（机械制造及其自动化专业论文）注塑模具cad脱模系统的研究与开发.pdf

f - r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ne je c t i o nm e c h a n i s mo f i n j e c t i o nm o l dc a d c a n d i d a t e ：l i a n gc h a n g j i s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g a n da u t o m a t i o n s u p e r v i s o r ：l ik a i l i n g s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l ，2 0 1 0 l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：霎趋圣 日 期：2 翌丝：生：三竺 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的 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 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：罪挝圣导师签 e l 期：唑垒矽 ， 目录 目录 摘要i a 1 8 l s t r a c t i i 符号说明i v 第1 章绪论1 1 1 引言1 1 2 注塑模具c a d 研究概况2 1 2 1 国外研究概况2 1 2 2 国内研究概况3 1 3 本文研究内容及意义4 1 3 1 课题提出背景4 1 3 2 本文主要研究内容5 1 3 3 本文研究的意义5 1 4 本章小结6 第2 章注塑模具脱模系统结构分析7 2 1 脱模机构的分类及设计原则7 2 1 1 脱模机构的分类7 2 1 2 脱模机构的设计原则8 2 2 简单脱模机构8 2 3 顶杆位置的确定一1 2 2 4 拉料杆形式的确定1 2 2 5 脱模力计算14 2 6 顶出元件尺寸计算15 2 6 1 顶杆尺寸的计算1 5 2 6 2 推件板尺寸的计算1 6 2 6 3 顶管尺寸的计算1 8 2 7 本章小结18 第3 章系统方案分析与确定1 9 3 1 注塑模设计步骤1 9 4 6 脱模机构的校核。5 1 4 7 工程图的自动生成技术5 3 4 8 本章小结5 5 第5 章系统应用及实例5 7 5 1 脱模方式的推断5 7 5 2 顶出机构的布黄5 9 5 3 脱模机构尺寸计算5 9 目录 5 3 1 脱模力的计算5 9 5 3 2 脱模机构尺寸计算6 0 5 4 三维模型的驱动生成6 l 5 5 工程图的自动生成6 3 5 6 本章小结。6 6 总结和展望。6 7 参考文献6 9 致谢7 3 攻读学位期间发表的学术论文7 4 c 0 l n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 。i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i s y m b o ld e s c r i p t i o n i v c h a p t e r1 p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2r e s e a r c hs t a t u so fi n j e c t i o nm o l dc a d 2 1 2 1s t a t u so f o v e r s e a sr e s e a r c h 2 1 2 2s t a t u so f d o m e s t i cr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n 3 1 3c o n t e n t sa n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 4 1 3 1b a c k g r o u n do f t h ei s s u e 4 1 3 2c o n t e n t so f t h er e s e a r c h 5 1 3 3s i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 5 1 4s u m m a r y 6 c h a p t e r2a n a l y s i sf o rs t r i p p i n gs y s t e mo fi n j e c t i o nm o l d 7 2 1c l a s s i f i c a t i o na n dd e s i g np r i n c i p l e so fs t r i p p i n gs y s t e m 7 2 1 1c l a s s i f i c a t i o no fs t r i p p i n gs y s t e m 7 2 1 2d e s i g np r i n c i p l e so fs t r i p p i n gs y s t e m 8 2 2s i m p l es t r i p p i n gs y s t e m 8 2 3d e t e r m i n a t i o no fe j e c t o rp i n sl o c a t i o n 12 2 4d e t e r m i n a t i o no f p u l l i n gr o d ss t y l e 12 2 5c a l c u l a t i o no f s t r i p p i n gf o r c e 14 2 6s i z ec a l c u l a t i o no fe j e c t o rc o m p o n e n t s 15 2 6 1s i z ec a l c u l a t i o no fe j e c t o rp i n 15 2 6 2s i z ec a l c u l a t i o no fs t r i p p e rp l a t e 16 2 6 3s i z ec a l c u l a t i o no fe j e c t o rt u b e 18 2 7s u m m a r y 18 c h a p t e r3p r o g r a ma n a l y s i sa n dd e t e r m i n a t i o n 19 ：；1d e s i g ns t e p so fi n j e c t i o nm o l d 19 i i 4 5g r e n e r a t i o no f t h r e e - d i m e n s i o n a lm 0 d e l 5 9 4 6e x a m i n a t i o no fs r i p p i n gm e c h a n i s m 51 4 7a u t o m a t i cg e n e r a t i o no f d r a w i n g s 5 3 4 8s u m m a r y 5 5 c h a p t e r5s y s t e ma p p l i c a t i o na n de x a m p l e 5 7 5 1r e a s o n i n go f s t r i p p i n gm e a n s 5 7 5 2l a y o u to fe j e c t o rm e c h a n i s m 5 9 5 3s i z ec a l c u l a t i o no f s t r i p p i n gm e c h a n i s m 5 9 c o n 。t e n t s 5 3 1c a l c u l a t i o no fs t r i p p i n gf o r c e 5 9 5 3 2s i z ec a l c u l a t i o no fs t r i p p i n gm e c h a n i s m 6 0 5 4g e n e r a t i o no f t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l 6 1 5 5a u t o m a t i cg e n e r a t i o no f d r a w i n g 6 3 5 6s u m m a r y 6 6 s u m m a r ya n do u t l o o k 6 7 r e f e r e n c e s 6 9 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 3 a c a d e m i cp a p e r sd u r i n gt h ed e g r e e 7 l 板，对设计人员的设计方案不能提供基本的建议和有效的帮助，使得模具设 计软件远不能满足企业的要求。 本文的注塑模具c a d 系统是一个集成在s o l i d w o r k s 平台上的智能化软 件，其中脱模系统由四个功能模块组成：选择脱模方式；计算零部件尺寸； 脱模机构三维造型；主要零部件的二维工程图的生成。它的作用是实现常见 注塑制品脱模方式的智能化选择以及相关零部件模型与工程图的自动生成， 为设计人员提供更多的专业知识和方案建议。 首先对注塑模具脱模系统的相关设计知识进行深入研究和总结，然后综 合运用面向对象技术、数据库技术以及模糊理论来将其表示或存储；利用 f e a t u r e w o r k s 对塑件进行特征识别后确定顶出位置，对顶出机构受力分布进 行分析，进而对机构的尺寸及顶杆数量进行优化，从而得到最佳脱模机构。 在进行相关计算时，将计算脱模系统的零件尺寸所需的计算公式转换成 程序代码，并封装成模块：将计算过程中需要查手册的塑料性能、标准尺寸 等参数存储在数据库中，只要输入壁厚、筋、脱模斜度等相关信息，便能迅 速处理、计算出顶杆直径、推件板厚度等脱模机构的相关参数。脱模机构中 的顶出元件、复位零件以及导向部件的尺寸参数存储于数据库管理系统， 然后，基于s o l i d w o r k s 平台，使用v b 6 0 开发工具分别对这些标准件及 常用件进行三维参数化造型，将它们组装成一个完整的三维脱模实体模型， 最后根据相关标准，给出主要部件的工程图。 基于以上研究内容，本文在s o l i d w o r k s 平台上，用v b 开发工具和c o m 技术，开发了基于知识的注塑模智能设计系统中的脱模模块，并通过典型实 例的应用，介绍了软件的运行过程及其特点。 关键词注塑模具c a d ；脱模系统；推理；专家系统：三维造型 i nt h es y s t e m ，t h ef o r m u l a sf o rc a l c u l a t i n gt h es i z eo f p a r t sa r et r a n s l a t e di n t o t h ec o d e s ，a n dp a c k a g e di n t ot h em o d u l e a l s o ，t h ep a r a m e t e r so fp l a s t i c si nt h e m a n u a l s ，w h i c hn e e d e di nt h ec a l c u l a t i o n ，a r es t o r e di nd a t a b a s e j u s te n t e r i n gt h e w a l lt h i c k n e s s ，r i b s ，s t r i p p i n gs l o p ea n do t h e rr e l a t e di n f o r m a t i o n ，t h es y s t e mc a n p r o m p t l yc a l c u l a t et h ed i a m e t e re j e c t o ro rp u s hp l a t et h i c k n e s s t h ep a r a m e t e r so f t h ec o m p o n e n t s ，r e s e tp a n sa n dc o m p o n e n t s - o r i e n t e da r es t o r e di nt h ed a t a b a s e t h es t a n d a r dc o m p o n e n t sa n dc o m m o np a n sa r em o d e l i n go nt h ep l a t f o r mo f s o l i d w o r k sw i t hv b 6 0 ，a n dm a k eu po ft h e mt o g e t h e ri n t oaa s s e m b l e ，a n da l s o t h ee n g e n e e r i n gd r a w i n g so fm a i np a r t sa r eg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l y h a b s i r a c l i nt h i s p a p e r ak n o w l e d g e b a s e di n j e c t i o nm o l ds t r i p p i n g m o d u l eo f i n t e l l i g e n td e s i g ns y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fs o l i d w o r k s ，u s i n g v ba n dc o mt e c h n o l o g y t h eo p e r a t i o n so ft h es o f t w a r ep r o c e s sa n di t s c h a r a c t e r i s t i c sa r ed e m o n s t r a t e db yi n t r o d u c i n g t h e a p p l i c a t i o n s o ft y p i c a l e x a m p l e s k e yw o r d si n j e c t i o nm o l dc a d ；s t r i p p i n gs y s t e m ；r e a s o n i n g ；e x p e r ts y s t e m ； t h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l i n g i v b 顶杆固定板厚度( m m ) ； 点富裕量( m m ) 。 的设计、计算、分析和绘图，以及数控加工自动编程等的有机集成：广义说， 它可以包含成组技术( g t ) 、计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工程( c a e ) 计算机辅助工艺过程设计( c a p p ) 、计算机辅助检测( c a t ) 、数控技术( n c 、 c n c 、d n c ) 、柔性制造技术( f m s ) 等多种计算机技术在模具生产过程中的 综合。它的应用可以显著提高塑料制品和塑料模具的设计制造效率，提高设 计质量，减少修模时间，从而缩短从塑料制品设计、模具设计、模具制造到 进行制品模塑生产的整个周期。而现代模具设计制造企业在c a d c a m 使用 前后的效益对比【3 】也证明，模具c a d c a m 的研究与发展有着广阔的发展空 问，会会给行业和国家带来巨大的经济利益。 利于最大限度缩短模具生产周期。 t dt o o l i n g 是模具c a d c a m 市场的新进入者。北京艾克斯特与t h i n k 3 公司合作推出t d 系列产品，其第一个行业解决方案t dt o o l i n g 就是针对工 模具行业的。t dt o o l i n g 独创的全局形状建模技术( g s m ) 以及区域建模技 术，允许用户对复杂的模型进行实时的修改。t dt o o l i n g 还提供常用的3 d 组 2 第1 章绪论 件库、广泛的数据转换接口、与t dp l m 完全集成。 另外s o l i d w o r k s 、u g 、c a t i a 、p r o e 、i d e a s 等著名软件也丌发了相 应的注塑模具设计模块，这些模块可以根据设计者的思想与数据，比较方便 地生成模架、流道等三维模型，有的模块可以进行简单的注塑模拟和校核， 其在国内外行业中的应用也已经比较广泛，但是这些软件只能称得上是优秀 的三维绘图平台，即使已经经过多次改进、发布过多个版本的一些模块，离 专业性的注塑模具设计软件所应达到的要求还相差甚远。另外国外软件还存 在价格昂贵、系统复杂、界面不够友好等缺陷，并且由于在注塑领域各国的 标准不同( 如材料性能标准、模架标准不同等) ，使得国外软件与国内的生产 实际不能有效结合，这些问题使得国外软件在国内使用受到很大限制5 , 6 , 7 j 。 1 2 2 国内研究概况 我国注塑模c a d c a m 研究始于2 0 世纪7 0 年代术，发展也很迅速。“八 五 期间，由北京航空航天大学、华中科技大学、四川联合大学等单位联合 进行了国家重点科技攻关课题“注塑模c a d c a e c a m 集成系统”并于l9 9 6 年通过鉴定，部分成果已投入实际应用，使我国的注塑模c a d c a e c a m 研 究和应用水平有了较大提高【8 ，9 1 。 目前国内注塑模具c a d 技术研发具有代表性的成果还有： 华中科技大学是国内较早自行丌发研究注射模c a d c a e c a m 系统的 单位之一，在注塑模流动分析和冷却分析模拟方面进行了大量研究与开发工 作，2 0 0 5 年推出了实用化的塑料模c a d c a e c a m 系统h s c a e 6 1 0 。该系 统能够进行塑件模型输入、流动分析、冷却分析、型腔强度和刚度校核及模 具结构的参数化设计，该系统己应用于部分企业单位，并取得了一定的经济 效益。 上海交大模具c a d 国家工程中心开发的冷冲模c a d 系统，能够为企 业提供产品设计、三维造型与n c 编程、逆向工程、三坐标测量、模具设计 与分析、技术培训以及模具c a d c a e c a m 技术开发的全方位技术支持，为 进一步普及模具c a d c a e c a m 技术创造了良好条件。 浙江大学丌发了基于u g i i 的精密注射模c a d c a m 系统。该系统采用 特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用 了需要必要的经验和创新之外，还需要大量数据和资料支撑，不但需要用到 前人用到的知识库、推理知识，还需要针对脱模机构自己的特点设计出适合 脱模机构的知识表达及推理方式。因此，我们提出注塑模具脱模系统的c a d 的研究开发的课题，旨在提高设计过程的智能化与自动化，提供有效的方案 与建议。利用v b 这种面向对象设计工具开发s o l i d w o r k s 三维软件，无论在 4 第1 章绪论 市场占有率，还是从其易学易用的方面看，都是具有较广阔的空间与前景的。 1 3 2 本文主要研究内容 本文是在山东省教育委员会资助项目“模具c a d 系统推理机、知识库的 研究开发 资助下进行的，研究的目标是实现以注塑模具为代表的型腔模具 的结构设计全过程的自动化、智能化及其相关理论的研究，脱模系统为整个 c a d 系统的一个重要组成部分，考虑到塑件的结构复杂性与多样性，本文主 要针对壳体、箱体类零件的脱模系统进行研究，具体论文内容安排如下： ( 1 ) 脱模方式的智能推理。该模块综合运用面向对象技术、数据库技 术以及模糊理论来表示、存储推断脱模方式所需的专家经验知识，并依据这 些知识来高效地进行推理，从而快捷方便地获得与具体制品对应的脱模方式。 ( 2 ) 确定相关零件尺寸，将公式和相关参数的引用规则转换成程序代 码，并封装成模块，利用此模块来自动查找存储在数据库中的塑料性能、尺 寸系列等参数。通过人机交互技术和自动推理技术的结合实现零部件尺寸的 最优。 ( 3 ) 对顶杆位置的自动判断和优化，实现筋、凸台位置的顶杆自动优 先布置，并对项出力的分稚进行优化，使得顶出元件对塑件的项出平稳，并 对塑件的质量不产生影响。 ( 4 ) 脱模系统的三维模型的自动生成。基于s o l i d w o r k s 平台，使用 v b 6 0 和v b a 丌发技术分别对脱模结构中的顶出元件、复位元件以及导向元 件进行三维参数化造型，然后按照相互之间的位置关系，将他们组装成较为 完整的三维结构实体。 ( 5 ) 对于后续的加工工作进行初步考量，对模具主要零件的二维图纸、 对刀图纸的自动生成进行研究、开发工作。 1 3 3 本文研究的意义 注塑模设计作为一个复杂的过程，以当前的技术条件不可能实现完全智 能化、自动化，但是可以实现设计过程部分自动化，局部人工智能化。国内 一些企业和科研机构也在注塑模具c a e c a p p 方面应用专家系统做了许多研 究和尝试，并且通过实践证明，在注塑模具的设计过程中实现部分智能化是 可行的，并且有很大继续研究的空间。注塑模具c a d 的研究和其他分析、工 5 影响到注 制品或者 等缺陷， 的布局与 系统来说 于这方面 大型、复 场需求量 外壳设计 新要求。 模具总量 体化先进 困难。要 高技术水 与丌发是 计更进一 1 4 本章小结 本章通过介绍注塑模具在国民经济经济中的地位，说明模具工业发展对 于国家的经济发展具有重要作用。对模具c a d 研究的国内外现状、现代模具 c a d 技术的发展特点及趋势进行总结，可以看到研究注塑模具c a d 是多个 领域对模具工业技术提出的要求，而本文研究的注塑模具脱模系统的自动化 设计对注塑模具c a d 系统功能的实现，以及整个系统自动设计推理、自动化 程度的提高有着一定的应用和参考价值。 6 2 1 脱模机构的分类及设计原则 2 1 1 脱模机构的分类 二板模脱模机构及其脱模前后与其他机构的位置关系基本形式如图2 一l 所示，其结构可按驱动方式分类，也可按模具结构分类。 i1 2i，l l! 阴 |氏 汐二( 盒进焉呈， i 贰瞿； l 弋e r - ) - 、vy k g _ - k 。“、v 几 羽区变心泓 萋 羽区藩义淘团 一 _ 、彰 爿心n 沪刁l军爿n 岈 爪y 墨宅叼硇 n ，翻 刁区滁 n ，、 萋 纠心澍刭 誓筢涉彤 刍蹩逊 萋 习区删圈 办瞄 裂，k 砭芝k 名 1 7 3 - 雩专f 多) 2 岁。 i 一一 if门 ，妄芪。7 刎 幽 。盯广7 一辟 豳 i i 定位嘲；2 主派遁赁；3 定模压板；4 定模板；5 动模板；6 支撑板；7 支架； 8 顶杆硝定板；9 推板：1 0 拉料杆；i i 项杆；1 2 导柱；1 3 型芯；1 4 型腔；1 5 冷却水道 图2 - i 脱模系统的基本形式 根据脱模机构的驱动方式不同，通常可以分为以下几类： ( 1 ) 手动脱模机构它是在丌模以后，用人工操纵脱模机构来推出塑 件。 ( 2 ) 机动脱模机构它是利用注塑机的开模动作使塑件脱离型腔。丌 模时塑件先随动模一起移动，达到一定位置时，脱模机构被注塑机上固定不 7 1 顶杆脱模机构项杆脱模机构是脱模系统中最常用的一种形式，但它 不用于斜度小、脱模阻力大的塑件的模具脱模。项杆、推板、顶杆固定板及 紧固螺钉是顶杆脱模系统必备的零部件，其他零件根据具体情况可有可无。 如：利用顶杆固定板与模板之间的压簧进行机构复位，或项杆可兼起复位杆 的作用的时侯，可不设复位杆；在中小型模具中，顶杆与模板上的顶杆孔的 配合部分可起导向作用，如果允许可不设推板导向( 导柱、导套等) 机构； 单腔模不设置拉料杆；如果动模安装固定板由模脚代替，模具可不设限位钉。 8 第2 章注塑模脱模系统结构分析 顶杆脱模机构的优点是：结构比较简单；顶杆加工更换比较方便；顶出 位置可根据塑件的结构灵活布置。顶杆脱模机构的缺点是：顶出面积小，容 易使得塑件受力集中造成塑件顶穿；项杆往往在塑件上产生痕迹，顶杆与顶 杆孔配合间隙较大时( 如过度磨损) 可能产生飞边。 顶杆脱模的常见形式如图2 2 所示。 6 0 。- 一1 2 0 c u土 厚川 乃刁叨 、) 拿、 ， 图2 2 常见顶杆脱模机构 项杆端部有多种形式，除了以上几种，还有扁顶杆、半圆顶杆、方顶杆 等，其设计要点如下： ( 1 ) 顶杆形式： 主要是确定顶杆的端面形状及结构形式。首先根据塑件结构及项出位置 要求决定端面形状尺寸；然后，考虑承受的脱模力和型腔压力，通过裕度校 核确定顶杆的径向尺寸；最后确定同时满足端面形状、长度及力学稳定性要 求的顶杆形式及结构尺寸。 ( 2 ) 顶杆尺寸： 顶杆直径选择时应尽可能取较大的值，原因如下：防止顶杆因注射压 力而产生弯曲变形；防止因脱模阻力而弯曲、破损；防止塑件因所受压强较 大而白化。 9 模板较厚时，为缩短配合长度以减少加工难度，可将顶杆孔后部扩大以减少 配合长度。 2 推件板脱模机构 推件板脱模机构形式如图2 3 所示。 1 0 t c 恿一 图2 3 推件板脱模常见结构 第2 苹注耀模脱模系统结构分析 对于一些深腔薄壁的容器、罩体、壳体型塑件以及不允许有项杆痕迹的 塑件一般都可采用推件板脱模方式。主要优点为：顶出面积大，顶出力分布 均匀，顶出平稳；制品变形小；依靠合模时定模分型面的推理复位，不需要 设置复位机构；特别适用于侧壁包紧力较大的塑件模具的脱模。缺点为：模 具结构复杂，制造成本高，对于型芯周边外形为非圆形的复杂塑件时，其配 合部分比较难加工。 3 顶管脱模机构 其常见形式如图2 4 所示。这种形式主要用于顶出中心带孔的圆形制品 或圆形凸台制品，优点为：顶管顶出力的作用点离包紧力中心较近，顶出力 均匀，特别适用于顶出薄壁筒形制品；顶管与型芯的配合间隙有利于成型中 的排气；制品变形小。缺点为：与塑件形式紧密相关，难以找到合适的标准 件，制造和装配麻烦，易磨损，出披锋，成本高。 1 项管；2 型芯 图2 _ 4 常j ! 顶管脱模机构 4 联合脱模机构 其常见形式如图2 5 所示。 障幺召喝 p，r 2 协岁爿毯 r 岸ni7 1 摊件板：2 顶杆 歹刁m ， t 、m 矿y v ：(ii ip i 口7lid 7 _ 。 幽一2 1 型芯；2 顶管：3 推件板 幽2 5 常见联合脱模机构 这种机构是采用以推件板为主、顶杆或顶管为辅，或其他组合的项出方 ( 8 ) 顶杆应尽量落在较平的地方，如果落顶杆处斜度较大，项杆应磨成 阶梯状以增大顶出力，或在不影响功能的情况下加大箭脚或项杆柱。 ( 9 ) 局部较深时，由于脱模力大，很容易顶白或项穿，在不影响功能的 前提下，顶杆应傍骨，加头箭脚或出顶杆柱。 2 4 拉料杆形式的确定 拉料杆除了有拉或推出凝料的作用外，还可以起到冷料穴的作用，拉料 杆的具体形式往往也与模具冷料穴的设计形式相关。拉料杆材料一般选用 1 2 第2 章注颦模脱模系统结构分析 t 8 a 或t 1 0 a ，头部淬火5 0 5 5 h r c ，钩形与定模板之间以及球形拉料杆与推 件板之间通常采用h 9 f 9 间隙配合，相对固定部分采用h 7 m 6 过渡配合，配 合部分的表面粗糙度为r a 0 8 。常见拉料杆基本上可以分为两类：钩形拉料杆 和球头拉料杆。 钩头拉料杆也称为z 形拉料杆，其头部的侧凹能将主流道凝料钩住，开 模时可将凝料从主流道中拉出。同时，拉料杆尾部固定在顶杆固定板上，所 以在塑件被推出时，凝料一同被推出；相似原理的形式还有模具存在倒冷料 穴和圆环槽冷料穴时，凝料推出杆端部为平的，适用于弹性较好的塑料成型。 其结构如图2 6 所示。 1 凝抖：2 冷料穴；3 拉料杆；4 推杆 幽2 - 6 钩头拉料杆及冷料穴 球头拉料杆底部固定在动模边的型芯固定板上，不随顶出机构移动，凝 料是依靠推件板推出塑件的同时从球头拉料杆上强制脱出的，该结构形式专 用于以推件板脱模的模具中。同类型的还有菌形拉料杆和锥形拉料杆，这两 种制造相对于球头拉料杆来说比较容易，其中锥形拉料杆常用于单型腔模成 型带中心孔的塑件【13 1 。其结构如图2 7 所示。 蕊：一隰； 1 凝料；2 冷料穴；3 拉料秆；4 推件板；5 顶管 图2 7 球头拉料杆及冷料穴 1 3 厚壁圆筒制品 薄壁矩形制品 厚壁矩形制品 p ：三! 竺坐+ 0 1 b q = ( 1 + , u + 2 k i ) l e o s f l + o l b 8 t e 善h k r q 2 吾+ 0 j 曰 q = 舄 式中卜塑料的弹性模量( m p a ) ，见表2 一l ； 1 4 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 第2 章注颦模脱模系统结构分析 f 塑料的平均成形收缩率，见表2 1 ； 塑料的泊松比，见表2 1 ； 型芯脱模方向高度( m m ) ； ，、卜矩形型芯断面的两个边长( m m ) ； k r 脱模斜度修正系数； t 塑件壁厚( m m ) ； 卜_ 型芯的平均半径( m m ) ； 江盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积( m m 2 ) 。 脱模斜度修正系数厨的计算式为 k ，：! ! ! 壁二! 坐壁( 2 5 ) l + f s i n c o s f l 式中厣塑件制品的拔模斜度( 。) ； 卜制品与钢材表面之间的静摩擦系数，见表2 1 。 表2 1 常刚塑料参数 塑料名称成形收缩率拉伸模域泊松比与钢的静摩擦系数 毛 e ( 强au f a b s0 4 0 71 9 1 1 9 80 30 4 5 p v co 2 0 4 2 4 4 20 4 2 0 4 5 一- - 0 6 p p 1 o 3 0 1 6 1 7o 4 30 4 9 0 5 1 p s0 5 0 83 2 3 40 3 80 4 5 0 7 5 2 6 顶出元件尺寸计算 2 6 1 顶杆尺寸的计算 ( 1 ) 顶杆直径的计算 顶杆的受力情况可以简化成“一端固定、一端铰支”的压杆稳定性力学 模型，根据压杆稳定公式可得顶杆直径的计算公式为 d ：k ( 雩) ； ( 2 侧 1 5 ( 2 7 ) ( 2 8 ) 与动模板底 ( m m ) ： k 顶杆固定板厚度( m m ) ； 点富裕量，顶杆端面高出型腔或型芯平面的尺寸，一般为( o 0 5 - o 1 ) ，( m m ) ； 反顶出行程富裕量，一般为3 - 6 m m ，以免顶出板直接顶到动模挚板， ( m m ) 。 2 6 2 推件板尺寸的计算 推件板的长度和宽度与模架动模板和静模板的长度和宽度相等。其材料 可以是经过调质处理的4 5 钢，对于要求较高的模具，也可采用t 8 或t 1 0 等 材料，并淬硬到5 3 5 5 h r c 。有时在推件板上镶淬火衬套可以延长使用时问。 推件板厚度的计算如下。 1 6 第2 苹注塑模脱模系统结构分析 ( 1 ) 筒形或圆形制品采用推件板脱模，推件板受力状态可简化为圆形 平板周界受集中载荷的力学模型，最大挠度产生在板的中心。 刚度计算 州孥) ( 2 _ 9 ) 、e 6 ，。 强度计算 ：( 塑) ( 2 1o ) 仃p 式中j l 推件板厚度( m m ) ； k 顶杆作用在推件板上的几何半径( m m ) ； c 2 _ r r 值变化的系数，由表2 2 选取： 恐r r 值变化的系数，由表2 2 选取； 口口推件板材料的许用应力( m p a ) ； 吒推件板中心允许变形量，通常取制品尺寸公差的1 1 0 ，( r a m ) 。 根据式( 2 - 9 ) 和式( 2 1o ) 计算出推荐板的厚度，取两计算结果中的大 者为设计依据【15 1 。 表2 2 圆环形推f ，f ：板的平板系数表 r r c 2k 2 r r c 2k 2 1 2 5o 0 5 lo 2 2 73 0 00 2 0 9 01 2 0 5 1 5 0o 0 2 4 90 4 2 84 0 0o 2 9 3 01 5l4 2 0 00 0 8 7 70 7 5 35 0 00 3 5 01 7 4 5 ( 2 ) 横截面为矩形环或异环形制品采用推件板脱模，推件板受力状态 可简化为中间受集中载荷的简支梁的力学模型，最大挠度产生在板的中心。 推件板厚度计算式为： 扣o 5 4 厶( 去) ( 2 11 ) 式中o 两顶杆作用在推件板长度方向的距离( m m ) ； b 推件板宽度( m m ) ； g 总脱模力( n ) 。 1 7 山东大学硕十学位论文 2 6 3 顶管尺寸的计算 顶管的内径应大于制品内径，顶管外径应小于制品外径。从项管的强度 和制造考虑，项管壁厚应大于1 5 m m 。根据经验顶管尺寸计算式如下f l6 】： d = d j + f i d = q t 2 式中扛顶管的内径( m m ) ； d i 制品的直径( m m ) ； 口一顶管的外径( m m ) ； d 广一制品的外径( m m ) ； t i 、f 2 经验系数( m m ) ，取值 见表2 3 。 ( 2 一l 2 ) ( 2 一l3 ) 表2 3 顶管尺寸计算经验系数表 壁厚 t lt 2 1 500 2o 10 1 2 50 20 2 3 0 3o 3 2 7 本章小结 本章主要介绍了注塑模脱模机构的基本知识，包括脱模机构的分类、设 计要点、脱模力的分析计算和顶出元件的确定和校核，这些知识大部分来自 教科书及设计手册，另外一部分来自对注塑模具设计有着深入研究的专家、 论文以及现场的操作人员，这些知识的汇总为后面进行模具自动设计进行了 必要的准备，是知识模型化的基础，最终会转化到数据库、知识库、推理机 或者程序中。 1 8 第3 章系统方案分析与确定 第3 章系统方案分析与确定 3 1 注塑模设计步骤 模具设计方案的确定过程，是建立在设计人员丰富的实践经验基础上面 的，设计者在长时间的工作中所积累的经验和知识对模具设计起着十分重要的 影响。这种知识的应用不仅是经验知识的再利用过程，更是在现有经验知识基 础上进一步积累创新的过程【17 1 。 注塑模c a d 系统注塑模的特点设计过程自动化、智能化，而在进行c a d 系统设计之前必须对注塑模的设计步骤有清晰而且全面的理解和掌握。注塑模 的设计步骤如下【1 8 】： 1 设计前的准备 ( 1 ) 设计任务书； ( 2 ) 熟悉塑件，包括塑件的几何形状、表面质量、使用要求以及塑件 使用的原料： ( 3 ) 检查塑件的成型工艺性； ( 4 ) 明确使用注塑机的型号和规格。 2 指定成型工艺卡 成型工艺卡包括以下内容： ( 1 ) 塑件概况如简图、质量、壁厚、投影面积、外形尺寸、有无侧 凹和嵌件等； ( 2 ) 塑件所用的塑料概况如品名、型号、生产厂家、颜色、干燥情 况等； ( 3 ) 所选的注塑机的主要技术参数如注塑机与安装模具间的相关尺 寸、螺杆类型、功率等； ( 4 ) 注塑机压力与行程； ( 5 ) 注塑成型条件如温度、压力、速度、锁模力等。 3 设计注塑模具结构的步骤： ( 1 ) 确定型腔的数目可根据以下条件确定型腔的数目：注塑机锁模 力的大小；注塑机的最大注塑量；制品的制造精度；经济性。 1 9 校核。包括最大注塑量、注射压力、锁模力、及模具安装部分的尺寸、开模 行程和顶出机构的校核。 ( 1 4 )绘制模具装配图装配图中应标注必要的外形尺