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注射模設(shè)計的三維模型發(fā)展
T. L. Neo and K. S. Lee
機械與生產(chǎn)工程學院，新加坡國立大學，新加坡
高級制造技術(shù)的研究(2001) 17:453–461
2001施普林格出版社倫敦有限公司
如今，為了使注塑工藝變得更簡單，很多嵌入式軟件都在高級3D 注塑平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，諸如有限元分析，計算機輔助制造，注射模設(shè)計，模擬以及形象化設(shè)計。這些軟件都是很有利的。然而，它關(guān)非沒有缺點。事實上，這些嵌入式軟件也可以通過低級的3D更靈活和更輕便性開發(fā)出來。這篇文章查閱了各種各樣基于3D應用發(fā)展的期刊和方法，主要是關(guān)于軟件方面。首先，提出了一種基于3D的應用發(fā)展的方法，這種觀點通過使用Parasolid模型的注射模實現(xiàn)的。基于在已建立的模具設(shè)計中的模具設(shè)計概念，文中說明了一種被叫做IMOLD的模件。在一個Windows NT 平臺上，面向?qū)ο蟮木幊陶Z言被用來開發(fā)這種軟件。
關(guān)鍵字： 3D 模型； 計算機輔助設(shè)計; 注射模設(shè)計；
1. 介紹
三維計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)已經(jīng)越來越被用來加速產(chǎn)品的實現(xiàn)過程。涉及產(chǎn)品自動化設(shè)計過程的第一步是3D建模應用中的組件部件的建立，在建模過程中，這種3D 模型的建立稱為數(shù)字化建模，這種數(shù)字化建模得到的3D的關(guān)鍵一步是生產(chǎn)過程自動化。
組件部件的3D數(shù)字化建模僅僅是第一步。還有許多的其他輔助任務必須在零件被生產(chǎn)之前完成。這些任務包括有限元分析、夾具和固定裝置的設(shè)計、注射模設(shè)計、計算機輔助制造、模擬和形象化設(shè)計。當今很多在高級3D建模平臺上發(fā)展起來的嵌入式軟件來促進這些輔助任務。這種3D建模站臺提供了一個具有編程的用戶界面和風格的嵌入式軟件。結(jié)果，這種嵌入式軟件的開發(fā)時間大幅度地減少。
這種方法在很多方面都是有利的，但是，它也有它的缺點，特別是從長遠的角度考慮。為了為現(xiàn)有的軟件開發(fā)另外一種嵌入式軟件，那些開發(fā)者必須兼顧很多現(xiàn)有的限制條件，必需與源軟件的風格一致。那些開發(fā)者必須利用系統(tǒng)所提供的各種庫函數(shù)來實現(xiàn)各種功能性操作， 大多數(shù)的終端用戶需要源軟件和嵌入式軟件。不過，在很多情況，他們可能對使用只有嵌入式的軟件更感興趣。 在注射模設(shè)計過程中就有這種情況的例子，不過，這些用戶必須購買包括很多他們不需要的特征和功能的整個軟件包， 這么大的程序通常是硬件上所必需的，同時這也意味著會費用更高。這嵌入式軟件也很大程度上依賴源軟件的發(fā)展。一旦源軟件版本被更新，那些嵌入式軟件的開發(fā)者必須采取相應的行動， 如果這些應用在一個低級的平臺上發(fā)展，這些缺點可能會不存在。事實上，這些嵌入式軟件可以使用低級的3D 模型更靈活和更輕便性發(fā)展。在很多情況下，這樣的操作既可行又有利。傳統(tǒng)上，注射模設(shè)計可以直接在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)執(zhí)行，整個注射模，可能由數(shù)百個組件部件組成，在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)(例如 AutoCAD，PRO/工程師和Unigraphics)上建模和裝配，因為注射 模設(shè)計過程是反復的，所以重新建模和裝配是相當費時，在這個方面，像這些基于特征的PRO/工程師以及Unigraphics那樣的3D.
計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)比像AutoCAD那樣的2D 計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的更有優(yōu)勢， 為加速注射模設(shè)計工藝的發(fā)展，這種嵌入式軟件在3D系統(tǒng)上自動發(fā)展一些注射工藝 ，這種附加應用的例子包括在國立新加坡大學發(fā)展，基于Unigraphics上發(fā)展的IMOLD(智能模型設(shè)計和裝配系統(tǒng))、專家模具設(shè)計者(基于CADKEY)及模型制作者(基于EUCLID) . 因為以上每一個都基于特定的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，所以都沒有嵌入兼容性。在1994年，Mok和張 [1]基于Unigraphics的注射模設(shè)計應用上做了研究。在1997年，Shah [2] 在幾何建模之間的聯(lián)系標準化之間提出了互訪結(jié)構(gòu)模型，他的目標是在基于Parasolid的3D 應用以及ACIS之間獲得嵌入兼容性，只不過它包括三維建模 。 在這篇文章里，作者試圖直接發(fā)展一種質(zhì)量輕的使用低級的3D模型注射模設(shè)計應用，并把重點放在軟件開發(fā)的靈活性和速度上。設(shè)計概念和程序來自IMOLD [4,5 ]、模具設(shè)計和3D 裝配中應用。盡管這些討論僅僅局限于注射模設(shè)計，這種方法學能很容易地被應用在其他基于3D的應用中，并且有相似的作用，開發(fā)者工具的結(jié)合就是為了這個目的而選擇的。在方法學被討論之前，對于其中的一些先提出的工具作一個簡短的介紹，他們分別是IMOLD、Parasolid 10.1 版本、VC6.0 版本和微軟公司基礎(chǔ)種類。
2.IMOLD 用作模具設(shè)計應用
IMOLD(智能模型設(shè)計和裝配) 是在基于3D的應用致力發(fā)展的注射模設(shè)計。它在一個叫做Unigraphics的高級計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)之上發(fā)展起來的。該發(fā)展正在通過使用系統(tǒng)所提供的編程接口(API)來實現(xiàn)。該軟件通過提供常用的設(shè)計工具促使模具設(shè)計者能夠迅速進行設(shè)計。在設(shè)計中所需的常用的標準組件部件，可以在軟件里預先創(chuàng)建并且可能被容易被設(shè)計者調(diào)用。這很大程度上降低了設(shè)計時間。模具設(shè)計過程可分成幾個階段，以一種固定的方式給設(shè)計者們提供模具設(shè)計方法。
它們便是：
1. 數(shù)據(jù)準備。
2. 填充系統(tǒng)設(shè)計。
3. 模具基礎(chǔ)設(shè)計。
4. 插件與零件設(shè)計。
5. 冷卻系統(tǒng)設(shè)計。
6. 滑板和提升設(shè)計。
7. 注射系統(tǒng)設(shè)計。
8. 標準零件庫。
每個階段都可以被認為是一個獨立的模件設(shè)計過程?；?D的每個模件的要求變化甚微。成功地建立模型基礎(chǔ)模件意味著在發(fā)展其它模件過程中也是可行的。
3．用作3D模型設(shè)計的Parasolid
Parasolid被用設(shè)計為基于3D 模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。實體建模有必要被用作。
1．建造并且操作實體。
2. 計算質(zhì)量和慣性矩，并且進行干涉檢測。
3. 以多種方式輸出實體。
4. 在特定的數(shù)據(jù)庫或者檔案內(nèi)儲存實體并且可以稍后提取出來。
在計算機輔助設(shè)計中，Parasolid是最先進的3D 模型設(shè)計軟件。它是Unigraphics和Solid- Works的3D核心。它獨特的公差模擬運作功能使得它能以其它格式接收和存儲數(shù)據(jù)。因此Parasolid模型文件是十分方便的而且它也是獨立應用發(fā)展的高級平臺?；?D的應用與Parasolid之間通過它的3個界面中的一個相連接。
這些被稱這之為Parasolid 核心界面、模型界面以及底端界面。PK界面和模型界面位于建模系統(tǒng)的頂部，通過這些方法來建模和對實體進行操作以及控制建模的功能。底端界面位于建模窗口的底部。當需要執(zhí)行集中數(shù)據(jù)或系統(tǒng)類型操作時建模者便需要它。它由3個部分組成：函數(shù)、圖形輸出和外形幾何 ，以下分別對其作出簡短的介紹。
3.1 KI 和PK界面
KI 和PK是供程序員進入Parasolid模型里進行建模的接口
他們是建模功能的標準庫。程序員在他們的程序里稱之為建模功能。因為KI不久將被淘汰，所以我們選擇使用PK界面。
3.2 函數(shù)
函數(shù)是一必須由應用程序員編寫的功能，當數(shù)據(jù)必須被存儲或者提取時需要使用該功能。當使用Parasolid時，應用程序員必須首先決定怎樣管理數(shù)據(jù)的存儲，通過該功能Parasolid輸出該數(shù)據(jù)。通過該功能轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)通常與寫入文件或?qū)С鑫募嘘P(guān)。文件的形式和及存儲位置在寫該功能時被確定。
3.3圖形的輸出
對圖形輸出功能是由應用程序員所編寫的另一種功能。對需要PK給予功能的設(shè)計者來說，圖形數(shù)據(jù)是由GO界面輸出的，
然后3D數(shù)據(jù)被傳給3D圖像包。OpenGL，是圖形卡片的一個軟件接口可以為我們提供我們所需的數(shù)據(jù)包。
3.4 外形幾何
外形幾何學可以為用戶幾何類型的發(fā)展(例如機構(gòu)內(nèi)部及表面的曲線)提供功能操作。它通常與在Parasolid內(nèi)的建模標準幾何類型一起使用。
4. 使用VC以及微軟公司基金類型的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計
面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(OOP)已無可爭議地成為軟件開發(fā)者的選擇。它是在目前所存在的軟件中最高級的開發(fā)軟件。微軟公司Visual Studio就是這樣的一個軟件包。它刻劃了許多基于因特網(wǎng)和基于Windows編程用的開發(fā)工具。在這些工具中包含有VC以及微軟公司基金種類(MFC)。VC是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計的強有力的開發(fā)工具，而MFC是一種基于Windows編程的框架。它以強大的開發(fā)特性和功能性，例如自動編碼基于wizard操作，為應用程序員提供開發(fā)工具。這大大改進了生產(chǎn)效率。我們使用的程序的整個用戶界面是使用VC以及MFC開發(fā)出來的。
5. 系統(tǒng)設(shè)計
基于3D的使用3D模型的附加應用的直接發(fā)展的問題正待解決。在最高的水平上它由3個主要階段組成。
首先，必要特征和嵌入式應用軟件功能的識別：
第二，應用框架的設(shè)計與開發(fā)；
最后，具有合適的開發(fā)工具的框架中個別模件的設(shè)計與開發(fā)。
5.1 必要軟件的識別
Parasolid作為一種3D建模方法，只提供許多庫函數(shù)以及3D應用開發(fā)的基本框架。因此，那些開發(fā)者有必要識別和開發(fā)3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中其他的必要設(shè)施。為了識別所需的設(shè)施，理解兩者之間的差異是很重要。
表格1 總結(jié)了3D模型和3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)所提供的主要設(shè)備的差別。其中的一些設(shè)備，例如特征和參數(shù)建模，在耗時與技術(shù)上都要求有發(fā)展。因為大多數(shù)的嵌入式軟件不使用源程序中的所有設(shè)備，只通過開發(fā)這些使用低級3D模型所需要的嵌入式軟件生產(chǎn)單獨的版本是很有可能的。
表格1從第7條到第9是使用基于3D的應用發(fā)展Parasolid的必要條件。
通過研究嵌入式的應用的必要條件，其他必要的設(shè)備的要求也可以被鑒定。然后提出了該應用程序的一個框架，該框架是基于由Parasolid建模所提供的設(shè)備。
5.2 基于3D應用的框架
對于由開發(fā)的工具和.應用的要求所提供的設(shè)備，開發(fā)了一種框架。它專門被設(shè)計以使單個編程模件之間的差異最小化。這將導致編程代碼發(fā)生小程度的變化。事實上，程序代碼使用起來更加的輕便各更有助于維修，而且將來的發(fā)展前景也是相當好的。這個框架的概述在圖2里得以說明，各種各樣的模件的詳細情況被在以后的章節(jié)里討論。
5.2.1個基于Windows的用戶界面(A)
Parasolid不為程序員提供用戶界面。因此，在每一個階段基于3D應用的發(fā)展將涉及到從頭開始設(shè)計用戶界面。相關(guān)的必要開發(fā)內(nèi)容包含：
1. 基于3D的應用的環(huán)境設(shè)置和顯示。
2. 交互式圖表的接口和全部應用功能操作的執(zhí)行程序。
5.2.2 3D 開發(fā)者(B)圖層的設(shè)置
因為不同的基于3D的應用在不同程度上需要不同的3D設(shè)備，該框架必須為用戶提供這些變量的設(shè)置。一個3D開發(fā)者圖層的設(shè)置(參閱圖2)被概念化來解決這些變化。這是基于Parasolid模型已經(jīng)開發(fā)出來的對象的庫函數(shù)或者類別。開發(fā)的程度取決于建模的要求情況。
圖表一由3D模型和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)所提供的設(shè)施的摘要
3D模型和3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)設(shè)施：
1. 基本3D低級建模和通用功能以及高級功能和特殊功能；
2. 由整個系統(tǒng)提供的裝配多種庫函數(shù)；
3. 基于特征的建模；
4. 不經(jīng)常被提供的參數(shù)建模；
5. 系統(tǒng)常提供的低級建模功能；
6. 系統(tǒng)提供的不完全草圖；
7. 系統(tǒng)不常提供的交互式用戶界面；
8. 系統(tǒng)所提供的三維物體基本概念框架功能和庫函數(shù)的可視化；
9. 系統(tǒng)所提供文件管理系統(tǒng)的基本概念和多個信息庫功能的完全發(fā)展。
除了要滿足應用條件中的變量要求外，3D開發(fā)者設(shè)置層也要為非Parasolid開發(fā)者提供一個編程接口。這樣的一個接口能也其他基于3D的應用的開發(fā)者重新使用。3D開發(fā)者設(shè)置層基本上由3 個主要部分組成。他們可分別被用于3D建模和裝配，3D可視化以及3D 數(shù)據(jù)管理。
I . 3D建模和裝配
3D建模和裝配模件是所有這3個部分中最重要和最精心制作的部分。它與由大多數(shù)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)提供應用編程接口(API)相似。該模件由一基于3D對象或類別的庫函數(shù)組成，它可用于核心應用模件的發(fā)展。大多數(shù)3D應用所需要的3D基本的功能的操作性能必須被首先開發(fā)出來?；趩蝹€基于3D的應用所需的條件，其他更多的高級特性后來也被增加進來了。
II. 3D的可視化。
在三維物體的顯示窗口用戶范圍需要一個團體軟件圖表接口。圖表的輸出以及所選擇的圖表的接口經(jīng)常被在基于3D的應用里以及視圖對象管理和轉(zhuǎn)變之中。為這個目的而開發(fā)了一個類別庫函數(shù)。
III. 3D 數(shù)據(jù)管理。
3D數(shù)據(jù)管理模件是在函數(shù)之上被開發(fā)出來的。函數(shù)是存在于使存檔以及3D零件文件的進入變得容易的Parasolid的模件之中。為此開發(fā)了一種使用函數(shù)來處理的類型選擇器。
1. 3D目標文件形式；
2. 諸如打開和保存3D目標文件這樣的文件管理操作。
5.2.3 應用模塊(C)
這些是位于3D開發(fā)者設(shè)置層和應用用戶界面之間存在的基于3D的應用模塊。這些模塊的設(shè)計的主要取決于應用的屬性并且相互之間的差別很大。在這個領(lǐng)域已經(jīng)正在進行很多有研發(fā)工作主要發(fā)展的工作的大部分被進行。然而，研發(fā)的難易主要取決于3D開發(fā)者設(shè)置層的能力。
5.2.4個其他軟件模塊(D)
通常，基于3D的應用可能需要來自于其他已存軟件模塊或應用模塊的功能性操作。因此，諸如此類的連接是可能存在的。在這篇文章的應用部分就為這樣的一個例子加以說明了。
5．3 單個模塊的發(fā)展
在進行一個合適設(shè)計之前，對每個模塊都得進行研究和分析，它的開發(fā)難易很大程度上取決于所選的框架和開發(fā)者設(shè)置層。下一部分說明了注射模設(shè)計的3D模型開發(fā)的實施情況。
6. 實施情況
應用系統(tǒng)設(shè)計，開發(fā)了基于3D的注射模設(shè)計。這被通過使用前面章節(jié)所述的開發(fā)者工具獲得的。因為模型基礎(chǔ)需要更大范圍的3D功能性操作，包括裝配的生成，所以選用它來加以說明。
6.1每個模塊的要求應用框架和所需要的條件
對于識別開發(fā)工作，專門設(shè)定了了一個應用框架。發(fā)展的工作鑒定。圖3說明了基于Windows用戶的模型基礎(chǔ)模塊的詳細情況。在每個模件里的詳細要求在討論如下：
6.1.1 Windows NT的用戶界面(A)
模型基礎(chǔ)設(shè)計是一個反復的過程。模型設(shè)計者首先從目錄中選擇了一個標準模型，然后對模型的尺寸進行修改直到所有的條件都得以滿足。因此，為了這個目的有必要考慮使用交互式用戶界面。
使用VC和MFC來開發(fā)基于Windows的界面，它包括：
1. 菜單條欄目、菜單項和工具條按鈕的創(chuàng)建、顯示和管理，以便更方便地進行應用的功能性操作。
2. 引導用戶或獲得用戶輸入的對話框的創(chuàng)建、顯示和管理
3. 顯示區(qū)域內(nèi)各種視角的創(chuàng)建、顯示和管理。
4. 拖動的鼠標的作用。
5.對每個功能的順序操作設(shè)計。
應用之后的結(jié)果如圖4中所示，它是一個典型的其于Windows應用的用戶界面。
6.1.2 3D 開發(fā)者(B)設(shè)置層
對基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計的要求進行分析，然后識別一下即將開發(fā)的模塊。 基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計的要求如下：
1. 創(chuàng)建初始模型(例如矩形，圓柱，圓錐)；
2. 創(chuàng)建圓角和倒角；
3. 進行布爾運算：并集和差集；
4. 變換操作：變換和旋轉(zhuǎn)；
5. 對象屬性的管理，諸如名字和顏色；
6. 創(chuàng)建引用特征；
7. 創(chuàng)建總裝配和子裝配；
因為以上這些應用不是那么的廣泛，所以可以開了一個基礎(chǔ)建模集。有了單個模塊的詳細開發(fā)情況，就可以給開發(fā)者設(shè)置層添加更多的功能。每個模塊的全部要求條件將在以后的章節(jié)加以說明。
I . 3D建模和裝配
一個模型基礎(chǔ)基本上是許多組件部件的集合，諸如鍵和螺絲。
為了使模型基礎(chǔ)設(shè)計變得容易，設(shè)計者必須提供一個事先已經(jīng)準備好的模型基礎(chǔ)庫。通過選擇特別的尺寸，可以生成一個標準的模型基礎(chǔ)件。為了使這些變得容易，識別和開發(fā)了基于3D的功能庫，該功能與前面6.1.2所提及到的要求條件相對應。正因為該編碼是面向?qū)ο蟮?，在需要的時候，它們很容易被延伸以適應其他模型設(shè)計模塊。
II. 3D視圖的可視化
使用圖表的輸出和作為圖表界面的OpenGL所提供的功能共同作用來為3D的實體操作開發(fā)投影和視圖變換等諸多功能。它們包括：
1.用所選擇的顏色給3D堆零部件著色；
2. 用所選擇的顏色給3D裝配體著色(圖7和圖8分別用陰影和線框的模式給3D裝配體加以顯示)；
3. 用所選擇的顏色在屏幕上給其他3D實體著色；
4. 在模型基礎(chǔ)裝配中用不同的顏色分別給單個組件著色；
5. 交互式視圖變換(諸如旋轉(zhuǎn)，變換和縮放)；
6. 裝配樹顯示和操作。
III. 3D 數(shù)據(jù)管理。
開發(fā)獨立應用程序的好處之一就是它的輕便性，所以采用最大的輕便性打開的形式是很重要的。因此以原先的Parasolid文件形式(.xmtFtxt)來替代新的文件形式。一個模型基礎(chǔ)件的數(shù)據(jù)管理要求包括如下內(nèi)容：
1. 打開，保存，另存為和關(guān)閉Parasolid零件文件。
2. 打開，保存，另存為和關(guān)閉Parasolid裝配文件。
3. 輸入和輸出零件文件。
6.1.3個模型基礎(chǔ)模件(C)
為了促進標準模型基礎(chǔ)組件的自動生成，系統(tǒng)必須提供一個模型基礎(chǔ)零部件庫, 其尺寸大小取決于目錄中的標準值。為使設(shè)計容易進行，需對這些尺寸進行順序修改，這個模件詳細情況將在第6.2部分進行討論。
6.1.4 數(shù)據(jù)庫支持(D)
一個標準模型基礎(chǔ)件需要用將近100個參數(shù)來對單個組件的尺寸和位置進行完全描述。這些參數(shù)的大部分都是相互聯(lián)系的并且可以從其它數(shù)據(jù)庫中獲得。因此，一個數(shù)據(jù)庫文件需要被用來存儲基于目錄的標準模型基礎(chǔ)件的參數(shù)。Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫形式被使用在MFC里進行直接存儲數(shù)據(jù)庫文件。在MFC里使用數(shù)據(jù)存取對象(DAO)，一套被用作抽取和管理數(shù)據(jù)庫城相關(guān)參數(shù)的功能。
6.2模型基礎(chǔ)設(shè)計的發(fā)展
模型基礎(chǔ)模件由3個主要部分組成，即，模型基礎(chǔ)組件生成、模型基礎(chǔ)裝配生成、模型基礎(chǔ)類選擇和自定義模件。第4個部分被稱作為模型基礎(chǔ)參數(shù)管理，也是被用來開發(fā)為應用提供數(shù)據(jù)支持。這些已經(jīng)圖表中5中說明了。注注射模設(shè)計的開發(fā)部分的細節(jié)內(nèi)容討論如下：
I . 零部件庫的生成
有了3D開發(fā)者設(shè)置層的支持，為模型基礎(chǔ)的標準組件部件被創(chuàng)建和存儲在組件庫中。通過規(guī)定合適的尺寸，這些組件部件可以被生成而且可以被模型基礎(chǔ)裝配生成器所使用。
II.裝配生成器
使用3D 圖層設(shè)置并將組件庫生成器各標準模型基礎(chǔ)集中并存儲在裝配庫中。當提供從數(shù)據(jù)庫中提取特定參數(shù)集時，由于它得到了特別的參數(shù)支持，所以特定的標準模具基礎(chǔ)裝配可以自動地
III. 參數(shù)管理者
參數(shù)管理者將模型基礎(chǔ)應用模件和數(shù)據(jù)庫支持連接起來。當一個特定的標準模型基礎(chǔ)被選擇后，它的為模型基礎(chǔ)裝配的相應參數(shù)已經(jīng)從數(shù)據(jù)庫中提取出來并且發(fā)送到組件庫生成器和裝配生成器中。除此以外，參數(shù)管理者也允許用戶為了設(shè)計的目的而對參數(shù)進行修改。
IV. 模型基礎(chǔ)設(shè)計者。
模型基礎(chǔ)設(shè)計者為兩個主要目的服務。首先，允許用戶選擇來自裝配生成器的標準模型基礎(chǔ)。其次，通過允許模型基礎(chǔ)設(shè)計者修改所選擇的模型基礎(chǔ)的尺寸來使模型基礎(chǔ)設(shè)計變得容易。該樣品代碼給那些模型基礎(chǔ)來生成功能。從圖9中我們可以注意到使用了許多代表模型基礎(chǔ)的參數(shù)的變量的功能， 這是用于裝入那些零部件生成各種各樣的模型基礎(chǔ)零部件的創(chuàng)造。裝配生成器然后使用那些零部件和那些參數(shù)集來確定模型裝配基礎(chǔ)的創(chuàng)建，正如在3D開發(fā)者層設(shè)置外一樣，在樣本程序中沒有直接被叫作 Parasolid功能的當今的模型基礎(chǔ)設(shè)計應用能意識到在工廠要求設(shè)計的注射模基礎(chǔ)設(shè)計的全部功能性設(shè)計情況。因為模型基礎(chǔ)是IMOLD模件中的最廣泛應用的3D模型，所以它的成功開發(fā)意味著開發(fā)了一完全基于3D注射模設(shè)計和裝配應用的可行性。
7. 結(jié)論
高級編程語言的發(fā)展已經(jīng)允許程序員用參數(shù)來重新使用編程代碼，該編程代碼存在于象微軟公司基金類型那樣的對象里。
這些強大的特征已經(jīng)使程序員從更多的編程標準函數(shù)的程序和建立用戶界面中分離出來了。他們現(xiàn)在能夠把精力集中在軟件的核心組成部分，從而增加生產(chǎn)效率。這導致發(fā)展獨立版本的軟件諸如CAE、計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造可行性提高。不過目前，這種方法是既耗時的而且技術(shù)要求高。盡管如此，它還是可行的而且前景是非常好的。通過把幾種高級的開發(fā)者工具結(jié)合起來，我們已經(jīng)設(shè)法增加了這些工具開發(fā)注射模設(shè)計的應用能力。迄今為止，只有模具設(shè)計工藝的前三個階段得以編碼。這給隨后的模型設(shè)計模件的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。該方法也可以很容易地在包含標準組件設(shè)計的其他軟件中實施。這些包括夾具和固定設(shè)備設(shè)計、冷鑄、和生產(chǎn)產(chǎn)品自動化。
畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告
題目：遙控器電池后蓋模具設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2013年 3月20日
1. 設(shè)計（論文）進展狀況
本階段的主要任務是完成外文文獻的翻譯，對塑件進行更深層次的分析和理解，包括塑件的幾何特性與物理特性，以及塑件材料的性能等。 通過以上分析，基本上完成了塑件的二維的裝配圖及三維裝配圖，同時深刻體會到Pro/e軟件功能的強大。
（1） 進一步完善了零件二維圖，如下圖1所示
圖1
（2） 進一步完善了零件三維圖，如下圖2所示：
圖2
（3） 初步完成了零件的裝配圖，如下圖（3）（4）所示：
圖3
圖4
2. 存在問題及解決措施
首先，不能熟練的運用Pro/E軟件，在做裝配圖過程中總是出現(xiàn)報警等命令，致使工作無法正常進行。其次對零件結(jié)構(gòu)的理解還不是很到位等。對于冷卻系統(tǒng)，脫模機構(gòu)了解不到位，這是我模具設(shè)計過程中的一個重要的難題。
3. 后期工作安排
首先要完成裝配圖中冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，其次按照畢業(yè)設(shè)計后期的進度，完成自己的任務。安排如下：
（1）10-12周完成零件設(shè)計的計算工作，確定裝配圖的具體尺寸；完成全部零件設(shè)計， （2）13-14周，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文
（3）15周，整理資料，準備答辯
指導教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：遙控器電池后蓋模具設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2012年12月25日
6
1. 選題的背景和意義
隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉(zhuǎn)，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè),受到政府和企業(yè)界的高度重視,發(fā)達國家有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說,可見其受重視之程度,當今“模具就是經(jīng)濟效益”的觀念已被越來越多的人所接受.而塑料注射磨具是成型塑料制件的一種重要工藝裝備，在塑料制品的生產(chǎn)中起著關(guān)鍵的作用
我國塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在,歷經(jīng)半個多世紀,有了很大的發(fā)展,模具水平有了較大提高. 在大型模具方面已能生產(chǎn)48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、615 kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。CAD/CAE/CAM
系統(tǒng)的使用大大的提高了我國模具的設(shè)計水平和加工能力。目前在國內(nèi)應用的主要軟件有美國PTC 公司的CAD/ CAE/ CAM集成化系統(tǒng)PRO/ ENGINEER、美國EDS 公司的CAD/ CAM軟件UG- Ⅱ,我國目前的產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀：目前我國的磨具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類，即專業(yè)模具廠，專門生產(chǎn)磨具外供；專門生產(chǎn)模具外供;產(chǎn)品廠的模具分廠或車間,以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務;三資企業(yè)的模具分廠,其組織模式與專業(yè)模具廠相類似,以小而專為主;鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè),與專業(yè)模具廠相類似. 其中以第二類數(shù)量最多,模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70 %以上。近些年來，由于塑料制品的不斷發(fā)展，對于塑料模具的要求也在不斷的提高，對于其用鋼方面也提出了不少的要求，選用不同的鋼材來制造塑料模具所表現(xiàn)出來的質(zhì)量和性能也是大不相同的。因此，對于塑料模具鋼的制造工藝，特別是熱處理工藝也是大不相同的。主要有一下幾種方式：a低碳鋼及低碳合金鋼制模具，：下料-鍛造模坯-退火-機械粗加工-冷擠壓成形-再結(jié)晶退火-機械精加工-滲碳-淬火、回火-研磨拋光-裝配。b高合金滲碳鋼制模：：下料-鍛造模坯-正火并高溫回火-機械粗加工-高溫回火-精加工-滲碳-淬火、回火-研磨拋光-裝配。c調(diào)質(zhì)鋼制模具: 下料-鍛造模坯-退火-機械粗加工-調(diào)質(zhì)-機械精加工-修整、拋光-裝配.d碳素工具鋼及合金工具鋼制模具: 下料-鍛成模坯-球化退火-機械粗加工-去應力退火-機械半精加工-機械精加工--淬火、回火-研磨拋光-裝配.e預硬鋼制模具: ：下料-改鍛-球化退火-刨或銑六面-預硬處理（34～42HRC）-機械粗加工-去應力退火-機械精加工-拋光-裝配[4]。
2. 研究目標
本課題主要研究遙控器電池后蓋注塑模設(shè)計，了解一些模具行業(yè)的新技術(shù)，并且熟悉并應用一些設(shè)計軟件，為今后從事機械方面的工作和研究打下一個較好的基礎(chǔ)。
3. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
3.1 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題
1) 了解模具設(shè)計的特點及內(nèi)容（包括擬定設(shè)計方案，確定塑件的工藝和模具類型腔數(shù)、確定成型方法等）；
(2)明確模具的分型面，和加熱與冷卻系統(tǒng)等
(3)了解應用注塑模具的過程。
4． 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
4.1 本課題研究的重點及難點：
（1）擬定設(shè)計方案，計算成型零件的工作尺寸和公差，成型腔壁厚；型芯墊板厚度。
（2）模具典型零件的選材及熱處理工藝路線分析。
（3）確定加熱與冷卻系統(tǒng)
（4）模具典型零件的選材及熱處理工藝路線分析。
（5）對設(shè)計中典型模具零件編制零件制造工藝規(guī)程卡片
4.2 前期已開展工作：
（1）明確設(shè)計要求，查閱文獻，收集相關(guān)資料，撰寫開題報告
（2) 零件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求分析
5. 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
(1)1-4周，下達任務書，收集資料，撰寫開題報告；
(2)5-6周，對給定的塑件進行測繪，繪出塑件零件圖；
(3)7-10周，完成方案設(shè)計、裝配圖設(shè)計，完成外文翻譯、撰寫中期報告，準備中期答辯；
(4)11-15周，完成全部零件設(shè)計，并對模具結(jié)構(gòu)進行三維剖析，作出模具開合圖； （5）6-17周，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文
(6)18周，整理資料，準備答辯。
5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導： 年 月 日
參考文獻
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本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：遙控器電池后蓋模具設(shè)計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年5月
遙控器電池后蓋注塑模具設(shè)計
摘要
本文詳細介紹了遙控器電池后蓋注塑模具的設(shè)計，共分十四節(jié)，主要包括：塑件材料的分析與設(shè)計方案的論證；注塑機的選擇；模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計；成型零件的設(shè)計；導向機構(gòu)的設(shè)計；脫模機構(gòu)的設(shè)計；側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計等。
本次設(shè)計為一模兩腔，塑件材料選用了丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（即工程材料ABS），澆口形式選用了側(cè)澆口，模具結(jié)構(gòu)為直接分型——推桿推出機構(gòu)。通過以下計算和設(shè)計是可行的，并可以應用到實際生產(chǎn)中。
本次設(shè)計主要是對一種塑料遙控器電池后蓋進行模具設(shè)計。本文先介紹了注射模具國內(nèi)外的發(fā)現(xiàn)狀況及發(fā)展趨勢，其次介紹了注射成型原理和工藝過程；根據(jù)塑件要求選擇合適的注塑機，進而選擇合適的澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)；通過計算，對導向機構(gòu)、脫模機構(gòu)和側(cè)向分形與抽芯機構(gòu)進行設(shè)計。
該模具的凸凹模均采用嵌入式的型腔和型芯，精度高，節(jié)省材料，改善了模具加工的工藝性，降低了模具的生產(chǎn)成本。該模具采用單分型面設(shè)計，通過滑塊和斜導柱實現(xiàn)開合模動作，模具運動平穩(wěn)可靠。塑件能順利脫模，該模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，模具的制造成本低。成型的殼體塑件質(zhì)量合格穩(wěn)定，使塑件質(zhì)量符合設(shè)計和使用要求。
關(guān)鍵詞：遙控器電池后蓋；注塑模具；側(cè)抽芯機構(gòu)；導向機構(gòu)；脫模機構(gòu)
The Design of the Telecontroller Injection Mold
Abstract
This paper introduced the design of telecontroller,and consisted 14 parts.Mainly include analysis of plastic material and argumentation of design project; selecting injection machine; devising mold structure;devising molding parts; devising oriented framework; devising stripping framework; devising side parting and pulling framework.
The mold is consisted of two cavities. The plastic material select acrylonitrile butadiene-styrene copolymer (i.e.engineering material ABS). The sprue form choose a side gate, die structure for direct classification--push rod pushing mechanism.By the following calculation and design is feasible, and can be applied to practical production.
The design is mainly remote control battery cover of a plastic mold design. This paper first describes the situation and development trend of the injection mold found at home and abroad, followed by injection molding principle and process; plastic parts require the injection molding machine, and then select the appropriate gating system and cooling system;, oriented agencies, stripping agencies and lateral fractal design core-pulling mechanism.
The mold punch and die are embedded in the cavity and core, high precision, material savings, improved mold process, reducing the cost of production of the mold. The mold with a single parting surface design, mold opening and closing action slider and Bevel Pillar, the mold movement is smooth and reliable. Plastic parts smooth stripping overall structure of the mold design, mold manufacturing costs low. The molding of the plastic parts of the housing of acceptable quality and stability, so that the quality of plastic parts comply with the design and use requirements.
Key Words: telecontroller; Injection Mold; Devising Side Parting; Devising Oriented Framework; Pulling Framework
VI
主要符號表
額定鎖模力
模腔壓力
安全系數(shù)
最小模具厚度
最大模具
塑件尺寸誤差
塑料的最大收縮率
塑料的最小收縮率
塑件尺寸
塑料的平均收縮率
塑料的公差
模具制造公差
型腔許用變形量
型腔材料的彈性模量
型腔材料的需用壓力
脫模斜度
摩擦系數(shù)
脫模力
推桿長度系數(shù)
總脫模力
應力
屈服極限
目 錄
1緒論 1
1.1題目背景 1
1.2題目國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.3中國與國外先進技術(shù)的差距 2
1.4塑料模具發(fā)展走勢 2
2塑件材料分析與方案論證 4
2.1塑件材料的選擇及其結(jié)構(gòu)分析 4
2.2ABS的注射成型工藝 4
2.3塑件收縮率與模具尺寸的關(guān)系 6
2.4方案論證 7
3注射機的選擇 11
3.1確定零件的體積 11
3.2選擇注射機及注射機的主要參數(shù) 11
3.2.1注射機的類型 11
3.2.2注射機的主要技術(shù)參數(shù) 12
3.2.3注塑機的校核 13
4模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
4.1澆注系統(tǒng) 15
4.1.1澆注系統(tǒng)的作用 15
4.1.2澆注系統(tǒng)布置 15
4.2澆注系統(tǒng)設(shè)計 15
4.2.1澆口套的設(shè)計： 15
4.2.2冷料井設(shè)計 17
4.2.3分流道的設(shè)計 18
4.3澆口設(shè)計 18
4.3.1澆口的類型 19
4.3.2澆口的位置 19
5成型零件設(shè)計 20
5.1分型面的設(shè)計 20
5.2成型零件應具備的性能 21
5.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.1凹模（型腔）結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.4成型零件工作尺寸計算 22
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素 22
5.4.2成型零件工作尺寸的計算 23
5.4.3成形型腔壁厚的計算 25
6導向機構(gòu)的設(shè)計 27
6.1導向機構(gòu)的作用 27
6.2導柱導向機構(gòu) 27
6.2.1導向機構(gòu)的總體設(shè)計 27
6.2.2導柱的設(shè)計 28
6.2.3導套的設(shè)計 28
7脫模機構(gòu)的設(shè)計 30
7.1脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 30
7.1.1脫模機構(gòu)的設(shè)計原則 30
7.1.2脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 30
7.1.3脫模機構(gòu)的分類 30
7.2脫模力的計算 31
7.3簡單脫模機構(gòu) 31
7.3.1頂桿脫模機構(gòu)的設(shè)計要點 31
7.3.2頂桿的形狀 32
7.3.3頂桿強度的計算 32
7.4復位裝置 33
8側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計 34
8.1側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的分類 34
8.2斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 34
8.2.1斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計要點 34
8.3斜導柱的計算 35
8.3.1抽拔力的計算 35
8.3.2抽芯距的計算 35
8.4斜滑塊的設(shè)計 36
8.5開模結(jié)構(gòu)設(shè)計 37
9排氣系統(tǒng)的設(shè)計 38
10溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 39
10.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 39
10.1.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 39
10.1.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑件質(zhì)量的影響 39
10.2冷卻系統(tǒng)的機構(gòu) 40
10.2.1模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 40
10.2.2模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 41
11塑料模具用鋼 42
11.1注塑模材料應具備的要求 42
11.2模具材料選用的一般原則 42
11.3本模具所選鋼材及熱處理 42
12模具工作過程 44
13模具的可行性分析 44
13.1本模具的特點 45
13.2市場效益及經(jīng)濟效益分析 45
14總結(jié) 46
參考文獻 47
致謝 48
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 49
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 50
附錄 51
1 緒論
1 緒論
1.1題目背景
塑料注射模具是成型塑料制件的一種重要工藝裝備，在塑料制品的生產(chǎn)中起著關(guān)鍵的作用。塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠家在29—34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、美國Delta cam公司的CADS5、美國Delta cam公司的Doct5、日本HZS公司的 CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech等[1]。
整體來看，中國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大的進步，但與國民經(jīng)濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距任然很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低擋塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中高檔塑料模具也有供過于求的趨勢。
1.2題目國內(nèi)外相關(guān)研究情況
加入WTO，給塑料模具產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時帶來更多的機會，由于中國塑料模具以中低檔產(chǎn)品為主，產(chǎn)品價格優(yōu)勢明顯，有些甚至只有國外價格的1∕5——1∕3。加入WTO后，國外同類產(chǎn)品對國內(nèi)沖擊不大，而中國中低檔模具的出口量則加大;在高精模具方面，加入WTO前本來就主要依靠進口，加入WTO后，不僅為高精尖產(chǎn)品的進口帶來了更多的便利，同時還促使更多外資來中國建廠，帶來國外先進的模具技術(shù)和管理經(jīng)驗，對培養(yǎng)中國的專業(yè)模具人才起到了推動作。
雖然近幾年模具出口增幅大于進口增幅，但所增加絕對量仍是進口大于出口，至使模具外貿(mào)逆差逐年增大。這一狀況在2006年已得到改善，逆差略有減
57
畢業(yè)設(shè)計（論文）
少。模具外貿(mào)逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是
畢業(yè)設(shè)計（論文）
汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具的旺盛需求，有些高檔模具國內(nèi)實在生產(chǎn)不了，只好進口；但確實也有一些模具國內(nèi)可以生產(chǎn)，也可以進口。這與中國現(xiàn)行的關(guān)稅政策及項目審批制度有關(guān)。二是對模具出口鼓勵不夠。現(xiàn)在模具與其它機電產(chǎn)品一樣，出口退稅率只有13％，而未達17％[4]。
從市場情況來看，塑料模具生產(chǎn)企業(yè)應重點發(fā)展那些技術(shù)含量高的大型、精密、復雜、壽命高的模具，并大力開發(fā)國際市場，發(fā)展出口模具。隨著中國塑料工業(yè)，特別是工程塑料的高速發(fā)展，可以預見，中國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度，未來幾年年增長率仍將保持20％左右的水平。
近年來，港資、臺資、外資在中國大陸發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量自產(chǎn)自用塑料模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能進入上述統(tǒng)計之中。在科技發(fā)展中，人是第一要素，因此我們特別注意人才的培養(yǎng)，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，，提高模具設(shè)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。
1.3中國與國外先進技術(shù)的差距
面對國外先進技術(shù)與高質(zhì)量制品的挑戰(zhàn)，中國塑模企業(yè)不僅要加快產(chǎn)業(yè)集群化，發(fā)揮規(guī)模效應，還要注重模具產(chǎn)業(yè)鏈的前端研發(fā)、人才建設(shè)和產(chǎn)業(yè)鏈后端的檢測以及信息服務，盡快縮短技術(shù)、管理、工裝水平與國際水準的差距。這是塑料模具企業(yè)在發(fā)展中必須解決的重要問題。并且也要注意當前整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點（產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭激烈）。為了適應用戶對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，我們必須學習國外先進技術(shù)，改善我們操作和管理方面的各種問題。
1.4塑料模具發(fā)展走勢
塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展，因此對模具的要求也越來越高。為了滿足市場需要，未來的塑料模具無論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工都必將有較快發(fā)展，而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐。展望未來，下列幾方面發(fā)展趨勢預計會在行業(yè)中得到較快應用和推廣。
（1）超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。
（2）多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。
（3為各種快速經(jīng)濟模具，特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的RP/RT技術(shù)將得到快速發(fā)展。
（4）模具設(shè)計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
（5）更高速、更高精度、更加智慧化的各種模具加工設(shè)備將進一步得到發(fā)展和推廣應用。
（6）更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會不斷發(fā)展，隨之將產(chǎn)生一些特殊的和更為先進的加工方法。
（7）各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝也會不斷得到發(fā)展。
（8）逆向工程、并行工程、復合加工乃至虛擬技術(shù)將進一步得到發(fā)展。
（9）熱流道技術(shù)將會迅速發(fā)展，氣輔和其它注射成型工藝及模具也將會有所發(fā)展。
（10）模具標準化程度將不斷提高。
（11） 在可持續(xù)發(fā)展和綠色產(chǎn)品被日益重視的今天，“綠色模具”的概念已逐漸被提到議事日程上來。即，今后的模具，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選用、制造工藝及模具修復和報廢，以及模具的回收利用等方面，都將越來越考慮其節(jié)約資源、重復使用、利于環(huán)保，以及可持續(xù)發(fā)展這一趨向
2 塑件材料分析與方案論證
2 塑件材料分析與方案論證
2.1塑件材料的選擇及其結(jié)構(gòu)分析
塑件（遙控器電池后蓋）模型圖：
圖2.1 塑件圖
（1）塑件材料的選擇
選用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）
色調(diào)：淺象牙色不透明
生產(chǎn)批量：大批量。
（2）塑件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析
A.結(jié)構(gòu)分析
塑件為插座類零件，應有一定的結(jié)構(gòu)強度，由于需要與另外的塑件相互配合以及在中間安裝導電部分，所以應保證它有一定的裝配精度；由于該塑件為插座類零件，因此對表面粗糙度要求不高。
B.工藝性分析
精度等級：采用4級低精度
2.2ABS的注射成型工藝
畢業(yè)設(shè)計（論文）
（1）注射成型工藝過程
預烘→裝入料斗→預塑化→注射裝置準備注射→注射→保壓→冷卻→脫?！芗拖鹿ば颉謇砟＞?、涂脫模劑→合?！⑸?
（2）ABS的注射成型工藝參數(shù)[6]
a. 注射機：螺桿式
b. 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）：30～60（選30）
c. 預熱和干燥：溫度（℃） 80～85
時間 (h) 2～3
d. 密度（g/cm3）:1.02～1.08
e. 材料收縮率（%）：0.3～0.6（選0.5%）
f. 料筒溫度（℃）：前段 200～210
中段 210～230
后段 180～200
g. 噴嘴溫度（℃）：180～190
h. 模具溫度（℃）：50～70
i. 注射壓力（MPa）：70～90
j. 成形時間（S）： 注射時間 3～5
保壓時間 15～30
冷卻時間 15～30
總周期 40～70
k.后處理：方法 紅外線燈、烘箱
溫度（℃） 70
時間（h） 2～4
l.保壓力（MPa）：50～70
（3）ABS性能分析
A.使用性能：
①綜合性能良好，沖擊韌度、力學強度較高，且要低溫下也不迅速下降；抗拉強度可達35～50MPa，收縮率在0.4%～0.8%之間。
②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學性和電氣性能良好。
③水、無機鹽、堿、酸對ABS幾乎無影響。
④尺寸穩(wěn)定，易于成型和機械加工，且著色性良好，可得到色彩鮮艷的各色制品。
⑤ABS的另一重要特點是其表面可以電鍍、噴漆、印刷、真空鍍膜和繪畫，使其美觀好看。[7]
B.成型性能：
①無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。
②吸濕性強，含水量應小于0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。
③流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫對物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度為250 ℃左右比聚苯乙烯易分解），對要求精度較高的塑件，模溫宜取 50～60℃，要求光澤及耐熱型料宜取 60～80℃；注射壓力應比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為 180～230℃，注射壓力為 130～150MPa，螺桿式注塑機則取 160～220℃，70～100MPa為宜。
⑤易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對斜流的阻力，模具設(shè)計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色”痕跡（但在熱水中加熱可消失）。
⑥ABS在升溫時粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取1°以上。
⑦在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。
C.ABS的主要用途
ABS具有優(yōu)良的綜合性能，因此應用十分廣泛，它可以制作多種機械零件，如齒輪、軸承、泵葉輪、把手、汽車零件等，還在家用電器方面得到了非常廣泛的應用，如電視機、收音機、錄音機、電冰箱、洗衣機等的殼體，以及電鍍旋鈕，電話機殼體、聽筒、孔盤等。ABS還可制作汽車上的擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導管、加熱器等；它還可以用來制作文體用品，玩具、樂器、郵箱、食品包裝容器、家具、噴霧器等。[7]
（4）ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：
主要缺陷：缺料、氣孔、飛邊、出現(xiàn)熔接痕、塑件耐熱性不高（連續(xù)工作溫度為70℃左右熱變形溫度約為93℃）、耐氣候性差（在紫外線作用下易變硬變脆）。
消除措施：加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴、增大注射壓力、提高模具預熱溫度。
2.3塑件收縮率與模具尺寸的關(guān)系
注塑件脫模后的尺寸要比模具零件的相應尺寸小。這是由于注塑成型過程中熔融塑料產(chǎn)生收縮造成的。成型塑件的收縮率是一個與多種因素有關(guān)的量。通常，塑料的收縮率是有生產(chǎn)廠家按照某一實驗標準給定的成型工藝，經(jīng)過實驗后給出一個取值范圍。實際過程中的成型工藝不可能完全與實驗條件相同，因此，對具體的塑件，要根據(jù)其成型工藝選擇收縮率范圍內(nèi)適當?shù)闹?，一般是取塑件收縮率的平均值。
在選擇塑件收縮率值時要注意，厚壁塑件（壁厚在3mm以上）按給定收縮率范圍的上限取值，而薄壁塑件（壁厚在1mm以下）按給定收縮綠范圍的下限取值。
成型收縮率與模具和塑件尺寸有下述關(guān)系式
（2.1）
式中，k為成型收縮率；為模具尺寸（mm）；為塑件尺寸（mm）。（1）成型塑件尺寸及精度
成型塑件尺寸包括型腔尺寸、型芯尺寸，以及中心距尺寸。成型塑件的尺寸不僅與塑件尺寸和公差有關(guān)，而且還與塑料收縮率和收縮誤差、模具磨磨損量和模具制造精度有關(guān)。在計算成型塑件尺寸時，還必須注意以下幾點。
A.塑件在成型過程中，分型面處會產(chǎn)生飛邊，飛邊的產(chǎn)生會影響塑件的高度尺寸，因而在計算模具成型塑件深度尺寸時，要減去飛邊的厚度。
B.在計算塑件是收縮時，一般是取平均值收縮率進行計算。如果塑件實際收縮率為收縮率范圍的上限或下限值，則為了防止收縮超差，可預先按下列關(guān)系進行驗算：
對正公差尺寸 （2.2）
對負公差尺寸 （2.3）
對正負公差尺寸 （2.4）
式中，△為塑件公差（mm）；δ為模具制造公差（mm），一般?。?/6～1/4）；D為成型軸類零件的模具型腔尺寸（mm）；d為成型孔類零件的模具型芯尺寸（mm）；L 為模具中心距尺寸（mm）；κmax為塑件收縮率上限值；κmin為塑件收縮率下限值。
當塑件有較大的金屬軸或金屬套嵌件時，其成型尺寸計算應從外形尺寸減去金屬軸或金屬嵌件尺寸后再乘以收縮率。
2.4方案論證
方案一：采用強制脫模，其澆口套和澆口設(shè)在定模固定板上。
方案二：采用彈簧抽芯，型芯將由大小不同的三對鑲塊組成，由鑲塊組成的型芯結(jié)構(gòu)內(nèi)部是空心的，空心部分加一頂桿。在鎖模力解除后，頂桿抽出，在彈簧力的作用下，型芯鑲塊向里運動，從而實現(xiàn)脫模。
方案三：采用一模兩腔結(jié)構(gòu)，其澆口設(shè)置在動模板上，用推桿實現(xiàn)脫模，且
效率高。
方案一采用強制脫模，雖然模具設(shè)計結(jié)構(gòu)比較，但是塑件容易產(chǎn)生變形或者破壞。方案二采用彈簧抽芯機構(gòu)，由于彈簧存在一定的擰緊力，使鑲塊中間的頂桿運動受阻。方案三采用一模兩腔結(jié)構(gòu)，效率高。采用點澆口。
圖2.3 模具二維裝配圖
8. 定模座板 2.墊塊 3.動模緊固螺釘 4.動模墊板 5.型芯固定板6.型腔固定板 7.定模座板8.定模緊固螺釘 9.定位圈 10.澆口套 11.型腔鑲塊 12.塑件 13.定位圈固定螺釘 14.斜導柱1 15.側(cè)抽芯1 16.斜楔1定位銷 17.斜楔1緊固螺釘 18.滑塊1 19.型芯鑲塊 20. 拉料桿 21.推件桿 22.推桿固定板 23.推桿螺釘 24.推桿墊板 25.回程桿 26.回程桿彈簧 27.支撐釘 28.型腔固定板 29.導柱30.滑塊2 31.定模定位銷 32.導套 33.側(cè)抽芯2 34.壓板 35.壓板螺釘36.斜導柱2 37.動模定位銷
3 注塑機的選擇
3 注塑機的選擇
3.1確定零件的體積
a. 零件的基本參數(shù) 一模兩腔, =118mm ，=32mm， =11mm
b. 零件的體積 由Pro/e軟件計算出塑件體積：=8.49cm3
c. 損失的體積 考慮飛邊及流道損失，選取澆口及流道損失=3cm3
V= =+=8.49+3=11.49cm3
d. 塑件的總體積 因塑料的體積與壓縮率有關(guān)，故所需體積為：
=V=2×11.49=22.98cm3。在加工過程中考慮到塑料的利用率, 取利用系數(shù) K=0.8。故注射成型機最大注射量V0應大于或等于/ K及V0≥/ K=22.98/0.8=28.752cm3
3.2選擇注射機及注射機的主要參數(shù)
3.2.1注射機的類型
不同的注射成型方法，對注射機的要求及裝配位置是不同的。用于注射成型的設(shè)備有：通用注射機、熱固性塑料注射機、特種注射成型工藝用注射機等類別。
通用注射機主要用于熱塑性塑料注射成型，是一類應用很廣泛是的注塑機。在這種注塑機上加上特定的輔助設(shè)施，可以用于熱流道注射成型、氣體輔助注射成型、多級注射成型等。
熱固性塑料注射機用于熱固性塑料注射成型，在其上面添加流道的溫度調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)，或在鎖模機構(gòu)上加上二次合模系統(tǒng)，可用于熱固性塑料冷流道注射成型或熱固性塑料壓鑄成型。
特種注射機有很多，如動力熔融注射機、排氣注射機、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射機、BMC注射機、液態(tài)注射機、反應注射機等，它們主要用于不同的特種注射成型工藝[13]。
就本課題而言，主要用的是通用注射機。通用注射機按分類方式不同，有多種形式：
a. 按注射機的注射方向和模具的開合方向，可分為三類。
(1) 臥式注射機 這種注射機成型物料的注射方向與合模機構(gòu)開合方向均沿水平方向。其特點是重心低、穩(wěn)定，加熱、操作及維修均很方便，塑件推出后可自行脫落，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。其缺點是模具安裝較麻煩，嵌件放入模具有傾斜和脫落的可能，機床占地面積較大。目前，大、中型注射機一般采用這種形
畢業(yè)設(shè)計（論文）
式。
(2) 立式注射機 成型物料的注射方向與合模機構(gòu)開合方向均垂直于地面。其主要有點是占地面積小，安裝和拆卸模具方便，安裝嵌件較容易。缺點是重心高、不穩(wěn)定，加料較困難，推出的塑件要人工取出，不易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。這種機型一般為小型的，最大注射量在60g以下。
(3) 角式注射機 成型物料的注射方向與合模機構(gòu)開合方向相互垂直，又成為直角式注射機。目前國內(nèi)使用最多的角式注射機采用沿水平方向開合模，沿垂直方向注射。其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于自制。主要缺點是不能準確可靠地控制注射壓力、保壓壓力和鎖模力，模具受沖擊和震動較大。
b. 按注射裝置分類，可分為三類。
(1) 螺桿式 以同一螺桿來實現(xiàn)成型物料的塑化和注射。它能使成型物料的混煉塑化均勻，無材料滯留，結(jié)構(gòu)簡單，但壓力損失較大，是當前使用較廣泛的機 型。
(2) 柱塞式 以加熱料筒、分流梳和柱塞來實現(xiàn)成型物料的塑化和注射。它構(gòu)造簡單，適合于小型塑件的成型，但材料滯留嚴重，壓力損失大。
(3) 螺桿預塑化型 這是雙料筒形式，螺桿、料筒進行塑化，柱塞、料筒進行注射。它能使塑化均勻，計量準確，適合與精密成型。但其結(jié)構(gòu)復雜，材料滯留大。
c. 按鎖模裝置分類，可分為兩類
(1) 直壓式 以液壓缸直接鎖模。這種形式調(diào)整、保壓都較容易，但能量消耗大。
(2) 肘拐式 以連桿機構(gòu)實現(xiàn)鎖模，常與液壓缸一起組合使用。它可以實現(xiàn)高速合模，鎖?？煽?，產(chǎn)品不易實現(xiàn)飛邊，但調(diào)整復雜，需要經(jīng)常保養(yǎng)[14]。
綜上所述，根據(jù)注射容積、注射壓力、鎖模力初選注射機型號為 XS-ZS-22。
3.2.2注射機的主要技術(shù)參數(shù)
注塑機的主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示
表3.1注塑機的主要技術(shù)參數(shù)
工程注射量/ mm3
30
螺桿直徑 / mm
25
注射壓力/Mpa
117
鎖模力/kN
250
最大成型面積/ mm2
90
模板最大行程/ mm
160
模具最大厚度/mm
180
模具最小厚度/mm
60
模板尺寸a×b/mm
250×280
拉桿空間a或a×b/mm
235
定位圈尺寸/mm
Ф115
頂出形式/mm
兩側(cè)頂出中心距70
生產(chǎn)廠家
上海塑機廠
噴嘴圓弧半徑/mm
12
噴嘴孔徑/mm
4
3.2.3注塑機的校核
a. 最大注塑量效核 材料的利用率為56/85=0.66，符合注塑機利用率在0.3～0.80的要求。
b. 注射壓力的效核 所選注塑機的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，ABS塑件的注塑壓力一般要求為50～100MPa，所以該注塑機的注塑壓力符合條件。
c. 模力效核 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要分開而會產(chǎn)生溢料。注射時產(chǎn)生的型腔壓力對柱塞式注射機因注射壓力損失較大，所以型腔壓力約為注射壓力的70%～40%；而有預塑裝置的注射機及螺桿式注射機壓力損失較小，所以型腔壓力較大。另外對不同流動性的塑料，噴嘴和模具結(jié)構(gòu)形式。其壓力損失也不一樣。一般熔料經(jīng)噴嘴時其注射壓力達60～80N/mm2, 經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時則型腔壓力一般約為25～50N/mm2 [15]。
鎖模力和成形面積的關(guān)系有下式確定：P鎖≥P腔×A/1000
式中——鎖模力（kN）；
——型腔壓力，一般去40～50N/mm2;
A ——澆道、進料口和塑件的投影面積（厘米2）。
取= 45kN/ mm2
所以注塑機的鎖模力符合要求。
d. 模具厚度校核 初定模具厚度為176mm，在該注塑機要求的厚度范圍(60～180mm)之內(nèi)。
e. 模具安裝尺寸校核 模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
f. 開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。其開模行程按下式效核:
(3.2)
式中 S 為注塑機的最大行程，mm；
H1 為塑件的脫模距離, mm;
H2 為包括流道在內(nèi)的塑件高度, mm
所以上式成立，即該注塑機的開模行程符合要求。
由以上對各參數(shù)的校核可知該注塑機符合要求。
4 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計
4 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計
4.1澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)是熔融塑料從注射機噴嘴到型腔的必經(jīng)通道，它直接關(guān)系到成型的難易和塑件的質(zhì)量，是注射模設(shè)計中的重要組成部分。
4.1.1澆注系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)的作用是使熔融塑料平穩(wěn)、有序地填充到型腔中去，且把壓力充分地傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密、外形清晰、美觀的塑件。
對澆注系統(tǒng)設(shè)計的具體要求是：
a. 對模腔的填充迅速有序；
b. 可同時充滿各個型腔；
c. 對熱量和壓力損失較小；
d. 盡可能消耗較少的塑料；
e. 能夠使型腔順利排氣；
f. 澆注道凝料容易與塑料分離或切除；
g. 不會使冷料進入型腔；
澆口痕跡對塑料外觀影響很小。
4.1.2澆注系統(tǒng)布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩種類型，一般以平衡式為宜。
澆注系統(tǒng)無論是平衡或非平衡布置，型腔均應與模板中心對稱。使型腔和流道的投影中心與注射機鎖模力中心重合，避免注射時產(chǎn)生附加的傾側(cè)力矩。
4.2澆注系統(tǒng)設(shè)計
流道系統(tǒng)包括主流道、分流道和冷料井以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4.2.1澆口套的設(shè)計：
澆口套與定模部分裝配后，必須與分模面有一定的間隙，其間隙大約為
0.005～0.15mm，因為該處受噴嘴壓力的影響，在注射時會產(chǎn)生變形。
主澆道的設(shè)計：主澆道與注射機噴嘴在同一軸心線上。在立式或臥式注射機用模具中，主流道垂直與分型面。
其設(shè)計要點如下：
畢業(yè)設(shè)計（論文）
a. 主流道一般設(shè)計成圓錐形，其錐角一般為，流動性差的可取，內(nèi)壁表面粗糙度，以便于澆注系統(tǒng)凝料從其中順利的拔出。
b. 為使塑料熔體完全進入主流道而不溢出，主流道與注射機噴嘴的對接處應做成球面凹坑。凹坑深度取。
c. 由于主流道要與高溫塑料和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的主流道襯套，襯套一般選用碳素工具鋼，如T8A、T10A 等，熱處理要求。主流道襯套的結(jié)構(gòu)如下圖4.1所示，其中圖（a）結(jié)構(gòu)是將定位圈與主流道襯套做成一體，常用于小型模具；圖（b）用螺釘把定位圈與定模板連接，將主流道襯套壓住，防止主流道襯套因受熔體的反壓力而脫出；圖（c）結(jié)構(gòu)是在定位圈的下端面做出一凸臺，利用注射機的固定板把定位圈和主流道襯套壓住。主流道襯套與定模板的配合可采用。
（a） （b） （c）
1—主流道襯套 2—定模板 3—定位圈
圖4.1 主流道襯套的結(jié)構(gòu)形式
d. 為減少塑料熔體充模時的壓力損失和塑料損耗，應盡量縮短主流道的長度，一般主流道的控制在60mm以內(nèi)。為減少料流轉(zhuǎn)向時的阻力，主流道的出口應做成圓角，圓角半徑r=。主流道的出口端面應與定模分型面齊平，以免出現(xiàn)溢料[16]。
本次設(shè)計的澆口套的二維圖和三維圖如下圖4.2和圖4.3所示：
圖4.2 澆口套二維圖 圖4.3澆口套三維圖
（4.1）
主流道直徑的經(jīng)驗公式為
式中 ——主流道大頭直徑，mm；
——流經(jīng)主流道的熔體體積（包括各個型腔、各級分流道、主流道以及冷料穴的容積），mm；
——因熔體材料而異的常數(shù)，查手冊得PC的K=1.5。
則
取D=10mm。
噴嘴孔徑為4mm，噴嘴球面半徑為12mm
圖4.3 定位圈二維圖 圖4.4定位圈三維圖
本次設(shè)計的定位圈的二維圖和三維圖下圖4.2和圖4.3所示
4.2.2冷料井設(shè)計
冷料井的位置在正對主澆道的動模上，一般處于分流道的末端，它的作用是將物料前端的“冷料”收集起來，防止“冷料”進入型腔而影響塑件的質(zhì)量。開模時冷料井能起到將主流道的冷凝料拉出的作用，冷料井的直徑比應比主流道的大端直徑稍微大一些。冷料井的形式有帶Z形拉料勾的冷料井；帶球頭形拉料的冷料井；倒錐形冷料井等。[17]
本方案采用的是帶Z形拉料桿。
拉料桿的二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)如下圖4.5和圖4.6所示
圖4.5 拉料桿二維圖 圖4.6拉料桿三維圖
4.2.3分流道的設(shè)計
分流道是指主流道與澆口之間的通道。其作用是使熔融材料過渡和轉(zhuǎn)向。在単型腔模具中可不設(shè)置分流道，在多型腔模具中均設(shè)置分流道，且常由一級分流道和二級分流道共同完成。要求滿足熔融料流壓力損失小，容積最小。
分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形及巨型等。為減小分流道內(nèi)的壓力損失，希望分流道截面面積要大，為減少散熱，又希望分流道表面積要小。流道長度宜短，因為長的流道不但會造成壓力損失，不利于生產(chǎn)，同時也浪費材料；但過短，產(chǎn)品的殘余應力增大，并且容易產(chǎn)生飛邊。澆道的截面積越大，壓力的損失越??；澆道的表面積越小，熱量的損失越小。用澆道的截面積和表面積的比值來表示澆道的效率，效率越高，澆道的設(shè)計越合理[17]。
對于壁厚小于mm，重量在200g以下的塑件，可用下述經(jīng)驗公式確定分流道的直徑（此時算出的分流道直徑僅限于3.2～9.5mm）：
(4.2)
式中 D為-分流道的直徑，mm；
W為-塑件的質(zhì)量，g（此零件為5g）；
L為-分流道的長度，mm（約為90）；
所以D≈3mm。
4.3澆口設(shè)計
4.3.1澆口的類型
a. 直接澆口 熔融塑料直接從主流道進入模具型腔；
b. 側(cè)澆口 開設(shè)在型腔的側(cè)面，與型腔和分流到相連，其橫截面形狀一般為矩形；
c. 搭接式澆口
d. 扇形澆口
e. 帶有調(diào)整片的澆口
f. 盤壯澆口
g. 環(huán)壯澆口
h. 膜片澆口
i. 點澆口
j. 潛伏式澆
綜合考慮塑件的形狀及材料表面的切料點，并且可以通過一次分型得出塑件，決定該模具的分流道設(shè)在動模型板上，采用半圓形流道，且澆口采用側(cè)澆口。
本模具采用的側(cè)澆口，其優(yōu)點是澆口形狀簡單，尺寸容易準確控制，通常用于除聚碳酸脂外的所有塑膠材料。
側(cè)澆口的缺點是產(chǎn)品表面有澆口瑕疵，須切斷澆道。
4.3.2澆口的位置
澆口的位置對塑件的質(zhì)量有極大的影響，澆口的位置選擇時應遵循如下原則：
a. 澆口應開設(shè)在塑件較厚的部位，以利于熔體流動，型腔的排氣和塑料的補塑，避免塑件產(chǎn)生縮孔或表面凹陷；
b. 澆口的設(shè)置應避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕，影響塑件的外觀；
c. 澆口應設(shè)置在能使型腔的各個角落同時充滿的位置；
d. 澆口應設(shè)置在有利于排出型腔中的氣體的位置；
e. 澆口應設(shè)計在能避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕的部位；
f. 模具的型芯細小時，澆口設(shè)計應注意不能使熔融塑料直接沖擊型芯，以免型芯被沖擊變形。
g. 澆口不要設(shè)置在塑件使用中的承受彎曲載荷和沖擊載荷的部位[18]。
5 成型零件設(shè)計
5 成型零件設(shè)計
注射模具閉合時，成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔，成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件，各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸、和表面。在開模和脫模時需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高雅容器，它的強度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
5.1分型面的設(shè)計
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面。分型面的設(shè)計在注射模的設(shè)計中占有相當重要的位置，分型面的設(shè)計合理與否直接影響到塑件的質(zhì)量；模具的整體機構(gòu)；工藝操作的困難程度及模具的制造成本。常見的取出區(qū)間的主分型面，與開模方向垂直。也有采用與開模方向一致的側(cè)向主分型面。分型面大都是平面，也有曲面或臺階面。
分型面的選擇原則：
a. 分型面應選擇在塑件外形的最大輪廓處，只有這樣才能使塑件從模具中順利地脫模，這是最根本的一條原則。
b. 分型面的選擇應考慮有利于塑件的脫模，一般模具的脫模機構(gòu)通常設(shè)置在動模一側(cè)，模具開模后塑件應停留在動模一邊，以便塑件順利脫模。
c. 分型面的選擇要保證塑件的進度要求，塑件光畫的表面不應設(shè)計分型面，以避免影響外觀質(zhì)量；塑件中要求同軸度的部分要放在分型面的同一側(cè)，以保證塑件同軸度的要求。
d. 分型面的選擇還應考慮模具的側(cè)向抽拔距，由于模具側(cè)向分型是由機械分型機構(gòu)來完成的，所以抽拔距都比較小，選擇分型面時應將抽芯和分型距離長的方向置于開模的方向，將小抽拔距作為側(cè)向分型或抽芯。
e. 分型面作為主要的排氣渠道，應將分型面設(shè)計在熔融塑料的流動末端，以便于模具型腔內(nèi)氣體的排出。
f. 選擇分型面時應使模具零件易于加工，減小機加工的難度，要使模具加工工藝最簡單。
鑒于以上要求，本模具的分型面設(shè)在動定模的結(jié)合面處，此處為塑件截面尺
畢業(yè)設(shè)計（論文）
寸最大的部位，是該塑件分型面的一個好的選擇[19]。
5.2成型零件應具備的性能
由于成型零件的質(zhì)量直接影響到塑件的質(zhì)量，且與高溫高壓的塑料熔體接觸，所以必須具備一下性能：
a. 具有足夠的強度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。
b. 具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。
c. 具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。
d. 零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。
e. 成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。
5.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.3.1凹模（型腔）結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模也稱為型腔，是成型塑件表面形狀的模具零部件。按結(jié)構(gòu)不同可分為五種：
a. 整體式凹模 它是由整塊材料加工制成。整體式凹模的強度高，成型的塑表面光滑無痕跡，但模具加工困難，熱處理變形大，材料浪費嚴重，適用于中小型簡單模具。
b. 整體嵌入式凹模 經(jīng)常應用于多型腔模具，凹模常加工成帶臺階的鑲塊，從凹模固定板下部嵌入，或者凹模與凸模固定板采用過盈配合，用螺釘連接在固定板上，凹模如果是回轉(zhuǎn)體，還需要銷釘或平鍵定位止轉(zhuǎn)。整體嵌入式凹模加工和安裝容易，熱處理變形小，便于凹模損壞時的更換和維修，成型后的塑件如有毛刺扥缺陷時，有利于脫模和后處理。
c. 鑲嵌式凹模 有的模具采用局部鑲嵌式凹模，對于大型模具或形狀復雜的模具，為了便于機械加工或熱處理，而采用大面積鑲嵌式凹模。局部鑲嵌的凹模一般都是凹模的易損部分或難于加工成型的部分，凹模鑲嵌的配合表面要磨平、拋光，以減少塑件成型時的表面毛刺，保證塑件表面質(zhì)量。
d. 四壁拼合式凹模 弱國矩形凹模巨大且復雜，可將底部和四壁分別加工，經(jīng)研磨后嵌入模套，側(cè)壁之間采用扣鎖連接，以保證連接的準確性。
e. 拼塊式凹模 對于有側(cè)凹的圓形塑件要采用側(cè)向分型機構(gòu)，以便塑件順利從凹模取出，凹?？捎袃蓧K或多塊拼合而成。
本模具為外形復雜且型腔較多的中小型塑件，故采用嵌入式凹模。
5.3.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯是成型塑件內(nèi)表面的模具零件，根據(jù)成型情況不同，型芯可分為一下結(jié)構(gòu)形式：
a. 整體型芯 整體型芯是在型芯固定板或型腔上直接加工出型芯，這種型芯結(jié)構(gòu)牢固，成型的塑件質(zhì)量好，但模具的加工難度大，適用于內(nèi)形簡單、深度不大的型芯設(shè)計。
b. 鑲嵌式型芯 在多型腔模具中常常將型芯加工成帶臺階的型芯，鑲嵌到型芯固定板上，如型芯為回轉(zhuǎn)體且有不對稱凹槽或凸起，需要加銷釘定位止轉(zhuǎn)。
當型芯細小時，可采用過盈配合，鉚接或樹脂粘結(jié)的方法將型芯與固定板連接起來。
c. 組合式型芯 對于形狀較為復雜的型芯通常用兩個或多個型芯共同組合而成，這種方法可以講復雜型芯簡單化，使加工難度降低，也有利于型芯的拋光。它需求各型芯配合面要平整，與型芯固定板的配合要緊密，不要是用銷釘或螺釘固定連接[21]。
型芯結(jié)構(gòu)同型腔結(jié)構(gòu)類似，亦采用嵌入式凸模。
5.4成型零件工作尺寸計算
注塑模成型零件工作尺寸，是指成型零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件在高壓和熔融溫度下充模成型，并在模具溫度下冷卻固化，最終在室溫下進行尺寸檢測和使用。因此，塑料制品的形狀和尺寸精度的獲得，必須考慮物料的成型收縮率等眾多因素的影響。成型零件的工作尺寸主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計中，應根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸和精度。
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素
（5.1）
a. 成型收縮率 塑料成型后的收縮率與塑料的材料、塑件的結(jié)構(gòu)、模具的結(jié)構(gòu)以及成型的工藝條件等因素有關(guān)，因此，在實際工作中，成型收縮率的波動很大，從而引起塑料尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為：
式中 ——塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差，mm；
——塑料的最大收縮率，%；
——塑料的最小收縮率，%；
——塑件尺寸，mm。
一般情況，由成型收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
b. 模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件的加工困難，制造成本和加工周期也會加大加長。實踐證明，如果模具成型零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，成型零件的制造公差占塑件尺
尺寸公差的1/3。
c. 模具成型零件的磨損 模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時與塑件的摩擦、成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕性氣體的銹蝕以及由于上述原因造成的模具成型零件表面粗糙度提高而要求重新拋光等，均可造成模具成型零件尺寸的變化，凹模或型腔尺寸變大，凸模或型芯尺寸變小。這種由于磨損造成的模具成型零件尺寸的變化值與塑件的產(chǎn)量、塑料原料及模具都有關(guān)系，當塑件產(chǎn)量較大時，模具表面耐磨性要好（如采用高硬度材料，模具表面鍍硬金屬層，表面滲氮處理等）。對于中小塑件，模具的成型零件最大磨損可取塑件公差的1/6，而大型塑件，模具的成型零件最大磨損應取塑件公差的1/6以下。
d. 模具安裝配合的誤差 模具的成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差應不影響模具成形零件的尺寸精度和位置精度[22]。
5.4.2成型零件工作尺寸的計算
(5.2)
在計算成型零件工作尺寸時要用到塑料的平均收縮率S。平均收縮率S的計算用到公式
公式中----塑料的最大收縮率；
----塑料的最小收縮率。
1 型腔徑向尺寸的計算
(5.3)
其中，----塑件的最大尺寸；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，
2 型腔深度尺寸的計算
(5.4)
其中,----塑件的最大高度；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，