焦點，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對于冷卻系統(tǒng)的設計王等﹝11﹞提出了一個三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設計、三維設計冷卻效果分析設計。他們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來分析三維熱傳導。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設計信息的表達和重復利用不同程度地沒有提到。
面向對象的軟件技術已經(jīng)應用來滿足模具設計信息表示的差距。在復雜實體中對象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨立部件和特征。然而，維持幾何實體之間的關系并使它們可定制還不是一個簡單的任務?？梢猿志脤崿F(xiàn)幾何實體之間關系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關設計方法。一種方法是在一個過程向導中建立一個CAD系統(tǒng)的設計意圖和過程知識，它基本上是一個應用程序的測試與用戶界面的設置結合，來引導用戶完成特定的計算機系統(tǒng)的相互作用構成。EDS公司的MouldWizard系統(tǒng)就是這樣一個基于流程的向導。本文介紹了應用于冷卻水道的相關設計方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了人類知識和計算機一貫表示的差距。
在一個模具中冷卻系統(tǒng)不僅影響成型零件的質量而且還影響生產(chǎn)效率。在目前的實際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個A板和B板。王和Singh等認識到，在設計冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設計變量，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解決部分后期設計中的變更以及模具的優(yōu)化設計。修改過程耗時且容易出錯，因為設計師需反復編輯和更新CAD模型。莫克等開發(fā)了可以自動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，但對實體之間的幾何關系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個層次，布局設計、分析、評價和決策。一種決策模塊根據(jù)儲存在知識庫中的規(guī)則對冷卻水道的重新設計進行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的CAD系統(tǒng)。
總之，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設計工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達到令模具設計師從繁瑣的更新和保持設計模型一致中得到解放的預期，使模具設計周期的總時間縮短。本文介紹了提供冷卻和它們之間的散熱孔面回路所產(chǎn)生大量的相關鏈接的自動化的冷卻水道的設計工具。
1.1通用與把握設計意圖的相關問題
在工業(yè)生產(chǎn)中，通常冷卻水道是以冷卻回路的形式構成的，但孔特征作為CAD工具的代表。另一方面，經(jīng)驗豐富的設計人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來代替冷卻水道。在后一種方法中當設計完成時所有的管道都連接起來形成一個冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對冷卻效果進行評估。這些不能轉化為孔直到設計工作完成的回路是為CAM工具路徑的產(chǎn)生做準備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個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＞甙宓募毠?jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實體需要更少的步驟。它能自動檢測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問題。首先，許多步驟仍需要一個簡單的通道，如創(chuàng)建一個圓柱體，在一個情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過一系列的對話方塊的位置和朝向運行。通常，冷卻回路有很多的管道，所以它們的創(chuàng)建需要很多的重復命令。當需要修改時要再次對圓柱進行重復編輯。這種情況很容易出錯。其次，在冷卻水道中對自動傳熱分析或碰撞檢測是很重要的。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，模具設計師被繁瑣的步驟所困擾。
1.2冷卻系統(tǒng)中的語義定義
一種面向對象的軟件設計方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問題。它提供獨立的冷卻系統(tǒng)動態(tài)更新的定義，對冷卻系統(tǒng)的驗證是必不可少的一種對象類型或種類的集合。在圖1中，顯示了簡化的冷卻系統(tǒng)結構及相關組件的類型。每個組件類型被定義為一個對象類。
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。它可以包含在一個單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個。本文中“孔”是用來描述在一個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（見下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個例子。1-5孔是冷卻水道。一個冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個冷卻回路形成一個冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個冷卻回路。一個回路可有幾個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。一個用于鉆孔的面稱為穿透面。當然，冷卻孔有一個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)的結構
圖2 冷卻回路的例子
在實際中，如圖3中的一個例子冷卻水道跨越了多個塊。它由幾個連接的共線散熱孔（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，多印象設計用于模具布局。有兩種方法來建立冷卻回路即：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，如果模具是一個平衡的多模式設計的印象[14]，設計者希望有印象的每個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，因為每個回路設計主要用來滿足一個印象，來滿足傳熱要求的冷卻效果會更好控制。這是為特別復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計師在冷卻回路格局上的個人的變化需求。
圖3典型的共線冷卻管道
另一方面，設計者可以把模具作為一個整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設計，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。
1.3詳細的陳述
在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個組成部分的詳細結構。用一條直線和一個任選的圓柱體代表一個洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導線。更確切地說，一個冷卻的引導線是從冷卻透孔中心點到末端孔中心點出發(fā)的直線。在圖2中，AB是孔1的冷卻引導線，而CD是孔2的引導線。引導線包括鉆孔載體。
如圖5所示在每個散熱孔的開始和結束點，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。如果它基于儲存在每個引導線中的信息，就可以隨時生成圓柱形實體。
傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來表示一個冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實體中分離出來的，例如模具板和插件。本文中的設計思路之一是每一個引導線的開始和結束點都與穿透和退出的面相關，除了末端為盲孔的終點。因此，如果這些面的位置改變了，相應的點將得到很大的更新和變化。換句話說，冷卻引導線總是與穿透和退出的面有關。
圖5冷卻管末端類型
在冷卻回路中所有的內孔的冷卻引導線作為指導路徑進行分組。在圖 2中有五條引導線AB型CD型EF型GH型和IJ型，形成引導路徑。在本文中，如圖4所示，引導路徑完全代表一個冷卻回路冷卻時可以有一定的準則來描述冷卻孔類型直徑等的屬性。
事實上，冷卻圓柱體僅在需要時進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生成。這些冷卻固體可以去除來簡化，只要引導導路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認冷卻系統(tǒng)的設計中，CAM應用程序或組件的結構細節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過減去其相應的冷卻板/插入機構的固體來獲得。
一個引導路徑也用來維護其線路之間的連接。在指導路徑中定義了一種驗證和核實這一條件的一個“特殊”的方法。這個共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對象類型”。從圖4中可以看出，一個冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡單的管道。每個通道都可以由一組被叫做共線指引的引導線來表示。顯然，它的元素引導線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來。在圖3中，AB型，CD型及EF型形成路徑和代表共線的通孔1（臺階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯?，在一個冷卻回路中冷卻元件相關聯(lián)，因為它們是可以立即進行任何改變的。
如圖4所示，回路的內容和對象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個回路可以作為一個相互關聯(lián)的引導線或作為一個圓柱體集。一個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，在此對象的結構設計中，冷卻水道及其相關模具板或插件可以自動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計階段進行修改。由于所有的冷卻水道用相關聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲。
2執(zhí)行方面
2.1嵌入鏈接和參數(shù)
在這個模塊冷卻設計集中，引導線最初是通過用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個引導線的開始和結束點與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個智能點。一個智能點在表面上是和內核與數(shù)據(jù)庫面相關的點。它能與相應面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個實體關聯(lián)到其它相關實體的性質。由于這些引導線是建立于智能終點上的那么連通引導線也稱為智能線。它們每個都是由一個（盲孔）或兩個（通孔）連接在一起的。
一個冷卻圓柱體可以沿著一個圓形掃描的智能方針自動生成，對于盲孔錐孔需增加。對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線的屬性。這些相關屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺階直徑部分。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)開發(fā)出的這個模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設計，在這里列出的要求：
a． 增加形成引導路徑的智能引導線
b． 修改或重新定位引導線
c． 刪除引導路徑回路
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計
2.3創(chuàng)建和編輯一個冷卻回路的智能引導路徑
要創(chuàng)建一個引導路徑的第一引導線，用戶需要在預期的固體上選擇一個面作為穿透面（平面）的回路入口（見圖2）。一個平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導路徑的啟動點把用戶的指示點為基礎，然后創(chuàng)建一個智能點。引導第一次降溫過程生成的默認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線的方向，交互地修改初始點的位置。 然后，用戶可以動態(tài)拖動冷卻線或輸入一個盲孔的引導線的長度值或選擇另一面說明通孔結束的面。在后一種情況下，在引導線的終點另一個智能點會被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導線時，一個序號“1”會顯示在它附近。
為創(chuàng)建下一個引導線（見圖2），一個鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點的面，然后，下一個指引方向將設置在選定的面扭轉法線方向上。在這項工作的實施中向量的起點C的確定是參照前面的AB引導線和最近點到用戶的P點來表示的一個嵌入式規(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)助指導創(chuàng)建。在這種情況下，當定義CD引導線和以前的AB引導線時，它能自動延長到底部鉆孔的C點。智能點是建立在與引導線相關的面上的C點上。同樣，序列號“2”顯示在引導線的附近。用戶還可以通過選擇一個工作定義坐標方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－Z然后指示出引導線的下個起點。用類似的方法，一個完整的指引路徑可以被定義。當確認所有的指引路徑的引導線時，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗證（見圖4）。該指引路徑被當作一個單一的實體。正如預期的那樣，引導線可以創(chuàng)建或加入一個由CAD功能的引導路徑。現(xiàn)有的引導線也很容易被刪除。
在互動的定義引導線之間，在相應的分支機構的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要創(chuàng)建一個簡單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個選項之一：（a）僅僅是一個滲透面（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。在每個選項下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調整能使引導線達到保持引導路徑連接的預期目的及友好的用戶界面設計。如圖6冷卻后的引導線，它的性質包括它的長度都顯示在同一用戶界面上。這些是可以改變和更新的。事實上，當引導線被選中，其指導路徑也就確定。這是因為在一個引導路徑中所有的引導路線是連續(xù)性的約束。如果引導路徑入口點的位置被移動，則整個路徑也相應的變化。用戶可以通過有關項目從編輯界面中選擇安全刪除引導路徑。
2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體
在定義一個引導路徑時，則冷卻固體基于個體引導線的屬性生成。冷卻固體僅當用戶需要它們時創(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的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設置，如啟動類型、結束類型、孔直徑等參數(shù)用默認類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預設值。然后，他們以用戶的輸入為基礎更新。當用戶重復操作時在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫在它“接受”的用戶界面對話框中，以便使用戶界面的設置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預設條件驗證領域的項目，例如，臺階孔的直徑必須大于孔徑。這是當用戶調用點擊“確定”按鈕時，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗證”（見圖4），。如果輸入驗證不被接受，就會出現(xiàn)一些錯誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實通過點擊“顯示冷卻水道關系”按鈕可以自動生成冷卻固體的CAD的API功能。
冷卻固體可以在任何時候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細節(jié)上，實體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡單盲孔、簡單通孔、臺階孔、臺階在通孔一端、臺階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過多個固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡單。
對于一個共線冷卻水道，有個別孔由共線連接獲得。圖3說明了它們是如何關聯(lián)的。假設孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過“選擇兩個平面創(chuàng)建臺階孔（兩端）”從A點開始“綁住”面1和結束點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，因此啟動點C和結束點D分別是面3和面4上的點。因為這個孔應是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結束點B相關，也與面3有關。這是保證共線管道的對象的驗證方法。因此，第一個孔可以沿著面2滑動通過創(chuàng)建兩個對齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個孔是用來作為參考，那么起點C的結束是孔1的終點，由于B點的連接，則沿著面2滑動的第一個孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點移動則面3也將更新。這兩個孔之間的智能連接由嵌入式的多個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相關的冷卻孔獲得。
2.5處理平衡和非平衡冷卻回路
在本文中，模具元件由裝配樹結構組成，當用戶初始化一個新的模具設計項目時它會自動創(chuàng)建。原來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）（見圖8）。印象儲存在產(chǎn)品的一部分作為實例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個在裝配上專門用于冷卻固體自動創(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計問題，突變實體的概念必須被先介紹。這項功能可為幾何實體例如：實體、面、線、點等，以便使在裝配中的不同部分相關聯(lián)。這是通過復制從一部分到另一部分具有持續(xù)關聯(lián)的實體獲得的。這些復制的實體被稱為突變實體。當一個源實體被修改，其相應的突變實體也會自動更新。源實體被稱為原型實體。圖9中所示了一些在裝配中可能突變的面。假設原型面A是元件1的一部分，則它可以創(chuàng)建一個相應的突變面A1，面A1對它的原型面（子對母），或A2面對面A1（子對子）。在一個裝配建模環(huán)境下，另外一個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)建新的實體。
圖8在模具裝配樹中的冷卻線
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，工作部分被設置在圖8的產(chǎn)品部分中。當用戶在凸模/凹模插件中選擇一個面去創(chuàng)建一個冷卻引導線時，一個突變面（子部分對母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實體，包括智能點、引導路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時，在冷卻線部分與此相關的引導路徑和固體（子部分對子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實體，根據(jù)印象模式被復制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會自動平衡。在圖10中用了一個與均衡冷卻回路的四印象模式的實例來說明。
圖10平衡冷卻回路的例子
當創(chuàng)建不平衡冷卻水道時，工作的一部分被設置在冷卻線的一部分（見圖8）。當用戶從插件部分選擇一個面，則在冷卻線的一部分（子部分對子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關的原型，如智能點、引導路徑和冷卻實體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實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體可以自動更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹結構使設計在很大程度上得到了減少。
3.未來整合專家系統(tǒng)
顯然，這個模塊的功能可以進一步擴展。由于其是面向對象的設計，它極有可能將這項可以納入冷卻水道設計規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對其中的一些邏輯規(guī)則進行了討論【10,11,15】。作者認為，這應該是今后的研究方向。
4.結論
本文提出了在冷卻水道設計工具中的一種相關的設計方法。重點被放在獨特的引導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上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點是模具設計人員可以更容易的在整個設計生命周期中進行修改。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的CAD模塊中。這些資料可以支持在高水平知識規(guī)則下的相關冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動。這種方法能有效和高效的應用在模具設計中。
·致謝本文的目的僅是報道研究的方法。作者承認他們的研究工作正在進行，本文中主要由在新加坡制造技術研究所（SIMT）工作的主編完成。一個SIMT項目團隊實施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國Cypress，CA的EDS公司提供的密切技術支持。Unigraphics系統(tǒng)（UG）和模具導向在EDS公司注冊商標。
本文摘譯自：
中原工學院圖書館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。
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畢業(yè)設計（論文）開題報告書
題目 骨架模具的設計
專 業(yè) 名 稱
班 級 學 號
學 生 姓 名
指 導 教 師
填表日期
說 明
開題報告應結合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內容。以下填寫內容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內容應保持一致。
一、 選題的依據(jù)
注射模具的設計過程要求我們學生綜合知識和實踐能力較強，它既是我們大學三年所學的機械制圖、工程材料、公差配合與技術測量、塑料成型工藝與設備等技術基礎課、專業(yè)課的綜合應用，又需要我們學生了解大量的實踐經(jīng)驗。
? 通過畢業(yè)設計，會使我們在下述基本能力上得到培養(yǎng)和鍛煉：①塑料制品的設計及成型工藝的選擇；②一般塑料制品成型模具的設計能力；③塑料制品的質量分析及工藝改進、塑料模具結構改進設計的能力；④了解模具設計的常用商業(yè)軟件以及同實際設計的結合。
國內
二、 國內外研究概括及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
1．國內模具發(fā)展狀況
工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品更新速度加快，對模具的要求越來越高，盡管改革 開放以來，模具工業(yè)有了較大發(fā)展，但無論是數(shù)量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，目前滿足率只能達到70%左右。造成產(chǎn)需矛盾突出的原因，一是專業(yè)化、標準化程度低，除少量標準件外購外，大部分工作量均需模具廠去完成。加工企業(yè)管理的體制上的約束，造成模具制造周期長，不能適應市場要求。二是設計和工藝技術落后，如模具CAD/CAM技術采用不普遍，加工設備數(shù)控化率低等，亦造成模具生產(chǎn)效率不高、周期長。總之，是拖了機電、輕工等行業(yè)發(fā)展的后腿。因此我們必須意識到，對模具設計的研究的目的和意義在于能夠更好的認識模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位的重要性。因為利用模具成型零件的方法，實質上是一種少切削、無切削、多工序重合的生產(chǎn)方法，采用模具成型的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，從而取得很高的經(jīng)濟效益。利用模具生產(chǎn)零件的方法已經(jīng)成為工業(yè)上進行成批或大批生產(chǎn)的主要技術手段，它對保證制品質量，縮短試用周期，進而爭先占領市場，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)都具有決定性的意義。因此德國把模具稱為“金屬加工中的帝王”，把模具工業(yè)視為“關鍵工業(yè)”，美國把模具稱為“美國工業(yè)的基石”，把模具工業(yè)視為“不可估量其力量的工業(yè)”，日本把模具說成是“促進社會富裕繁榮的動力”，把模具視為“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”。
要使國民經(jīng)濟各個部門獲得高速發(fā)展，加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化，就必須盡快將模具工業(yè)搞上去，使模具生產(chǎn)形成一個獨立的工業(yè)部門，從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的關鍵作用。
2．國內模具未來發(fā)展趨勢
1.全面推廣CAD/CAE/CAM技術
2.高速銑削加工
發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。
3.模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。
4.電火花銑削加工
削加工技術是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。
5.提高模具標準化程度
我國模具標準化程度正在不斷提高，目前我國模具標準件使用率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
6.優(yōu)質材料及先進表面處理技術
優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理技術是能否充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。
7.模具研磨拋光將自動化、智能化
模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。
8.模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
我國長遠發(fā)展的目標：
在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會更上一層樓
3．國外模具發(fā)展情況
國外發(fā)達國家的模具廠大體分為獨立的模具廠和隸屬于一些大的集團公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，生產(chǎn)效率極高。
國外模具企業(yè)一般不超過100人，多數(shù)在50人以下。在人員結構上，設計、質量控制、營銷人員超過30%，管理人員在5%以下。我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％。國內模具企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人員結構和國外差不多。
國外模具企業(yè)對人員素質要求較高，技術人員一專多能，一般能獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和掌握很深。國內模具企業(yè)分工較細，缺乏綜合素質較高的人員。
國外模具企業(yè)CAD/CAE/CAM的技術的應用比較廣泛,逆向工程、快速原型制造鑄造模具的使用也比較多。國內模具企業(yè)中一些骨干廠家在這方面和國外差距已經(jīng) 不大，有些已經(jīng)達到國外水平。但一些中小型模具企業(yè)與國外的差距還是很大的。不過在模具材料方面，隨著國外技術的引進和中國研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。
國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。在模具的價格和制造周期上，國外模具價格一般是國內模具的5-10倍，制造周期是2-3倍。在這兩方面應該說國內模具企業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢的。
三、研究內容及實驗方案：
有關模具設計，裝配，尺寸計算等方面的問題
主要包括：
1、塑料模具成形部分（包括凸凹模以及相應的各個組件）結構的設計和尺寸的計算。
2、注射模具的澆注系統(tǒng)（包括主流道、分流道、澆口及冷料穴等）的設計。
3、注射模具的推出機構（包括推桿、復位桿、推桿固定板、推板、主流道拉料桿等）的設計。
4、溫度調節(jié)系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)的設計。
注塑模亦稱注射模，其成型原理是將塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔化呈流動狀態(tài)后，在柱塞和螺桿的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔之中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。這樣在操作上完成了一個周期的生產(chǎn)過程。通常，一個成型周期從幾秒鐘到幾分鐘不等，時間的長短取決于塑件的大小、形狀和厚度、模具的結構、注射機的類型及塑料的品種和成型工藝條件等因素。
四、目標、主要特色及工作進度
1總的工作任務
1.獨立完成畢業(yè)設計
2.按圖標準設計一套模具的裝配圖和有關的關鍵零件圖，圖紙比例1：1
3.制訂模具的裝配工藝和成形零件的工藝。
4.按學院畢業(yè)設計的書寫格式要求，撰寫設計說明書，完成3000-5000個文字的畢業(yè)設計有關的外文資料翻譯。
2 進度安排
1. 查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。
第1周—第2周
2. 塑件的分析、塑料的成型特性與工藝參數(shù)。
第3周—第6周
3. 編制塑件成形工藝。
第7周—第8周
4. 繪制塑件模具零件圖及裝配圖。
第9周—第13周
5.撰寫畢業(yè)設計說明書（論文）。
第14周—第16周
6.畢業(yè)設計審查，畢業(yè)答辯。
第17周
3 預期結果
1.完成一篇相關英文資料的翻譯。
2.完成對骨架沖壓件的結構和功能分析，確定總體方案設計，并繪制出零件圖。
3.完成模具部分零件的工藝設計，撰寫詳細的設計說明書。
我希望能提前完成任務，并且把錯誤降低到最低點，使本設計應具有相當?shù)膶嵱眯浴?
五、參考文獻
1.屈華昌主編.《塑料成型工藝與模具設計》.北京: 機械工業(yè)出版社1996
2.李澄,吳天生,聞百橋主編.《機械制圖》.北京: 機械工業(yè)出版社1996
3.李云程主編 《模具制造工藝學》 北京： 機械工業(yè)出版社 2001
4.周開勤主編 《機械零件手冊》 北京：高等教育出版社 2001
5.范有發(fā)主編 《沖壓與塑料成型設備》 北京：機械工業(yè)出版2001
6.許德珠主編 《機械工程材料》 北京：高等教育出版社1991
骨架塑件成型工藝及模具設計
骨架注塑模設計
摘要：本設計題目為骨架注塑模設計，體現(xiàn)了骨架類零件的設計要求、內容及方向，有一定的設計意義。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者注塑模的基礎知識，為設計更復雜的注塑模具做好了鋪墊并吸取了更深刻的經(jīng)驗。
本設計運用塑料成型工藝及模具設計的基礎知識，首先分析了塑件的成分及性能要求，為選取澆口的類型做好了準備；然后估算了塑件的體積，便于選取注塑機及確定型腔數(shù)目；最后分析了塑件的特征，確定模具的設計參數(shù)，設計要點，及推出裝置的選取。
本塑件型芯采用整體式結構。由于F主＞F側，而且塑件壁厚小，因此采用推件板脫模機構。另外，所設計的塑件側壁有側凸,它們均垂直于脫模方向,阻礙成型后塑件從模具脫出，因此必須設置抽芯機構.本模具采用斜導柱抽芯機構.
關鍵詞：注塑模 推件板 斜導柱
Skeleton injection mold design
Abstract: The requirement ，content and direction of the design of the skeleton plastic parts are embodied on this injection mould design of the plastic parts of skeleton. The designer’s foundation knowledge of the injection mould design is reinforced and is able to design more complex injection mould through the design.
Through the foundation knowledge, firstly, the composion and the perfourmance of thr part is analyzed to choose the type of the gat advantagely. Secondly, the volume of the part is estimated to choose the injection molding machine and to detemine the mould quantity conveniencely. Lastly the character of the part is analyzed to determine the mould design parameter and design point and choose the ejection assembly.
The core uses the structure of the integral-type. Because F advocates >F side and the thickness of the wall is small, we choose the board mold emptier. Moreover, there is the side to be raised. They are vertical to the drawing of patterns direction, so we must make up an organization which can pull the core out from the model. This mold uses the organization of the slanting guide pillar to pull out the core.
Keywords: Injection mould , Ejector plate, Slanting guide pillar
1 緒論
近年，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。
模具成型具有優(yōu)質，高產(chǎn)，低消耗，低成本的特點。因而，在國民經(jīng)濟各個部門得到了極其廣泛的應用。在模具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化學穩(wěn)定性好，電絕緣性強，力學性能高，自潤滑，耐磨及相對密度小等獨特的優(yōu)異性能，成為工業(yè)部分必不可少的新型材料。
根據(jù)業(yè)內專家預測，今年中國塑料模具市場總體規(guī)模將增加13%左右，到2005年塑料模具產(chǎn)值將達到460億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右，產(chǎn)值在增長，也就意味著市場在日漸擴大。
相當多的發(fā)達國家塑料模具企業(yè)移師中國，是國內塑料模具工業(yè)迅速發(fā)展的重要原因之一。中國技術人才水平的提高和平均勞動力成本低都是吸引外資的優(yōu)勢，所以中國塑模市場的前景一片輝煌，這是塑料模具市場迅速成長的重要因素所在。
按照我國國家標準，模具共分為10大類46個小類，塑料模具是10大類中的l個大類，共有7個小類：熱塑性塑料注塑模、熱固性塑料注塑模、熱固性塑料壓塑模、擠塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他類塑料模。塑料模的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，在我國起步較晚，但發(fā)展卻很快，特別是最近幾年，無論在質量、技術和制造能力上，都有很大發(fā)展。但就總體來看，與國民經(jīng)濟發(fā)展和世界先進水平相比，差距仍較大，一些大型、精密、復雜、高效、長壽命的塑料模具每年仍大量進口。
據(jù)悉目前全世界年產(chǎn)出模具約650億美元，其中塑料模具約為260億美元。我國1999年模具總產(chǎn)值245億元．其中塑料模具約為82億元，2000年近100億元。七類塑料模具中，注塑模具所占比例很大，約占全部塑料模具的80%左右。
塑料模具的主要用戶是家用電器行業(yè)、汽車、摩托車行業(yè)、電子音像設備行業(yè)、辦公設備行業(yè)、建筑材料行業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)及各種塑料制品行業(yè)等。目前國內年需塑料模具約130-140億元，真中有30多億元仍靠進口，進口量最多的塑料模具有汽車摩托車飾件模具、大屏幕彩電殼模具、冰箱洗衣機模具、通訊及辦公設備塑殼模具、塑料異型材模具等。大學三年的學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習，我對于模具特別是塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實現(xiàn)了零的突破。在指導老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。
在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
2 模塑工藝規(guī)程的編制
該塑件是骨架產(chǎn)品，其零件圖如圖2-1所示。本塑件的材料采用ABS，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
如圖2-1
2.1塑件的工藝性分析
2.1.1塑件的原材料分析
塑件的材料采用ABS屬于熱塑性塑料，它的成型特性為：ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一種堅韌而有剛性的非結晶性熱塑性工程塑料。苯乙烯使ABS有良好的可塑性、光澤和剛性；丙烯腈賦予ABS有良好的耐熱、耐化學腐蝕和表面硬度；丁二烯賦予ABS良好的抗沖擊性和低溫回彈性?？赏ㄟ^調整這三種組分的比例來調節(jié)ABS的性能。
ABS熔體粘度適中，流動性較好，易于充模，粘度對剪切速率比較敏感，隨剪切速率增加，熔體粘度急劇下降；而溫度對粘度的影響不很明顯。ABS為非結晶性聚合物，成型后無結晶，成型收縮率低，一般為0.3％～0.6％。無明顯熔點，熔融溫度低，熱穩(wěn)定性較好。有一定的吸濕性，約0.2％～0.5％，注塑前需作干燥處理，使含水率在0.1％以下。
2.1.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析
2.1.2.1結構分析
從零件圖上分析，該零件總體形狀為矩形。在其高度方向的兩側有高度為4.5mm的側凸，零件中間為一13×10.5的矩形孔,因此,模具設計時必須設置側向分型抽心機構,該零件屬于中等復雜程度.
2.1.2.2尺寸精度分析
塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動及成型時工藝條件的變化，塑件成型后的時效變化和模具的結構形式等有關，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。
由于該塑件上尺寸公差均為未注尺寸公差。查表可知ABS材料的制件為MT5級[2]。即： 250+0.50mm, 22.50+0.44mm,160+0.38 mm, 13.50+0.32mm，10.5-0.320 mm,13-0.320mm,110+0.32mm,1.50+0.40mm.以上分析可見，該零件的尺寸精度不高沒有太多的的精度要求，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。
從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為3mm,壁厚均勻,符合ABS的最小壁厚原則，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺寸較小，不需增設加強。
2.1.2.3表面質量分析
該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內部不得有導電雜質外,沒有什么特別的表面質量要求，故比較容易實現(xiàn)。
綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證。
2.2計算塑件的體積和質量
計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。
計算塑件的體積：V=2152.5mm3
計算塑件的質量：根據(jù)設計手冊可查得ABS的密度為ρ=1.02～1.16g/cm3
塑件質量：M=Vρ
=2.1525×1.1
=2.4g
采用一模兩件的模具結構，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—Z—30型。
2.3塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找有關文獻和參考工廠時間應用的情況，ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可根據(jù)實際情況作適當調整）
注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度：后段溫度t選用150～170c；
中段溫度t選用165～180c；
前段溫度t選用180～200c；
噴嘴溫度：170～180c；
注塑壓力一：選用600～1000公斤力/cm3；
注塑時間： 選用20～90s；
保壓壓力： 選用 72Mpa；
高壓時間： 選用0～5s；
冷卻時間： 選用20～120s；
總周期： 選用50～220s；
后處理方法： 紅外線燈﹑烘箱；
后處理溫度： 70t/c;
后處理時間： 2～4h。
說明1：預熱和干燥均采用鼓風烘箱。
2：凡潮濕環(huán)境使用的塑料，應進行調濕處理，在100～120c水中加熱2～18h。
2.4塑料成型設備的選取
根據(jù)計算及原材料的注射成型參數(shù)初選注塑機為XS-Z-30查材料知：
標稱注射量： 33cm
螺桿直徑/cm Ф28mm
注射容量/克： 30克
注射壓力/10Pa： 1190Mpa
鎖模力10kN： 25kN
最大注射面積/㎝: 90㎝
模具厚度/mm： 60～180mm
模板行程/mm: 160mm
噴嘴 球半徑： 12mm
孔半徑： 4mm
定位孔直徑/㎜ 55 0+0.06 mm
推出 兩側 孔徑/mm Ф20mm
孔距/mm 170mm
3 注塑模的結構設計
注塑模結構設計主要包括：分型面選擇﹑模具型腔數(shù)目的確定﹑型腔的排列方式﹑冷卻水道布局﹑澆口位置設置﹑模具工作零件的結構設計﹑側向分型與抽芯機構的設計﹑推出機構的設計等內容。
3.1分型面選擇
模具設計中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結構。應根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。
該塑件為骨架，表面無特殊的要求，其分型面選擇如下圖所示：
圖3-1
如圖3-1所示取A-A向為分型面，不影響零件外觀質量，抽芯在動模,結構簡單。
3.2確定型腔的數(shù)目及排列方式
3.2.1模腔數(shù)量的確定
塑件的生產(chǎn)屬大批量生產(chǎn)，宜采用多型腔注塑模具，其型腔個數(shù)與注塑機的塑化能力，最大注射量以及合模力等參數(shù)有關，此外還受制件精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素影響，有上述參數(shù)和因素可按下列方法確定模腔數(shù)量；
3.2.1.1 按注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)量N1
N1=（F/PC）/A－B/A
其中： F 注塑機的鎖模力 N
PC 型腔內的平均壓力MPa
A 每個制件在分型面上的面積（㎜）
B 流道和澆道在分型面上的投影面積（㎜）
B 在模具設計前為未知量，根據(jù)多型腔模具的流動分析B為（0.2～0.5），常取B=0.35，熔體內的平均壓力取決于注射壓力，一般為25～40MPa實際所需鎖模力應小于選定注塑機的名義鎖模力，為保險起見常用0.8F則
A=25×22.5-13×10.5=426mm2
N1=（0.8F/PC ）/A-B/A
=（0.8×25000/40）/426-0.35/426
=11.7（個）
3.2.1.2 注射機注塑量確定型腔數(shù)目N2
N2=（G－C）/V
其中： G 注射機的公稱注塑量（㎜）
V 單個制件體積 （㎜）
C 流道和澆口的總體積（㎜）
生產(chǎn)中每次實際注塑量應為公稱注塑量的0.75～0.45倍，取0.6倍計算，同時流道和澆道的體積為未知量，據(jù)統(tǒng)計每個制品所需澆注系統(tǒng)是體積的0.2～1倍，現(xiàn)取C=0.6則
N2=（0.6G-0.6V）/V
=（0.6×30×103-0.6×1291.5）/1291.5
=12.9（個）
從以上討論可以看到模具的型腔個數(shù)必須取N1，N2中的較小值，在這里可以選取的個數(shù)是2，4，6，8，10個，考慮的制件的取出和模具的開模等情況，以及模具的主流道長度最好小于60mm，以防止因為注塑壓力的降低而帶來的制件充型不足等缺陷。我們所設計的骨架注塑模具采用一模兩腔的方案，即N=2。
3.2.2型腔的排列方式
圖3-2-2-1
本塑件在注塑時采用一模兩腔,綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結構的復雜程度等因素采取如圖3-2-2-1所示的型腔排列方式。采用3-2-2-1的型腔排列方式的最大優(yōu)點是便于設置側向分型抽芯機構，其缺點是熔料進入型腔后到另一端的料流長度較大，但因本塑件較小，故對成型沒有太大影響。
圖3-2-2-2
若采用如圖3-2-2-2所示的型腔排列方式，顯然料流長度較短，但增加了側向分型與抽芯的難度，所以采用3-2-2-1的排列方式最好。
3.3澆注系統(tǒng)設計
3.3.1 主流道設計
根據(jù)XS-Z-30型注塑機噴嘴的有關尺寸
噴嘴前端孔徑： d0=Ф4mm
噴嘴前端球面半徑： R0=12mm
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系：
R=R0+（1～2）mm
D=d0+(0.5～1)mm
取主流道的球面半徑:R=13mm
取主流道的小端直徑d=Ф3.5mm
為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流道設計為圓錐形式其斜度取1～3度經(jīng)換算得主流道大端直徑D=Ф5.5mm，為了使料能順利的進入分流道，可在主流道的出料端設計半徑r=5mm的圓弧過渡。
3.3.2分流道設計
分流道的形式和尺寸應根據(jù)塑件的體積，壁厚和形狀的復雜程度來確定分流道的長度的。由于塑件的形狀比較簡單，ABS的流動性較好，沖型能力比較好，因此可采取梯形分流道，便于加工。根據(jù)主流道大端直徑D=Ф8.5mm，則梯形可選用上底為b=5.5mm,高為h=8mm的截面。
截面形狀為U型，在流道設計中要減小壓力損失，則希望流道的面積大。要減少傳熱損失，又希望流道的面積小。因此可用流道的面積與周長的比值來表示流道的效率。U型實質上是一種雙梯形流道截面。
分流道的尺寸：
ABS 分流道直徑/mm 3.8---7.5
選取4mm
分流道表面粗糙度：
分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度常取1.25—2.5Rμm，這可增加對外層塑料熔體流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。有利于保溫。但表面不得凸凹不平，以免對分型不利。
3.3.3澆口設計
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用側澆口較為理想。設計時考慮選擇從塑件的表面進料，而且在模具結構上采取鑲拼型腔﹑型心，有利于填充﹑排氣。故采用截面為矩形的側澆口，查表初選尺寸為（b×l×h）=1.2mm×1.0mm×0.8mm,試模時修正.
3.3.4排氣結構的設計
在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結構的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內，氣體如不能及時排出會使制件的內部有氣泡，甚至會產(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。
排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。
由于骨架注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。（ABS塑料的最小不溢料間隙為0.03mm，間隙較小，再加上ABS的流動性較好，也不宜開排氣槽.
3.3.5 澆口套的設計
澆口套材料為T10A，熱處理硬度為HRC50～55。
3.4抽芯機構設計
所設計的塑件側壁有側凸,它們均垂直于脫模方向,阻礙成型后塑件從模具脫出.因此成型小突臺的零件必須做成活動的型心,即必須設置抽芯機構.本模具采用斜導柱抽芯機構.
3.4.1確定抽芯距
抽芯距一般大于側凹的深度
H1=22.5/2=11.25mm
另加3～5mm的抽芯安全系數(shù)，可取抽芯距為15mm。
斜導柱材料為T10A。
3.4.2確定斜導柱的傾角
斜導柱的傾角a與抽拔距和抽芯距有直接關系，一般取15°～25°本副模具取a=20°
3.4.3確定斜導柱的尺寸
斜導柱的直徑取決于抽拔力及傾角可按設計資料有關公式進行計算，本例可采用經(jīng)驗估值，取斜導柱的直徑d=Ф16mm
3.4.4斜導柱的長度
可根據(jù)抽拔距，固定端模板的厚度，斜銷直徑及斜角大小確定：
L=L1+L2+L3+L4+L5
=D/2×tana+h/cosa+d/2tana+S/sina+（10～15）
=73mm
?。篖=70mm
3.4.5 滑塊和導滑槽設計
2.4.5.1 滑塊形式
由于側凹的尺寸較小，型芯滑塊可采用整體式加工方法來增加強度。
3.4.5.2 滑塊的導滑方式
滑塊在抽芯時滑動要平衡靈活。因此滑塊與導滑槽必須很好地配合與導向。其配合一般采用H7/f7。本設計中為使模具結構簡單緊湊，降低模具裝配復雜程度，擬采用整體式滑塊和整體式導滑槽的形式，其結構如圖所示。
3.4.5.3 導滑槽的導滑長度和定位裝置的設計。
由于側抽芯距較短，故導滑長度只要符合滑塊在開模時的定位要求即可?？刹捎媒?jīng)驗法，側向抽芯的抽拔距較小，也無須滑塊的定位裝置。
3.5推出機構設計
把塑件從成型零件上脫出的機構為推出機構。推出機構工作時必須克服塑件與型心之間的摩擦力。
3.5.1 脫模力的計算
注射成型后，塑件在模具內冷卻定型，由于體積的收縮對型心產(chǎn)生包緊力。塑件要從型心上脫出，就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦力。一般而論，塑件在開始脫模時所需克服的阻力最大，即所需的脫模力最大。
脫模力F可用下式計算：
F=PA（μcosα-sinα）
式中：μ 為塑料與鋼的摩擦系數(shù)。取0.2～0.3
P 為塑料對型芯的單位面積上的包緊力。一般情況，模外冷卻的塑件P=（2.4～3.9）×107Pa，模內冷卻的塑件P（0.8～1.2）×107Pa
A 為塑件包容型芯的面積
α 為脫模斜度。一般取10～20，查表2-4[2]可取10
則塑件對主型芯的包緊力
F主=2.5×107×658㎜2/（0.3cos10-sin10）=5.875×1010N
塑件對側型芯的包緊力
F側=2.5×107×346.5㎜2/（0.3cos10-sin10）=3.094×1010N
3.5.2 推出機構的選擇
由于F主＞F側，而且塑件壁厚小，因此采用推件板脫模機構。
如圖3-5-1所示，模具開模后,塑件包在動模型心上,適當考慮脫模斜度,使脫模更容易。
圖3-5-1
如圖3-5-2所示是采用頂桿頂出,由于塑件壁薄，頂出時塑件會發(fā)生變形。
由以上兩種方法的比較不然看出圖3-5-1的方法比圖3-5-2的方法更合適。
圖3-5-2
3.6成型零件結構設計
3.6.1凹模的結構設計
由于制件結構簡單，本副模具采用整體式凹模結構，模具牢固，不易變形。 材料選用T10A, 硬度在50HRC以上.
根據(jù)分流道與澆口的設計要求，分流道與澆口設在凹模型腔上其結構見下圖3-6-1所示。
圖3-6-1
加工可以直接用銑刀銑出，也可以用成型電極。
3.6.2 凸模結構設計
凸模主要是與凹模相配合構成模具的型腔。
4 骨架注塑模具的有關計算
本例中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸，平均收縮率平均制造公差和平均磨損率來計算。
查常用塑料的收縮率塑料ABS的成型收縮率為S=0.4～0.7％，故我們取平均收縮為Scp=0.55％?？紤]到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取δ=Δ/3。
型腔、型芯的工作尺寸計算：
① 成型邊緣側凸的型腔：
D=（D＋DScp－3/4Δ）0＋δ
D1=（25＋25×0.55％－0.75×0.50）0＋0.50×1/3
=24.760＋0.1mm
D2=（22.5＋22.5×0.55％－0.75×0.44）0＋0.44×1/3
=22.290＋0.15 mm
② 成型邊緣側凹的型腔：
D3=（16＋16×0.55％－0.75×0.38）0＋0.38×1/3
=15.80＋0.13 mm
D4=（13.5＋13.5×0.55％－0.75×0.32）0＋0.32×1/3
=13.330＋0.11 mm
③ 成型側凸、側凹的型腔深度：
H=（H＋HScp－2/3Δ）0＋δ
H1=（11＋11×0.55％－0.32×2/3）0＋0.32×1/3
=10.850＋0.11 mm
H2=（1.5＋1.5×0.55％－0.40×2/3）0+0.40×1/3
=1.240＋0.13 mm
④ 型芯：
d=(d＋dScp＋3/4Δ)－δ0
d1=(10.5＋10.5×0.55％＋0.75×0.32)－0.32×1/30
=10.8－0.110 mm
d2=(13＋13×0.55％＋0.75×0.32) －0.32×1/30
=13.31－0.110 mm
成型零部件的制造誤差：
成型零部件的制造誤差包括成型零部件的加工誤差和安裝誤差，配合誤差等幾個方面。設計時一般應將成型零部件的制造公差控制在塑件的1/3左右，通常取IT6—9級，綜合考慮取IT8級。
5 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設計
塑料在生產(chǎn)過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設計可按下式進行計算：
設該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質，其出口溫度為30°，產(chǎn)量為（1分鐘2模）150g/h。
① 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3，查有關文獻得ABS的單位熱流量為40xJ/㎏,取Q2=400J/g：
Q3=WQ2=150g/h×400J/g=60000J/h
② 求冷卻水的體積流量V
V=WQ1/Pc1(T1－T2)
=60000/[60×1000×4.2×1000×（30－20）]
=0.2×10－4m3/min
由體積流量V查表可知，所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計算可知，因為模具每分鐘所需的冷卻水體積流量小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具。
6 模具閉合高度確定
在支撐板與固定零件的設計中根據(jù)經(jīng)驗確定：定模座厚度H1=25mm，定模板厚度H=20 mm，滑塊高度H3=14 mm，動模板厚度H2=20 mm，墊塊高度H墊=50 mm，動模座厚度H4=20 mm，支撐板的厚度H支=20 mm。
計算模具的閉合高度：
H=H1＋H＋H3＋H2＋H支＋H墊＋H4＋H推板
=25＋20＋14＋20＋20＋40＋20＋16
=175mm
7 注塑機有關參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為160mm×160mm×169mm, XS-Z-30型注塑機模板最大安裝尺寸是280mm×250mm，故能滿足模具的安裝要求。
由于上述計算的模具閉合高度為159mm，XS-Z-30型注塑機的最小模具厚度為60mm，最大模具厚度為180 mm。
7.1 模具合模時校核：
60mm<169mm<180mm
7.2 模具開模時校核：
經(jīng)查資料XS-Z-30型注塑機的最大開模行程S=160 mm，滿足頂出塑件要求。
S≥H凝＋H塑＋（5～10）mm
=45＋50＋10
=105 mm
此外，由于側分型抽芯距較短，不會過大地增加開模距離，注塑機的開模行程足夠。
8 繪制模具總裝圖和非標零件工作圖
8.1本模具總裝圖和非標零件工作圖見附圖
8.2本模具的工作原理：
模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型，注塑完成。開模時動模部分隨動模板一起漸漸將分型面打開，與此同時在斜導柱的作用下側抽芯滑塊從型腔中退出，完成側抽芯動作。
當分型面打開到一定程度時，動模運動停止，在注塑機頂出作用下，頂桿推動推件板與動模部分發(fā)生相對運動，從而將塑件推出。合模時，側型芯滑塊隨著分型面的閉合而復位。
9 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制
這里對斜滑塊的加工工藝進行分析。
機械加工工藝過程卡
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
00-12
產(chǎn)品名稱
斜滑塊
零（部）件名稱
斜滑塊
共（1）頁第（1）頁
材料牌號
T10A
毛坯
種類
圓棒料
毛坯外型尺寸
Φ150㎜
每個毛坯可制件數(shù)
2
每臺
件數(shù)
2
備注
工序號
工序名稱
工 序 內 容
車間
工段
設備
工藝裝備
工時
準終
單件
05
下料
鋸割下料Φ150㎜×150㎜
下料車間
鋸床
0.5
10
鍛
鍛成120㎜×120㎜×18㎜的長方體
鍛造車間
空氣錘
2
15
熱處理
退火
熱處理車間
熱處理爐
10
20
刨
削
1、 把120㎜刨至113.5㎜
2、 把另一邊的120㎜刨至116㎜
3、 把18㎜刨至15.5㎜
刨削車間
刨床
5
25
銑削
將各尺寸分別銑至112.3㎜、115㎜、14.3㎜
銑削車間
2
30
線切割
沿115㎜邊平均分割為2塊
3
35
磨削
磨至尺寸57㎜
5
40
線切割
割型腔、斜導柱孔
2
50
熱處理
淬火并回火達54~58HRC
熱處理車間
10
55
磨削
磨削各尺寸達圖樣要求
磨削車間
1
60
鉗工
研磨達圖樣要求
模具車間
2
設計日期
審核日期
標準化日期
會簽
日期
標記
記數(shù)
更改文
件號
簽字
日期
標記
處數(shù)
更該文件號
10 小結
大學三年的學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習，我對于模具特別是塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實現(xiàn)了零的突破。在指導老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。
在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗。設計之中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
11 致謝
我衷心感謝各位老師，特別感謝的是我的指導老師于智宏老師，在這一段時間她們給予了我細心的幫助和指導，我向你們致以崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
三年的大學生活即將結束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學，踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學生，做畢業(yè)設計是一件必不可少的事情。
畢業(yè)設計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設計計算，這些都要靠自己運用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復雜的工作。
在學校中，我主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設計就相當于實戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設計不但把我以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎。
由于本人資質有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設計中難免要遇到很多難題，在有課程設計的經(jīng)驗及老師的不時指導和同學的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設計日趨完善。畢業(yè)設計雖然很辛苦，但是在設計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨立設計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
最后，我衷心感謝各位老師特別是我的指導老師老師于智宏在這一段時間給予我無私的幫助和指導，并向你們致意崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
12 參考文獻
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[2]. 中國模具設計大典.
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31