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多自由曲面产品注塑模具分型线的自动确定 邵 健 11 ,吕 震 22 ,柯映林 11 ( 1. 浙江大学现代制造工程研究所 , 浙江 杭州 310027 2. 浙江大学城市学院 , 浙江 杭州 310015 【关键词 】 :模具 ,分型线 ,特征识别 ,有限元 【摘 要】 : 为有效地确定多自由曲面产品模具分型线问题 , 提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法。在该方法中 , 首先 , 提出了基于图的特征识别方法来对产品中的侧凹特征进行识别 , 并在识别的基础上对产品模型进行简化 ; 然后 , 提出了基于有限 元的离散方法 , 对简化的产品模型的所有组成面进行离散 , 并根据网格面的可视性来判别组成面的可视性 ; 最后 , 将产品中的所有组成面分成可视面组、不可视面组和退化面组 , 并通过抽取可视面组或不可视面组的最大边环来确定模具的分型线。研究实践表明 , 通过该方法可以有效地解决多自由曲面产品模具分型线的确定问题 , 提高模具设计的效率。 中图分类号 : T 文献标识码 : A 1 引言 模具型腔的设计过程一般包括脱模方向的选择、分型线的确定和分型面的生成 3 个步骤。其中分型线的确定是非常重要的一个环节，不但影响到后 续分型面的生成，还对整个模具的结构和成本有很大的影响 具分型线的确定是比较简单的，但对于一些包含自由曲面的产品，模具的分型线往往难以确定。在一般的模具型腔设计过程中 ,分型线往往由模具工程师通过一些经验的方式来判断确定。但通过这种方式来确定模具的分型线，设计效率不高，同时由于设计者的疏忽也有可能造成分型线确定失误的问题。因此探索分型线的自动生成技术是模具设计自动化的一个重要研究内容。 2 相关研究 对分型线的确定 ， 有 3 类典型的方法 ： 1） 文献 2 等提出的通过拉伸零件最大投影轮廓线的方法来 确定产品的分型线 ； 2） 文献 3 等提出的通过对塑件模型切片来生成分型线的方法 ； 3） 文献 4等提出的通过对注塑件表面进行分组并抽取最大边环来自动生成分型线的方法。在这 3 种方法中 ， 都没有考虑产品中的侧凹特征对模具分型线的影响 ， 对于多自由曲面产品，无法有效地确定模具的分型线。文献 5等虽在文献 4 的基础上进行了改进 ,但对于多自由曲面产品 , 也无法有效地确定模具的分型线。 为此 ， 本文提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法 ， 不但考虑了侧凹特征对模具分型线确定的影响 ， 提出了基于图的 特征识别方法对产品中的侧凹特征进行识别 ， 还提出了基于有限元方法对包含自由曲面的产品模型的表面进行离散 ， 以解决自由曲面在模具分型线的确定过程中可能产生的歧义 ， 加快模具分型线的自动确定过程。与前述的 3类分型线确定方法相比 ，该方法的主要特点在于 : 首先对产品中的侧凹特征应用提出的侧凹特征识别方法进行识别 , 并根据特征识别的结果简化产品模型 , 从而避免了侧凹特征对模具分型线的影响 ； 应用有限元离散方法对产品模型的表面进行离散 , 并根据网格面的可视性来综合判断产品模型表面的可视性 , 消除自由曲面在判断面可视性时的不确定性。 3 基本概念 面的可见性 产品的表面一般由平面和自由曲面组成 , 一些简单的产品往往都由平面组成 , 但一些外形和结构复杂的产品 , 其表面则既包含平面 , 也包含自由曲面。对于平面来说 , 因为其法向惟一 , 所以一定为可视、不可视或过渡面中的一种。但对于曲面来说 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全为可视或不可视 , 也有可能部分可视、部分不可视。因此 , 要判断曲面的可视性 , 必须应用有限元方法。在有限元模型中 , 产品模型的表面往往离散为一些小的单元模型。由于这些单 元的表面都为平面 , 可以方便地判断出这些单元的可视性。设 错误 !未找到引用源。 表示模具的脱模方向 ,错误 !未找到引用源。 表示面 错误 !未找到引用源。 的法向，则可根据如下规则来判断面的可视性：如果 错误 !未找到引用源。 , 则 错误 !未找到引用源。为可视面；如果 错误 !未找到引用源。 , 则 错误 !未找到引用源。 为不可视面；如果 错误 !未找到引用源。 则 错误 !未找到引用源。 为过渡面。 一表面和复杂表面 所有表面的产品可以转化为 二维网格对各组成部分进行有限元分析。网格 包含以下三种类型： (a)可见网眼 (b)无形 的网 (c)过渡网格。 设 错误 !未找到引用源。表示模具的脱模方向 ,错误 !未找到引用源。 表示面 可根据如下规则来判断网格的可视性：如果 错误 !未找到引用源。 , 则 错误 !未找到引用源。 为可视网格；如果 错误 !未找到引用源。 , 则 错误 !未找到引用源。 为不可视网格；如果 错误 !未找到引用源。 , 则 错误 !未找到引用源。 为过渡面。一些简单的产品往往都由平面组成 , 但一些外形和结构复杂的产品 , 其表面则既包含平面 , 也包含自由曲面 。对于平面来说 , 因为其法向惟一 , 所以一定为可视、不可视或过渡面中的一种。但对于曲面来说 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全为可视或不可视 , 也有可能部分可视、部分不可视。因此 , 要判断曲面的可视性 , 必须应用有限元方法。在有限元模型中 , 产品模型的表面往往离散为一些小的单元模型。由于这些单元的表面都为平面 , 可以方便地判断出这些单元的可视性。一般情况下错误 !未找到引用源。 表示模具的脱模方向 ,错误 !未找到引用源。 表示单元面 错误 !未找到引用源。 的法向。如图 2 所示 , 图 2a 为可视表面 , 所有的单元面均为可视单元面 ; 图 2b 为不可视表面 , 所有的单元面均为不可视单元面 ; 图 2c 为可视、不可视同存表面 , 在其单元面中 , 既存在可视单元面 , 又存在不可视单元面和过渡单元面。其中“ +”表示可视单元面 , “ -”表示不可视单元面 ,“ 0”表示过渡单元面。 4 确定分型面的过程 化的产品模型 因为 侧凹特征的存在会直接影响到模具分型线的正确确定。因此 , 在确定模具的分型线前 , 首先要对产品中的侧凹特征进行识别 , 并对产品模型进行简化。识别特征的方法较多 7 , 本文提出了一种基于图的特征识 别方法。在识别过程中 , 首先将产品模型用面属性邻接图 ( 8 的方式表示，然后通过在产品 搜索侧凹特征子图的方式来识别侧凹特征。 图 1 所示为 3 种典型类型的侧凹特征的子图。图 1a 为一凹类型的侧凹特征及其子图 U， 该侧凹特征只有一个特征生成面 ( 侧凹特征附着的面 ) 在割集( 将侧凹特征的子图从产品 中分离出来的一组边 ) A c 中 , 所有的边都为凸边 ， 在子图 所有的边都为凹边 ； 图 1b 为一凸类型的侧 凹特征及其子图U, 该侧凹特征也只有一个特征生成面 在割集 , 所有的边都为凹边 , 在子图 U 中 ,所有的边都为凸边 ; 图 1c 所示为一通孔类型的侧凹特征 , 该侧凹特征有两个特征生成面 在割集 , 所有的边都为凸边 , 在子图 U 中 , 所有的边都为凹边。在子图匹配的过程中 , 如果对产品的 用遍历方式进行搜索 , 则搜索的时间将会非常长。因此 , 在实际的搜索过程中 , 总是先找到产品中所有的特征生成面然后再确定子图的割集 , 并利用割集将产品的 分解为两部分 , 一部分为产品 一部分为侧凹特征 凹特征识别后 , 为了方便模具分型线的确定 , 还需要对产品模型进行简化 , 简化的过程即产品构的过程。 品模型转化 简化模型后 ,产品将会被转 换成采用离散曲面模型 ,采用有限元分析方法。无论怎样的平面 ,曲面或自由曲面产品模型可以表示为 2维表面网格，转换过程如图 4所示。 该产品模型可以描述为 错误 !未找到引用源。 ；其中代表了产品的模型；错误 !未找到引用源。 代表模型的每个表面； 样一来，每一个外表面即可表示为 错误 !未找到引用源。 ；其中 角形或四边形网格是当前常用的转化过程。虽然网格的数量是由经验确定的 ,有一些原则是可以照办，例如网格的数量的多少表面与表面的曲 率有关。网格的数量越大 ,其表面曲率越大。 离复杂表面 产品中可视、不可视同存的表面 , 称为复合产品表面 , 而对于单一的可视面或不可视面 , 则称为单一产品表面。在确定模具的分型线前 , 必须将复合产品表面分解为单一产品表面 , 从而在将这些产品表面归入可视或不可视面组时 , 就不会产生二义性。在对复合产品表面进行分 解前 , 首先要获取这些产品表面对应脱模方向的最大外轮廓线 , 以最大轮廓线为界 , 复合产品表面就可以分解为单一产品表面。在分解过程中 , 首先要做 1个垂直于产品脱模方向的平面为投影平面 , 并将产品表面投影到投影平面上。投影后 , 首先找到产品表面在投影平面上的投影轮廓线 , 然后沿脱模方向拉伸投影轮廓线并与产品表面相交 , 则所确定的交线即为该产品表面的最大外轮廓线。如图 3 所示为复合产品表面的分解过程示意。图中的 表示投影平面。 S+ 和 经过分解后的单一产品表面 ,S+ 表示可视表面 , 示不可视表面。 模具的分型线即为产品中可视面组和不可视面组的最大边环 , 因此 , 为了正确地确定模具的分型线 , 首先要将产品中所有过渡面调整到可视面组或不可视面组中去。在调整过程中 , 首先要判断过渡面最大轮廓线与可视面组或不可视面组最大边环的关系。 (1) 如果过渡面的 错误 !未找到引用源。 大轮廓线在可视面组的最大边环内 , 则将过渡面调整到可视面组中去 , 调整规则表述为 错误 !未找到引用源。 ,未找到引用源。 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 (2) 如果过渡面的最大轮廓线在不可视面组的最大边环内 , 则将过渡面调整到不可视面组中去 , 调整规则表述为 : 错误 !未找到引用源。 ,误 !未找到引用源。 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 其中 , 示产品中的可视面组 , 示产品中的不可视面组 , 示产品中的过渡面组 , 错误 !未找到引用源。 表示过渡面组 的第 ， 错误 !未找到引用源。 表示 错误 !未找到引用源。 的最大轮廓 ,错误 !未找到引用源。 表示可视面组的最大边环 ,错误 !未找到引用源。 表示不可视面组的最大边环。设过渡面组 误 !未找到引用源。 中的面组为 错误 !未找到引用源。 , 调整到 的面组为 错误 !未找到引用源。 , 则最后确定的模具的分型线为 错误 !未找到引用源。 。 5 实例研究 本文提出的多自由曲面产品模具分型线的确定方法已在注塑模具型腔设计制造系统中实现 , 系统的开发基于 U G 平台 , 开发工具为 + 和 U G/ 基于 台的一组 2 次开发工具 , 包括 U G/ 用程序界面 ( A io , 。该开发工具可以使用户方便地对产品 B- r 型中的几何和拓扑信息进行操作 , 实现用户的自定义功能。 图 4 所示为某汽车车灯产品的产品模型。在产品模型中 , 不但存在侧凹特征 , 同时模型表面也存在自由曲面 , 因此在确定零件的模具分型线前 , 首先要对产品模型中的侧凹特征进行识别并对产品模型进行简化。因为确定的脱模方向为 Z 轴方向 , 所以在产品模 型中 , 实际的侧凹特征为产品侧壁的通风孔。产品中另外的特征 , 由于其特征方向都与脱模方向一致 , 并不构成真正的侧凹特征。图 4b 所示为经过简化后的产品模型。产品模型简化后 , 即可应用有限元方法对简化产品模型的表面进行离散。本例中采用的网格为四边形网格 , 网格单位为 8, 离散后的产品模型如图 4c 所示。对所有的网格面确定其可视性 , 并由此来判断模型表面的可视性。由于在该产品模型中并不存在复合产品表面 , 可以直接将所有的产品表面归入可视面组、不可视面组和过渡面组中。在将所有的过渡面通过调整规则调整到可视面组和不 可视面组之后 , 即可确定模具的分型线。图 4d 所示为最终经系统自动确定的该测试产品的模具分型线。 6 结束语 本文提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法 , 可以有效地确定多自由曲面产品的模型分型线的问题 , 从而缩短模具设计的周期 , 提高模具设计的效率。通过对数十个多自由曲面产品的测试表明 , 系统自动确定的模具分型线与设计师依据经验判断确定的模具分型线的情况完全吻合。目前 , 该方法已经应用于笔者所开 发的注塑模具型腔设计制造系统中 , 运行情况良好。 参考文献 1 , N, “ 1251990. 2 , N, “ 16, 11997. 3 T, F, S, et “of , 204( 2111990. 4 A, L, “ of s 7591990. 5 , , “of 16, 11997. 6 , T, S, “by a 3D 14, 3301998. 7 Y C, W, Y H, et “ of 47(1): 951998. 8 et “of 12(7): 5122000 ( 9 W, Y C, Y H, “of to 34(6): 4692002. 10 G, Y H, S, “A of 33(14): 10232001. 图 1 三种类型表面 图 2 单一表面及复杂表面 （ a）凸 (b)凹 (c)穿透 图 3 3种类型的削弱特征和 重复 选 择 图 4 转化的过程 图 5 复杂表面的拆分 图 6 面 图 7 一个塑造部 分 的分型线确定 毕业设计（论文） 文 献 综 述 （包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等） 文献综述 注塑模设计 1. 国内外研究现状 注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（ 术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。 美国上市公司 司是专业从事注塑成型 体和谘询公司，自 1976 年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型 体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。 利用 术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以後再返修模具。这不仅是对传统塑胶模具的设计方法一次突破，而且对减 少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。 塑胶模具设计不但要采用 术，而且还要采用 术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发 /设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕後，通常需要几次试模，发现问题後，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料模具设计制品和塑胶模具的设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。 文献综述 2 研究 方向 基于注塑模具制造的特点，对注塑模具制造业提出了相应的要求。当前模具制造的 研究 方向主要表现为以下五个方面： 一般的机加工方法，发展至采用光机电相结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末冶金成形、精密铸造成形、激光加工等。从而可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较高的加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度要求。 进的技术支持条件。模具的服务对象主要是电器、汽车厂家，产品的更新换代快，而且模具的设计已经从二维发展为三维，实现 了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，真正实现了 体化，而且三维设计解决了二维设计难于解决的一些问题，诸如：干涉检查、模拟装配等。 具快速制造技术。当前快速制造有三个发展方向：分别是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技术的注塑模具快速制造和高速切削技术。 于并行工程的注塑模具快速制造这种生产方式。是以注塑模具的标准化设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计和模具制造的三个体系的标准化 。 于快速原型技术的注塑模具快速制造。直接从 型生产工模具被认为是一种可以减少新产品成本和开发周期的重要的方法，近些年来，这种将 术、快速成型（ 快速工模具制造（ 高新技术相结合，已经对传统的注塑模具的制造产生了重大的冲击。 2 4 发展新的塑料模具材料及模具表面技术。主要是发展易加工、抛光性好的材料，预硬易切削钢（一般 2835间 )、耐蚀钢、硬质合金钢以及时效硬化型钢、冷挤压成型钢。表面工程可以弥补模具材料的 不足，降低模具材料的研发及加工的费用。 2 5 基于信息注塑模具的制造新模式。与注塑模具制造活动有关的信息包括产品的信息和制造信息。现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。 文献综述 3注塑成型的基本原理 塑成型的基本原理 所谓的塑料的注塑是指将树脂原料加热熔融后，在一定的压力和速度下使其注入模具内，经冷却定型后得到的具有所要求形状和尺寸的成型品的过程。 为了使熔融的树脂原料能充分地流入模具型腔的各个角落，而获得具有复杂的形状，且其表面上面有缩痕、内部没 有缩孔的制品，必须在成型时对熔融树脂加上很高的压力才行。注塑是在料桶中加热树脂使之熔融，对熔融的树脂原料加高压并使之注射到模具中，在模具中使之冷却，固化为制品的几个过程组成 塑成型的加工流程 开始注射 模腔充满 给予模腔全填充的切换 压缩 17 塑成型的常见缺陷 文献综述 1缩水 2熔接点， 3银线， 4变形， 5撑边， 6喷痕， 7背压的重要性。 为了防止这些缺陷的产生，在设计和成型的过程中要多加注意用料量，流动性，原材料的吸湿性，残余应力影响，喷速，以及背压 17 。 4 进展 情况 塑料注塑 塑料注塑成型是一个复杂的物理过程，为了验证工艺参数的合理性和预测制品的质量，建立了塑料注塑成型流动和冷却的数学模型，运用计算流体力学原理，采用了 行流动分析和热分析。整个型坯的注塑速度和熔体温度分布均匀，制品质量较好，使用的注塑工艺参数合理，适用于实际的工程应用。 9 术，即计算流体力学技术，针对各种复杂流动的物理现象，采用数值解法，以期在计算速 度、稳定性和精度等方面得到优化，从而高效地解决各个领域的复杂流动计算问题，模拟流动、传热等物理现象。 术 注塑模 术的应用在国外已相当普遍，而在我国注塑模具设计仍停留在以经验为主导的设计模式，成熟的注塑模 户屈指可数。 注塑模 件的发展经历了从中面流技术到双面流技术再到实体流技术的三个重要的里程碑。目前由于实体流和双面流技术算法的不完善，三种分析技术仍然并存。 中面流（ 术的应用始于 20 世纪 80 年代。基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最 长、范围最广。但实践表明，基于中面流技术的注塑模 件在应用中具有很大的局限性： (1) 专业的注塑模 件造型功能较差，采用手工操作直接构造中面模型十分困难，建构过程往往需要花费大量的时间； (2)由 件根据产品三维模型自动计算生成中面模型的效果不理想，网格修补工作量大； (3)由于 段使用的是产品的物理模型，而 段使 文献综述 用的是产品的数学模型，两者的不统一，使得二次建模不可避免。由此可见，中面模型已经成为了注塑模 术发展的瓶颈。 目前基于双面流技术的注塑模 件格式转化为有限元网格模型。因此与中面流技术相比在模型处理上却大大减轻了用户建模的负担，提高了有限元建模的效率。因此，基于双面流技术的注塑模 件在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。但由于上下表面网格无法一一对应，造成上下对应表面的熔体流动前沿存在差别，使得双面流技术分析的准确性受到一定的限制。此外双面流技术也只是一种从中面流技术向实体流技术过渡的手段。实体流技术最终必将取代双面流技术。 实体流（ 术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数 值分析方法有较大差别。在实体流技术中熔体的厚度方向的物理量变化不再被忽略，这时只能采用三维有限元网格，依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流技术的注塑模 件目前所存在的最大问题就是计算量巨大、计算时间长，这与目前的模具开发周期相违背，成为制约注塑模 术全面推广的瓶颈。因此要真正推广基于实体流技术的注塑模 件仍有待软件算法的改进和计算机硬件设备速度的提升。由于中面流技术久经考验，计算速度快，分析准确性高，至今仍然是注塑成型 析的主流。 他新型技术 随着塑料制品应用的日益广泛，不同的领域对塑料制品的开头精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在传统注塑成型技术的基础上 ,又发展了许多特殊的新兴注塑成型技术，如低压注射成型、熔芯射击成型、装配注射成型、磁场定向注射成型、单色多模注射成型、气体辅助注射成型、薄壳注射成型技术等。因些必须改变注塑模具的设计和制造体系，才能够满足成型要求。 另外，随着微机电系统的产业生命线的进展，微细型注塑模具设计与制造技术的研究近年来得到了人们的重视，随着 业化的进程，微注塑成型 技术有着巨大的潜力和发展空间。微型注塑成型通常用于医疗、电信、计算机、电气等领域，医疗和电子器械越来越小型化，因此对人们希望制件可以做得越来越小。微型注塑成型有许多优点，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大 文献综述 大的降低，研究适合微型注塑模具和微型注塑机的成型理论和制造方法，寻找和研制适合微型塑料制件生产的塑料原料，以及开发相应的检测仪器设备，已经成为目前国内外的研究热点。 5存在问题 当前 注塑模 设计中有的设计人员把计算软件当做法宝。过于相信软件计算出来的结果 ,忽略了计算的细节和对结果的验证分析 ;注塑模 设 计现状伴随着科技的高速发展 ,计算机科学已经广泛的应用到了各个领域 ,这为我们带来了极大便利。计算机在工程设计中的应用尤其普遍 ,这就容易导致结构工程师过分依赖计算机 ,当前有的结构设计人员在设计观念上存在误区 ,把软件计算当做法宝 ,过于相信软件计算出来的 ， 目前从事结构计算的年轻者居多 ,有些年轻设计者不能把理论与实践相结合 ,只注重书本知识的学习 ,不注重实践经验的积累。同时 ,有的业主制定较短工程周期 ,这样就造成了设计时间紧、任务大 ,往往是边设计、边施工 ,如此工程设计成果令人担忧 。 6总结 综上所述，无论是传统的 注塑模 设计，还是计算机辅助设计，甚至于各种新的技术，都必须跟上市场的变化，进一步的提高效益。注塑模在国内外的发展很快，前景也是一片良好，学校里学习的几种计算机技术是我们将来的基础，巩固总结的知识，不断的学习才能取得成功。 参考文献 1 王昌，魏闯 。 法在注塑模具设计冲突问题中的应用研究木 J 机械设计与制造 ， 2009， 9 2 朱昱 。 件在汽车零件注塑模具设计中的应用 J 计算机应用技术， 2009， 9 3 J (2007， 5 文献综述 4 J 009 5 J 6 宋满仓。 保证注塑模具质量的工艺方法 J 机械工程师 2000， 8 7 宋凯杰 。灯罩注塑模设计 J 机械制造 8 张晓黎，瞿震，李强，王六一。 电动机护罩注塑模设计 J 塑料科技 2009， 3 9 夏建新，王雷刚，黄瑶 。 基于 塑料注塑模拟分析 J 模具技术 2009， 10 李细章 。 壳体注塑模设计 J 009， 5 11 张文兵 。小型复塑料件注塑模的设计研究 J 北京工业职业技术学院学报 2009， 9 第一期 12 任天娟。 中小型注塑模标准模架的选用 J 广西轻工业 2009， 8 第八期 13 曾景华 。 注塑模具冷却系统库的 术研究 J 厦门大学学报（自然科学版） 2009， 7 第四期，第 48 卷 14 李小敏，刘卫东 注塑模具镶件的设计 J 009， 15 张映故 注塑模具自动控制系统的改造与设计 J 009 16 邓铭铭 注塑模优化设计理论研究及其应用 J 应用科技 17 豆丁网 - 1 - 目 录 第一章 前 言 . 错误 !未定义书签。 第二章 塑件结构分析与材料的选择 . 错误 !未定义书签。 件设计要求及其成型工艺分析 ,如图 . 错误 !未定义书签。 品基本要求 . 错误 !未定义书签。 品材料分析 . 错误 !未定义书签。 主要主要性能特点 . 错误 !未定义书签。 成型工艺性能 . 错误 !未定义书签。 第三章 拟定模具的结构形式 . 错误 !未定义书签。 述 . 错误 !未定义书签。 型面位置和形式的确定 . 错误 !未定义书签。 腔数量和排位方式的确定 . 错误 !未定义书签。 第四章 注塑 机型号选择与确定 . 错误 !未定义书签。 称注射量的计算 . 错误 !未定义书签。 件质量、体积计算 . 错误 !未定义书签。 射机型号的选定 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 大锁模力校核 . 错误 !未定义书签。 大注塑量的校核 . 错误 !未定义书签。 大注塑压力的校核 . 错误 !未定义书签。 第五章 浇注系统设计 . 错误 !未定义书签。 口系统的设计 . 错误 !未定义书签。 流道系统尺寸的确定 . 错误 !未定义书签。 第六章 浇口的设计 . 错误 !未定义书签。 口直径的确定 . 错误 !未定义书签。 口的类型及确定 . 错误 !未定义书签。 第七章 浇注系统的平衡 . 错误 !未定义书签。 注系统凝料体积计算 . 错误 !未定义书签。 注系统各截面流过熔体的体积计算 . 错误 !未定义书签。 - 2 - 通浇注系统截面尺寸的计算与校核 . 错误 !未定义书签。 定适当的剪切速率 . 错误 !未定义书签。 定体积流率 . 错误 !未定义书签。 射时间（充模时间）的计算 . 错误 !未定义书签。 核剪切速率 . 错误 !未定义书签。 第八章 模具成型零部件结构设计和计算 . 错误 !未定义书签。 型零件的要求及选材 . 错误 !未定义书签。 型零件的结构设计 . 错误 !未定义书签。 型零件尺寸的计算 . 错误 !未定义书签。 响工件尺寸因素 . 错误 !未定义书签。 零件的计算 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 腔侧壁的厚度 . 错误 !未定义书签。 腔底板的厚度 . 错误 !未定义书签。 型零件的创建 . 错误 !未定义书签。 第九章 模架的确定和标准件的选用 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第十章 合模导向机构的设计 . 错误 !未定义书签。 板导柱与导套设计 . 错误 !未定义书签。 柱的设计 . 错误 !未定义书签。 柱的布置方式 . 错误 !未定义书 签。 柱的尺寸长度 . 错误 !未定义书签。 柱材料的选用 . 错误 !未定义书签。 柱的形状 . 错误 !未定义书签。 套的设计 . 错误 !未定义书签。 套的形状 . 错误 !未定义书签。 套的材料选用 . 错误 !未定义书签。 导套的尺寸 . 错误 !未定义书签。 第十一章 脱模推出机构的设计 . 错误 !未定义书签。 件的推出机构 . 错误 !未定义书签。 脱模推出机构的设计 . 错误 !未定义书签。 - 3 - 模推出机构的设计原则 . 错误 !未定义书签。 品推出的基本方式 . 错误 !未定义书签。 缩空气顶出的基本要求 . 错误 !未定义书签。 机械辅助装置的气体顶出的优点 . 错误 !未定义书签。 气顶出的缺点 . 错误 !未定义书签。 杆顶出方式 . 错误 !未定义书签。 模力的计算 . 错误 !未定义书签。 主型芯的脱模力 . 错误 !未定义书签。 模力的校核 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 型腔侧壁的厚度（按整体式矩形型腔计算） . 错误 !未定义书签。 腔底板的厚度 . 错误 !未定义书签。 体型腔边沿的距离校核 . 错误 !未定义书签。 强度校核 . 错误 !未定义书签。 刚度校核 . 错误 !未定义书签。 第十二章 侧向分型与抽芯机构的设计 . 错误 !未定义书签。 向分型与抽芯机构类型的确定 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 芯距计 . 错误 !未定义书签。 第十三章 温度调节系统设计 . 错误 !未定义书签。 却系统 . 错误 !未定义书签。 件制品的体积 . 错误 !未定义书签。 料制品的质量 . 错误 !未定义书签。 塑件在固化时每分钟释放的热量 . 错误 !未定义书签。 算冷却水的体积流量 . 错误 !未定义书签。 冷却水管的直径 . 错误 !未定义书签。 定冷却水在管道的流速 . 错误 !未定义书签。 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 . 错误 !未定义书签。 定冷却管道的总传热面积 . 错误 !未定义书签。 具上应开设的冷却水孔数 . 错误 !未定义书签。 第十四章 注射机安装尺寸的校核 . 错误 !未定义书签。 大与最小模具厚度校核 . 错误 !未定义书签。 模行程校核 . 错误 !未定义书签。 - 4 - 架尺寸与注射机拉杆内间距校核 . 错误 !未定义书签。 第十五章 排气系统的设计 . 错误 !未定义书签。 溢设计 . 错误 !未定义书签。 气设计 . 错误 !未定义书签。 气系统方式 . 错误 !未定义书签。 套模具的排气方式 . 错误 !未定义书签。 第十六章 典型零件制造工艺 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第十七章 模具材料的选用 . 错误 !未定义书签。 具材料选用原则 . 错误 !未定义书签。 注塑模具常用材料 . 错误 !未定义书签。 腔、型芯类零件 . 错误 !未定义书签。 向类零件 . 错误 !未定义书签。 注系统零件 . 错误 !未定义 书签。 出机构和抽芯机构零件 . 错误 !未定义书签。 板类零件 . 错误 !未定义书签。 料模具成型零件的选材 . 错误 !未定义书签。 模板零件的选材 . 错误 !未定义书签。 注系统零件的选材 . 错误 !未定义书签。 向零件的选材 . 错误 !未定义书签。 出机构零件的选材 . 错误 !未定义书签。 它零件 . 错误 !未定义书签。 套 模具所用材料的性能比较 . 错误 !未定义书签。 第十八章 模具的操作和工作过程 . 错误 !未定义书签。 模具的工作工程 . 错误 !未定义书签。 设计总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 录 第一章 前 言 . - 1 - 第二章 塑件结构分析与材料的选择 . - 6 - 件设计要求及其成型工艺分析 ,如图 . - 6 - 品基本要求 . - 7 - 品材料分析 . - 8 - 主要主要性能特点 . - 8 - 成型工艺性能 . - 8 - 第三章 拟定模具的结构形式 . - 11 - 述 . - 11 - 型面位置和形式的确定 . - 11 - 腔数量和排位方式的确定 . - 12 - 第四章 注塑机型号选择与确定 . - 13 - 称注射量的计算 . - 13 - 件质量、体积计算 . - 13 - 射机型号的选定 . - 13 - . - 15 - 大锁模力校核 . - 15 - 大注塑量的校核 . - 15 - 大注塑压力的校核 . - 16 - 第五章 浇注系统设计 . - 17 - 口系统的设计 . - 17 - 流道系统尺寸的确定 . - 17 - 第六章 浇口的设计 . - 19 - 口直径的确定 . - 19 - 口的类型及确 定 . - 19 - 第七章 浇注系统的平衡 . - 20 - 注系统凝料体积计算 . - 20 - 注系统各截面流过熔体的体积计算 . - 20 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 通浇注系统截面尺寸的计算与校核 . - 20 - 定适当的剪切速率 . - 20 - 定体积流率 . - 21 - 射时间（充模时间）的计算 . - 21 - 核剪切速率 . - 22 - 第八章 模具成型零部件结构设计和计算 . - 23 - 型零件的要求及选材 . - 23 - 型零件的结构设计 . - 23 - 型零件尺寸的计算 . - 23 - 响工件尺寸因素 . - 23 - 零件的计算 . - 24 - . - 25 - 腔侧壁的厚度 . - 25 - 腔底板的厚度 . - 25 - 型零件的创建 . - 26 - 第九章 模架的确定和标准件的选用 . - 31 - . - 31 - . - 35 - 第十章 合模导向机构的设计 . - 37 - 板导柱与导套设计 . - 37 - 柱的设计 . - 37 - 柱的布置方式 . - 37 - 柱的尺寸长度 . - 37 - 柱材料的选用 . - 38 - 柱的形状 . - 38 - 套的设计 . - 38 - 套的形状 . - 38 - 套的材料选用 . - 38 - 导套的尺寸 . - 39 - 第十一章 脱模推出机构的设计 . - 40 - 件的推出机构 . - 40 - 脱模推出机构的设计 . - 40 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 模推出机构的设计原则 . - 40 - 品推出的基本方式 . - 41 - 缩空气顶出的基本要求 . - 41 - 机械辅助装置的气体顶出的优点 . - 42 - 气顶出的缺点 . - 42 - 杆顶出方式 . - 42 - 模力的计算 . - 43 - 主型芯的脱模力 . - 44 - 模力的校核 . - 45 - . - 45 - 型腔侧壁的厚度（按整体式矩形型腔计算） . - 45 - 腔底板的厚度 . - 46 - 体型腔边沿的距离校核 . - 46 - 强度校核 . - 46 - 刚度校核 . - 47 - 第十二章 侧向分型与抽芯机构的设计 . - 48 - 向分型与抽芯机构类型的确定 . - 48 - . - 48 - 芯距计 . - 49 - 第十三章 温度调节系统设计 . - 50 - 却系统 . - 50 - 件制品的体积 . - 50 - 料制品的质量 . - 50 - 塑件在固化时每分钟释放的热量 . - 50 - 算冷却水的体积流量 . - 50 - 冷却水管的直径 . - 51 - 定冷却水在管道的流速 . - 51 - 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 . - 51 - 定冷却管道的总传热面积 . - 52 - 具上应开设的冷却水孔数 . - 52 - 第十四章 注射机安装尺寸的校核 . - 53 - 大与最小模具厚度校核 . - 53 - 模行程校核 . - 53 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 架尺寸与注射机拉杆内间距校核 . - 53 - 第十五章 排气系统的设计 . - 54 - 溢设计 . - 54 - 气设计 . - 54 - 气系统方式 . - 54 - 套模具的排气方式 . - 54 - 第十六章 典型零件制造工艺 . - 56 - . - 56 - 第十七章 模具材料的选用 . - 58 - 具材料选用原则 . - 58 - 注塑模具常用材料 . - 58 - 腔、型芯类零件 . - 58 - 向类零件 . - 58 - 注系统零件 . - 59 - 出机构和抽芯机构零件 . - 59 - 板类零件 . - 59 - 料模具成型零件的选材 . - 59 - 模板零件的选材 . - 59 - 注系统零件的选材 . - 59 - 向零件的选材 . - 59 - 出机构零件的选材 . - 60 - 它零件 . - 60 - 套模具所用材料的性能比较 . - 60 - 第十八章 模具的操作和工作过程 . - 61 - 模具的工作工程 . - 61 - 设计总结 . - 62 - 参考文献 . - 63 - 致 谢 . - 64 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 1 - 第一章 前 言 注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎所有的塑料品种都 可以采用注射成形。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的 30，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的 50。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有 70被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计 ，在当前的工程塑料制品中， 80以上都要采用注射成型的生产方法。 我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展，在我国，起步较晚，但发展很快，特别是近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大成绩。 现在 术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是术的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制 造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。 研究的目的与意义 1、检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。 2、掌握进行模具设计的方法、过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。 3、培养独立思考能力、动手能力、创新能力、运用机械行业相关软件 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 2 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 3 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 4 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 5 - 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 6 - 第二章 塑件结构分析与材料的选择 件设计要求及其成型工艺分析 ,如图 图 塑件三维图 塑件结构比较复 杂，表面质量要求也较高。如上图所示，塑件的前端有 三处 凹槽，且在圆筒内部 ，因而需要考虑 内 抽芯机构的设置。 塑件外表面是环状的凹槽，内部是条状是凸梗，且相互垂直，开口处结构斜度达 7 ，深腔出结构斜度 3 左右。 塑件外观质量要求高 ， 外表面 应避免 出现划伤、气泡、缩孔、熔接痕等缺陷 ， 因而 选用点 浇口。购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 7 - 脱模斜度 较小， 可考虑在此设置推 推板 顶出装置。 图 件二维图 品基本要求 塑件三维图如图 大几何尺寸： （ D H） 156183度要求：一般（ 4 级） 外观要求：光泽性好 、 无成型缺陷 塑料 苯乙烯 ) 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 8 - 塑料件质量 塑料件体积 284903 3色条 半透明、橘红色 生产纲领：批量生产 品材料分析 主要主要性能特点 有较强的综合性能，具有较好的韧性、刚性、抗冲击性、抗拉强度、很好的耐热、耐寒性能；具有较好的化学稳 定性；很易加工、染色。但是， 耐磨性差，质脆，抗冲击强度 差。 成型性能很好，成型前可不干燥，但注射成型时应防止涎料，制品易产生内应力，易开裂。 成型工艺性能 注射压力的大小主要取决于制品的结构和壁厚，一般控制在 60 120壁薄流道较长，流动阻力较大时，注射压力可高至 130 150壁厚，浇口截面较大，流动阻力小时，注射压力可略底些。提高注射压力可以提高 注射过程中，保压压力的大小，对制品的表观质量和银丝状缺陷都有较大的影响。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，在温度较高时，制品表面易雾化。压力过大，塑料型腔表面摩擦作用强烈，容易造成黏模。所以一定要调整配好保压压力和保压时间。保压压力为注射压力的 30% 60%。背压控制得越低越好，背压最高时可采用 螺杆前进 速度采用慢速，一般不超过 s。 用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料容易分解，甚至烧焦，从而在制品上出现熔接缝，光洁度差，及浇口附近的物料发红等缺陷。但在生产薄制品或复杂制品时，还是要保证。 要性能 燃，屈服强度 50拉伸强度 38伸长率 35%，摩擦系数 变形温度 (45(18065 96 C ，计算收缩率 具体如表 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 9 - 表 主要主要性能指标 性能 单位 数值 密度 3体积 水率（ 24h） 100 缩率（ %） 点 C 131 165 抗拉屈服强度 35 63 拉伸弹性模量 03 抗弯强度 35 70 冲击韧度 2kJ/m 度 0 体积电阻系数 1610 击穿强度 kV 射成型工艺过程及工艺参数 1. 预烘 装入料 预塑 注射装置准备注 注射 保压 冷却 脱模 塑件送下工序。 S 成型工艺参数 （ 1）注射机：螺杆式 （ 2）螺杆转速（ r/ 30 （ 3）预热和干燥：温度（ C ） 80 85 时间（ h ） 2 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 10 - （ 4）料筒温度：（ C ） 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 220 （ 5）喷嘴温度（ C ）： 170 180；喷嘴形式 自锁式 （ 6）模具温度（ C ）： 50 80 （ 7）注塑压力（ ： 60 100 （ 8）成型时间（ s） 50 220 成型时间（ s） /注塑时间 20 90 成型时间（ s） /保压时间 0 5 成型时间（ s） /冷却时间 20 120 （ 9）后处理 方法：用红外线灯、烘箱烘烤 温度： 70 C 时间： 2 4 小时 具温度 工 容易 ，取 适宜的 料温、模温，料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为 左右，与在料筒中停留时间长短有关），对要求精度较高塑料模温宜取 50 ,要求光泽及耐热型料宜取 60 。 ，形状比较规则，故不用考虑专门对模具加热。 量控制 注射机注 射 每次注射量仅达标准折射量的 80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的 50%为宜。 通常要确保注射机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内，并且在调整去顶这范围的过彻骨时尽量按常规的工艺流程，这种生产条件范围越大，生产过程越稳定，使注射产品越不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 - 11 - 第三章 拟定模具的结构形式 述 在对塑件进行材料选定、零件工艺性分析、成型工艺过程分析和工艺参数大致选定的基础上，根 据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式 。 型面位置和形式的确定 （ 1）在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。 分型面的选择原则参照塑料模具设计指导（第 2 版） 。 （ 2）根据分型面选择原则和塑件的结构形式，确定该模具采用瓣合模结构，有利于制造和减少脱模高度。首先在与开模方向垂直的面上选择一分型面为主分型面，对动定模 的型芯进行分
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