第五章注射模CAD.pdf

第五章 注射模CAD 第一节 注射模基础知识 一 注射模工作原理和结构组成 任何注射模都可以分为定模和动模两大部分 注射模可由八大部分功能结构组成 第一节 注射模基础知识 一 注射模工作原理和结构组成 任何注射模都可以分为定模和动模两大部分 注射模可由八大部分功能结构组成 1 成型零部件 这些零部件主要决定制品的几何形状和尺寸 成型零部件 这些零部件主要决定制品的几何形状和尺寸 2 合模导向机构 合模导向机构 3 浇注系统 浇注系统 4 顶出脱模机构 顶出脱模机构 5 侧向分型与侧向抽芯机构 侧向分型与侧向抽芯机构 6 排气结构 排气结构 7 温度调节系统 温度调节系统 8 支承零部件 支承零部件 1 设计前的准备设计前的准备 2 选择模具的结构类型选择模具的结构类型 3 分析研究注射机性能分析研究注射机性能 4 注射模设计审核注射模设计审核 二 注射模设计一般步骤 三 注射模零部件的标准化 注射模基本组装结构由定模座 定模板 导 柱导套 动模板 支承板 支承块 顶杆固 定板 顶杆 底板 动模座等组成 设计注 射模时 只要在其中增添或设计一些必要的 成型零部件 浇注系统 顶出脱模机构 侧 向分型或抽芯机构 排气结构和温度调节系 统等功能结构之后 便可以得到一副完整的 注射模 对模架进行标准化和专业化生产 可以大幅度节省模具设计时间和模具加工周 期 注射模基本组装结构由定模座 定模板 导 柱导套 动模板 支承板 支承块 顶杆固 定板 顶杆 底板 动模座等组成 设计注 射模时 只要在其中增添或设计一些必要的 成型零部件 浇注系统 顶出脱模机构 侧 向分型或抽芯机构 排气结构和温度调节系 统等功能结构之后 便可以得到一副完整的 注射模 对模架进行标准化和专业化生产 可以大幅度节省模具设计时间和模具加工周 期 四 注射模CAD简介 在注射模设计中 模具结构设计涉及的内容既深 又广 在传统设计中 模具设计人员首先根据产 品图 进行模腔尺寸换算得到模腔图形 然后 通过型腔布置 标准模架选择 流道设计 动模 和定模部装图设计 顶出机构设计 斜抽芯机构 设计 冷却系统设计 总装图设计等步骤 完成 注射模总装图 部装图 零件图等的绘制 由于 大多数注射零件形状复杂 传统的手工设计周期 长 模具图的绘制也非常繁杂 所以利用计算机 辅助手段 在注射模设计中 模具结构设计涉及的内容既深 又广 在传统设计中 模具设计人员首先根据产 品图 进行模腔尺寸换算得到模腔图形 然后 通过型腔布置 标准模架选择 流道设计 动模 和定模部装图设计 顶出机构设计 斜抽芯机构 设计 冷却系统设计 总装图设计等步骤 完成 注射模总装图 部装图 零件图等的绘制 由于 大多数注射零件形状复杂 传统的手工设计周期 长 模具图的绘制也非常繁杂 所以利用计算机 辅助手段 CAD 来进行注射模的结构设计就很有 必要 来进行注射模的结构设计就很有 必要 一 注射模CAD 系统的工作流程 建立几何模型 建立几何模型 工艺性考核 工艺性考核 确定浇口形式 确定浇口形式 模具型腔数目和模具尺寸设计 模具型腔数目和模具尺寸设计 标准模架选择 标准模架选择 将制品几何模型转换为型腔 型芯的几 何模型 将制品几何模型转换为型腔 型芯的几 何模型 浇注系统结构设计 浇注系统结构设计 冷却系统的设计 冷却系统的设计 加入模具零件 加入模具零件 装配图和零件图 装配图和零件图 1 建立几何模型 塑料注射模塑料注射模CAD工作的第一步是建立塑料 制品的几何模型 在传统的手工设计中 制 品的形状是用一系列二维视图来表征的 采 用 工作的第一步是建立塑料 制品的几何模型 在传统的手工设计中 制 品的形状是用一系列二维视图来表征的 采 用CAD系统可以在计算机中建立制品的三 维几何模型 这样 几何模型可以在显示屏 上旋转与放大 可以在任意部位剖切 还可 以采用逼真的彩色渲染图 在许多情况下可 以省去模型或样板的制作工序 系统可以在计算机中建立制品的三 维几何模型 这样 几何模型可以在显示屏 上旋转与放大 可以在任意部位剖切 还可 以采用逼真的彩色渲染图 在许多情况下可 以省去模型或样板的制作工序 2 工艺性考核 在计算机中建立起制品的三维几何模型后 可以采用工艺性分析软件对该模型进行注射 成型工艺性考核 例如检查制品的壁厚是否 在成型的允许范围内 制品的流动长度是否 超过了所使用塑料的极限值 制品的塑料注 射量是否超过了所用注射机的额定值 还可 以对该制品的制造费用进行估算 如果对制 品的某项成型工艺性不满意 便可对制品几 何模型进行反复修改 一直到满意为止 在计算机中建立起制品的三维几何模型后 可以采用工艺性分析软件对该模型进行注射 成型工艺性考核 例如检查制品的壁厚是否 在成型的允许范围内 制品的流动长度是否 超过了所使用塑料的极限值 制品的塑料注 射量是否超过了所用注射机的额定值 还可 以对该制品的制造费用进行估算 如果对制 品的某项成型工艺性不满意 便可对制品几 何模型进行反复修改 一直到满意为止 3 确定浇口形式 在手工设计中 这项工作只能凭借经验或者简单 公式进行粗略估算 设计师对浇口设计方案的正 确性并不能做到胸有成竹 稍有差错便会导致无 法挽回的错误 流动分析软件能够对设计师拟定 的浇口方案进行多方面的导向和考核 能帮助设 计师在确定浇口方案时得到理想的塑料熔体流动 型式 控制熔合纹的形成位置 减小制品某些敏 感区域的模塑应力 此外 流动分析软件还能用 来选择较好的注射成型参数 例如塑料熔体的熔 化温度和模具型腔温度等 在手工设计中 这项工作只能凭借经验或者简单 公式进行粗略估算 设计师对浇口设计方案的正 确性并不能做到胸有成竹 稍有差错便会导致无 法挽回的错误 流动分析软件能够对设计师拟定 的浇口方案进行多方面的导向和考核 能帮助设 计师在确定浇口方案时得到理想的塑料熔体流动 型式 控制熔合纹的形成位置 减小制品某些敏 感区域的模塑应力 此外 流动分析软件还能用 来选择较好的注射成型参数 例如塑料熔体的熔 化温度和模具型腔温度等 4 模具型腔数目和模具尺寸设计 制品的浇注系统方案大致决定后 注射机喷嘴与制 品之间的相互位置关系也就随之确定 模具结构的 制品的浇注系统方案大致决定后 注射机喷嘴与制 品之间的相互位置关系也就随之确定 模具结构的 CAD工作便可开始 模具尺寸首先取决于在一副模 具内安排多少型腔 型腔数目的选择与许多因素有 关 模具设计师可以借助于专用软件来选择合适的 型腔数目 例如华中科技大学开发的 工作便可开始 模具尺寸首先取决于在一副模 具内安排多少型腔 型腔数目的选择与许多因素有 关 模具设计师可以借助于专用软件来选择合适的 型腔数目 例如华中科技大学开发的H Mold2 0软 件可以从制品的精度及经济性要求 注射机最大额 定注射量 最小注射量 注射机装模空间 注射机 最大锁模力等六个方面对模具型腔数目进行分析 并能综合以上各个因素推荐最佳选择 软 件可以从制品的精度及经济性要求 注射机最大额 定注射量 最小注射量 注射机装模空间 注射机 最大锁模力等六个方面对模具型腔数目进行分析 并能综合以上各个因素推荐最佳选择 5 标准模架选择 基于型腔数目 排列方式和浇注系统布置 注射模 基于型腔数目 排列方式和浇注系统布置 注射模CAD软件能用来选择最合适的标准 模架 其判断准则为所选用的模架中的推出 板必须完全包容各个型腔 且又是所有可选 模架中尺寸最小者 当模架尺寸确定后 模 具设计师能方便地从标准模架库调出该模架 的所有零件以及它们的装配关系 软件能用来选择最合适的标准 模架 其判断准则为所选用的模架中的推出 板必须完全包容各个型腔 且又是所有可选 模架中尺寸最小者 当模架尺寸确定后 模 具设计师能方便地从标准模架库调出该模架 的所有零件以及它们的装配关系 6 型芯和型腔设计 制品与型腔 型芯形状之间的转换是借助于塑料材 料收缩率补偿计算完成的 如果所用塑料材料的收 缩变化范围小且收缩均匀性好 模具 制品与型腔 型芯形状之间的转换是借助于塑料材 料收缩率补偿计算完成的 如果所用塑料材料的收 缩变化范围小且收缩均匀性好 模具CAD系统只需 一个简单的变换比例的命令 就能完成制品的等距 放大 然后将经过变换得到的型腔和型芯形状数据 存储到数据库中 如果塑料材料在各个方向上的收 缩特性存在着较大差异 也有相应的方法来进行材 料收缩的补偿 例如 当塑料材料在熔体流动方向 与垂直流动方向上存在着较大差异时 可以在 系统只需 一个简单的变换比例的命令 就能完成制品的等距 放大 然后将经过变换得到的型腔和型芯形状数据 存储到数据库中 如果塑料材料在各个方向上的收 缩特性存在着较大差异 也有相应的方法来进行材 料收缩的补偿 例如 当塑料材料在熔体流动方向 与垂直流动方向上存在着较大差异时 可以在x y z三个方向上选用不同的放大系数来补偿塑料材料的 收缩 将型腔和型芯的几何形状并入到模架相对应 的模板中后 便可利用模具 三个方向上选用不同的放大系数来补偿塑料材料的 收缩 将型腔和型芯的几何形状并入到模架相对应 的模板中后 便可利用模具CAD系统提供的图形编 辑功能划分出型腔组合模块 又称定模部装 和型 芯组合模块 又称动模部装 当需要采用斜抽芯 机构时 还应划分出滑动模块 系统提供的图形编 辑功能划分出型腔组合模块 又称定模部装 和型 芯组合模块 又称动模部装 当需要采用斜抽芯 机构时 还应划分出滑动模块 7 浇注系统结构设计 可利用流动分析软件来平衡一 模多腔的浇注系统 或通过调 整各级分流道和浇口尺寸来优 化制品的成型压力 可利用流动分析软件来平衡一 模多腔的浇注系统 或通过调 整各级分流道和浇口尺寸来优 化制品的成型压力 8 冷却系统设计 在注射模设计中 冷却系统中管道布置常会 与推杆布置发生冲突 在冷却管道布置时 模具设计师可同时考虑推杆与冷却管道的布 置 当推杆与冷却管道发生冲突时 可以设 计几种折中方案 然后利用冷却软件对这几 种冷却回路进行分析 根据分析结果选择出 最佳冷却回路 并确定该冷却回路合适的水 流速度 水温 模具温度以及水泵压力等参 数 在注射模设计中 冷却系统中管道布置常会 与推杆布置发生冲突 在冷却管道布置时 模具设计师可同时考虑推杆与冷却管道的布 置 当推杆与冷却管道发生冲突时 可以设 计几种折中方案 然后利用冷却软件对这几 种冷却回路进行分析 根据分析结果选择出 最佳冷却回路 并确定该冷却回路合适的水 流速度 水温 模具温度以及水泵压力等参 数 9 加入模具零件 各个部装图与标准模架合并在一起 加入推杆等 模具零件 商品化的模具 各个部装图与标准模架合并在一起 加入推杆等 模具零件 商品化的模具CAD软件一般都有标准 模架系列 标准模具零件系列 模具典型结构以 及标准工艺规范 这些标准化的零件库和数据库 能显著地提高模具 软件一般都有标准 模架系列 标准模具零件系列 模具典型结构以 及标准工艺规范 这些标准化的零件库和数据库 能显著地提高模具CAD软件的设计效率 模具软件的设计效率 模具 CAD系统还提供了模拟模具开启和闭合的动画功 能 通过图形的旋转和平移 模具设计师可从不 同角度观察动模的运动情况 检查滑块 推杆等 运动零件是否按规定的次序和行程动作 若在模 具开合过程中运动零件与固定零件产生干涉 系 统将在屏幕上显示产生干涉的部位 系统还提供了模拟模具开启和闭合的动画功 能 通过图形的旋转和平移 模具设计师可从不 同角度观察动模的运动情况 检查滑块 推杆等 运动零件是否按规定的次序和行程动作 若在模 具开合过程中运动零件与固定零件产生干涉 系 统将在屏幕上显示产生干涉的部位 10 装配图和零件图 以上设计工作完成后 便可在绘图机上绘制 模具的装配图与零件图 以上设计工作完成后 便可在绘图机上绘制 模具的装配图与零件图 采用模具采用模具CAD技术以后 模具制造车间对 模具图样的依赖性大为减少 许多模具零件 采用无图数控加工 技术以后 模具制造车间对 模具图样的依赖性大为减少 许多模具零件 采用无图数控加工 从以上所述可知 模具从以上所述可知 模具CAD 的应用从根本上改变了传统的 模具生产方式 显著地缩短了 模具设计与制造时间 减少了 对模具工作者经验和技艺的依 赖 提高了模具和塑料制品的 质量 的应用从根本上改变了传统的 模具生产方式 显著地缩短了 模具设计与制造时间 减少了 对模具工作者经验和技艺的依 赖 提高了模具和塑料制品的 质量 二 注射模CAD的特点 1 注射模注射模CAD系统具备描述物体几何形 状的能力 系统具备描述物体几何形 状的能力 2 标准化是实现注射模标准化是实现注射模CAD系统的有效 手段 系统的有效 手段 3 设计数据的处理是注射模设计数据的处理是注射模CAD中的一 个重要问题 中的一 个重要问题 4 注射模注射模CAD系统具有广泛适应性 系统具有广泛适应性 三 三 SolidWorks在注射模在注射模CAD设计中的应 用 设计中的应 用 SolidWorks是一种功能强大 易学易用和 功能创新的三维 是一种功能强大 易学易用和 功能创新的三维CAD软件 具有三维参数 化设计功能 对注塑件进行三维实体造 型 并可用于注射模零件图 装配图的绘 制 利用其零件图形之间的相关性 修改 十分方便 其 软件 具有三维参数 化设计功能 对注塑件进行三维实体造 型 并可用于注射模零件图 装配图的绘 制 利用其零件图形之间的相关性 修改 十分方便 其Mold Base模块 可用于注 射模标准模架和一些标准零件的设计与选 用 模块 可用于注 射模标准模架和一些标准零件的设计与选 用 第二节 注塑件浇注系统CAD 一 浇注系统一 浇注系统CAD基础基础 1 浇注系统组成 浇注系统由主流道 分流道 浇口及冷料穴 组成 浇注系统组成 浇注系统由主流道 分流道 浇口及冷料穴 组成 2 浇注系统流道设计 分流道直径经验公式分流道直径经验公式 式中 式中 D 分流道直径 分流道直径 mm W 制品质量 制品质量 g L 流道长度 流道长度 mm 7 3 4 LW D 3 浇口的设计 浇口分为二大类 一类是非限制性浇口 另 一类是限制性浇口 浇口分为二大类 一类是非限制性浇口 另 一类是限制性浇口 非限制性浇口也称之为直接浇口或主流道浇 口 非限制性浇口也称之为直接浇口或主流道浇 口 常用的限制性浇口有如下几种 侧浇口 点 浇口 潜伏式浇口等 常用的限制性浇口有如下几种 侧浇口 点 浇口 潜伏式浇口等 4 分流道布置与浇注系统平衡 分流道布置有两种形式 分流道布置有两种形式 一是平衡式布置 平衡式布置要求从主流道 至各型腔的分流道长度及截面形状都相同 达到向各型腔平衡填充的目的 一是平衡式布置 平衡式布置要求从主流道 至各型腔的分流道长度及截面形状都相同 达到向各型腔平衡填充的目的 另一种是非平衡式布置 采用非平衡式布置 时 从主流道至各型腔的分流道长度不同 通过改变其截面面积及浇口截面面积 达到 向各型腔平衡填充的目的 另一种是非平衡式布置 采用非平衡式布置 时 从主流道至各型腔的分流道长度不同 通过改变其截面面积及浇口截面面积 达到 向各型腔平衡填充的目的 多相同型腔浇口平衡值BGV计算公式 式中 式中 SG 浇口的截面积 浇口的截面积 mm2 LG 浇口的长度 浇口的长度 mm LR 分流道的长度 分流道的长度 mm 浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截 面积之比 浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截 面积之比SG SL取取0 07 0 09 矩形浇口的宽度与 厚度之比取 矩形浇口的宽度与 厚度之比取3 1 GR G LL S BGV 多不同型腔模具单位浇口平衡计算公式 式中 式中 Wa Wb a b型腔所需的填充量 型腔所需的填充量 cm3 SGa SGb a b型腔的浇口截面积 型腔的浇口截面积 mm2 LRa LRb a b型腔的分流道长度 型腔的分流道长度 mm LGa LGb a b型腔的浇口长度 型腔的浇口长度 mm RaGaGb RbGbGa b a LLS LLS W W 二 注射模浇注系统 CAD 1 分流道设计 通常流道设计分二步 即初始流道设计和根 据流动模拟结果修正填充热效应 通常流道设计分二步 即初始流道设计和根 据流动模拟结果修正填充热效应 在初始流道尺寸设计时 不考虑熔体流动时 的粘性热效应 即不产生粘性发热 将熔体 设为非弹性 等温的幂律流体 在初始流道尺寸设计时 不考虑熔体流动时 的粘性热效应 即不产生粘性发热 将熔体 设为非弹性 等温的幂律流体 初始流道设计完成后 再通过注射流动模 拟 修正初始流道尺寸 初始流道设计完成后 再通过注射流动模 拟 修正初始流道尺寸 2 浇口设计 浇口的截面通常比分流道小 在注射成 型的填充阶段 它可以限制料流 在压 实阶段 可以传递注射压力 因此 设 计分流道时 调整浇口的大小可以改变 预先设定的浇口长度及规定某一浇口半 径 计算出各型腔同时充满时的浇口半 径理论值 浇口的截面通常比分流道小 在注射成 型的填充阶段 它可以限制料流 在压 实阶段 可以传递注射压力 因此 设 计分流道时 调整浇口的大小可以改变 预先设定的浇口长度及规定某一浇口半 径 计算出各型腔同时充满时的浇口半 径理论值 第三节 注射模镶块CAD 一 注射模镶块一 注射模镶块CAD基础基础 1 注射模镶块结构的特点和应用 注射模具的型腔 型芯采用镶拼结构的 注射模镶块结构的特点和应用 注射模具的型腔 型芯采用镶拼结构的3种目的 种目的 1 在制品有侧向成型部位 在制品有侧向成型部位 2 根据本单位的加工能力或为了便于加工而采用部 分镶拼结构 根据本单位的加工能力或为了便于加工而采用部 分镶拼结构 3 增加模具的强度及耐磨性 并提高制造精度而采 用镶拼结构 增加模具的强度及耐磨性 并提高制造精度而采 用镶拼结构 2 注射模镶块结构的设计要点 注射模镶块结构的设计要点 镶拼结构分割直接影响模具的质量与加工 的难易 镶拼结构分割直接影响模具的质量与加工 的难易 采用镶拼结构时的考虑因素 采用镶拼结构时的考虑因素 制品的形状 尺寸及功能 制品的形状 尺寸及功能 型腔 型芯的刚性 型腔 型芯的刚性 加工方法加工方法 装配措施装配措施 应在不影响制品外观之处分割镶拼部位 应在不影响制品外观之处分割镶拼部位 镶拼部位应避开对表面有特殊功能要求的 制品表面 镶拼部位应避开对表面有特殊功能要求的 制品表面 要尽可能设法分割成型状基本相同或相似 的零件 要尽可能设法分割成型状基本相同或相似 的零件 尽量使镶拼件的形状左右对称 尽量使镶拼件的形状左右对称 二 二 SolidWorks在注射模镶块在注射模镶块CAD中的应用中的应用 1 确定镶块的形状 确定镶块的形状 2 在型腔和型芯上的相应位置以及分型面上利 用 在型腔和型芯上的相应位置以及分型面上利 用SolidWorks绘制镶块并由此修改型腔和型 芯的形状 绘制镶块并由此修改型腔和型 芯的形状 应用应用SolidWorks进行注射模镶块进行注射模镶块CAD的应用 如图 的应用 如图5 5和和5 6所示 所示 图图5 5 镶拼件分解时的状态镶拼件分解时的状态 图图5 6 镶拼件组合时的状态 镶拼件组合时的状态 第四节 注射模模架选择 一 注射模标准模架 注射模标准模架的两个国家标准 一 注射模标准模架 注射模标准模架的两个国家标准 1 GB T12555 1 1990 大型模架 模板尺寸大型模架 模板尺寸B L为为630 630mm 1250 2000mm 2 GB T12556 1 1990 中小型模架 模板尺寸中小型模架 模板尺寸B L 560 900mm SolidWorks支持的模架标准 支持的模架标准 DME Superior PCS HASCO Progressive 在在SolidWorks中提供标准模架和模具零部件 操作者不仅可以通过它选取零部件 更重要的是 它包含模具零部件的装配关系 在使用中当一个 零部件被修改时 其他相关零件将会被自动修改 更新 例如 在模架中增加一个顶杆 它所经过 的所有模板都将自动增加必要的通孔并具有所需 要的间隙 中提供标准模架和模具零部件 操作者不仅可以通过它选取零部件 更重要的是 它包含模具零部件的装配关系 在使用中当一个 零部件被修改时 其他相关零件将会被自动修改 更新 例如 在模架中增加一个顶杆 它所经过 的所有模板都将自动增加必要的通孔并具有所需 要的间隙 MoldBase 选择标准模架 HASCO Type 1 moldbase HASCO Type 1 moldbase HASCO Type 2 moldbase HASCO Type 3 moldbase HASCO Type 3 moldbase HASCO Type 4 moldbase HASCO Type 5 moldbase HASCO Type 6 moldbase 第五节 型芯与型腔CAD 一 型芯与型腔一 型芯与型腔CAD流程图 型芯与型腔 流程图 型芯与型腔CAD流程图如图所 示 首先需要得到制品的实体形 状 在输入制品的实体形状后 应考虑塑料的收缩率 然后从输 入的图形中分解得到型芯与型腔 一些复杂的型芯与型腔常采用镶 块结构 即从型芯与型腔中取出 其中的一部分 形成镶块结构 镶块的形成和型芯与型腔的分解 类似 流程图如图所 示 首先需要得到制品的实体形 状 在输入制品的实体形状后 应考虑塑料的收缩率 然后从输 入的图形中分解得到型芯与型腔 一些复杂的型芯与型腔常采用镶 块结构 即从型芯与型腔中取出 其中的一部分 形成镶块结构 镶块的形成和型芯与型腔的分解 类似 二 型芯与型腔的二 型芯与型腔的CAD应用 型芯和型腔设计过程如下 应用 型芯和型腔设计过程如下 按比例放大制品尺寸 型芯和型腔将直接 从制品形状和尺寸创建 在制作型芯和型 腔之前 需要将制品按制品的收缩率稍微 放大 按比例放大制品尺寸 型芯和型腔将直接 从制品形状和尺寸创建 在制作型芯和型 腔之前 需要将制品按制品的收缩率稍微 放大 在制品的分型面上创建分