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基于 proe 塑料 分线盒 注塑 模具 设计 加工 仿真 抽芯 机械 毕业设计 论文 a3221

资源描述：

文档包括:

说明书一份，30页，14900字左右。

任务书一份。

开题报告一份。

外文翻译一份。

实习报告一份。

课题申报表一份。

数控仿真加工一份。

图纸共17张，如下所示

A0-总装图.dwg

A2-凸模.dwg

A2-凹模.dwg

A2-凹模.gif

A2-动模座板.dwg

A2-定模座板.dwg

A2-定模板.dwg

A2-支撑板.dwg

A3-垫块.dwg

A3-塑件.dwg

A3-推杆固定板.dwg

A3-推板.dwg

A3-滑块.dwg

A4-复位杆.dwg

A4-定位环.dwg

A4-拉料杆.dwg

A4-斜导柱.dwg

A4-浇口套.dwg

内容简介：

华 南 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )第 32 卷 第 5 期 32 52004 年 5 月 ( 2004文章编号 : 1000- 565X(2004) 05- 0005- 04塑料注塑模具三维设计系统的实现 3文劲松 1 崔树标 2 徐金榜 2 李德群 2(1. 华南理工大学 聚合物新型成型装备国家工程研究中心 , 广东 广州 510640 ;2. 华中科技大学 塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室 , 湖北 武汉 430074)摘要 : 在分析了国内注塑模具设计软件开发过程中存在缺陷的基础上 ,开展了面向装配的注塑模具设计方法的研究 ;采用基于广义环图树的装配模型 ,运用图形库与数据库相结合的方法 ,开发了标准模架库 ,并提供了建库工具 ;采用基于特征的设计方法 ,通过定义分型面 ,由塑料制品直接生成成型零件 ;通过分析模具开模、脱模和合模运动的特点 ,实现了模具运动模拟仿真 ,从而确保了模具结构设计的合理性 . 同时 ,在 型系统上实现了注塑模具 统的原型研究 ,并给出了设计实例 塑料注塑模具 ; 三维设计 ; 计算机辅助设计 ; 模具特征中图分类号 : 20. 5 ;91. 7 文献标识码 : 2003 - 07 - 153 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (59975032)作者简介 : 文劲松 (1968 - ) ,男 ,博士 ,主要从事高分子材料成型加工及 研究 . 注塑成型由于生产效率高、产品质量稳定及成本低的特点已成为塑料制品的主要成型手段 . 塑料注塑模具设计制造的特点是 : (1) 小批量、多品种 ; (2)设计具有关联性 ; (3) 标准化程度高 ; (4) 经验性强 1 ,2 . 这些特点使得计算机辅助设计 (、辅助工程 (辅助制造 (技术已成为模具制造与使用企业必不可少的工具 模具行业常用的三维 型软件如E ,都带有专门的注塑模具设计模块 ,这些软件由于价格昂贵 (每套软件商业价达到了几十万元人民币 ) ,仅仅大型的模具厂家才使用 ,而广大的中小型企业要么采用二维设计 ,要么使用盗版软件 . 随着中国加入 这两种作法都将使企业失去国际竞争能力 . 二维 件设计效率非常低 ,二维视图的设计方法与后续三维曲面数控加工方法格格不入 ,而且不能为 析提供初始数据 . 目前 ,国内注塑模具三维 研究主要集中在塑料制品造型、成型零件的自动生成等方面 3 8 ,真正基于商品化三维 件的系统还没有报道 . 本研究基于华中科技大学 心开发的商品化三维参数化特征造型软件 成了注塑模具三维设计软件的原型系统 . 开发底层是美国 司的 包括草图、特征造型、装配和二维工程图 4 个基本模块 ,能满足开发的基本要求 系统的整体结构系统的整体结构如图 1 所示 ,它包括模具数据管理、成型零件生成、模具装配及运动模拟 4 个模块 ,开发软件是 + 6. 0. 其中 ,制品的造型直接采用 维造型功能 ,析采用华中科技大学模具技术重点实验室开发的 装配模型采用基于广义环图树的结构 ,与零件特征造型系统有机地结合起来 ,采用实例化 ( 的思想 ,从而使一个零件可以在装配过程中多次被使用 装配功能 ,主要是典型结构的装配 . 典型结构是指虽然没有形成国家标准 ,但在实际生产中普遍采用的结构形式 ,它包括多个零件组成的子装配体和单个的零件 ,如拉料杆、主流道衬套及定位圈都可看作典型结构 . 除此之外 ,在注塑模具设计中常用的典型结构还有侧向分型与抽芯机 1994 ,用户只需从库中提取并参数化进行装配即可 系统整体结构1 of 模具数据管理在注塑模具的设计制造过程中 ,选用标准模架简化了模具的设计和制造 ,缩短了模具的生产周期 ,方便了维修 ,而且模架精度和动作可靠性容易得到保证 ,因而使模具的整体价格下降 . 目前标准模架已被模具行业普遍采用 , 1 90塑料注射模中小型模架规定 ,模架结构型式为品种型号 ,即基本型和派生型 . 其中基本型分为 个品种 . 派生型分为 个品种 . 还规定 ,以定模、动模座板有肩、无肩划分 ,又增加 13 个品种 ,共26 个模架品种 . 全部采用 1211 84塑料注射模零件组合而成 ,以模板的每一宽度尺寸为系列主参数 ,各配以一组尺寸要素 ,组成 62 个尺寸系列 ,按照同品种、同系列所选用的模板厚度和垫块高度划分为每一系列中的规格 ,供设计时任意组合使用 标准模架数据庞大 ,因而数据库的使用就应运而生了 1 标准模架库的建立要建立零件库 ,必须首先绘制零件的初始图形 还包含了尺寸变量的信息 . 这些尺寸变量是连接零件图形与数据库之间的桥梁 . 零件初始图形设计好后 ,系统自动提取零件图形中的所有尺寸变量 ,形成数据表 . 数据表分为主数据表和附加的多值参数表 ,主数据表描述了数据的系列编号和对应的尺寸变量 ,而附加的多值参数表是考虑到在注塑模具中板类零件或杆类零件的相似性 . 许多不同规格的板类零件 ,仅仅是板厚不同 ,其余的尺寸完全相同 . 使用多值参数表 ,就可以极大地减少数据的冗余度 . 因此 ,模架零件库包括图形库和数据库两部分 . 数据存放在数据库中 ,可由多个程序同时共享 . 如果数据库发生变化 ,则零件的最终图形也会发生变化 ,但零件的拓扑结构不变 . 如果零件初始图形的拓扑结构发生变化 ,则数据库的结构也会有相应的变化 . 同时每一个零件都对应着数据库中的一个或多个表 ,一旦对应关系建立后 ,只需简单地对数据库中的记录进行编辑(添加、删除或修改 )即可生成新的零件图形 逐一提取零件 ,并参数化 ,运用系统提供的装配功能组装成标准模架 . 在零件参数化的过程中 ,可以使用同一品种的任一系列的任一规格 ,但对同一模架的所有零件都应使用同一规格 . 用户模架与典型结构的建立同样如此 2 标准模架库的管理模架库中 ,不仅存储了标准模架 ,还要存储厂家的典型模架 ,所以必须建立一个有序的管理系统 ,以便将模架与零件图形库、零件数据库有机地结合起来 是图库管理系统界面 ,其中右边为零件的数据表 ,上面的表为主数据表 ,下面的表为多值参数表 模架数据管理系统界面2 of of 3 标准模架的调用需要使用标准模架时 ,只需打开相应的模架库选择基本型 ,然后选择系列 ,最后指定规格 ,系统自动查询零件数据库 ,对模架中的每个零件实现参数化 ,然后自动求解模架装配模型的几何约束 ,得到新的尺寸的模架三维装配体 ,实现模架的变量装配设计 . 在数据查询过程中 ,所有有多值参数的零件 ,既可以采用数据库的数值 ,也可以由用户重新定义 成型零件与浇注系统生成注塑模具的成型零件是指构成模腔的模具零件 ,其中型腔用以形成制品的外表面 ,型芯用以形成制品的内表面 ,成型杆用以形成制品的局部细节 . 浇注系统是指注塑模具中从主流道的始端到型腔之间6 华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 32 卷 1994 ,一般开设在型腔和型芯零件上 . 成型零件和浇注系统是注塑模具的最关键部分 . 笔者采用基于特征的设计方法开发了成型零件生成模块 ,成型零件通过交互定义分型面直接从制品生成 把浇注系统也作为设计特征 ,使浇注系统与成型零件同时生成 1 设计特征定义目前对于特征的概念还没有统一的定义 ,不同的应用环境特征的定义也不同 . 根据注塑模具设计的特点 ,把特征分为形状特征、分型面特征、辅助特征和浇注系统特征 . 形状特征用来构造塑件实体 ,在征造型系统中已定义了各种形状特征 ,如参考特征、凸起特征、切除特征、倒角特征和抽壳特征等 9 . 分型面特征是在生成成型零件的过程中需要用到的面特征 . 辅助特征用来定义注塑模具设计过程中用到的辅助实体 ,如虚拟模腔、型腔排列等 . 浇注系统特征用来定义浇注系统的形状 . 图 3 是系统定义的注塑模具设计特征 注塑模具设计特征3 of 2 特征数据结构在模具成型零件的生成过程中 ,必须采用实体与面混合表达的方式 ,系统定义了 可以从它派生出各种特定的特征类 . 在派生类中 ,上面各种特征的生成算法是通过重构)函数实现的 ,而 ) 函数在不同的特征中 ,可以是交、并、差布尔运算 ,还可能为空 . 通过这种方法 ,实现了实体与面的混合运用 . 下面是设计过程管理类 (特征类 (的主要数据与虚构函数 3 / / 标识符 3 / / 名称 3 / / 边界表达 3 / / 管理信息链3 / / 特征链 / / 从 / / 特征号码 32 ; / / 特征名称 3 / / 特征的边界表示 3 / / 特征的性质 3 / / 特征所属的管理类3 / / 下一个特征 &) ; / / 布尔运算函数) ; / / 构造特征的边界表达 4 运动模拟注塑模具结构复杂 ,零件多 ,如果设计不当 ,很容易造成干涉 . 进行运动模拟 ,可保证设计的可靠性 . 在模具的开、合模过程中 ,一部分零件固定不动 ,一部分零件移动的距离为模具的开模长度 ,剩下的零件移动的距离小于开模长度 ,而且所有零件的运动方向都相同 . 带有侧抽芯机构的模具开模过程 ,除了增加了斜滑块与开模方向成 角的运动外 ,其余的运动与不带侧抽芯机构的模具的开模过程相同 系统采用的运动模拟设计思想是 ,虽然模具零件的运动距离、方向不同 ,但是可分为几个运动组 ,在同一个运动组中的零件的运动距离和方向相同 . 运动组不同于子装配体 ,子装配体是按照零件的功能性或为了装配方便来划分的 ,而运动组是按照零件的运动行为来划分的 . 如侧抽芯机构可作为一个子装配体 ,但不能作为一个运动组 ,因为一般斜导柱是不动的 ,而斜滑块是运动的 . 因此 ,运动分组是手动完成的 . 对不同的运动组给予不同的运动距离和方向 . 对所有的运动组 ,其运动步距都是一样的 . 对于斜导柱侧抽芯机构中的斜滑块需要进行运动步距换算 . 同时 ,在模拟过程中实时地检查零件之间的干涉 ,以保证模具结构的合理性 设计实例有一制品如图 4(a)所示 ,采用系统的成型零件生7第 5 期 文劲松 等 : 塑料注塑模具三维设计系统的实现 1994 、型腔和侧抽芯杆设计 ,并从标准模架库中调用标准模架 . 使用 装配功能设计的模具如图 4(b) ,模拟模具的开模过程 (c) 是模拟运动中间图 (d)是推出制品后的状态 设计实例4 A 结束语笔者基于三维参数化特征造型软件 发了注塑模具三维设计的原型系统 建立了标准模架图库和数据库 ,并提供了建库工具 ,以支持模具设计过程的重复性 ;开发了基于特征的成型零件生成模块 ,可以完成分型面为平面和阶梯面的成型零件设计 ;开发了模具运动模拟模块 ,确保了模具设计的合理性 1 李 德群 . 塑料成型工艺及模具设计 M 机械工业出版社 . 1994.2 文 劲松 . 基于知识的注塑模具设计系统关键技术研究D华中科技大学材料学院 ,2001.3 文 劲松 ,李德群 . 注塑模三维成型零件的生成研究J 2001 ,15(5) :78 - 80.4 文 劲松 ,李德群 . 注塑模具浇注系统三维参数化设计研究 J 2002 ,16(4) :84 - 86.5 周 振勇 ,顾正朝 . 注塑模流道系统集成设计技术研究J 2000 ,12(1) :6 - 10.6 顾 正朝 ,周振勇 . 一种基于自动特征识别确定模具脱模方向的方法 J 2000 ,12 (5) :360 - 366.7 周 振勇 ,顾正朝 J 2000 ,12(7) :512 - 516.8 许 勇顺 ,黄瑞清 ,阮雪榆 . 我国注塑模具 J 1997 ,11(4) :8 - 16.9 尹 文生 . 支持自顶向下设计的装配建模研究 D 华中理工大学机械学院 ,1998.I me nt of t me e m f ol . ,10640 , 2. ,& ,30074 , on of of of on to a by By be of of a of AD by as 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 32 卷 1994 注 塑 成 形 模 拟 技 术 在 模 具 设 计 中 的 应 用孙 强 周 华 民 黄 志 高 李 德 群华 中 科 技 大 学 塑 性 成 形 模 拟 及 模 具 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ,武 汉 ,430074摘 要 :在 一 模 多 腔 的 注 塑 模 具 设 计 中 ,合 理 地 设 计 分 流 道 和 浇 口 的 尺 寸 ,保 证 塑 料 熔 体 以相 同 的 成 形 压 力 和 温 度 ,在 同 一 时 间 充 满 型 腔 一 直 是 设 计 的 重 点 和 难 点 。 以 非 自 然 平 衡 浇 注系 统 为 重 点 ,阐 述 了 浇 道 和 冷 却 系 统 的 优 化 算 法 以 及 如 何 利 用 华 塑 三 维 模 拟 成 形 分 析 软 件 进行 流 动 模 拟 和 工 艺 优 化 。关 键 词 :注 塑 成 形 ;流 动 模 拟 ;流 动 平 衡 ;冷 却 模 拟中 图 分 类 号 : 7 文 章 编 号 :1004 132X(2006) 0198 03 ab 430074 In of it is t he to t of to t he to he at An of to h in is p ut on t he 日 期 :2006 08 080 引 言在 注 射 模 设 计 中 ,采 用 一 模 多 腔 方 案 ,是 提 高生 产 率 的 有 效 手 段 。 多 型 腔 模 的 浇 注 系 统 有 自 然平 衡 和 非 自 然 平 衡 两 种 方 式 。 如 果 分 流 道 、 浇 口及 型 腔 的 尺 寸 和 冷 却 条 件 完 全 相 同 ,则 称 自 然 平衡 系 统 。 在 非 自 然 平 衡 的 浇 注 系 统 中 ,由 于 各 流道 到 各 型 腔 的 分 流 道 长 度 各 不 相 同 ,因 此 有 必 要调 整 分 流 道 的 尺 寸 ,使 塑 料 熔 体 能 以 相 同 的 成 形压 力 和 温 度 ,在 同 一 时 间 内 充 满 型 腔 1 。在 非 自 然 平 衡 浇 注 系 统 中 ,为 了 保 证 塑 料 熔体 能 同 时 充 满 各 个 型 腔 ,依 靠 传 统 的 设 计 方 法 已很 难 达 到 理 想 的 设 计 效 果 ,利 用 模 具 三 维 软 件 进 行 模 拟 分 析 、 计 算 ,对 分 流 道 截 面 、 长 度 及浇 口 尺 寸 模 拟 优 化 ,就 能 很 快 得 到 最 佳 设 计 方 案 。最 好 能 保 证 塑 料 熔 体 同 时 到 达 浇 口 。 为 了 最 终 达到 塑 料 熔 体 同 时 以 相 同 的 成 形 压 力 充 满 各 个 型腔 ,还 必 须 保 证 熔 体 流 出 浇 口 时 的 压 力 相 等 、 流 量相 等 。1 注 塑 成 形 模 拟 技 术 的 发 展 概 况注 塑 成 形 模 拟 技 术 是 技 术 在 注 塑 模 具开 发 和 塑 料 制 品 生 产 中 的 具 体 应 用 技 术 。 它 是 根据 塑 料 加 工 流 变 学 和 传 热 学 的 基 本 理 论 ,建 立 塑料 熔 体 在 模 具 型 腔 中 的 流 动 、 传 热 的 物 理 数 学 模型 ,利 用 数 值 计 算 理 论 构 造 其 求 解 方 法 ,利 用 计 算机 图 形 学 技 术 在 计 算 机 屏 幕 上 形 象 、 直 观 地 模 拟出 实 际 成 形 中 熔 体 的 动 态 充 填 、 冷 却 过 程 ,定 量 地给 出 成 形 过 程 的 状 态 参 数 (如 压 力 、 温 度 和 速 度等 ) 。 利 用 注 塑 模 拟 成 形 技 术 可 在 模 具 制 造 之 前 ,在 计 算 机 上 对 模 具 设 计 方 案 进 行 分 析 和 模 拟 来 代替 实 际 的 试 模 ,预 测 设 计 中 潜 在 的 缺 陷 ,突 破 了 传统 的 在 注 塑 机 上 反 复 试 模 、 修 模 的 束 缚 ,为 设 计 人员 修 改 设 计 提 供 了 科 学 的 依 据 ,它 在 产 品 开 发 、 生产 过 程 中 的 流 程 如 图 1 所 示 。 利 用 技 术 在产 品 开 发 的 任 何 一 个 阶 段 ,都 可 以 检 验 设 计 方 案的 可 行 性 ,防 患 于 未 然 。 由 于 计 算 机 能 在 较 短 时间 内 测 试 几 种 甚 至 几 十 种 设 计 方 案 ,较 之 传 统 的修 模 、 换 模 和 试 模 ,就 人 工 、 时 间 、 经 费 、 材 料 、 能 源和 场 地 而 言 ,都 具 有 明 显 的 优 势 2 。图 1 采 用 注 塑 成 形 模 拟 技 术 的 模 具 设 计 方 法注 塑 模 技 术 的 研 究 工 作 主 要 集 中 在 流动 模 拟 、 冷 却 模 拟 、 保 压 、 翘 曲 和 工 艺 参 数 的 优 化891中 国 机 械 工 程 第 17 卷 增 刊 2006 年 10 月等 方 面 。 按 照 技 术 的 发 展 历 程 ,注 塑 成 形 模 拟 技术 主 要 经 历 了 中 性 层 模 拟 、 三 维 真 实 感 模 拟 和 三维 实 体 流 模 拟 三 个 阶 段 ,各 个 阶 段 都 有 不 同 的 特点 。 本 文 将 就 应 用 最 新 的 三 维 实 体 流 分 析 技 术 进行 一 模 多 腔 模 具 的 设 计 进 行 讨 论 。2 一 模 多 腔 模 具 的 浇 道 优 化对 于 非 自 然 平 衡 的 一 模 多 腔 系 统 ,通 过 流 动 、保 压 数 值 模 拟 技 术 及 优 化 方 法 ,可 使 各 型 腔 均 匀充 填 ,即 每 个 时 间 步 各 型 腔 有 相 同 的 型 腔 压 力 ,从而 保 证 塑 件 的 质 量 、 密 度 均 匀 。 从 原 理 上 讲 ,可 以利 用 保 压 分 析 的 每 一 步 数 值 分 析 结 果 建 立 如 下 目标 函 数 : 1m 1 1| j - (1)式 中 , t 为 保 压 分 析 时 的 迭 代 次 数 ; m 为 时 间 步 数 ; n 为 型腔 数 目 。对 于 各 型 腔 形 状 相 似 的 情 况 , j 指 第 j 个 型腔 在 第 i 个 时 间 步 的 入 口 压 力 ;对 于 各 型 腔 形 状相 差 较 大 的 情 况 , j 指 第 j 个 型 腔 在 第 i 个 时 间步 的 流 动 路 径 末 端 的 压 力 , j 由 流 动 分 析 结 果获 得 。 第 i 个 时 间 步 的 型 腔 平 均 压 力 。通 过 迭 代 精 度 判 断 是 否 达 到 优 化 目 标 : (2)式 中 , 为 型 腔 优 化 的 目 标 值 ,其 取 值 由 迭 代 精 度 设 定 值决 定 。由 于 目 标 函 数 变 化 与 浇 道 尺 寸 的 变 化相 关 ,通 过 计 算 模 拟 ,可 完 成 浇 道 平 衡 布 置 与 尺 寸的 优 化 ,实 现 一 模 多 腔 的 充 填 平 衡 。 流 道 尺 寸 的 优化 , 通 过 流 动 、 保 压 数 值 分 析 完 成 。 在 华 塑 3 维 实 体 流 分 析 系 统 中 , 可 以 通过 系 统 的 一 模 多 腔 设 计 系 统 ,建 立 分 流 道 和 各 型腔 的 浇 注 系 统 ,通 过 选 定 材 料 和 注 射 工 艺 参 数 ,经过 分 析 获 得 多 种 可 行 的 方 案 3 。3 运 用 模 拟 系 统 进 行 模 具 的 冷 却 系 统设 计在 注 射 成 形 过 程 中 ,模 壁 温 度 的 高 低 及 均 匀性 直 接 影 响 到 塑 件 生 产 的 效 率 和 质 量 。 注 射 模 的温 度 状 态 受 多 种 因 素 的 影 响 ,但 其 控 制 和 调 节 由模 具 温 控 系 统 来 完 成 。 高 效 、 均 衡 的 冷 却 系 统 设 计可 以 缩 短 冷 却 时 间 ,提 高 成 形 效 率 ,并 减 小 塑 件 的残 余 应 力 ,保 证 塑 件 的 尺 寸 精 度 和 稳 定 性 ,提 高 塑件 质 量 。 模 具 加 热 系 统 控 制 较 简 单 , 此 处 不 作 论述 ,只 就 冷 却 系 统 的 数 学 模 型 和 实 现 过 程 进 行介 绍 。注 塑 模 冷 却 过 程 是 一 个 瞬 态 不 稳 定 的 导 热 过程 ,模 具 内 任 一 点 的 温 度 和 热 流 受 冷 却 系 统 中 各几 何 参 数 和 物 理 参 数 的 影 响 ,需 要 用 具 有 周 期 性边 界 条 件 的 三 维 热 扩 散 方 程 来 求 解 。 但 由 于 计 算起 来 太 复 杂 ,不 可 能 在 实 际 中 应 用 ,因 此 ,考 虑 到当 模 具 稳 定 运 转 后 ,一 个 周 期 内 模 具 内 任 一 点 的温 度 随 时 间 的 变 化 一 般 较 小 ,可 以 用 稳 态 冷 却 代替 瞬 态 过 程 。 模 具 的 三 维 温 度 场 计 算 最 终 归 结 为对 程 的 求 解 。 边 界 元 法 只 需 离 散 区 域边 界 ,适 用 于 模 具 温 度 场 分 析 。熔 体 三 维 稳 态 温 度 场 的 程 为K(52 T5 52 T5 52 = 0 (3)式 中 , 传 导 系 数 ; T 为 温 度 。三 维 瞬 态 温 度 场 为K(52 T5 52 T5 52 = 5t (4)式 中 , 为 密 度 ; 容 。初 始 温 度 及 对 流 边 界 条 件 为T = x , y , z) ( 0) 5)- K(5 = ( (6)式 中 , 初 始 温 度 ; 冷 却 时 间 ; 触 面 上 的 温度 ; 模 壁 温 度 ; 为 对 流 换 热 系 数 ; 冷 却 介 质温 度 。根 据 模 具 的 结 构 特 点 ,冷 却 模 拟 需 输 入 以 下数 据 :(1) 模 具 材 料 的 密 度 、 塑 料 材 料 的 密 度 和 冷却 液 的 密 度 、 热 容 、 热 传 导 率 及 冷 却 液 的 粘 度 等 材料 性 能 参 数 ;(2) 型 腔 的 形 状 、 尺 寸 及 冷 却 孔 的 位 置 、 尺 寸和 连 接 关 系 等 几 何 参 数 ;(3) 塑 料 熔 体 的 注 射 温 度 、 脱 模 温 度 、 冷 却 液的 流 量 及 温 度 等 成 形 工 艺 参 数 。通 过 冷 却 分 析 可 预 测 出 冷 却 介 质 的 流 动 状 态(冷 却 液 的 流 量 、 雷 诺 数 布 及 温 升 ) 、 模 壁 的温 度 和 热 流 分 布 及 冷 却 时 间 等 ,为 设 计 人 员 评 估设 计 方 案 、 优 化 模 具 设 计 提 供 了 先 进 实 用 的 工 具 。4 一 模 多 腔 模 具 分 析 应 用 实 例根 据 产 品 的 外 形 和 结 构 , 利 用 E、S 等 三 维 造 型 软 件 进 行 实 体 造 型 或反 求 技 术 提 取 点 云 ,并 调 入 三 维 软 件 进 行 后 处 理得 到 实 体 ,然 后 应 用 华 塑 3 维 流动 分 析 软 件 进 行 分 析 ,根 据 需 要 布 置 型 腔 和 设 计浇 道 、 浇 口 ,并 立 刻 进 行 流 动 、 保 压 和 冷 却 模 拟 分析 ,通 过 方 案 对 比 ,选 择 出 最 佳 的 设 计 方 案 4 ,5 。对 于 自 然 平 衡 的 浇 注 系 统 ,其 分 流 道 长 度 、 截991注 塑 成 形 模 拟 技 术 在 模 具 设 计 中 的 应 用 孙 强 周 华 民 黄 志 高 等面 及 浇 口 均 为 对 称 设 计 ,但 对 不 同 结 构 和 大 小 的零 件 ,利 用 华 塑 软 件 ,可 以 对 浇 注 系 统 (如流 道 长 度 、 截 面 大 小 及 浇 口 尺 寸 和 位 置 )进 行 有 效的 优 化 ,使 塑 料 熔 体 同 时 以 相 同 的 成 形 压 力 充 满各 个 型 腔 ,从 而 保 证 零 件 的 充 填 和 流 道 结 构 的 合理 性 。 自 然 平 衡 浇 注 系 统 的 分 析 结 果 如 图 2所 示 。图 2 一 模 四 腔 精 密 注 塑 制 品 自 然 平 衡 的 温 度 分 布对 非 自 然 平 衡 的 浇 注 系 统 ,设 计 人 员 需 根 据零 件 的 大 小 和 结 构 ,凭 借 以 往 的 设 计 经 验 ,首 先 对浇 口 的 位 置 进 行 设 置 ,并 对 流 道 和 浇 口 参 数 进 行初 次 设 定 ,然 后 进 行 流 动 模 拟 分 析 ,根 据 流 前 分 析结 果 ,对 浇 注 系 统 进 行 优 化 ,如 完 成 充 模 过 程 过 早的 零 件 ,应 适 当 增 长 分 流 道 的 长 度 、 减 小 截 面 面 积或 减 小 浇 口 尺 寸 ;对 于 压 差 存 在 的 问 题 ,应 对 浇 注系 统 各 参 数 和 注 塑 工 艺 进 行 适 当 调 节 ,直 到 得 出理 想 的 设 计 效 果 为 止 ,从 而 有 效 保 证 模 具 设 计 的一 次 成 功 率 。 非 自 然 平 衡 的 浇 注 系 统 流 动 前 沿 的分 析 结 果 如 图 3 所 示 。图 3 一 模 三 腔 注 塑 制 品 流 动 前 沿 的 时 间 分 析5 结 束 语通 过 模 拟 分 析 与 实 际 应 用 的 对 比 ,验 证 了 运用 注 塑 成 形 模 拟 技 术 在 一 模 多 腔 模 具 设 计 中 的 重要 作 用 ,可 以 使 模 具 的 生 产 周 期 缩 短 ,一 次 成 功 率明 显 提 高 ,使 新 技 术 的 应 用 在 模 具 设 计 中 得 到 了拓 展 。参 考 文 献 :1 张 宜 生 ,周 华 明 ,李 德 群 . 基 于 实 体 模 型 的 三 维 真 实感 流 动 保 压 模 拟 的 研 究 与 开 发 J 机 软 件 与 应用 ,2001 (4) :132 李 德 群 . 现 代 模 具 设 计 方 法 M . 北 京 :机 械 工 业出 版 社 ,2001.3 周 华 民 ,张 宜 生 ,李 德 群 . 基 于 三 维 表 面 模 型 的 注 射成 形 充 填 模 拟 J . 应 用 基 础 与 工 程 科 学 学 报 ,2001(1) :524 叶 显 高 ,李 德 群 ,陈 兴 . 一 模 八 腔 注 射 模 浇 注 系 统 设计 J 工 业 ,1994 (6) :155 W. M . 1983.(编 辑 何 成 根 )作 者 简 介 :孙 强 ,男 ,1970 年 生 。 华 中 科 技 大 学 塑 性 成 形 模 拟及 模 具 技 术 国 家 重 点 实 验 室 博 士 研 究 生 。 研 究 方 向 为 注 塑 模 和 新 型 汽 车 电 子 产 品 的 开 发 。 发 表 论 文 10 余 篇 。周 华 民 ,男 ,1974 年 生 。 华 中 科 技 大 学 塑 性 成 形 模 拟 及 模 具 技 术国 家 重 点 实 验 室 教 授 、 博 士 研 究 生 导 师 。 黄 志 高 ,男 ,1977 年 生 。华 中 科 技 大 学 塑 性 成 形 模 拟 及 模 具 技 术 国 家 重 点 实 验 室 博 士 研究 生 。 李 德 群 ,男 ,1945 年 生 。 华 中 科 技 大 学 塑 性 成 形 模 拟 及 模具 技 术 国 家 重 点 实 验 室 教 授 、 博 士 研 究 生 导 师 。 机 械 工 程 师 电 子 手 册 定 价 :98. 00 元 / 套 综 合 性 机 械 设 计 资 料 查 询 软 件 以 中 国 机 械 工 程 学 会 编 撰 的 中 国 机 械 设计 大 典 (第 1 卷 第 6 卷 )为 基 础 参 考 最 新 的 国 家 标 准 、 部 颁 标 准 及 行 业 标 准 丰 富 的 设 计 资 料 和 数 据 快 捷 的 数 据 搜 索 查 询 灵 活 的 数 据 查 看 和 使 用 动 态 的 数 据 升 级 和 软 件 服 务该 手 册 共 分 26 篇 ,内 容 包 括 :常 用 设 计 资 料 、通 用 基 础 标 准 、 机 械 工 程 材 料 、 机 械 零 部 件 结 构 设计 、 疲 劳 强 度 设 计 、 摩 擦 设 计 、 轴 及 轴 毂 连 接 、 连 接与 紧 固 、 弹 簧 、 滚 动 轴 承 、 滑 动 轴 承 、 密 封 、 管 路 附件 、 起 重 和 搬 运 零 件 、 操 作 件 、 标 牌 和 常 用 手 工 工具 、 箱 体 、 机 架 与 导 轨 、 液 压 传 动 与 控 制 、 气 压 传 动与 控 制 、 液 力 传 动 与 控 制 、 电 子 传 动 控 制 系 统 、 电动 机 、 联 轴 器 、 离 合 器 和 制 动 器 、 减 速 器 和 变 速 器 、齿 轮 传 动 及 其 装 置 、 带 传 动 和 链 传 动 、 动 轴 轮 系 齿轮 传 动 及 其 装 置 等 。本 图 书 由 化 学 工 业 出 版 社 装 备 与 信 息 出 版 中心 出 版 。 如 要 出 版 新 著 ,请 与 编 辑 联 系 。 如 要 本图 书 的 内 容 简 介 和 详 细 目 录 或 者 更 多 的 专 业 图 书信 息 ,请 登 录 址 :北 京 市 朝 阳 区 惠 新 里 3 号 (100029)邮 购 :010 - 64982530 ,64982511 (发 行 部 )编 辑 :010 - 64982557 ,64982532 (装 备 与 信 息出 版 中 心 )002中 国 机 械 工 程 第 17 卷 增 刊 2006 年 10 月注塑模具浇注系统三维参数化设计研究文劲松 1 , 朱红斌 2 , 李德群 2(1. 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心 ,广东 广州 510640 ; 湖北 武汉 430074)摘 要 : 注塑模的浇注系统包括主流道、分流道和浇口 ,运用基本特征的方法 ,把浇注系统作为设计特征 ,实现了浇注系统与成型零件的同时生成。关 键 词 : 注塑模 ; 浇注系统 ; 三维 ; 参数化中图分类号 : 5 + 2 文献标识码 : B 文章编号 :10012002) 04可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类 ,本文只讨论普通流道浇注系统。普通流道浇注系统分为主流道、分流道和浇口三部分 1 。在以前的研究中 2 5 ,存在以下值得改进的地方 :(1)多采用二维的设计方法 ,不仅视图表示困难 ,更重要的是对于具有复杂自由曲面的成型零件来说 ,不能提供数控加工所要求的信息。(2)浇注系统的详细形状、尺寸及位置的设计除了依赖于模具设计师的经验与运用各种经验公式外 ,主要应该是采用 件进行分析来优化确定 ,是提供一个方便的工具 ,使 析的结果实体化。本文采用三维参数化的设计方法 ,把浇注系统作为设计特征 ,实现浇注系统与成型零件的同时生成 ,即浇注系统的设计在分型面 (暂时只考虑平面与阶梯面 ,未考虑自由曲面分型面 ) 上进行 ,浇注系统的实体模型与虚拟模腔作布尔减运算 ,随后的分型将在型芯、型腔上自动产生出浇注系统 ,而浇注系统的形状、位置与尺寸由注塑模 件分析确定。虚拟模腔、分型面的定义以及型芯、型腔的生成可参阅文献 6 ,7 。1 主流道的设计主流道是指由注塑机喷嘴出口到分流道入口止的一段通道 ,主流道呈圆锥形 ,以便充模时熔体能顺利向前流动 ,开模取出制件时主流道凝料又能顺利地被拔出。一般来说 ,主流道位于模具中心线上 ,且垂直于模具 ,主流道一般到分型面止 ,并加上冷料井的长度 ,如收稿日期 :2001国家自然科学基金资助项目 (59975032)果作为直接浇口 ,则到制件的一个表面止。根据这个特点 ,主流道的设计算法为 :(1) 选择虚拟模腔上的一个表面 ,计算该表面的中心点 (2) 输入小端直径 D、拔模斜度 与冷料井长度 L(对于直接浇口来说为 0) ,并指定一个面 ;(3) 计算两个面 与 的距离 L 1 ,在 上以 圆心 ,作直径为 D 的圆 (4) 把圆弧 成面 F ,F 沿着 的法矢的反方向扫过 L 1 + L 的距离 ,即得到主流道。在生产实际中 ,主流道一般都是开设在浇口套中的 ,所以 ,主流道的设计也可以设计成浇口套的大小 ,即 D 为浇口套的外直径 , 和 L 为 0。图 1 分流道截面形状1 of 分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的整个通道 ,其功能是使熔体过渡和转向 ,一般分为一级分流道 (与主流道相接并呈垂直分布者 ) 和二级分流道 (与浇口相连并与主流道平行者 ) ,二级分流道一般用在采用点浇口的浇注系统中 1 。分流道的设计原则是压力损失少 ,热散失少 ,流道中塑料保持量小。常见的分流道截面如图 1 所示 1 。其中圆形流道的效率最高 ,一般当分型面为平面时 ,常采用圆形截面第 16 卷 第 4 期 中国塑料 16 ,42002 年 4 月 ,2002 1994 ,当分型面不为平面时 ,考虑到加工的困难 ,常采用梯形或半圆形截面的流道 1 。2. 1 一级分流道设计为了脱模方便 ,一级分流道中 ,圆形截面的中心线在分型面上 ,矩形、梯形和半圆形截面流道的下底面也开设在分型面上 ,所以 ,一级分流道应以分型面为基础设计 ,其算法为 :(1) 在分型面上以直线、圆弧、样条线等作出分流道的轮廓 ;(2) 为每段分流道选择截面形状 ,并输入相应参数 ;(3) 如果为圆形分流道 ,则以分流道轮廓线的一端点为圆心作给定半径的圆 ,并把圆弧封闭成面 ,分流道轮廓线垂直于该面 ,如果分流道轮廓线是圆弧 ,端点的切矢垂直该面 ;(4) 如果不为圆形分流道 ,则给定分流道所在分型面一侧的方向 (确定分流道在型芯还是在型腔上 ) ,该方向为分型面的法矢方向或法矢的反方