基于CAD/CAM技术的组合端盖注塑模设计
组合端盖注塑模的设计
1 引言
本组所研究的课题为《基于CAD/CAM技术的组合端盖注塑模设计》，通过查阅相关资料和阅读相关文献，我们了解到注塑成型又称注射成型，是将已经热融化的材料喷射注入到模具内，经由冷却和固化后，得到成型品的方法。注塑成型是热塑性塑件生产的一种重要方法，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑件。注塑不仅用于热塑性塑料的成型，而且还可以应用于热固性塑料的成型。该成型方法适用于量产与形状复杂产品等成型加工领域。塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段。填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。
模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换代非常快。从理论上说，它是CAD技术最能发挥优越性的领域。但我国目前模具CAD的成果并不十分显著，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势:
(1) 模具CAD的参数化.参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。
(2) 模具CAD的智能化.冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。智能CAD以人类思维的认识理论。
运用这些软件对组合端盖进行结构分析，合理的设计模具的成型部分，型腔与型芯的加工可以参照一些先进的加工手段，降低设计难度和简化结构。在设计时尽量选用标准件，这样可以缩短设计周期，又降低了模具的成本。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析
（a）正面 （b）反面
图1 塑件三维图
该塑件的外形是由圆滑的弧线组成，外形看起来分为两个台阶，上台阶上有个突起的圆柱，圆柱上被挖去6个小圆球，底下还有个高3mm的台阶，零件壁厚为1mm,外形看起来稍微有点复杂,但成型难度适中。该零件尺寸精度要求为10级，有公差要求。该零件表面要求光滑，无其他特殊要求，易于实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。塑件的体积重量：计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
2.2 塑件材料成型工艺分析
选用的材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS。
它的密度是1030～1070kg/m3,收缩率是0.3～0.8%，注射压力是60～100MPa，最大不溢料间隙是0.04mm。 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。
ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，不透明。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。
2.3 型腔布局及分型面的选择
1.型腔布局选择一模两腔如图所示：
图2 一模两腔
2.分型面的选择
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我们将分型面选择在如图所示的地方。
图3 分型面
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
根据Pro/E分析得出塑件的体积=9858.05mm3 ABS的密度=1030kg/m3
得 g
得到塑件质量 M=10.15g
3.2 选择注射机
根据注射所需的塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为:JN128-E。注塑机的参数如下：
表 1 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 模架的选择
模架，是模具的主体。模架是由模板、导柱、导套、顶板、顶杆、顶出板、垫块及螺钉等基本零件组成的。在模具设计中我们影尽可能的使用标准模架，因为标准模架具有很多优点，比如：
(1)简单方便、买来即用、不必库存。
(2)简化了模具的设计和制造。
(3)能使模具成本下降。
(4)缩短了模具的生产周期，促进了塑件的更新换代。
(5)模具的精度和动作可靠性得到保障。
(6)提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
综上所述，采用标准模架的优越性是十分明显的，我们希望在模具设计中，要尽可能选用标准模架，不仅如此，还要能在标准模架的基础上实现模具制图的标准化、模具结构的标准化以及工艺规范的标准化。
标准模架已被模具行业普遍采用。按结构特征可分为基本型和派生型。基本型有A1,A2,A3,A4共四种。派生型有P1-P9共9个品种。在选用模架时，必须注意制品成型面加工的有效面积与其它孔位如螺钉孔、导柱和导套孔、顶柱孔、冷却水孔等都要保持足够的距离。所选用的装配零件，应尽可能采用通用标准件。
组合端盖注塑模是一个小型薄壁塑件，采用单分型面，尺寸不大，外形也不复杂，故我选用的是A2型的标准模架。
图4 标准模架A2型
3.4 注射机有关参数的校核
注塑模具是安装在注射机上使用的，为保证模具和注塑机匹配,在安装前应该对相关参数进行校核。
3.4.1注射量的校核
注射机标称注射量有两种表示方法，一是用容量（cm3）表示；一是用质量（g）表示。国产的标准注射机的注射量均以容量（cm3）表示。
模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体或质量在注射机额定注射量的80%以内。
在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部分容量或质量之和，即：
1 引言
本组所研究的课题为《基于CAD/CAM技术的组合端盖注塑模设计》，通过查阅相关资料和阅读相关文献，我们了解到注塑成型又称注射成型，是将已经热融化的材料喷射注入到模具内，经由冷却和固化后，得到成型品的方法。注塑成型是热塑性塑件生产的一种重要方法，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑件。注塑不仅用于热塑性塑料的成型，而且还可以应用于热固性塑料的成型。该成型方法适用于量产与形状复杂产品等成型加工领域。塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段。填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。
模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换代非常快。从理论上说，它是CAD技术最能发挥优越性的领域。但我国目前模具CAD的成果并不十分显著，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势:
(1) 模具CAD的参数化.参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。
(2) 模具CAD的智能化.冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。智能CAD以人类思维的认识理论。
运用这些软件对组合端盖进行结构分析，合理的设计模具的成型部分，型腔与型芯的加工可以参照一些先进的加工手段，降低设计难度和简化结构。在设计时尽量选用标准件，这样可以缩短设计周期，又降低了模具的成本。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析
（a）正面 （b）反面
图1 塑件三维图
该塑件的外形是由圆滑的弧线组成，外形看起来分为两个台阶，上台阶上有个突起的圆柱，圆柱上被挖去6个小圆球，底下还有个高3mm的台阶，零件壁厚为1mm,外形看起来稍微有点复杂,但成型难度适中。该零件尺寸精度要求为10级，有公差要求。该零件表面要求光滑，无其他特殊要求，易于实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。塑件的体积重量：计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
2.2 塑件材料成型工艺分析
选用的材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS。
它的密度是1030～1070kg/m3,收缩率是0.3～0.8%，注射压力是60～100MPa，最大不溢料间隙是0.04mm。 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。
ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，不透明。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。
2.3 型腔布局及分型面的选择
1.型腔布局选择一模两腔如图所示：
图2 一模两腔
2.分型面的选择
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我们将分型面选择在如图所示的地方。
图3 分型面
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
根据Pro/E分析得出塑件的体积=9858.05mm3 ABS的密度=1030kg/m3
得 g
得到塑件质量 M=10.15g
3.2 选择注射机
根据注射所需的塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为:JN128-E。注塑机的参数如下：
表 1 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 模架的选择
模架，是模具的主体。模架是由模板、导柱、导套、顶板、顶杆、顶出板、垫块及螺钉等基本零件组成的。在模具设计中我们影尽可能的使用标准模架，因为标准模架具有很多优点，比如：
(1)简单方便、买来即用、不必库存。
(2)简化了模具的设计和制造。
(3)能使模具成本下降。
(4)缩短了模具的生产周期，促进了塑件的更新换代。
(5)模具的精度和动作可靠性得到保障。
(6)提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
综上所述，采用标准模架的优越性是十分明显的，我们希望在模具设计中，要尽可能选用标准模架，不仅如此，还要能在标准模架的基础上实现模具制图的标准化、模具结构的标准化以及工艺规范的标准化。
标准模架已被模具行业普遍采用。按结构特征可分为基本型和派生型。基本型有A1,A2,A3,A4共四种。派生型有P1-P9共9个品种。在选用模架时，必须注意制品成型面加工的有效面积与其它孔位如螺钉孔、导柱和导套孔、顶柱孔、冷却水孔等都要保持足够的距离。所选用的装配零件，应尽可能采用通用标准件。
组合端盖注塑模是一个小型薄壁塑件，采用单分型面，尺寸不大，外形也不复杂，故我选用的是A2型的标准模架。
图4 标准模架A2型
3.4 注射机有关参数的校核
注塑模具是安装在注射机上使用的，为保证模具和注塑机匹配,在安装前应该对相关参数进行校核。
3.4.1注射量的校核
注射机标称注射量有两种表示方法，一是用容量（cm3）表示；一是用质量（g）表示。国产的标准注射机的注射量均以容量（cm3）表示。
模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体或质量在注射机额定注射量的80%以内。
在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部分容量或质量之和，即：
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