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基于p r o e 塑料模具设计 摘要 市场竞争要求企业降低成本，高效率地开发新产品，全面提高对市场的快 速响应速度。在模具行业，用户对模具的开发周期要求也越来越短。许多企业 都把删c a e 技术应用作为提高自身设计速度的重要工具。本文利用 p r o t o o l k i t 为开发工具开发一套基于p r o f e 的塑料模具快速设计系统，采用基于 实例推理的变型设计方法，运用“自上而下”的设计思路，完成注塑模具的快速 变型设计。利用实例库相似性索引方法提取所需要的塑料模具装配原型，在此 模具装配原型基础上根据用户的需要进行修改具体结构，完成塑料模具设计。 提高了相近制品的塑料模具开发速度，从而更有效地缩短模具的设计开发周期。 使塑料模具的设计速度和市场反应速度加快。 本文介绍了p r o t o o l k i t 二次开发注塑模具快速设计系统的设计方法和步骤、 完成对p r o e 主菜单修改、设计对钻框的建立。以p r o e 为平台建立了零件库、 装配图实例库、标准件库。用事例说明具体快速设计过程和步骤。 本文介绍了基于实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 在国内外的应用现 状，分析研究了实例推理的关键技术。实现了对实例的搜索、修改实例、存储 实例等基本原理与方法。 本系统能快速完成模具设计总体方案选择、生成零件工程图、零件属性列 表等相关的工程文档，为实现企业内部的信息化提供可能性。 关键词：p r o e实例推理塑料模具设计相似性p r q , l k i t p r o eb a s e dd e s i g no ft h ep l a s t i cm o l dn e t w o r k a b s t r a c t t h em a r k e tc o m p e t i t i o nr e q u e s te n t e r p r i s er e d u c e st h ec o s t ，t h eh i 【g he f f i c i e n c y d e v e l o p st h en e wp r o d u c t ，c o m p r e h e n s i v ee n h a n c e m e n tt om a r k e tf a s tr e s p o n s e s p e e d i nt h em o l dp r o f e s s i o n ，t h eu s e rr e q u e s t ss h o r t e ra n ds h o r t e rt o t h em o l d d e v e l o p m e n tc y c l e m a n ye n t e r p r i s e sh a v ec a d a n dc a e a p p l i c a t i o n st oi m p r o v e t h e i ro w nd e s i g na sa l li m p o r t a n tt o o lt os p e e d t h i sp a p e ru s e sp r o t o o l k i ti st h e d e v e l o p m e n tk i td e v e l o p sas e tb a s e do nt h ep r o ep l a s t i cm o l df a s td e s i g ns y s t e m ， u s e saa c e - b a s e dr e a s o n i n gv a r i a n td e s i g nm e t h o d s ，t h eu t i l i z a t i o n ”f r o mt o pt o d o w n w a r d ”t h ed e s i g nm e n t a l i t y , c o m p l e t e sc a s t st h em o l dt h ef a s ta b e r r a t i o nd e s i g n e x a m p l e so ft h eu s e o fs i m i l a r i t yi n d e xm e t h o dt oe x t r a c tt h er e q u i r e dp l a s t i cm o l d a s s e m b l yp r o t o t y p ei nt h i sm o l da s s e m b l yp r o t o t y p e ，b a s e do uu s e rn e e d ss p e c i f i c s t r u c t u r a lc h a n g e sc o m p l e t e dp l a s t i cm o l dd e s i g n t h es i m i l a rp r o d u c t sp l a s t i cm o l d d e v e l o p m e n ts p e e dr a i s e ，d e s i g nd e v e l o p m e n tt h ep e r i o ds h o r t e n e de f f e c t i v e l y c a u s e st h ep l a s t i cm o l dt h ed e s i g ns p e e da n dt h em a r k e tr e a c t i o nr a t es p e e d su p t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ep r o t o o l k i tt w od e v e l o p m e n t sc a s t st h em o l df a s t d e s i g ns y s t e mt h ed e s i g nm e t h o da n dt h es t e p ，c o m p l e t e st h ep r o em a i nm e n ut o r e v i s e ，t h ed e s i g nd i a l o gb o xe s t a b l i s h m e n t t a k i n gp r o ea st h ep l a t f o r mb u i l d s 叩 u n i ts t o r e ，t h ea s s e m b l yd r a w i n ge x a m p l es t o r ea n ds t a n d a r du n i ts t o r e e x p l a i n s s p e c i f i c a l l yt h ef a s td e s i g np r o c e s sa n dt h es t e pw i t ht h ei n s t a n c e t h ep a p e ri n t r o d u c e dac a s e - b a s e dr e a s o n i n g ( c a s e b a s e dr e a s o n i n g , c b mi n t h ed o m e s t i ca n df o r e i g na p p l i c a t i o n sp r e s e n ts i t u a t i o n ，a n da n a l y z e dt h ek e yc b r t e c h n o l o g y i m p l e m e n t a t i o no ft h ee x a m p l eo fs e a r c h i n g ，a m e n de x a m p l e ，s t o r a g e ， a n do t h e re x a m p l e so ft h eb a s i cp r i n c i p l e sa n dm e t h o d s t h i ss y s t e mc a nf a s tc o m p l e t ec a s t st h em o l dd e s i g no v e r a l lp l a nc h o i c e ， p r o d u c et h ec o m p o n e n t se n g i 。n e e r i n gp l a ta n dt h ec o m p o n e n t sa t t r i b u t et a b u l a t e sa n d s oo nt h ec o r r e l a t i o np r o j e c td o c u m e n t s ，f o ri n f o r m a t i o nw i t h i nt h ee n t e r p r i s e p r o v i d i n gp o s s i b i l i t i e s k e yw o r d s ：p r o e ，c a s er e a s o n i n g ，p l a s t i cm o l dd e s i g n ，s i m i l a r i t y , p r o t o o l k i t 图2 - 1 图2 - 2 图4 - 1 图5 - 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 - 4 图5 - 5 图5 6 图5 7 图5 - 8 图5 - 9 图5 一1 0 图5 - 1 1 图5 一1 2 图5 - 1 3 插图清单 注射成型过程的流程图7 注射模具结构1 0 c b r 系统框图3 0 系统组成和各模块的关系3 4 系统的设计过程3 4 修改后的菜单。3 5 实例的选择3 6 选择满足条件引用的实例3 7 零件的替换过程3 8 标准件的选择3 8 再生后所得新模具图3 9 装配干涉检查4 0 几何检查4 0 自动产生的零件材料清单4 0 a n a l y s i s 分析对话框。二4 1 a n a l y s is 分析结果。4 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致游的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金g ! 王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名层别 签字日期：刃哆年6 月即 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒目b 王匙盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权垒 日b 王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 良抽 签字日期：卿6 月l 叶臼 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 虱月 - ，打 多 啊箦、 名 炳 签 日 师 字 导 签 致谢 本文是在我尊敬的导师曹文钢副教授的悉心指导下完成的。在此论文 完成之际，对他在我的研究生学习阶段给予的学习和生活上的关心和帮助表示 我由衷心的感谢。曹老师在学术上严谨求实的科学态度和深厚的专业理论使我 受益匪浅；曹老师在生活给予许多帮助关心，他是我的良师益友；曹老师的为 人平易近人，他是我的恩师。曹老师对我论文撰写工作自始至终都倾注了大量 的心血，从我论文的选题、撰写和修改直至定稿都给予了精心的指导，提出许 多指导意见。谨向导师表示最诚挚的谢意。 感谢c a d c a m 中心的其他各位老师对我的指导和帮助! 作者：屈光 2 0 0 7 年6 月 第一章前言 当今市场竞争要求企业必须低成本、高效率、快速地开发新的产品，全面 提高对市场的快速响应能力。在模具行业，用户对模具的开发周期要求也越来 越短“1 。在这样的形势下，企业为了提高自身竞争能力，许多企业大多采用c a d 技术用于模具设计。p r o e 软件是当前广泛使用的三维c a d 软件中的典型代表， 开发一套基于p r o e 的塑料模具快速设计系统，是企业适应市场经济较好的选 择。 1 1 我国塑料模具近几年的发展概况和市场情况 2 0 0 3 年，我国塑料模具总产值约1 7 6 亿元，其中出口约2 亿美元，约合1 6 6 亿元人民币。根据海关统计资料，2 0 0 3 年我国共进口塑料模具约6 5 亿美元， 约合5 4 亿元人民币。由此可以得出，2 0 0 3 年我国塑料模具总需求约为2 1 3 4 亿 元人民币，国产模具总供给约为1 5 9 4 亿元人民币，市场占有率为7 4 7 。在进 口的塑料模具中，主要是汽车配套的各种装饰件模具、家电配套的各种塑料壳 体模具、通信及办公设备配套的各种注塑模具、建材配套的挤塑模具以及电子 工业配套的塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于我国塑料模 具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好， 2 0 0 3 年出口比2 0 0 2 年增长3 3 3 。随着我国塑料工业的快速发展，特别是工程 塑料的高速发展，我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展 速度。【2 】 2 0 0 5 年，我国模具工业快速发展，总产值达到6 0 0 亿元。近5 年来，我国 模具工业的平均年增长率约为1 7 ，受到了国际的密切关注。模具的进出口比 例也日趋合理，2 0 0 0 年的进出口比例为5 6 ：1 。而今年将接近3 ：1 。“” 虽然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大进步，但与国民经 济发展的需求和世界先进水平相比差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命的高 档塑料模具每年仍需大量进口。 1 2我国塑料模具的发展趋势 经过近几年的发展，在塑料模具的开发、结构的调整以及企业管理等方面 已显示出以下新的发展趋势：。1 1 在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货 周期放在曹位； 2 大力增强主动开发能力。模具企业不在是等待用户上门订购时才根据用 户要求根据具体制件进行设计模具。而是根据市场的需求主动、快速地开发适 应市场需求新模具，提高企业对市场的需求应能力和快速响应能力： 3 随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具制造正在从过去主要依靠 钳工的技艺而转变为依靠技术制造为主要的制造。这一趋势不但使得模具的标 准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比 例越来越低，最终促进了整个模具制造水平的大幅度提高； 4 模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作 为现代模具企业，单单只是c a d a m 技术应用已远远不能够适应当代社会的 需求。要向信息化方向发展为目标，目前许多企业已经采用了c a e 、p d m 、 c a p p 、r e 、c 1 m s 、e r p 等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术应用 于模具设计与制造中。 从上面可以看出随着我国塑料工业近几年的迅速发展，工程塑料也将高速 发展，我国塑料模具将向高速发展和快速响应市场方向发展。我国对塑料模具 的需求将在“十一五”期间快速增加，我国模具工业以1 7 年增长率增长，这是 塑料模具设计与制造迅速发展的有利条件。开发一套塑料模具快速设计系统是 适应市场经济较好的表现。 1 3 设计课题的引入 目前传统的模具设计方法己难以满足现代制造业对快速、创新设计的需求， 因此研究新型支持模具快速、创新开发的现代模具设计方法，并开发相应系统 十分必要。叫 很多模具具有相似性，其特点是外形大体一致，结构也大同小异，只有少 数几个零件不同，在模具设计过程时常常需要重复同样的步骤来重复组装整个 模具，很多时间用于重复劳动这中，设计效率很低。本文开发一种基于 p r o f e n g j n e c r 的模具快速设计方法，就是对于外形尺寸相近、结构相似的制件， 利用计算机在实例库中检索与之相似的模具实例，采用“自上而下”设计方法， 设计只需索引一副相似实例模具，在这副模具的基础上进行修改，对少数几个 相异零件执行替换，就可完成一副新模具的设计，大大提高了相近制品的模具 设计开发速度，从而更有效地缩短模具的设计开发周期。提高企业的设计速度 和对市场反应速度，增强企业在市场的竞争力。 基于p r o e n g i n e e r 的快速设计系统，在设计过程中，充分发挥计算机的强 大运算功能、信息存储与快速查找的能力，完成信息管理、数值计算、模拟分 析、优化设计和绘图等功能，从而更好地完成从设计方案的提出、评价、模拟 分析与修改到具体设计实施的全过程。 在p r o e n g i n e e r 中开发出个性化的参数设计应用程序，使其高效地对标准 件进行数据管理，实现自动化装配功能、替换功能，这不仅能快速设计模具， 而且在很大程度上避免了重复劳动。 利用p r o e n g i n e e r 还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通用 件和标准件都可根据用户的要求建立，同时用户所设计的每一副模具都可作为 模具库的实例组成部分，为后续模具设计提供实例。 1 4国内外注塑模快速设计与快速制造的情况 1 国外的基本情况”1 1 9 9 2 年6 月，在东京国际会议上正式提出并行工程技术，在此基础上发展 成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术，目前国际上在针对快速设计的并行 设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展均较为迅 速。 欧美许多模具企业将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速设计 与快速制造优质模具的有力保证。c a d c a e c a m 的广泛应用，目前3 d 设计 已达到了7 0 8 0 。如p r o e 、u g 、c i m a t r o n 等软件的应用很普遍，g 气e 技术在欧美已经逐渐成熟，在塑料模具设计中应用c a e 分析软件，模拟注塑时 充模过程、分析冷却过程、预测成型过程中可能发生的缺陷等，可以减少模具 设计中缺陷产生。 2 国内的基本情况 近年来我国的计算机迅速普及和c a d 技术的快速发展，注塑模c a d 已经 在提高注塑模设计方面发挥越来越大的作用。作为注塑模c a d 系统中最基本的 一部分，注塑模标准模架库为用户提供一个完整的标准模架，用户在根据制件 的情况确定模具设计方案后，可以直接利用现有的标准化的模具零部件快速完 成模具的设计。设计人员会有更多时间去研究模具结构的优化，从而加速了新 模具开发和优化。 近几年来，国外的许多优秀三维c a d 软件引入我国，促进了我国模具设计 快速发展。许多高校和企业都在国外3 d 软件基础上利用v c 、v b 等语言进行 二次开发，取得许多快速设计的理论与方法。下面列出几个： 1 ) 文献 5 介绍：基于u g 的三维注塑模标准模架库o o 系统作为研究和 开发。提出了以v i s u a lc + + n e t 为开发环境，基于u g 的注塑模标准模架库系 统结构，通过环境变量的设置、对话框的制作、菜单的定制以及基本应用程序 的编写等介绍注塑模标准模架库的建立方法，数据库和形状特征的管理，自底 向上、自顶向下和爆炸图等装配问题以及工程图问题的解决方法。嘲 2 ) 文献 4 介绍：注塑模标准模架参数化设计，基于v b 6 0 运用数据库与 参数化相结合的方法，在a u t o c a d 2 0 0 0 中注塑模标准模架的参数化出图的开发 4 】 o 3 ) 文献 6 介绍：注塑模具标准模架数据库的开发，介绍了注塑模c a d 中 的m d b m s 及s p d b m s 的目标和任务，m d b m s 和s p d b m s 应具有的功能和 结构，和有关的几何关键技术。m 4 ) 文献 7 介绍：快速组合可换型芯注塑模的模块化设计，介绍了一种快速 组合可换型芯注塑模结构及其模块化设计方法：首先按模具结构类型将注塑产 品进行分类，对同类型不同尺寸大小的注塑产品按黄金分割法进行分组，对同 一组内的注塑产品设计一套快速组合可换型芯注塑模，在注塑机上直接更换组 合型芯，达到快速更换型芯、生产不同注塑产品、降低模具成本、提高注塑生 产效率的目的。 5 ) 文献 8 介绍：新一代基于知识的三维注塑模设计软件整体结构，提出了新一 代注塑模设计软件的结构。基于特征的三维装配模型为核心，采用实例与知识 相结合的推理。系统具有很好的集成性与柔性。( 8 1 6 ) 文献 9 介绍：“基于知识融合的人机协同创新概念设计理论与系统研 究”，既是对产品设计中知识工程的研究，也是对面向工程广义优化的智能设计 方法的研究，基于知识的人机协同创新方案设计理论与系统进行了系统的研究， 产品快速创新设计的关键在于知识的供应特别是知识的融合与创新，并将设计 知识适当分类，研究不同类型或同种类型知识之间的融合与创新的方法与途径。 西】 1 5 本课题研究的总目标 本论文就注塑模快速设计理论、方法和应用的探讨，目的是为了提高模具 行业对市场的响应速度、提高企业对产品开发速度。 企业利用p r o e ，在内部建立起一个能够实现基于实例推理的注塑模快速设 计的系统平台，可以提高企业的模具设计速度和对模具的数据库的管理。设计 部门和其他部门可以充分利用企业设计数据做变型设计，从根本上缩短产品设 计周期。建立基于实例推理设计数据库，能快速、准确设计满足客户需要的模 具方案，也是为企业设计工作的积累和准备。 基于实例推理( c b r ) 为注塑模具变型设计提供了推理依据和推理规则。 c b r 作为人工智能的一个重要研究方向，为人工智能在模具产品设计中的应用提 供了一个有效的模式。因此，基于实例推理的模具变型设计技术是实现模具快 速设计的行之有效手段和方法。 注塑模具快速设计系统采用基于实例推理的变型设计技术，通过对以往设 计方法的提炼，运用“自上而下”的设计思路来完成注塑模具的快速变型设计。 该课题的主要工作量在是利用p r o t o o l k i t 为开发工具对注塑模具快速设计系统 的开发，以p r o e 为基础建立了零件库、装配图实例库、标准件库。 1 6 本系统的主要功能 本课题研究的总目标主要功能包括： 4 1 在w i n d o w s 2 0 0 0 系统环境下，开发出基于实例索引注塑模具快速设计方 法： 2 用p r o e 的数据格式，建立了注塑模具快速设计系统零件库、装配图实 例库、标准件库； 3 快速设计完成的总体设计方案后生成零件工程图、零件属性列表等相关 的工程文档； 4 在变型设计过程中，定制了三种基本的变型设计方法：尺寸询问法、特 征控制法和标准件库访问法来快速建立注塑模具装配图： 5 为了减少在快速变型设计中的绘图与选择标准件工作量，根据注塑模具 典型零件的特征使用p r o t o o l k i t 为开发工具定制了一些零件库、标准件库的数 据库的管理方法。 5 第二章注射模具设计的基本理论 2 1注射成型原理与过程 塑料成型的基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的 颗粒料或粉状塑料成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热成熔融的塑 化状态，使之成为溶融态熔体，然后在柱塞或活塞的高压推动下，以很大的流速 通过注射机前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具型腔之中，经过一段时间 保压冷却后，开启模具更可从模具型腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。 注射成型过程是间歇操作，每完成一个操作周期需经过塑化、注射和定型、 脱模取出制件等几个步骤：m 1 1 塑化塑化即塑料在料筒内经加热达到流动状态，并具有良好可塑性 的全过程。因此可以说塑化是注射成型的准备过程。塑料在进入模腔之前应达 到规定的成型温度，在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料温度应均匀 一致，不发生热分解。 2 注射即柱塞或螺杆前移将塑化好的熔料以一定的压力注入到闭合模 腔的过程。注射过程中所采用的工艺条件如注射压力、注射速度等与塑料的特 性、制品结构以及其它工艺条件等密切相关，它也直接影响成型制品的质量。 3 定型从塑料熔体进入模腔开始，模腔注满之后，熔体在控制条件下 冷却定形，直至制品从模腔中脱出。具体可分为充模、冷却、冷却三个连续阶 段。 1 ) 充模阶段从柱塞或螺杆前移直至塑料充满模腔为止。充模过程中所 采用的充模速度或充模时间等工艺条件对成型制品中的分子取向、熔接线的强 度等都有一定的影响。 2 ) 保压阶段 从熔体充满模腔起至柱塞或螺杆撤回为止。在这段时间内， 塑料熔体会因冷却而发生收缩，但因塑料仍处于柱塞或螺杆的稳压下，因此料 筒内的熔料仍然会向模腔内继续流入，以补足因收缩而留出的空隙。压实阶段 对于提高制品的密度、降低成型收缩和克服制品表面缺陷等都有影响。此外， 由于塑料还在流动，而且温度又在不断降低；取向分子容易被冻结，所以这一 阶段是大分子取向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子取向程度也越 大。 3 ) 冷却阶段从浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中脱出为止。模 内塑料在这一阶段内主要是继续冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不 致发生扭曲变形。在此阶段内由于模内塑料的温度、压力和体积均有变化，到 制品脱模时，模腔内压力不一定等于外界压力。模腔内压力与外界压力的差值 称为残余压力。 6 4 脱模取出制件。 注射成型过程的流程图如图2 - 1 所示 图2 - 1 注射成型过程的流程图 2 2 浇注模设计过程乜1 1 嘲 2 2 1 分型面的选择 打开模具能顺利取出塑料制件的面，称作分型面，分型面的方向尽量采用 与注塑机开模垂直方向，分型面的形状有平面、斜面、曲面等。 选择分型面的位置时应注意：分型面一般不取装饰外表面或带圆弧的转角 处：要使塑料制件尽量留在动模一侧以便利于塑料制件脱模；将同轴度要求高 的同心部分放在分型面的同一侧以保征塑料制件同轴度；抽芯机构要考虑抽芯 距离；分型面作为主要排气面时，分型面应设在塑料流的末端以便排气。 2 2 2 浇注系统 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通 道。 浇注系统作用：输送塑料流体和传递压力。 2 2 2 1 浇注系统的组成及设计原则 1 浇注系统组成：由主流道、分流道、内浇口、冷料穴等。 2 浇注系统的设计原则：要考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利、快而 不紊乱；避免熔体正面冲击小直径型芯或脆弱的金属镶件；进料口的位置和形 状要结合制件的形状和技术要求确定；流道的进程要短，以减少成型周期及减 少废料，提高塑料的利用率。 2 2 2 2 主流道设计。” 主流道是指注塑机的喷嘴口起到分流道入口处止的一段流道，与喷嘴在同 一轴线上，塑料熔体在主流道中料流不改变流动方向。 主流道设计原则如下： 1 便于流道中凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形； 2 主流道要求耐高温和摩擦，设计时要求设计成可拆卸的衬套，选用优质 材料单独加工和热处理； 3 衬套大端高出定模端面5 m m 1 0 m m ，并与注射机定模板的定位孔成间隙 配合： 4 主流道衬套与塑料接触面较大时，由于型腔体内反压力的作用使衬套易 从模具中退出，可设计固定的。 2 2 2 3 分流道设计 分流道是指主流道末端到浇口的整个通道，它是进入模具各个型腔的通道。 对塑料熔体流动起分流转向作用，要求塑料熔体的压力和热量在分流道中损失 较小，保证制件的质量。 1 分流道的截面形式：圆形、梯形、u 形、半圆形。 2 ，分流道的断面尺寸的选择：分流道的断面尺寸的选择要视制件的大小、 品种、注射速度及分流道的长度而定。 3 多腔模具中的分流道的排布：平衡式和非平衡式两种。 2 2 2 4 浇口 浇口又称进料口，是分流道末端与模具型腔入口之间狭窄且短小的一段通 道。 1 浇口作用：使熔体快速进入型腔，按顺序填充、冷却塑料。 2 浇口的常见形式：针点式浇口、潜伏式浇i z l 又名隧道式浇口、侧浇口、 直接式浇口又称中心浇口或称主流道型浇口。 2 2 2 5 冷料井与拉料杆的设计 冷料井通常设置在主流道和分流道转弯的末端。主要是用来除去熔料前锋 的温度较低的冷料，葡时也起拉断浇注系统凝料的作用。常见的冷科并有如下 几种： 1 带z 型头拉料杆的冷料井； 2 带球形头拉料杆的冷料井； 3 无拉料杆的冷料井。 2 3 注射成型模具分类。” 1 按注射机类型分类 立式注射机、卧式注射机、直角式注射机上用的模具。 2 按注射模具的总体结构特征分类 1 ) 单分型面模具( 二板式模具) ； 2 ) 双分型面模具( 三扳式模具) ； 3 ) 带侧向抽芯的分型模具； 4 ) 自动卸螺纹注射成型模具。 8 2 4 注射成型模具各零部件的设计。”池1 2 4 1 成型零件的结构设计 成型零件包括型腔和型芯两种，注射模具成型零件结构如图2 2 所示。 l 型腔结构形式：整体式结构、整体嵌入式、局部拼镶式、四壁合拼式。 2 型芯的结构形式：整体式、组合式、小型芯单独性加工后再嵌入模板中、 非圆形小型芯、复杂型芯的组合方式。 2 4 2 成型零件的作尺寸计算 1 成型零件的工作尺寸指成型零件上直接用来成型制件的尺寸。型芯型腔 的径向尺寸、型芯的高度尺寸、型腔的深度尺寸、中心距的尺寸。 2 影响制件尺寸的因素：成型零件本身制造公差、使用过程中的磨损、收 缩率的波动、成型零件尺寸计算误差等。 2 4 3 成型零部件的强度刚度校核 成型零件型芯和型腔组成的型腔全部被充满的瞬间，内压力达极大值，成 型零件的刚度，强度校核； 1 大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，以刚度校核为主； 2 小尺寸型腔，强度不足为主要矛盾，以强度校核为主。 2 4 4 其它辅助构件 其它辅助构件是安装、导向、装配、冷却、加热及机构动作等作用的零部 件的总称。 2 4 4 1 导向零件 作用；定位，导向及承受侧向压力的作用。 类型：导柱导套导向、锥面导向及斜面导向等。 2 4 4 2 装配固定零件 1 固定板固定板用来固定型芯、型腔、导柱、导套、拉料杆等固定安装 作用，要求固定扳有一定的强度和厚度。 2 垫板 垫板的作用：防止型芯、导柱、拉料杆等从固定板上脱出，并承 受压力。要求：具有较高的平引度和硬度。 3 支承件支承件的作用；构成顶出机构的运动空间，调节模具总厚度， 安装固定的作用。 2 4 4 3 冷却、加热零件 模具的型腔温度直接影响到制件的成型质量及生产率，因此需要控制模具 的型腔温度，保证制件的成型质量及生产率，一般用电加热器给模具的型腔加 热，用水给模具的型腔冷却。 1 冷却装置：冷却孔与型腔距离一般不要小于1 0 m m ， 2 加热装置：电加热，蒸汽加热，热水加热等。 9 ( a )( b ) 1 一动模板2 一定模板3 - 冷却水道禾定模座板5 定位圈6 主流道7 凸模8 导柱9 导套1 0 动模 座板1 1 支承块1 2 支承柱1 3 一推扳1 4 推扦固定板1 5 拉料杆1 6 - 导柱1 7 导套1 8 推杆1 9 复位杆2 0 - 垫块 图2 2 注射模具结构 2 4 4 4 脱模机构 脱模机构是使制件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构，脱模 机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。要求脱模时制件不变形，不损坏， 顶件位置位于制件不明显处。 2 4 4 5 抽芯机构 当制件有侧孔或侧凹时，成型俱口孔或侧凹的零件必须是可活动的型芯，脱 模前，活动型芯必须先抽出，完成侧向活动型芯抽出的机构称作抽芯机构。 2 4 4 6 复位机构 复位机构是在脱模机构在完成制件脱模后，顶出杆伸出型腔外，它们需复 位才可以开始下一次注射循环。复位机构的作用是使模具的合模过程顺利，保 证模具的连续作业。 2 5 传统的模具设计过程“”恤1 2 5 1 确定制件在模具中的布置 首先要确定型腔的数目、分型面的位置及浇口类型；之后确定制件的排列， 确定制件的排列要综合考虑加工的简便及成本等方面因数，制件在模具中的排 布方式直接影响到模架的大小，还影响注射速度和制件的质量。多型腔应尽量 采用流道平衡分布以保证各型腔同时充模，并且所占空间长宽比最为合理。 2 5 2 确定型腔的成型方式 根据制件的特点来确定具体的型腔成型方法，即采用整体式还是镶拼式， 另外还要确定型腔块的大致尺寸。如果制件上有和开模方向不同的侧向凸凹， 还要确定型芯的侧向抽芯方式，如斜导柱、斜滑块、斜顶杆、液压油缸等。如 果侧向抽芯的抽芯距离不大，可采用斜导柱抽芯机构，为加工及调整方便，每 l o 个型腔的抽芯单独设计滑块。在考虑型腔成型方式的同时，还要考虑制造工艺 的可行性。 2 5 3 确定冷却水道的分布形式 塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到制品。冷却水道的分布 应遵循一定的原则，总的来说，应保证制件充分冷却且收缩平衡。 2 5 4 确定模架大小 通过上述的设计步骤，制件成型所需的水平面的投影大小基本得以确定， 再考虑到模板的螺钉固定孔、导柱、导套等的位置是否与滑块、型腔块干涉， 水道孔与复位杆孔是否干涉，从而可估算出模具的水平面的投影尺寸，在模架 生产厂家的标准中查出相近的模架，确定模架大小。 2 5 5 模板厚度尺寸的选用 由于选用的是标准模架，剩下的任务就是确定动模板和定模板的厚度。模 板的厚度主要取决于制件的高度，其次还与模板的面积、滑块的大小以及冷却 水的通过位置等有关。模板的厚度可用计算方法，但较繁琐；目前一般靠经验 确定模板的厚度。确定时要考虑各部分的合适比例、镶块的固定深度和方式、 滑块的高度与长宽比等，并要尽量选用模架标准中的尺寸系列。另外，垫块的 高度需根据实际制件的特点而定。若型腔较深，需加高垫块以保证足够的顶出 距离，一般按标准选取即可。此外，为保证推杆在合模前先复位，可以在复位 杆上加弹簧；为使推出平稳，可以加一套推出导向机构；为使型腔合模准确， 可以加精定位装置，点浇口形式的三板式模具结构还要考虑到安放拉杆的位置 等等，这些均需根据模具的具体情况而定。 2 5 6 绘制装配草图 首先将选好的模架主、俯视图的轮廓画好，在相应的位置绘制制件的主、 俯视图( 绘制时要按制件收缩前的尺寸，这样装配图和零件图的型腔尺寸完全 一致，便于后续的拆图工作) 及型腔块的投影。多型腔按实际排布情况绘出， 然后在俯视图上从中心向外绘制浇口套、流道、侧抽滑块、冷却水孔、推杆及 标准模架的复位杆、导柱导套、螺钉等结构元件，检查各零件位置间是否有干 涉现象。在这个过程中，可能会根据实际情况调整原先选定的模架大小。其次 根据标准模架各模板和所选动、定模板的厚度绘制模具的主视图。将各结构元 件的位置由俯视图引入主视图，同时将型芯和型腔镶块绘出，这时模架的基本 结构就完全出现，可以对模板厚度和型腔的侧壁厚度进行简单的校核。然后将 基本确定的结构零件，如浇口套、定位环、水道、侧抽滑块、导向装置、紧固 螺钉、顶杆、复位杆、拉料杆及浇注系统等等，一一绘出或细化，剖切不到的 重要零件可另加局部剖视图。在这个过程中，可能又会发现一些问题从而调整 模架，这都是很正常的。最后标注和编制一些重要的尺寸( 如模具大小、相关 安装尺寸及配合尺寸等) 、零件序号、零件明细表和标题栏。 1 1 2 5 7 拆分零件图 装配图基本完成后，就需要按照装配图上的序号逐一拆分零件图。拆分零 件图时注意各个图中零件的摆放应尽量和装配图保持一致。如将模板的零件图 中的主视图和装配图中的俯视图相对应，将各模板图叠放在一起，便于识图和 审图。并且要注意按机械制图的标准绘制，标注所有尺寸及尺寸公差、形位公 差、表面粗糙度，加上剖面线、技术条件等。 2 5 8 完善装配图 在拆分完零件图后，可能需要对装配图的某些结构进行修改或补充，从而 得到一张完善的模具装配图。这样，一副模具基本上就设计完成。 模具设计需要考虑多方面的因素，并且是一项经验性很强的工作。由于经 验和习惯不同，每个人的设计步骤也不尽相同，但是有一个比较清晰的思路和 程序是非常必要的。模具设计人员按照一个规范的程序来进行设计，对于缩短 设计周期，提高设计质量。 2 6 “自上而下”模具设计方法 在模具设计中，根据具体情况可以采用“自上而下”装配建模设计 ( t o p d o w nm o d e l i n g ) 和“自下而上”装配建模设计( b o t t o m u pm o d e l i n g ) 两种方法。本文仅对“自上而下”装配建模设计作介绍，而“自下而上”装配 建模设计不作介绍。 当今c a d 技术的发展使得概念设计思想体现在相应的设计模块中。 p r o e n g i n e e r 提供了概念设计的系统模块，称之为工业设计模块或概念设计模 块，p r o e n g i n e e r 中的工业设计模块呻md e s i g n ，支持“自上而下”的设计 方法，以及在复杂模具设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块包括 概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器( l a y o u t ) 。在设计过程中使用系统 模块可以大大减轻设计师的工作量，节省设计时间，提高工作效率。这些概念 设计不仅仅是设计师的思维，也融合了一般的概念设计理念和方法。 2 6 1 “自上而下”装配建模设计方法 在p r o e 中“自上而下”装配建模设计具体有两种方式： 1 用l a y o u t 方法在l a y o u t 里面作草稿，设置它们的位置关系、尺寸关 系，再在p a r t 里申明这种关系，达到自动装配的目标，就是用l a y o u t 来控制 p a r t ，当有装配建模需要变动时，可以修改l a y o u t 里的装配建模参数。p a r t 会 自动更新成为新的装配关系的模具结构。 2 用骨架方法先做出统一的骨架，在共享骨架里的资料，让单个p a r t 受 限于骨架的控制，这样p a r t 在装配时就会以骨架的方式自动装配到位。修改骨 架参数后，所有相关p a r t 都会更新成为新的装配关系组成新的模具结构。 2 6 2 “自上而下”设计装配方法实现 在模具装配设计采用基于“自上而下”的参数化装配建模技术，p r o e 装配 建模技术完全支持“自上而下”的设计方法，即先总体设计后详细设计，局部 设计决策服从总体设计决策，“自上而下”的设计方法符合人的思维习惯。 “自上而下”的设计方法是从装配体开始设计，用户可以从一个零件的几 何体来定义另一个零件。“自上而下”的设计次序一般以布局草图为设计的开端， 然后定义零件位置、基准面等，参考这些定义来设计零件。“自上而下”的设计 方法更符合经典的设计思想和方法，突出零件之间的相互联系和零件位置，而 不先考虑零件的具体结构。 模具装配设计中模型零件数据是对零件本身的链接，保证装配模型和零件 设计完全双向相关，零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新，同时可在 装配环境下直接对部分零件的结构零件进行修改。采用这两种方法可以轻松完 成模具设计。 2 6 3 参数化技术 系统采用参数化技术来实现塑料模结构设计。设计过程中，当某一零件的 外形尺寸发生变化时，则该零件本身的外形及与之相关联的零件的外形亦会随 之发生相应的变化，其实现流程是： 1 通过零件的i d 打开零件，取得零件的三视图；， 2 调用参数化程序分别对每个视图进行参数化，从而实现对整个零件的参 数化； 3 通过与之关联的零件执行步骤从而完成了该设计修改。 采用参数化技术可以完成模具中的标准件的选择、完成模具设计中的通用 件的尺寸修改，用它来实现塑料模结构中零件尺寸的修改。 第三章 三维c a d 与p r o e n g i n e e r 介绍 3 1 三维c a d 的发展历程。” c a d 技术起步于5 0 年代后期。进入6 0 年代，随着在计算机屏幕上绘图变 为可行丽迅速发展。人们希望借用这项技术摆脱繁琐、费时、绘图精度低的传 统手工绘图方法。此时c a d 技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件， 以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。在这之后又出现三 维计算机绘图技术，目前各种类型软件都是三维绘图技术。三维c a d 技术的发 展经历了四个阶段： 1 曲面造型系统 6 0 年代出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框造型。初期的线框造型 系统只能表达几何表面的基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关 系，由于缺乏形体的表面信息，c a m 及c a e 均无法实现。进入7 0 年代，飞机 和汽车工业的蓬勃发展，飞机及汽车的零部件中遇到了大量的自由曲面，法国 人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操 作，能够在二维绘图系统c a d 的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面 建模方法，推出了三维曲面造型系统c a t i a 。标志着计算机辅助设计技术从单 纯模仿工程图纸的三视图模式到三维自由曲面图形，首次实现以计算机完整描 述产品零件的主要信息，同时也使得c a m 技术的开发有了图形的基础。 2 实体造型技术 曲面造型系统有了表面模型，c a m 的问题基本可以解决表面问题。但由于 表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的特性，如质量、 重心、惯性矩等，这对c a e 非常不利，最大的问题在于产品分析的前处理特别 困难。基于对于c a d c a e 一