波輪注塑模具設(shè)計,注塑,模具設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文 · 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP(guān)聯(lián)冷卻水道設(shè)計工具 摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設(shè)計師壓縮他們的設(shè)計時間和能適應(yīng)更多的后期更改。本文介紹了一種嵌入在冷卻水道模塊內(nèi)的模具設(shè)計軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計方法。它對冷卻回路提供了一系列全面的對象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計。這里將對已開發(fā)出的CAD算法進行了簡要說明。有了這種新方法，模具設(shè)計人員可以輕松地在模具板或插件與冷卻系統(tǒng)兩者之間做出改變而無需進行繁瑣的重復(fù)性工作。因此，這種方法可以有效地減少設(shè)計時間和后期設(shè)計更改的影響。 關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計 CAD/CAE關(guān)聯(lián)設(shè)計 設(shè)計自動化 ·1．引言 目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無法完全和明確地捕捉設(shè)計意圖。豐富的設(shè)計信息不能完全由CAD模型來描述，并在產(chǎn)品開發(fā)周期的后期的設(shè)計更改將引起大量的重復(fù)勞動。眾所周知，CAD的交互操作性應(yīng)包括基于知識的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒有任何機械能使設(shè)計意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計人員面臨著越來越多的壓力來減少設(shè)計時間并且還要確保模具質(zhì)量。 自20世紀70年代初以來各種設(shè)計注塑模具的CAD已經(jīng)出現(xiàn)了，其中大部分集中在模流分析及優(yōu)化算法。近年來，模具子系統(tǒng)的設(shè)計一直是（研究）的焦點，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計王等﹝11﹞提出了一個三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計、三維設(shè)計冷卻效果分析設(shè)計。他們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來分析三維熱傳導(dǎo)。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設(shè)計信息的表達和重復(fù)利用不同程度地沒有提到。 面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應(yīng)用來滿足模具設(shè)計信息表示的差距。在復(fù)雜實體中對象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨立部件和特征。然而，維持幾何實體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個簡單的任務(wù)?？梢猿志脤崿F(xiàn)幾何實體之間關(guān)系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計方法。一種方法是在一個過程向?qū)е薪⒁粋€CAD系統(tǒng)的設(shè)計意圖和過程知識，它基本上是一個應(yīng)用程序的測試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來引導(dǎo)用戶完成特定的計算機系統(tǒng)的相互作用構(gòu)成。EDS公司的MouldWizard系統(tǒng)就是這樣一個基于流程的向?qū)?。本文介紹了應(yīng)用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了人類知識和計算機一貫表示的差距。 在一個模具中冷卻系統(tǒng)不僅影響成型零件的質(zhì)量而且還影響生產(chǎn)效率。在目前的實際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個A板和B板。王和Singh等認識到，在設(shè)計冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計變量，如位置、冷卻管道類型和三維回路布局，通常需要頻繁的修改來解決部分后期設(shè)計中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計。修改過程耗時且容易出錯，因為設(shè)計師需反復(fù)編輯和更新CAD模型。莫克等開發(fā)了可以自動檢索某些回路模式的冷卻系統(tǒng)，如直線型或U型冷卻回路，但對實體之間的幾何關(guān)系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個層次，布局設(shè)計、分析、評價和決策。一種決策模塊根據(jù)儲存在知識庫中的規(guī)則對冷卻水道的重新設(shè)計進行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的CAD系統(tǒng)。 總之，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設(shè)計工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達到令模具設(shè)計師從繁瑣的更新和保持設(shè)計模型一致中得到解放的預(yù)期，使模具設(shè)計周期的總時間縮短。本文介紹了提供冷卻和它們之間的散熱孔面回路所產(chǎn)生大量的相關(guān)鏈接的自動化的冷卻水道的設(shè)計工具。 1.1通用與把握設(shè)計意圖的相關(guān)問題 在工業(yè)生產(chǎn)中，通常冷卻水道是以冷卻回路的形式構(gòu)成的，但孔特征作為CAD工具的代表。另一方面，經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來代替冷卻水道。在后一種方法中當(dāng)設(shè)計完成時所有的管道都連接起來形成一個冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對冷卻效果進行評估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計工作完成的回路是為CAM工具路徑的產(chǎn)生做準備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個CAD系統(tǒng)可以顯示或繪制自視檢查的冷卻水道，而不顯示凸?；虬寄２寮湍＞甙宓募毠?jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實體需要更少的步驟。它能自動檢測冷卻水道和其它模塊之間的功能如型腔和銷孔碰撞。 然而，圓柱體冷卻水道的代表形式有幾個問題。首先，許多步驟仍需要一個簡單的通道，如創(chuàng)建一個圓柱體，在一個情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過一系列的對話方塊的位置和朝向運行。通常，冷卻回路有很多的管道，所以它們的創(chuàng)建需要很多的重復(fù)命令。當(dāng)需要修改時要再次對圓柱進行重復(fù)編輯。這種情況很容易出錯。其次，在冷卻水道中對自動傳熱分析或碰撞檢測是很重要的。第三，在用戶友好的操作方式中它們不能為插頭噴嘴或擋板插入冷卻水道提供方向信息。因此，模具設(shè)計師被繁瑣的步驟所困擾。 1.2冷卻系統(tǒng)中的語義定義 一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問題。它提供獨立的冷卻系統(tǒng)動態(tài)更新的定義，對冷卻系統(tǒng)的驗證是必不可少的一種對象類型或種類的集合。在圖1中，顯示了簡化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類型。每個組件類型被定義為一個對象類。 冷卻水道被定義為其中包含冷卻液（在大多數(shù)情況下是水）的連續(xù)直孔。它可以包含在一個單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個。本文中“孔”是用來描述在一個單一的模具組件的冷卻水道中的幾何形狀，但其表現(xiàn)與傳統(tǒng)的孔特征是不同的（見下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個例子。1-5孔是冷卻水道。一個冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個冷卻回路形成一個冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個冷卻回路。一個回路可有幾個不同方向的冷卻水道。這些管道由從不同模具板和插件面的鉆孔的冷卻孔組成。一個用于鉆孔的面稱為穿透面。當(dāng)然，冷卻孔有一個穿透面和鉆孔量總從滲透面指向另一端。通常情況下，冷卻孔垂直穿透面。然而，為了適應(yīng)某些特殊情況，這種限制是不影響本文目的的。 圖1冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖2 冷卻回路的例子 在實際中，如圖3中的一個例子冷卻水道跨越了多個塊。它由幾個連接的共線散熱孔（孔1，孔 2，孔3）。這樣的管道被專門命名為彩色線性冷卻水道。 在許多情況下，多印象設(shè)計用于模具布局。有兩種方法來建立冷卻回路即：平衡和不平衡。如果同樣的冷卻回路模式適用于每一個印象，則冷卻系統(tǒng)被稱為均衡。否則，冷卻系統(tǒng)是不平衡的。通常，如果模具是一個平衡的多模式設(shè)計的印象[14]，設(shè)計者希望有印象的每個部分是相同的冷卻回路，則平衡的方法被使用。在這種情況下，因為每個回路設(shè)計主要用來滿足一個印象，來滿足傳熱要求的冷卻效果會更好控制。這是為特別復(fù)雜的成型件推薦的可利用仿真優(yōu)化包的冷卻方法[11]。采用這種方法，CAD的功能可以普遍滿足模具設(shè)計師在冷卻回路格局上的個人的變化需求。 圖3典型的共線冷卻管道 另一方面，設(shè)計者可以把模具作為一個整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。 1.3詳細的陳述 在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個組成部分的詳細結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個任選的圓柱體代表一個洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導(dǎo)線。更確切地說，一個冷卻的引導(dǎo)線是從冷卻透孔中心點到末端孔中心點出發(fā)的直線。在圖2中，AB是孔1的冷卻引導(dǎo)線，而CD是孔2的引導(dǎo)線。引導(dǎo)線包括鉆孔載體。 如圖5所示在每個散熱孔的開始和結(jié)束點，孔兩端可以選擇以下類型：（1）末端為通孔型（2）末端為盲孔型（3）臺階型末端（4）交叉盲孔型。這些幾何特征信息表示為附加屬性指引。如果它基于儲存在每個引導(dǎo)線中的信息，就可以隨時生成圓柱形實體。 傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來表示一個冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實體中分離出來的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計思路之一是每一個引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點。因此，如果這些面的位置改變了，相應(yīng)的點將得到很大的更新和變化。換句話說，冷卻引導(dǎo)線總是與穿透和退出的面有關(guān)。 圖5冷卻管末端類型 在冷卻回路中所有的內(nèi)孔的冷卻引導(dǎo)線作為指導(dǎo)路徑進行分組。在圖 2中有五條引導(dǎo)線AB型CD型EF型GH型和IJ型，形成引導(dǎo)路徑。在本文中，如圖4所示，引導(dǎo)路徑完全代表一個冷卻回路冷卻時可以有一定的準則來描述冷卻孔類型直徑等的屬性。 事實上，冷卻圓柱體僅在需要時進行查看檢查不同功能/組件的物理碰撞或創(chuàng)建基于板或插件的功能時生成。這些冷卻固體可以去除來簡化，只要引導(dǎo)導(dǎo)路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認冷卻系統(tǒng)的設(shè)計中，CAM應(yīng)用程序或組件的結(jié)構(gòu)細節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過減去其相應(yīng)的冷卻板/插入機構(gòu)的固體來獲得。 一個引導(dǎo)路徑也用來維護其線路之間的連接。在指導(dǎo)路徑中定義了一種驗證和核實這一條件的一個“特殊”的方法。這個共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對象類型”。從圖4中可以看出，一個冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡單的管道。每個通道都可以由一組被叫做共線指引的引導(dǎo)線來表示。顯然，它的元素引導(dǎo)線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來。在圖3中，AB型，CD型及EF型形成路徑和代表共線的通孔1（臺階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯?，在一個冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因為它們是可以立即進行任何改變的。 如圖4所示，回路的內(nèi)容和對象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個回路可以作為一個相互關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)線或作為一個圓柱體集。一個冷卻回路能在豐富的屬性形式中自行確定幾何與非幾何的信息。 總之，在此對象的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動更新如果諸如穿透面或鉆孔元素的某些類型能在后面的設(shè)計階段進行修改。由于所有的冷卻水道用相關(guān)聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲。 2執(zhí)行方面 2.1嵌入鏈接和參數(shù) 在這個模塊冷卻設(shè)計集中，引導(dǎo)線最初是通過用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個智能點。一個智能點在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫面相關(guān)的點。它能與相應(yīng)面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個實體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實體的性質(zhì)。由于這些引導(dǎo)線是建立于智能終點上的那么連通引導(dǎo)線也稱為智能線。它們每個都是由一個（盲孔）或兩個（通孔）連接在一起的。 一個冷卻圓柱體可以沿著一個圓形掃描的智能方針自動生成，對于盲孔錐孔需增加。對于冷卻回路圓柱體作為固體的代表。這些幾何特征代表引導(dǎo)線的屬性。這些相關(guān)屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺階直徑部分。它們用于冷卻孔的編輯和冷卻孔的再生。 2.2功能和算法 已經(jīng)開發(fā)出的這個模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，在這里列出的要求： a． 增加形成引導(dǎo)路徑的智能引導(dǎo)線 b． 修改或重新定位引導(dǎo)線 c． 刪除引導(dǎo)路徑回路 d． 創(chuàng)建冷卻固體 e． 修改冷卻固體 f． 刪除冷卻固體 g． 建立平衡或不平衡的冷卻固體印象模具設(shè)計 2.3創(chuàng)建和編輯一個冷卻回路的智能引導(dǎo)路徑 要創(chuàng)建一個引導(dǎo)路徑的第一引導(dǎo)線，用戶需要在預(yù)期的固體上選擇一個面作為穿透面（平面）的回路入口（見圖2）。一個平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導(dǎo)路徑的啟動點把用戶的指示點為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個智能點。引導(dǎo)第一次降溫過程生成的默認方向的相反方向能在圖形窗口中顯示。用戶可以由圖6所示的界面活性變化的引導(dǎo)線的方向，交互地修改初始點的位置。 然后，用戶可以動態(tài)拖動冷卻線或輸入一個盲孔的引導(dǎo)線的長度值或選擇另一面說明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導(dǎo)線的終點另一個智能點會被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導(dǎo)線時，一個序號“1”會顯示在它附近。 為創(chuàng)建下一個引導(dǎo)線（見圖2），一個鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點的面，然后，下一個指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項工作的實施中向量的起點C的確定是參照前面的AB引導(dǎo)線和最近點到用戶的P點來表示的一個嵌入式規(guī)則。為了使向量定義的用戶友好，很多這樣的潛在 “規(guī)則”適用于協(xié)助指導(dǎo)創(chuàng)建。在這種情況下，當(dāng)定義CD引導(dǎo)線和以前的AB引導(dǎo)線時，它能自動延長到底部鉆孔的C點。智能點是建立在與引導(dǎo)線相關(guān)的面上的C點上。同樣，序列號“2”顯示在引導(dǎo)線的附近。用戶還可以通過選擇一個工作定義坐標方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－Z然后指示出引導(dǎo)線的下個起點。用類似的方法，一個完整的指引路徑可以被定義。當(dāng)確認所有的指引路徑的引導(dǎo)線時，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗證（見圖4）。該指引路徑被當(dāng)作一個單一的實體。正如預(yù)期的那樣，引導(dǎo)線可以創(chuàng)建或加入一個由CAD功能的引導(dǎo)路徑?，F(xiàn)有的引導(dǎo)線也很容易被刪除。 在互動的定義引導(dǎo)線之間，在相應(yīng)的分支機構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要創(chuàng)建一個簡單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個選項之一：（a）僅僅是一個滲透面（b）滲透面和現(xiàn)有的垂直于參考的散熱孔，以及（c ）僅僅是現(xiàn)有的共線冷卻孔。在每個選項下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調(diào)整能使引導(dǎo)線達到保持引導(dǎo)路徑連接的預(yù)期目的及友好的用戶界面設(shè)計。如圖6冷卻后的引導(dǎo)線，它的性質(zhì)包括它的長度都顯示在同一用戶界面上。這些是可以改變和更新的。事實上，當(dāng)引導(dǎo)線被選中，其指導(dǎo)路徑也就確定。這是因為在一個引導(dǎo)路徑中所有的引導(dǎo)路線是連續(xù)性的約束。如果引導(dǎo)路徑入口點的位置被移動，則整個路徑也相應(yīng)的變化。用戶可以通過有關(guān)項目從編輯界面中選擇安全刪除引導(dǎo)路徑。 2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體 在定義一個引導(dǎo)路徑時，則冷卻固體基于個體引導(dǎo)線的屬性生成。冷卻固體僅當(dāng)用戶需要它們時創(chuàng)建。如圖4所示冷卻水道可以有不同的孔類型。這些類型可以表示為首端和末端相關(guān)的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動類型、結(jié)束類型、孔直徑等參數(shù)用默認類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預(yù)設(shè)值。然后，他們以用戶的輸入為基礎(chǔ)更新。當(dāng)用戶重復(fù)操作時在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫在它“接受”的用戶界面對話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預(yù)設(shè)條件驗證領(lǐng)域的項目，例如，臺階孔的直徑必須大于孔徑。這是當(dāng)用戶調(diào)用點擊“確定”按鈕時，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗證”（見圖4），。如果輸入驗證不被接受，就會出現(xiàn)一些錯誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實通過點擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動生成冷卻固體的CAD的API功能。 冷卻固體可以在任何時候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導(dǎo)路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細節(jié)上，實體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡單盲孔、簡單通孔、臺階孔、臺階在通孔一端、臺階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過多個固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡單。 對于一個共線冷卻水道，有個別孔由共線連接獲得。圖3說明了它們是如何關(guān)聯(lián)的。假設(shè)孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過“選擇兩個平面創(chuàng)建臺階孔（兩端）”從A點開始“綁住”面1和結(jié)束點B“綁住”面2則面1和面2是固體1的一部分。這些面的任何修改都將會影響孔的深度如抵消它們。 創(chuàng)建孔2有更多的靈活性。用戶可以創(chuàng)建以下兩種方法。在第一種方法中面3和面4（屬于固體2）可作為參考選擇，因此啟動點C和結(jié)束點D分別是面3和面4上的點。因為這個孔應(yīng)是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對象的驗證方法。因此，第一個孔可以沿著面2滑動通過創(chuàng)建兩個對齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個孔是用來作為參考，那么起點C的結(jié)束是孔1的終點，由于B點的連接，則沿著面2滑動的第一個孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點移動則面3也將更新。這兩個孔之間的智能連接由嵌入式的多個共線冷卻水道固體建立。同樣，在圖3中第三盲孔由左到右建立，共線的冷卻水道由三個相關(guān)的冷卻孔獲得。 2.5處理平衡和非平衡冷卻回路 在本文中，模具元件由裝配樹結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)用戶初始化一個新的模具設(shè)計項目時它會自動創(chuàng)建。原來的塑料部分被分配到裝配上的一部分，被稱為產(chǎn)品的一部分（生產(chǎn)部分）（見圖8）。印象儲存在產(chǎn)品的一部分作為實例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個在裝配上專門用于冷卻固體自動創(chuàng)建的部分。它被稱為冷卻線（CL）部分。 為了解決平衡與非平衡冷卻回路的設(shè)計問題，突變實體的概念必須被先介紹。這項功能可為幾何實體例如：實體、面、線、點等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過復(fù)制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實體獲得的。這些復(fù)制的實體被稱為突變實體。當(dāng)一個源實體被修改，其相應(yīng)的突變實體也會自動更新。源實體被稱為原型實體。圖9中所示了一些在裝配中可能突變的面。假設(shè)原型面A是元件1的一部分，則它可以創(chuàng)建一個相應(yīng)的突變面A1，面A1對它的原型面（子對母），或A2面對面A1（子對子）。在一個裝配建模環(huán)境下，另外一個需要解釋的概念是工作的一部分，這將被看作是定義在創(chuàng)建新的實體的一部分。因此，用戶必需明確地選擇工作的一部分，以便在其中創(chuàng)建新的實體。 圖8在模具裝配樹中的冷卻線 圖9在裝配中兩種可能的突變面 在本文中建立平衡的冷卻回路，工作部分被設(shè)置在圖8的產(chǎn)品部分中。當(dāng)用戶在凸模/凹模插件中選擇一個面去創(chuàng)建一個冷卻引導(dǎo)線時，一個突變面（子部分對母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實體，包括智能點、引導(dǎo)路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導(dǎo)路徑和固體（子部分對子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實體，根據(jù)印象模式被復(fù)制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會自動平衡。在圖10中用了一個與均衡冷卻回路的四印象模式的實例來說明。 圖10平衡冷卻回路的例子 當(dāng)創(chuàng)建不平衡冷卻水道時，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見圖8）。當(dāng)用戶從插件部分選擇一個面，則在冷卻線的一部分（子部分對子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關(guān)的原型，如智能點、引導(dǎo)路徑和冷卻實體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實體的參考面在不同的插件上被改變則在冷卻線部分的冷卻實體可以自動更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹結(jié)構(gòu)使設(shè)計在很大程度上得到了減少。 3.未來整合專家系統(tǒng) 顯然，這個模塊的功能可以進一步擴展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，它極有可能將這項可以納入冷卻水道設(shè)計規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對其中的一些邏輯規(guī)則進行了討論【10,11,15】。作者認為，這應(yīng)該是今后的研究方向。 4.結(jié)論 本文提出了在冷卻水道設(shè)計工具中的一種相關(guān)的設(shè)計方法。重點被放在獨特的引導(dǎo)路徑和冷卻水道固體交涉上，并在冷卻水道和模具板或插件之間的幾何相關(guān)上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點是模具設(shè)計人員可以更容易的在整個設(shè)計生命周期中進行修改。豐富的信息包括冷卻回路成員之間的鉆孔方向、定位和連接被嵌入相關(guān)的CAD模塊中。這些資料可以支持在高水平知識規(guī)則下的相關(guān)冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動。這種方法能有效和高效的應(yīng)用在模具設(shè)計中。 ·致謝本文的目的僅是報道研究的方法。作者承認他們的研究工作正在進行，本文中主要由在新加坡制造技術(shù)研究所（SIMT）工作的主編完成。一個SIMT項目團隊實施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國Cypress，CA的EDS公司提供的密切技術(shù)支持。Unigraphics系統(tǒng)（UG）和模具導(dǎo)向在EDS公司注冊商標。 本文摘譯自： 中原工學(xué)院圖書館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。 11 　　 繼續(xù)教育 　 學(xué)院（系）　 數(shù)控技術(shù) 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 一、題目及專題： １、 題目　　 洗衣機波輪注射模 ２、專題　 總體及主要零、部件設(shè)計 二、課題來源及選題依據(jù) 20世紀五六十年代出現(xiàn)于日本的波輪洗衣機目前是我國人民最了解，市場占有率最高的洗衣機種類。??早期的波輪洗衣機一般采用偏置波輪，而不是目前常見的波輪位于內(nèi)桶中央，把波輪設(shè)計在內(nèi)桶邊上目的是為了提高洗衣機的洗凈力。這是在權(quán)衡各種因素后設(shè)計出來的產(chǎn)品，水流方式是利用波輪先正向旋轉(zhuǎn)30秒，然后停5秒，再反向旋轉(zhuǎn)30秒，再停5秒，周而復(fù)始的循環(huán)下去，這種方式維持了二、三十年之久，進入20世紀80年代后，出現(xiàn)了新型波輪和新型水流才取代了這種方式：波輪在桶的底部，還通過其它設(shè)計大大改變了水流。新型全自動洗衣機的水流方式一般為正向旋轉(zhuǎn)1-3秒，停0．5－l秒， 再反向應(yīng)轉(zhuǎn)l－3秒，再停0．5－l秒，這和舊式水流大不一樣，這種方式也是多年研究的成果，有利于各因素之間的平衡，兼顧了洗滌力、磨損率、纏繞狀況，洗滌均勻度等因素。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 1.對零件工藝性分析 2. 確定成形方案 以及相應(yīng)的計算 3. 技術(shù)圖樣折合A0不少于二張 。 4．設(shè)計說明書一份，字數(shù)不少于10000字。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 70201 班 　　姓名 席 偉 五、開始及完成日期： 自 2007 年 10 月 8日 至 2007 年 11 月 10日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名 簽名 教研室主任 　　　　　　　〔學(xué)科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　院長(系主任) 　　　　　　簽名 2006 年 11 月 10日 大專（脫產(chǎn)）畢業(yè)設(shè)計 開題報告書 題 目 波輪注射模設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 指導(dǎo)教師 職 稱 2007 年 11 月 課題來源 企業(yè)生產(chǎn)實際需求。 科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等） 20世紀五六十年代出現(xiàn)于日本的波輪洗衣機目前是我國人民最了解，市場占有率最高的洗衣機種類。??早期的波輪洗衣機一般采用偏置波輪，而不是目前常見的波輪位于內(nèi)桶中央，把波輪設(shè)計在內(nèi)桶邊上目的是為了提高洗衣機的洗凈力。這是在權(quán)衡各種因素后設(shè)計出來的產(chǎn)品，水流方式是利用波輪先正向旋轉(zhuǎn)30秒，然后停5秒，再反向旋轉(zhuǎn)30秒，再停5秒，周而復(fù)始的循環(huán)下去，這種方 式維持了二、三十年之久，進入20世紀80年代后，出現(xiàn)了新型波輪和新型水流才取代了這種方式：波輪在桶的底部，還通過其它設(shè)計大大改變了水流。新型全自動洗衣機的水流方式一般為正向旋轉(zhuǎn)1-3秒，停0．5－l秒， 再反向應(yīng)轉(zhuǎn)l－3秒，再停0．5－l秒，這和舊式水流大不一樣，這種方式也是多年研究的成果，有利于各因素之間的平衡，兼顧了洗滌力、磨損率、纏繞狀況，洗滌均勻度等因素。 研究內(nèi)容 1對塑件進行工藝分析 2選擇注射機確定型腔數(shù) 3確定成型方案 4繪制結(jié)構(gòu)方案草圖 5計算與說明 現(xiàn)基本以機械設(shè)計為主，其它為輔。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析 按照設(shè)計任務(wù)，根據(jù)調(diào)查研究所提供的權(quán)據(jù)和有關(guān)技術(shù)資料，進行以下工作：進行數(shù)據(jù)計算、繪制有關(guān)圖紙（零件圖、部件總圖、裝配圖等），編寫計算過程等。其基本內(nèi)容如下： 1）繪制被加工零件模具圖、零件圖、總裝圖。 2）波輪裝配圖設(shè)計。 3）按規(guī)定格式編制設(shè)計計算說明書。 研究計劃及預(yù)期成果 塑件尺寸較大，最大直徑為150mm，最大高度為50mm。外部結(jié)構(gòu)形狀雖然呈對稱分布，但是，波輪葉片形狀不規(guī)則，這給模具的制造帶來一定的難度。另外，波輪中間螺釘孔四周的壁厚比較厚，而且厚度不均勻，這個有可能會在注塑時產(chǎn)生氣泡。這些都是波輪零件限定的，無法糾正。不過，高度不大，相信產(chǎn)生氣泡的幾率不大，可以投入生產(chǎn)。 特色或創(chuàng)新之處 塑件上表面為洗衣工作面，要求光潔，不允許有較大的澆口痕跡。所以應(yīng)該采用點澆口澆注系統(tǒng)。澆口設(shè)置在上部30上表面。由于波輪塑件的外形尺寸比較大，所以應(yīng)該設(shè)計雙點澆口的澆注形式。這樣可以是熔融塑料在填充型腔時更快，更穩(wěn)，不容易產(chǎn)生渦。 已具備的條件和尚需解決的問題 已具備的條件：波輪洗衣機，能通過波輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正向向外的水流，松散洗滌衣物。、不斷地運動，產(chǎn)生各種水流，像無數(shù)只手一樣，達到洗凈衣物的功能。 尚需解決的問題：浮于水中，不與波輪接觸與摩擦”。波輪洗衣機被摩擦后出現(xiàn)磨損，最好是“搓揉”。衣物不與桶壁發(fā)生摩擦，使衣物懸浮于水的“中央”。 技術(shù)進步為先決條件，走得較穩(wěn)，保持了企業(yè)研發(fā)的后續(xù)力量。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 院系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 題目 波輪注塑模具設(shè)計 二級學(xué)院 直屬學(xué)部 無錫技師學(xué)院 專業(yè) 數(shù)控車 班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名 職稱 評閱教師姓名 職稱 2013 年 9 月 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 摘 要 本說明書為機械類塑料模注射模具設(shè)計說明書 是根據(jù)塑料模具設(shè)計手冊上的設(shè) 計過程及相關(guān)工藝編寫的 本說明書的內(nèi)容包括 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書 畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)設(shè)計體會 參考文獻等 編寫本說明書時 力求符合設(shè)計步驟 詳細說明了塑料注射模具設(shè)計方法 以及 各種參數(shù)的具體計算方法 如塑件的成型工藝 塑料脫模機構(gòu)的設(shè)計 本模具為波輪注射模 結(jié)構(gòu)形狀分布均勻 以整體式的零件進行澆注 葉片不規(guī) 則 表面為洗衣工作面 加工有一定困難 波輪精度較高 選用單腔 以推桿為主推 管為輔的聯(lián)合脫模方式 采用點澆口澆注系統(tǒng) 采用最簡單的外連接直通式冷卻水道 冷卻劑用水 進行脫模力計算以及成型零部件工作尺寸計算 關(guān)鍵詞 波輪 注射機 脫模力 推桿 波輪注塑模具設(shè)計 2 Abstract The specification for mechanical plastic mold injection mold design specification is written according to the design process of plastic mold design manual and related process The instructions include the design task book graduation design instruction graduation design specification graduation design experience reference etc The preparation of this specification and strive to meet the design steps detailed description of the plastic injection mold design method and the concrete calculation method of various parameter such as the forming process of plastic parts the design of plastic mold release mechanism The mould for the injection mold structure of impeller shape distribution pouring with integral parts irregular surface of blade for washing face processing is difficult the impeller precision is high the selection of a single cavity joint release to push rod push based pipe by using point gate Using the most simple connection through the cooling channel the coolant water Calculating and forming parts size ejection force Keywords putting the impeller injection machine mould release force 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 錄 3 緒 論 5 1 對零件工藝性分析 6 1 1 分析塑件使用材料的種類及其工藝性 6 1 2 分析塑件結(jié)構(gòu)工藝性 6 2 選擇注射機確定型腔數(shù) 7 2 1 根據(jù)塑件的形狀估算體積和重量 7 2 2 根據(jù)塑件的計算重量和體積選擇設(shè)備型號規(guī)格 確定型腔數(shù) 7 2 2 1 注射機額定注射量 G B 7 2 2 2 根據(jù)塑件精度確定型腔數(shù) 8 2 2 3 根據(jù)生產(chǎn)批量確定型腔數(shù) 8 3 確定成形方案 10 3 1 確定成型位置 10 3 2 確定分型面 10 3 3 脫模方式 10 3 4 澆注系統(tǒng)形式 10 3 5 冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)考慮 10 3 6 確定成形零部件的結(jié)構(gòu)形式 10 4 繪制結(jié)構(gòu)方案草圖 11 4 1 注射量的校核 11 4 2 鎖模力與型腔內(nèi)平均壓力 注射壓力的校核 11 4 3 模具厚度與注射機閉合高度校核 12 4 4 注射機開模行程 13 5 計算說明 14 5 1 脫模力計算 14 5 1 1 計算公式 14 5 2 成型零部件工作尺寸計算 14 5 2 1 定模 動模 型腔 型芯 選用材料 14 5 2 2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度確定 15 波輪注塑模具設(shè)計 4 5 2 3 型腔 型芯工作尺寸確定 16 5 3 推桿計算 21 5 3 1 推桿選用的材料 21 5 3 2 計算推桿長度 21 5 4 進行關(guān)鍵零件的強度和剛度校核 22 5 4 1 推桿的強度和剛度校核 22 5 4 2 型腔壁厚和底板厚度校核 24 總 結(jié) 26 致 謝 27 參考文獻 28 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 緒 論 塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一 自 1927 年聚氯乙烯塑料問世以來 隨著 高分子化學(xué)技術(shù)的發(fā)展 各種性能的塑料 特別是聚酰胺 聚甲醛 ABS 聚碳酸酯 聚砜 聚苯醚 氟塑料等工程塑料發(fā)展迅速 其速度超過了聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙 烯與聚苯乙烯等四種通用塑料 使塑件在工業(yè)產(chǎn)品與生活用品方面獲得廣泛的應(yīng)用 以塑料代替金屬的實例 比比皆是 塑料有著一系列金屬所不及的優(yōu)點 諸如 重量 輕 耐腐蝕 電氣絕緣性好 易于造型 生產(chǎn)效率高與成本低廉等 但也存在許多自 身的缺陷 諸如 抗老化性 耐熱性 抗靜電性 耐燃性及比機械強度低于金屬 但 隨著高分子合成技術(shù) 材料改性技術(shù)及成型工藝的進步 愈來愈多的具有優(yōu)異性能的 塑料高分子材料不斷涌現(xiàn) 從而促使塑料工業(yè)飛躍發(fā)展 塑料的塑料增多 新的工程塑料品種的增加 塑料成型設(shè)備 成型工藝技術(shù)和模 具技術(shù)水平的發(fā)展 為塑件的應(yīng)用開拓了廣闊的領(lǐng)域 目前 塑件已深入到國民經(jīng)濟 的各個部門中 特別是在辦公機器 照相機 汽車 儀器儀表 機械制造 航空 交 通 通信 輕工 建材業(yè)產(chǎn)品 日用品以及家用電器行業(yè)中的零件塑料化的趨勢不斷 加強 并且陸續(xù)出現(xiàn)全塑產(chǎn)品 據(jù)報道 美國塑料工業(yè)已變?yōu)槿赖谒膫€最大的工業(yè) 每年的塑料消耗量已經(jīng)超過鋼材 在全世界按照體積和重量計算塑件的消耗量也超過 了鋼材 我國的塑料工業(yè)發(fā)展也很快 特別是近 20 年 產(chǎn)量和品種都大大增加 許多 新穎的工程塑料也已投入批量生產(chǎn) 塑件 1990 年達到 536 8 萬噸 居世界第四位 如 今 我國塑料工業(yè)已形成了相當(dāng)規(guī)模的完整體系 它包括塑料的生產(chǎn) 成型加工 塑 料機械設(shè)備 模具加工以及科研 人才培養(yǎng)等 塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟的各個部門中發(fā) 揮了愈來愈大的作用 塑料模具設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展與塑料工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān) 由于塑件的制造是 一項綜合性技術(shù) 圍繞塑件成型生產(chǎn)將用到有關(guān)成型塑料 成型設(shè)備 成型工藝 成 型模具及模具制造等發(fā)面知識 所以這些知識便構(gòu)成了塑件成型生產(chǎn)的完整系統(tǒng) 它 大致可包括產(chǎn)品設(shè)計 塑料的選擇 塑件的成型 模具設(shè)計與制造四個主要環(huán)節(jié) 在 上述四個環(huán)節(jié)中 模具設(shè)計與制造是實現(xiàn)最終目標 塑件使用的重要手段之一 模具是塑件生產(chǎn)的重要工藝裝備之一 模具以其特定的形狀通過一定的方式使原 料成型 不同的塑料成型方法使用著不同的模塑工藝和原理及結(jié)構(gòu)特點個不相同的塑 料模具 塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低 模具因素占 80 一副質(zhì)量好的注射模 可以成型上百萬次 壓縮模大約可以生產(chǎn) 25 萬件 這些都同模具設(shè)計和制造有很大的 關(guān)系 在現(xiàn)代塑件生產(chǎn)中 合理的模塑工藝 高效的模塑設(shè)備 先進的塑料模具和制 造技術(shù)是必不可少的因素 尤其是塑料模具對實現(xiàn)塑料加工工藝要求 塑件的使用要 求和造型設(shè)計起著重要的作用 高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才 可能發(fā)揮其效能 產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的設(shè)計制造和更新為前提 隨著國民 經(jīng)濟領(lǐng)域的各個部門對塑件的品種和產(chǎn)量需求愈來愈大 產(chǎn)品更新?lián)Q代周期愈來愈短 用戶對塑件質(zhì)量的要求愈來愈高 因而對模具設(shè)計與制造的周期和質(zhì)量提出了更高的 要求 促使塑料模具設(shè)計和制造技術(shù)不斷向前發(fā)展 從而也推動了塑料工業(yè)生產(chǎn)高速 發(fā)展 可以說 模具設(shè)計與制造水平標志著一個國家工業(yè)化發(fā)展的程度 波輪注塑模具設(shè)計 6 1 對零件工藝性分析 1 1 分析塑件使用材料的種類及其工藝性 該塑件為 ABS 屬于通用性熱塑性塑料 其成型條件如下 2 注射成型機型 螺桿式 堆密度 1 03 1 07 g 3 計算收縮率 0 3 0 8 預(yù)熱溫度 80 85 預(yù)熱時間 2 3 h 料桶溫度 后段 150 170 s 中段 165 180 s 前段 180 200 s 噴嘴溫度 170 180 模具溫度 50 80 注射壓力 60 100 Mpa 成型時間 注射時間 20 90 s 高壓時間 0 50 s 冷卻時間 20 120 s 總周期 50 220 s 螺桿轉(zhuǎn)速 30 r min 1 彈性模量 E 1800 2900 Mpa 1 8 2 9 10 N 52 脫模斜度 型腔 40 1 20 型心 35 1 1 2 分析塑件結(jié)構(gòu)工藝性 塑件尺寸較大 最大直徑為 150mm 最大高度為 50mm 外部結(jié)構(gòu)形狀雖然呈對 稱分布 但是 波輪葉片形狀不規(guī)則 這給模具的制造帶來一定的難度 另外 波輪 中間螺釘孔四周的壁厚比較厚 而且厚度不均勻 這個有可能會在注塑時產(chǎn)生氣泡 這些都是波輪零件限定的 無法糾正 不過 高度不大 相信產(chǎn)生氣泡的幾率不大 可以投入生產(chǎn) 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 2 選擇注射機確定型腔數(shù) 2 1 根據(jù)塑件的形狀估算體積和重量 波輪的三維零件圖已經(jīng)在 CAD 中按比例 1 1 畫出 故此可以用 CAD 中的查詢功能 查出 波輪的體積為 315583 315 6 33 波輪的表面積為 S 190386 1903 9 22 塑件重量 V V 315 6 1 07g 337 69g 式中 為塑料容量 ABS 塑料的容量g 1 07g 3 2 2 根據(jù)塑件的計算重量和體積選擇設(shè)備型號規(guī)格 確定型腔數(shù) 設(shè)備未限 故需要考慮以下因素 2 2 2 1 注射機額定注射量 G B 注射機每次注射量不超過最大注射量的 80 即 1 n 2 1 SJBV 8 0 式中 n 型腔數(shù) V 澆注系統(tǒng)體積 J 3 V 塑件體積 S V 注射機額定注射量 B 估算澆注系統(tǒng)的體積 V 根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設(shè)計方案 圖 2 1 澆注系統(tǒng) J 進行估算 V 20 J2 設(shè) n 1 則得 V 419 5 B8 0JSn 8 06315 3 波輪注塑模具設(shè)計 8 圖 2 1 澆注系統(tǒng)圖 2 2 2 根據(jù)塑件精度確定型腔數(shù) 波輪塑件精度為高精度 故此選單腔 即 n 1 2 2 3 根據(jù)生產(chǎn)批量確定型腔數(shù) 這次為了畢業(yè)設(shè)計 可以算為試制或者小批量 故此選單腔 n 1 從綜合上面?zhèn)€因素 并根據(jù)塑料注射機技術(shù)規(guī)格 選取型號為 XS ZY 500 的注射機 注 經(jīng)過下面一系列驗算得出 如果選取型號為 XS ZY 500 的注射機 在模具 最大厚度方面不符合要求 設(shè)計模具厚度為 568mm 該注射機規(guī)定模具最大厚度為 450 mm 故此選取型號為 XS ZY 1000 的注射機 該型號的注射機能夠滿足要求 該注 射機規(guī)定模具最大厚度為 700mm 故此 綜合各方面因素 應(yīng)該選取型號為 XS ZY 1000 的注射機 關(guān)于該注射機的一些重要系數(shù) 2 額定注射量 1000 3 螺桿直徑 85 注射壓力 121Mpa 注射行程 260 注射時間 2 7s 螺桿轉(zhuǎn)速 21 27 35 40 45 50 65 83r min 注射方式 螺桿式 合模力 4500KN 最大成型面積 1800 2 最大開 合 模行程 700 模具最大厚度 700 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 模具最小厚度 300 動 定模固定板尺寸 900 1000 拉桿空間 650 550 合模方式 兩次動作液壓式 定位圈尺寸 150 噴嘴球頭半徑 SR18 頂出方式 兩側(cè)頂出 頂桿中心距 350 機器外形尺寸 7670 1740 2380 波輪注塑模具設(shè)計 10 3 確定成形方案 3 1 確定成型位置 由于波輪塑件上表面有葉片 下表面有筋板 中心孔還有金屬鑲件 考慮到使脫 模方便 鑲件容易定位 故塑件成形位置選擇如圖 3 1 示 3 2 確定分型面 考慮到波輪塑件的外觀質(zhì)量 同時為保證塑件在分模時能夠留在動模一側(cè) 便于 脫模 故此將分型面設(shè)在 I I 面上 見圖 3 1 3 3 脫模方式 從波輪塑件的結(jié)構(gòu)形狀分析 宜采用以推桿為主和推管為輔的聯(lián)合脫模方式 用 四根推桿均布在四條輪輻狀筋板上 推桿中心線的位置在 200 的圓周上 推管推在 波輪鑲件及其周邊塑料層上 主要為了不讓塑件在脫模時產(chǎn)生變形及順利推出如圖 3 1 示 3 4 澆注系統(tǒng)形式 塑件上表面為洗衣工作面 要求光潔 不允許有較大的澆口痕跡 所以應(yīng)該采用 點澆口澆注系統(tǒng) 澆口設(shè)置在上部 30 上表面 由于波輪塑件的外形尺寸比較大 所 以應(yīng)該設(shè)計雙點澆口的澆注形式 這樣可以是熔融塑料在填充型腔時更快 更穩(wěn) 不 容易產(chǎn)生渦流如圖 3 1 示 3 5 冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)考慮 由于 ABS 塑料成形時要求模溫在 40 60 所以模具之考慮冷卻系統(tǒng) 冷卻 系統(tǒng)采用最簡單的外連直通式冷卻水道 冷卻劑用水 3 6 確定成形零部件的結(jié)構(gòu)形式 整體式和鑲拼式 雖然塑件局部結(jié)構(gòu)比較特殊 但是對現(xiàn)有的加工環(huán)境來看 主要成形零件還是做 成整體式的 圖 3 1 波輪設(shè)計總裝圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 4 繪制結(jié)構(gòu)方案草圖 進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計并初步繪出模具完整的結(jié)構(gòu) 如圖 3 1 所示 校驗所需注射機 的能力 校核注射機有關(guān)工藝參數(shù) 4 1 注射量的校核 塑件 包括澆注系統(tǒng) 在成型時每次所需注射量 V 小于注射機的最大注射量 V 的 80 即 max n V V 0 8VSJ max 注 V 注射機最大注射量 ax 3 V 波輪塑件成型時每次所需注射總量 3 V 成型時澆注系統(tǒng)每次所需注射總量 J n 型腔數(shù) 由前面計算得知 波輪塑件體積為 315 6 澆注系統(tǒng)體積 20 3 3 則 每次注射所需塑料量為 按一模一腔 1 315 6 20 335 6 3 注射機的最大注射量 1000 0 8 800 335 6 33 能夠滿足要求 4 2 鎖模力與型腔內(nèi)平均壓力 注射壓力的校核 鎖模力是在成型時鎖模模具的最大力 成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲 力應(yīng)該小于鎖模力 該漲力與注射機額定鎖模力的關(guān)系如下示 1 K KN 4 2 10APC 式中 F 注射機的額定鎖模力 N A 塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 P 熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力 Mpa C K 安全系數(shù) 常取 K 1 1 1 2 從表 8 2 查得 ABS 熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力 P 為 1 C P 35 MpaC 總投影面積 A 為 A r 0 15 0 07069 22 即有 波輪注塑模具設(shè)計 12 2968KN10AKPC10769 352 型號為 XS ZY 1000 注射機的額定鎖模力 F 為 F 4500KN 2968KN 滿足要求 F 10AKPC 同時 XS ZY 1000 注射機的額定注射壓力為 121Mpa 滿足 ABS 塑料 成形需 要注射壓力 60 100Mpa 成形時注射壓力的要求 4 3 模具厚度與注射機閉合高度校核 選擇的模架為標準模架 B L 500 500 0 關(guān)于它的一些重要數(shù)據(jù)如下 B L 500 500 單位 0 表 4 1 模具明細表 寬度 630 定模 40座板 厚度 動模 40 寬帶 80墊塊 厚度 12 5 支撐板 63 推件板 40 推件固定板 25厚度 卸流道板 30 導(dǎo)柱 40 導(dǎo)套 50直徑 復(fù)位桿 25 內(nèi)六角 螺釘 12 M16 16 M12 b1 420 b 2 414 b 3 280 續(xù)表 4 1 模具明細表 b 4 312 l1 414 中心距 l 2 320 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 l 3 440 l 4 476 模具厚度 H 與注射機閉合高度按式 校核 1 H H Hmax min 式中 H 注射機允許最小模厚 300 i H 注射機允許最大模厚 700 a H 模具閉合高度 m 預(yù)選模架 B L 500 500 則有模具的閉合高度為 H 568 0 2 m 因為 700 568 300 所以 能夠滿足要求 4 4 注射機開模行程 注射機開模行程應(yīng)該大于模具開模時取出塑件 包括澆注系統(tǒng) 所需的開模距 即滿 足下式 1 L H H 5 10 a 2 式中 H 脫模距離 42 1 H 不包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的制品高度 50 2 L 注射機開模行程 700 a 定模板與型腔板的分離距離 119 則 模具的開模行程為 L 42 50 10 119 221 700 所以 注射機開模行程能夠滿足要求 波輪注塑模具設(shè)計 14 5 計算說明 5 1 脫模力計算 當(dāng)脫模開始時 阻力最大 推桿剛度和強度也按此時的受力計算 也就是無視脫模斜 度 0 對于波輪塑件來說 壁厚與凸模 最大 直徑之比為 0 01 小于 0 05 故此 脫模力 可以按照薄壁圓形件來計算 對波輪塑件來說 塑件從模具中脫出時的摩擦力為最主要 所以 它的脫模力主要計算塑件從模具中脫出時的摩擦力 5 1 1 計算公式 薄壁圓形件的脫模力計算公式如下 3 Q 5 1 1 2fmtESL 式中 Q 脫模力 N T 塑件平均壁厚 t 0 3 E 塑料彈性模量 N 常取 1 8 2 9 10 N 這里取 2 0 10 N 2 5252 S 塑料平均成形收縮率 常取 0 3 0 8 這里取 0 6 L 包容凸模的長度 f 塑料與鋼的摩擦系數(shù) 取 0 3 m 塑料的泊松比 取 0 3 r 圓柱形半徑 因為波輪三維零件圖已經(jīng)在 CAD 中畫出 所以 L 可以用實測的方法得到 則有 L 213 12mm 代入數(shù)據(jù)有 Q 1588 33N 1 2fmtESL 3 01 0 2623 5 根據(jù)計算結(jié)果 取 Q 2000N 則 脫模力為 2000N 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 5 2 成型零部件工作尺寸計算 5 2 1 定模 動模 型腔 型芯 選用材料 表 5 1 材料及性能 材 料 力 學(xué) 性 能 主要用途 抗拉強 度 Mpa b 屈服強度 Mpa s供應(yīng)狀態(tài)硬度 HBS Mpa 許用應(yīng)力 Mpa 15C rM n 785 590 179 295 用 作齒輪 渦輪 塑料模 具 氣 輪機密 封軸套 等 5 2 2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度確定 型腔結(jié)構(gòu)形式 整體式 型腔 圓形 壁厚的強度和剛度計算 按強度計算 2 型腔側(cè)壁厚度計算公式 t r 5 2 c12 p 型腔底板厚度計算公式 t 5 3 d 43 2 pr 式中 材料許用應(yīng)力 Mpa P 熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力 Mpa ABS 塑料的 P 值取 35Mpa r 型腔內(nèi)最大半徑 mm 由波輪三維零件圖知 r 150mm 代入數(shù)據(jù)有 型腔側(cè)壁厚度 t r 150 75 6 c12 p 13529 型腔底板厚度 t 28 7 d 43r50 2 波輪注塑模具設(shè)計 16 按剛度計算 2 型腔側(cè)壁厚度計算公式 t 5 4 c1 rpE 型腔底板厚度計算公式 t 5 5 d3 4175 0 Er 式中 E 彈性模量 Mpa 取 E 206 10 Mpa 3 泊松比 常取 0 25 0 30 故取 0 28 成型零件的許用變型量 取 0 05 代入數(shù)據(jù) 型腔側(cè)壁厚度 t 2 78 c 1 28 0 35126 3 型腔底板厚度 t 9 1 d33 45 7 0 綜合剛度和強度的計算結(jié)果取以下值 型腔側(cè)壁厚度 t 75 6 取 t 80 cc 型腔底板厚度 t 28 7 取 t 30 dd 5 2 3 型腔 型芯工作尺寸確定 塑件成型收縮率 S S 為塑件在收縮范圍內(nèi)的平均值 其計算公式如下 cp 2 S 5 6 cp2minax S 塑件最大收縮率 max 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 S 塑件最小收縮率 min 查表 得塑件 ABS 的收縮率為 2 S 0 8 S 0 3 max min 則 塑料 ABS 的平均收縮率為 S 0 55 cp2minax 3 08 查得 ABS 塑件精度取 4 級精度 按該精度等級可以從 塑件公差數(shù)值表 中查到 尺寸公差值 2 表 5 2 塑件公差數(shù)值表 基本尺寸 L mm 公差數(shù)值 基本尺寸 mm 公差數(shù)值 6 10 0 10 80 100 0 44 10 14 0 12 100 120 0 50 14 18 0 12 120 140 0 56 18 24 0 14 140 160 0 62 24 30 0 24 160 180 0 68 30 40 0 26 180 200 0 74 40 50 0 28 200 225 0 82 50 65 0 32 225 280 1 00 65 80 0 38 280 315 1 20 型腔與型芯工作尺寸計算公式 2 型腔工作尺寸計算公式 徑向工作尺寸 L L L S x 5 7 msCP Z 0 軸向工作尺寸 H H H S x 5 sZ 8 b 型腔工作尺寸計算公式 徑向工作尺寸 l l l S x 5 9 msCP 0Z 軸向工作尺寸 h h h S x 5 10 s Z 式中 波輪注塑模具設(shè)計 18 S 塑料平均收縮率 塑件 ABS 的 S 0 55 CP CP 塑件公差 見表 5 2 成型零件制造公差 Z Z31 X 修正系數(shù) 一般為 取 X 2142 X 修正系數(shù) 一般為 取 X L 型腔徑向尺寸 mm m H 型腔軸向尺寸 mm L 塑件徑向基本尺寸 mm s H 塑件向軸基本尺寸 mm l 塑件內(nèi)形基本尺寸 mm s h 塑件孔深基本尺寸 mm l 型芯徑向尺寸 mm m h 型腔軸向尺寸 mm 型腔工作尺寸計算 圖 5 1 波輪 型腔徑向工作尺寸計算 如圖 5 1 塑件徑向基本尺寸 L 300 1s L 40 2s 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 查表 5 2 得 a 當(dāng) L 300 時 塑件公差 1 20 1s 1 b 當(dāng) L 40 時 塑件公差 0 28 2s 2 則有成型零件制造公差 1 20 0 4 1Z 3 0 28 0 09 2Z 31 代入已知數(shù)據(jù)得 L L L S x 300 300 0 55 1 2 301 05 1msCPZ 0 214 0 4 0 L L L S x 40 40 0 55 0 28 40 08 2s Z 0 0 則 型腔徑向工作尺寸為 L 301 05 1m4 0 L 40 08 2 0 型腔軸向工作尺寸計算 如圖 5 1 塑件最大軸向基本尺寸 H 50 s 查表 5 2 得 塑件公差 0 32mm 則有成型零件制造公差 0 32 0 11 Z 31 代入已知數(shù)據(jù)得 H H H S x 50 50 0 55 0 32 50 12 msCP Z 0211 01 0 則 型腔軸向最大工作尺寸為 H 50 115 m 0 型芯工作尺寸計算 型芯徑向工作尺寸計算 波輪注塑模具設(shè)計 20 圖 5 2 波輪 如圖 5 2 示 波輪塑件內(nèi)形向基本尺寸 l 294 1s l 24 2s l 16 3s 查表 5 2 得 當(dāng) l 294 時 塑件公差 1 20 1s 1 當(dāng) l 24 時 塑件公差 0 24 2s 2 當(dāng) l 16 時 塑件公差 0 12 3s 3 則有成型零件制造公差 1 20 0 4 1Z 0 24 0 08 2Z31 0 12 0 04 代入已知數(shù)據(jù)得 l l l S x 294 294 0 55 1 20 296 22 1ms1CP 10Z 2104 04 l l l S x 24 24 0 55 0 24 24 25 2s22 08 08 l l l S x 12 120 55 0 12 12 13 3ms3CP30Z 6 6 則 型芯徑向工作尺寸為 l 296 22 1m04 l 24 25 2m08 l 12 13 306 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 b 型芯軸向工作尺寸計算 如圖 5 2 示 波輪塑件孔深基本尺寸 h 32 1s h 40 2s 查表 5 2 得 a 當(dāng) h 32 時 塑件公差 0 26 1s 1 b 當(dāng) h 40 時 塑件公差 0 28 2s 2 則有成型零件制造公差 0 26 0 09 1Z 3 0 28 0 09 2Z 31 代入已知數(shù)據(jù)得 h h h S x 32 32 0 55 0 26 32 31 1ms1CP10Z 2109 09 h h h S x 40 40 0 55 0 28 40 36 2ss2 2Z 0 0 則 型腔軸向最大工作尺寸為 h 32 31 1m09 h 40 36 2m09 5 3 推桿計算 由于波輪塑件形狀特殊 所以采用矩形推桿 而且推桿在塑件脫模的時候起到主 要作用 所以在計算的時候 把初始脫模力作為在 推桿在工作時承受的最大負荷 四筋板總共有四條輪輻狀筋板上 推桿中心線的位置在 200 的圓周上 由于筋板的 厚度為 2 故可以設(shè)計推桿截面形狀如圖 5 3 筋板 示 5 3 1 推桿選用的材料 推桿選用的材料為 45 鋼 圖 5 3 波輪注塑模具設(shè)計 22 5 3 2 計算推桿長度 根據(jù) 塑料模設(shè)計手冊 公式 5 97 得到 3 推桿長度計算公式 l 5 11 qnEBH24 3 式中 l 推桿長度 n 推桿數(shù)量 n 4 E 推桿材料的彈性模量 N 45 鋼的 E 2 1 10 N 2 72 q 推桿承受的最大負荷 N 在這里最大負荷等于塑件最大脫模力 即 q Q 2000N B 推桿截面長度 B 1 2 H 推桿截面寬度 H 1 2 代入數(shù)據(jù)得 l 12 88 qnEB24 3 20441 173 取 l 12 則 每根矩形推桿長度 L 10 根據(jù)模具的實際情況 推桿需要做成階梯狀 上部為矩形推桿 長度為 L 89 矩 下部為實心圓柱狀 20 推桿長度為 L 340 如圖 5 4 推桿 示 全 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 23 5 4 進行關(guān)鍵零件的強度和剛度校核 5 4 1 推桿的強度和剛度校核 截面為矩形部分推桿校核 矩形部分推桿尺寸如下 B 1 2 H 0 2 L 8 9 a 最大負荷校核 根據(jù)根據(jù) 塑料模設(shè)計手冊 公式 5 97 得到 矩形截面推桿所能承受的最大負 3 荷計算公式為 3 q 5 12 124lEBH 式中 l 推桿長度 l 8 9 E 推桿材料的彈性模量 N 45 鋼的 E 2 1 10 N 2 72 q 每條推桿承受的最大負荷 N 1 B 推桿截面長度 B 1 2 H 推桿截面寬度 H 1 2 代入數(shù)據(jù)可得到每根矩形的推桿能夠承受最大負荷為 q 1046 7N12 34lEB 2739 8410 01 則 四條矩形推桿所能夠承受最大負荷為 q 4q 4 1046 7 4187N1總 q 4187N q 2000N總 所以 截面為矩形的推桿能夠承受脫模力帶來的負荷 b 應(yīng)力校核 截面為矩形的推桿主要受壓應(yīng)力 參考 材料力學(xué) 得到推桿的應(yīng)力校核公式如 下 6 5 13 1 nBHqS 式中 q 推桿承受的最大負荷 N 在這里最大負荷等于塑件最大脫模力 波輪注塑模具設(shè)計 24 即 q Q 2000N 矩形推桿應(yīng)力 N 1 2 推桿鋼材的屈服極限強度 N 45 鋼 32000 N s 2 s2 n 推桿數(shù)量 n 4 代入數(shù)據(jù) 2083 5 N 1 BHq2 014 2 所以 2083 5 N 32000 N 1 2S 2 綜合計算結(jié)果 截面為矩形的推桿滿足要求 截面為圓形部分推桿校核 圓形部分推桿尺寸如下 l 8 9 r 1 1 a 最大負荷校核 根據(jù) 塑料模設(shè)計手冊 公式 5 93 得到 圓形截面推桿所能承受的最大負荷計算 公式為 q 5 14 322 346lEd 式中 l 推桿長度 l 25 1 q 每條推桿承受的最大負荷 N 2 d 推桿截面直徑 d 2 0 推桿長度系數(shù) 0 7 代入數(shù)據(jù)可得到每根圓形推桿所能承受的最大負荷為 q 263654 6N22 7341 5 06 則 四條圓形推桿所能承受的最大負荷為 q 4q 4 263654 6 105469N2總 q 105469N q 2000N總 所以 截面為圓形的推桿能夠承受脫模力帶來的負荷 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 25 b 應(yīng)力校核 參考 塑料模設(shè)計手冊 可以得到截面為圓形的推桿的應(yīng)力校核公式如下 3 5 15 2 4dnq s 式中 q 推桿承受的最大負荷 N 在這里最大負荷等于塑件最大脫模力 即 q Q 2000N n 推桿數(shù)量 n 4 推桿鋼材的屈服極限強度 N 45 鋼 32000 N s 2s 2 代入數(shù)據(jù) 159 N 24dnq 20 2 所以 159 N 32000 N s 2 綜合計算結(jié)果 截面為圓形的推桿滿足要求 故此 推桿滿足要求 5 4 2 型腔壁厚和底板厚度校核 型腔壁厚校核 由于所選模架為 B L 500 500 根據(jù)型腔計算結(jié)果知 型腔最大徑向工作尺0 寸為 L 301 05 根據(jù)型腔側(cè)壁厚度計算結(jié)果知 t 80 1m4 c 故此 t 99 5 t 80 c2315 c 故此 型腔壁厚滿足要求 型腔底板厚度校核 由于所選模架為 B L 500 500 根據(jù)該模架的標準和所選數(shù)據(jù)可知 定模厚0 度為 80 根據(jù)型腔計算的結(jié)果可知 型腔最大軸向工作尺寸為 H 50 12 根m1 0 據(jù)型腔底板厚度計算結(jié)果知 型腔底板厚度 t 30 故此 t 80 50 30 d1d 故此 型腔底板厚度滿足要求 模具結(jié)構(gòu) 總裝圖和零件工作圖 的繪制 見圖 紙 總裝圖 如圖 5 5 所示 波輪注塑模具設(shè)計 26 圖 5 5 模具總裝圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 27 總 結(jié) 通過本次對洗衣機波輪的設(shè)計 使我把以前學(xué)過的課程又重新回顧了一次 并且 有了更深刻的了解 同時也得到了很好的鞏固 但是我們只是理論上的鞏固 只是一 個步行的起點 在此以前 我根本不了解對洗衣機波輪的設(shè)計 只是印象上有個形象意識 通過 這次的設(shè)計 使我對洗衣機波輪有了一定的了解 知道了洗衣機波輪的定義 結(jié)構(gòu)組 成以及未來的動向和發(fā)展 通過這次的設(shè)計 使我學(xué)到了針對設(shè)計任務(wù) 進行課題調(diào)研 收集 查閱 整理 查找科技文獻 情報資料 融會貫通所學(xué)過的知識和技能 推出能夠解決問題的方案 與辦法并進行運行操作付與實施的工程設(shè)計方法 但 對 于 真 正 的 模 塊 化 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 來 說 是 有 限 的 是 欠 缺 的 波輪注塑模具設(shè)計 28 致 謝 論文脫稿之際 特別感謝知道老師范豐老師為我講解新技術(shù) 提供具有代表性的 課題 材料 以及在我遇到難題時 能及時為我解答 使我順利完成畢業(yè)設(shè)計 謹向 范老師所授予的嚴謹 細致 認真的指導(dǎo)和付出的心血 致以崇高的敬意和衷心的感 謝 無錫技師學(xué)院的多位老師在我撰寫畢業(yè)論文過程中以及在學(xué)校期間 給予了很多 熱情的幫助和大力支持 為此 向他們表示誠摯的謝意 向所有關(guān)心 支持 幫助過我的餓各位老師 同學(xué) 朋友們表示謝意 最后 向熱心評審本論文和參加答辯的老師們致以衷心的感謝 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 29 參考文獻 1 模具設(shè)計與制造 黨根茂 駱志斌 李集仁 主編 西安 西安電子科技大學(xué) 出版社 1995 年 12 第 1 版 2 實用模具設(shè)計與制造手冊 許發(fā)樾 主編 北京 機械工業(yè)出版社 2002 年 1 月第 1 版 3 塑料模具設(shè)計手冊 塑料模設(shè)計手冊 編寫組著 北京 機械工業(yè)出版 社 2002 年 7 月第 3 版 4 機械設(shè)計實用手冊 吳宗澤 主編 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1999 年 1 月 第 1 版 5 機械工程材料 王煥庭 李茅華 徐善國 主編 大連 大連理工大學(xué)出版 社 2000 年 5 月第 4 版 6 材料力學(xué) 劉鴻文 主編 北京 高等教育出版社 1992 年 9 月第 3 版 7 實用模具制造手冊 高佩副 主編 北京 中國輕工業(yè)出版社 1999 年 3 月第 1 版 8 海爾家用洗衣機原理與維修 青島海爾集團 主編 北京 人民郵電出版 社 1992 年 2 月第 1 版 9 機械零件手冊 周開勤 主編 北京 高等教育出版社 1994 年 5 月第 4 版 10 模具技術(shù)問答 彭建聲 秦嘵剛 主編 北京 機械工業(yè)出版社 2002 年 1 月第 1 版 11 畫法幾何及機械制圖 馬曉湘 鐘均祥 主編 廣州 華南理工大學(xué)出版社 1998 年 9 月第 2 版 12 楊叔子主編 機械加工工藝師手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2002 13 大連理工大學(xué)工程畫教研室編 機械制圖 北京 高等教育出版社 1993 14 彩英主編 實用塑料注射模具設(shè)計與制造 北京 機械工業(yè)出版社 2003 15 許發(fā)樾主編 模具制造工藝與裝備 北京 機械工業(yè)出版社 2003 16 張軍編 材料專業(yè)英語與教程 北京 機械工業(yè)出版社 2001 17 馬玉錄 劉東學(xué)編譯 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)英語 北京 化學(xué)工業(yè)出版 社 2001 18 邢邦圣主編 機械工程制圖 南京 東南大學(xué)出版社 2003