模具设计与制造实训_3-282

模具设计与制造实训第3章模具设计准备1/28第3章模具设计准备一、工艺分析及注塑机选择二、MoldWizard分模前准备三、模具设计实例四、知识拓展模具设计与制造实训第3章模具设计准备2/28一、工艺分析及注塑机选择1.塑件工艺分析塑件的工艺分析，主要对塑件制品图或实样进行详细的分析，以初步确定成型方案和模具结构。塑件工艺分析主要包括塑件材料分析和结构分析。塑件材料分析主要是分析塑件材料的种类、型号和材料的成型特性，并根据材料成型特点选择相应的模具结构。塑件结构分析是对塑件的形状、尺寸等进行分析，根据塑件的结构设计相应的注塑模具结构。通过塑件的工艺分析，可以初步确定注塑成型方案，包括成型出模方向、模具顶出方式、模具浇注系统类型、模具冷却方式等。根据成型方案，可以预先确定注塑模具的结构。此时，设计者对模具的整体结构已经有了一个基本的轮廓，这里只是一个大体的设计轮廓，模具的具体结构和模具各部分的实际尺寸还需通过进一步的分析、计算和校核来确定。模具设计与制造实训第3章模具设计准备3/282.注塑机规格的确定注塑机规格的确定主要是根据塑料制品的大小及生产批量。设计人员在选择注塑机时，主要考虑其塑化率、注射量、锁模力、模具安装尺寸（注塑机拉杆内间距）、容模量、顶出形式及顶出长度。倘若客户已提供所用注塑机型号或规格，设计人员必须对其参数进行校核，若满足不了要求，则必须与客户沟通并更换。模具设计与制造实训第3章模具设计准备4/282.注塑机规格的确定为了获得良好的塑件，保证正常的注塑生产，在模具设计中应选择合适的注塑机，一般从以下几个方面考虑：（1）额定注射量。国产标准的注塑机均用塑料的容量表示一次注射量。（2）额定锁模力。选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，否则注塑时模具分型面会被熔料冲开而产生溢料。由于注塑时存在注射压力损失，型腔压力一般约为注射压力的70%~80%。对于有预塑装置的注塑机，注塑时压力损失较小，型腔压力所占注射压力的比值要大一些。此外，塑料的流动性能、塑料模具结构形式和注塑机喷嘴类型对压力损失的影响也很大，校核锁模力时必须考虑这些因素。一般熔料流经喷嘴时的注射压力范围为(60到80MP)600kgf/cm3~800kgf/cm3。（3）额定注射压力。如果只考虑注塑机的最大注射量、最大成型面积和锁模力来确定注塑机是不够的。有些塑件在注塑成型时，由于形状复杂，或者塑料流动性差，难于充填型腔，必须在很高的注射压力才能顺利成型。因此，选用注塑机必须考虑选择合适的额定注射压力。模具设计与制造实训第3章模具设计准备5/282.注塑机规格的确定（4）注塑机与安装模具的关系。设计时主要考虑以下因素：1)注塑机的形式和模具的关系。在模具设计时，需考虑机床动模的行程和可调节的模具闭合高度，这直接影响开模和脱模。2)注塑机拉杆间隔。考虑模具的最大外型尺寸在安装时不受拉杆的影响。3)定位孔的直径。模具安装用的定位环尺寸应与注塑机定位孔尺寸相配合，小型注塑机一般只在定模部分设置定位孔，大型注塑机则要求定模板和动模板都设置定位孔。4)顶出杆孔装置。设计模具时必须了解注塑机顶出杆的直径和位置，并将顶出杆的行程和模具顶出装置一起考虑。5)喷嘴前端的孔径及球面的半径。这些参数决定浇口套的孔径和球面尺寸。6)安装螺孔的位置和孔径。注塑机定模板和动模板上设有一系列的螺孔，以安装模具压紧所用，必须与模具尺寸相对应。模具设计与制造实训第3章模具设计准备6/283.型腔数量的确定及型腔排列模具型腔数量主要根据制品的投影面积、几何形状（有无侧抽芯）、制品精度、批量以及经济效益来确定。其型腔数量主要依据以下因素来确定：(1)制品的重量与注塑机的注射量。(2)制品的投影面积与注塑机的锁模力。(3)模具外形尺寸与注塑机安装模具的有效面积（注塑机拉杆内间距）。(4)制品精度。(5)制品颜色（若在不同批次之间，容易产生色差）。(6)制品有无侧抽芯及其处理方法。(7)制品的生产批量（月批量或年批量）。(8)经济效益（每一模的生产量）。以上这些因素有的是相互制约的，因此在确定设计方案时，必须进行协调，以保证满足其主要条件。模具设计与制造实训第3章模具设计准备7/283.型腔数量的确定及型腔排列（多数为多腔）型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯（滑块）机构的设计、镶件及型芯的设计以及热交换系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口位置的选择有关，所以在具体的设计过程中，应进行必要的调整，以达到比较合理的设计结果。下图列出了一些生产中应用的型腔布排实例。模具设计与制造实训第3章模具设计准备8/28二、MoldWizard分模前准备1.项目初始化配的目录以及相关文件的名称，并载入需要进行模具设计的产品零件，是模具设计工作的第一步。模具设计与制造实训第3章模具设计准备9/282.模具CSYS定义模具坐标的过程就是将产品子装配从工作坐标系统转移到模具装配的绝对坐标系统，并以绝对坐标系作为模具坐标系（动模和定模的接触面）。(b)(a)(c)模具设计与制造实训第3章模具设计准备10/283.收缩率模具的型芯、型腔尺寸必须比产品的实际尺寸略大，以补偿注塑成型后由于冷却而导致的产品收缩。塑件收缩率的大小和设置方式是影响产品尺寸精度的重要因素，直接影响到注塑产品的最终精度。不同塑料有不同收缩率，收缩率大小还与塑件形状有关，在设计收缩率之前，必须分析材料的属性和产品的形状，依据厂家提供的材料收缩率范围合理地确定产品的收缩率。(b)(a)(c)模具设计与制造实训第3章模具设计准备11/284.工件又称毛坯，模具型芯和型腔是用工件加工而成的，此命令可以定义工件的形状以及尺寸。在MoldWizard里，工件是用来生成模具型芯和型腔的实体，并装配于模架中。工件的形状和尺寸以塑件和模架的形状和尺寸为设计依据。定义工件有以下两种方法：采用用户定义块生成工件；工件库中的标准工件。模具设计与制造实训第3章模具设计准备12/285.型腔布局（平衡：经旋转。线性：平移）(a)(b)(c)模具设计与制造实训第3章模具设计准备13/286.多模腔设计多模腔设计就是将两个或多个不同产品放在同一模具里注塑成型。加载多个产品模型后，注塑模向导自动将这些产品添加到模具装配中，形成一个多腔模的结构，而每个产品模型在layout（布局）节点下都有一个装配结构。模具设计与制造实训第3章模具设计准备14/287.注塑模工具注塑模工具提供各种修补工具，帮助创建分型几何体，包括实体修补和面修补、实体分割，及创建扩大曲面等，从而完成产品内部的分型曲面和实体的创建，进而简化分模过程。这些是分模前需要完成的前期工作。模具设计与制造实训第3章模具设计准备15/28三、模具设计实例本节利用模具设计知识初步确定数码相机盖成型方案和模具结构，确定模具型芯和型腔的毛坯尺寸，最后在MoldWizard里完成数码相机盖模具的设计准备，包括确定塑件在模具中坐标位置，设置合理的收缩率，确定模具工件的尺寸。1.结构工艺性分析数码相机盖制品的材料是ABS，流动性较好，但材料收缩率范围及收缩率较大，易发生缩孔、凹痕和变形等缺陷（增加添加剂后流动性大幅降低）。数码相机盖制品是电子消费品的外观件，外观要求光洁、美观，无凹痕、顶白、熔接痕（非常难处理，很多时候难以避免）等明显痕迹，塑件表面不允许有浇口痕迹。该塑件尺寸较小，整体结构较简单。配合尺寸要求精度较高，表面粗糙度要求较高。根据以上要求，结合材料成型性能，数码相机盖模具设计的精度取一般精度等级：5级精度。数码相机盖制品侧面有两个圆孔，无法直接出模，圆孔较浅，可以考虑采用斜导柱抽芯机构进行侧抽出模。制品中间有一通孔，可以考虑设置进料口。模具整体初步确定为“一开式”模具结构。模具设计与制造实训第3章模具设计准备16/282.注塑机的选择注射模具是与注射机配套使用的，因此模具设计者需了解注射机的规格与性能，并对所选用的注射机的基本参数进行校核。选择注塑机，主要参照塑件所需注射量。塑件所需注射量的计算步骤如下：(1)塑件的质量、体积计算塑件的质量可以用称重的方法，也可利用UG的分析功能，对塑件的三维造型进行分析，方便地得到塑件的体积、质量等信息。操作步骤如下：[1]单击【标准】/【打开】按钮，打开“\Example\3\xm\camera.prt”。[2]单击【工具】/【材料属性】，为塑件模型设置密度等材料属性。UG的材料库里，包含了ABS、尼龙等常用的塑料材料。[3]单击【分析】/【测量体】，弹出塑件三维模型信息表，显示模型的体积、质量等信息。模具设计与制造实训第3章模具设计准备17/28123模具设计与制造实训第3章模具设计准备18/28(2)浇注系统凝料体积的初步估算数码相机盖塑件属于小型件，模具采用一模一腔，浇注系统凝料体积预估为塑件体积的0.6倍，约为：V注=0.6×V件=0.6×18.8=11.3cm3因此，塑件所需注射量为：V=V件+V注=18.8+11.3=30.1cm3参照塑件注射量，初步选择注射机的型号为：SZ-68/40。在实际生产中，为了便于安排生产，一般将比所选注射机大一个型号的注射机作为注塑生产的备选设备，对于数码相机盖，备选注塑机型号为SZ-160/80。两种设备的技术参数见下表。表中的一些参数同模具尺寸有关，是模具设计的依据。模具设计与制造实训第3章模具设计准备19/28型号技术参数SZ-68/40SZ-160/80理论注射容积（cm3）58，77125，163实际注射量（g）53，68110，145注射压力（MPa）160，123205，157锁模力（kN）400800模具最小厚度（mm）130170模具最大厚度（mm）240320模板尺寸（mm）410×390550×520顶出行程（高度mm）4055模具设计与制造实训第3章模具设计准备20/283.注射容量锁模力校核设备初选后，需进行注塑机的注射容量校核和锁模力校核。(1)注射容量校核塑件成型所需的注射总量应小于所选注射机的最大注射容量。注射容量以容积cm3表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容积。校核公式如下：其中，V—塑件与浇注系统的体积（cm3）；V机—注射机注射容积（cm3）；α—注射系数。本例，取α=0.8，则满足校核公式，因此，所选注射机注射容量满足要求。VV4.46588.01.30机VV模具设计与制造实训第3章模具设计准备21/28(2)锁模力的校核注射时模具不被熔融物料顶开，则锁模力须足够大。锁模力校核公式为：F＞KPA式中，F—锁模力；P—模腔内的平均压力；A—制品在模具分型面上的投影面积；K—考虑到压力损失的折算系数，橡胶一般在1.1~1.25之间选取，塑料一般在0.4~0.7之间选取，对粘度小的取大值，对粘度大的取小值；模具温度高时取大值，模具温度低时取小值。本例，数码相机盖的材料为ABS，注塑生产时，对于螺杆式注塑机，注射压力一般为70~100MPa，在校核时，模腔内的平均压力P取大值，即取P=100MPa。根据塑件制品的外形尺寸可以得到：mm2取K=0.6，可得：KPA=0.6×100×6000=360000N400kN=F因此，所选设备的锁模力满足要求。600060100A模具设计与制造实训第3章模具设计准备22/28(3)型腔数目的确定选用注射机SZ-68/40进行数码相机盖生产，从注射容量校核和锁模力校核结果来看，以锁模力确定模具型腔比较合适。型腔数目可以按照以下公式进行计算：n=（F-P×A浇×100）/（P×Ai×100）其中，F—注塑机的公称锁模力；P—单位投影面积所需要的锁模力；A浇—浇注系统及飞边在分型面上的投影面积；Ai—1个塑料制品在分型面上的投影面积。通过计算，数码相机盖的型腔数目为1，即采用一模一腔进行设计。确定数码相机盖模具型腔数目时也考虑了塑件制品的精度因素，生产经验认为，增加一个型腔，塑件的尺寸精度将下降4%。模具设计与制造实训第3章模具设计准备23/284.Mold