產(chǎn)品建模
接受任務(wù)書
成型塑料制件的任務(wù)書通常由制件設(shè)計(jì)者提出，其內(nèi)容如下：
(1) 過審簽的正規(guī)制件圖紙，并注明采用塑料的牌號(hào)、透明度等；
(2) 塑料制件說明書或技術(shù)要求；
(3) 生產(chǎn)產(chǎn)量；
(4) 塑料制件樣品。
通常模具設(shè)計(jì)任務(wù)書由塑料制件工藝員根據(jù)成型塑料制件的任務(wù)書提出，模具設(shè)計(jì)人員以成型塑料制件任務(wù)書和模具設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)來設(shè)計(jì)模具。
設(shè)計(jì)依據(jù)分析
該模具設(shè)計(jì)的依據(jù)是塑件圖紙和塑料制件樣品。對(duì)于塑件圖紙，要注意圖紙的技術(shù)要求，許多圖紙明確給出尺寸公差等級(jí)、未注圓角、產(chǎn)品壁厚等，這些在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須加以注意；對(duì)于塑料制件樣品，重點(diǎn)是在樣件上提取有用的模具設(shè)計(jì)信息，避免在設(shè)計(jì)上走彎路，這些信息包括分型面的位置、澆口的位置和形式、頂桿的大小與分布、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等等。
該塑件材料為塑料ABS，制品顏色為乳白色，按統(tǒng)一色板檢驗(yàn)，色澤為1008。制品成型后要求外觀挺括，無明顯縮印、裂紋、流痕、熔接痕、頂白、銀絲斑、冷夾、劃傷、擦毛等缺陷，澆口、頂桿痕及分型合模線等飛邊毛刺應(yīng)修邊完整干凈，不得損傷外觀。尺寸公差按GB/T14486-93標(biāo)準(zhǔn)MT2級(jí)執(zhí)行，內(nèi)外表面粗糙度為Ra3.2，壁厚為2.5mm，未注倒圓角為R0.5mm，訂貨要求采用一模一腔，模具壽命為50萬模次。
消化塑料制件圖和工藝資料
設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真消化圖紙，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術(shù)要求。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結(jié)構(gòu)、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度高的尺寸進(jìn)行分析，看看估計(jì)成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。消化工藝資料，分析工藝任務(wù)書所提出的成型方法、設(shè)備型號(hào)、材料規(guī)格、模具結(jié)構(gòu)類型等要求是否恰當(dāng)，能否落實(shí)。成型材料應(yīng)當(dāng)滿足塑料制件的強(qiáng)度要求，具有好的流動(dòng)性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據(jù)塑料制件的用途，成型材料應(yīng)滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。
零件三維建模
該制品材料為ABS塑料,注塑加工成型。其形狀大體為扁長(zhǎng)方形,由復(fù)雜曲面、加強(qiáng)筋、勾卡等特征組成,采用PRO/E軟件中的Protrusion（伸出項(xiàng)）、Cut（切減項(xiàng)）、Rib（加強(qiáng)筋）、Round（倒圓角）、Offset（偏移）、Curve（曲線）、Surface（曲面）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延長(zhǎng)）、Transformed Surface（鏡像）、Draft（拔模）等實(shí)體特征和曲面特征完成塑件的三維數(shù)據(jù)建模，后完成的三維數(shù)據(jù)模型如圖1所示。
模具設(shè)計(jì)
確定模具的結(jié)構(gòu)形式
由圖1可知，該塑件屬于中型薄壁制件，考慮到模具加工難易程度，排氣、脫模及成型操作，塑料制品的表面質(zhì)量等因素，故分型面如圖2所示。制品所有卡子需采用斜頂（斜推）進(jìn)行側(cè)抽芯。熱澆口選在分型面上，即從制品邊緣進(jìn)料的熱流道側(cè)澆口（如圖2所示），這樣既不影響美觀，又可以調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和澆口封閉時(shí)間。ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性、外觀特性、低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。ABS收縮率一般在0.4％～0.7％范圍內(nèi)，本例選為0.6％。脫模方式選為油缸頂出復(fù)位系統(tǒng)與斜頂（斜推）抽芯機(jī)構(gòu)。
確定型腔的布置與成型方式
根據(jù)該塑件的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度要求、批量大小、模具制造難易、模具成本、鎖模力的大小等確定型腔數(shù)量為1腔。根據(jù)塑件的特點(diǎn)，來確定具體的型腔成型方法，即采用整體式還是鑲拼式，該模具采用鑲拼式結(jié)構(gòu)（具體形狀見圖3），在基準(zhǔn)角對(duì)角采用楔緊塊鎖緊，另外還要確定型腔、型芯、動(dòng)定模套板的強(qiáng)度與大致尺寸。由于型腔直接和高溫高壓的塑料相接觸，所以成型零部件一般都應(yīng)進(jìn)行熱處理。考慮到模具連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、模具壽命要求高、塑件外表面光潔度高等因素，動(dòng)模芯采用P20，定模芯采用2738（拋光性能好）。在考慮型腔成型方式的同時(shí)，還要考慮制造工藝的可行性。往往初學(xué)者設(shè)計(jì)出的模具有些地方用現(xiàn)有設(shè)備很難或根本無法加工出來，這就需要設(shè)計(jì)人員和編程人員、生產(chǎn)人員等共同協(xié)商，找出一個(gè)既易于成型又方便加工的設(shè)計(jì)方案，該模具在確定其結(jié)構(gòu)形式時(shí)就充分考慮到這一點(diǎn)。
確定澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)
考慮到該塑件外表面不能設(shè)置澆口，故采用2個(gè)熱流道側(cè)澆口進(jìn)料，整個(gè)熱流道系統(tǒng)的形狀如圖4所示，其中主熱澆道、分熱澆道及熱澆口的形狀、位置、大小等均是通過Moldflow軟件進(jìn)行流動(dòng)分析所得到的一個(gè)佳布置方案，流道的轉(zhuǎn)接處采用光滑圓弧連接，鑲接處保證密合。排氣系統(tǒng)考慮到塑件成型面積大和熔融塑料流程長(zhǎng)特點(diǎn)，除通過頂桿、斜頂（斜推）等間隙配合和分型面進(jìn)行排氣外，還在模芯四周開設(shè)均布的排氣槽，以免產(chǎn)生燃燒印等工藝缺陷。
確定抽芯方式與頂出方式
由于塑件上有和開模方向不同的側(cè)向凸凹（倒勾），故需確定其勾卡的側(cè)抽方式，如斜導(dǎo)柱、斜滑塊、斜頂、斜推、液壓油缸等。考慮到該模具抽芯距離不大、加工工藝和制造成本等因素，決定擬采用斜頂（斜推），但由于卡子之間的距離太近，若全部采用斜頂就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，故可采用9個(gè)斜頂、3個(gè)斜推（如圖2所示）進(jìn)行側(cè)抽芯,斜頂與斜推傾斜角度根據(jù)側(cè)抽芯距離而定。為了保證頂出平穩(wěn)可靠，決定采用雙油缸頂出復(fù)位系統(tǒng)，同時(shí)配有行程開關(guān)進(jìn)行行程控制，通過頂桿、2個(gè)直頂、斜頂和斜推等將塑件從動(dòng)模芯中頂出，這樣，不僅工作效率高，而且有利于提高模具壽命。
分模設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品建模成功和分型面確定好后，接著就要進(jìn)行分模設(shè)計(jì)。整個(gè)分模設(shè)計(jì)在proeWildfire4.0模具設(shè)計(jì)模塊中進(jìn)行，先建立毛坯和設(shè)置收縮率0.6%，然后利用曲面相關(guān)操作命令將分型面延伸至毛坯邊界或以外，緊接著進(jìn)行毛坯分割，并生成動(dòng)定模芯與澆注件，后進(jìn)行相關(guān)干涉、拔模等檢查和裝配尺寸、卡勾位置等校對(duì)。在動(dòng)定模芯造型完畢后，緊接著就要進(jìn)行9個(gè)斜頂與3個(gè)斜推的分模設(shè)計(jì)，在斜頂（斜推）設(shè)計(jì)完成后設(shè)置不同顏色后就顯示出如圖2所示效果。
確定模板厚度尺寸和模架大小
通過上述的設(shè)計(jì)步驟，塑件成型所需的水平面的投影大小基本得以確定，再考慮到動(dòng)定模芯、復(fù)位桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等位置是否相互干涉，從而可估算出模具的水平面的投影尺寸。確定如圖4所示動(dòng)模套板6和定模套板11的厚度。模板的厚度主要取決于塑件的高度、模板的面積、以及冷卻水道排布等。強(qiáng)度和剛度計(jì)算是一種方法，但耗時(shí)較長(zhǎng)，我們主要依靠經(jīng)驗(yàn)確定。確定時(shí)要考慮模芯的固定深度和方向、相互之間的配比等。在本模具中，動(dòng)、定模套板的厚度分別為170mm、140mm。另外，模腳的高度需根據(jù)實(shí)際塑件的特點(diǎn)而定。若型腔較深，需加高墊塊以保證足夠的頂出距離，在此模腳24高度為250mm，頂出距離為90mm。整個(gè)模架在proeWildfire4.0裝配模塊中進(jìn)行三維造型和裝配，將模架造好之后，再完善各個(gè)模板的尺寸與導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿、大小拉桿等在模架中的位置尺寸，后確定該模具的大外形尺寸為1000×580×780，模架采用兩板式熱流道結(jié)構(gòu)，按下料單定作，擬選用HTF-750型注塑機(jī)。
其它模具零件的三維造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在分模設(shè)計(jì)與模架設(shè)計(jì)完畢后，緊接著要進(jìn)行其它模具零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同樣在proeWildfire4.0裝配模塊中進(jìn)行剩余零部件的三維造型和裝配，由于零部件較多，在此不再詳述，但造型完畢后要注意進(jìn)行全局干涉檢查，若存在零部件間的干涉還得進(jìn)行修改。后，進(jìn)行流道系統(tǒng)和頂桿孔的三維造型設(shè)計(jì)，流道按Moldflow軟件分析結(jié)果進(jìn)行三維設(shè)計(jì)即可，而頂桿孔的設(shè)計(jì)既要顧及易蓄模的地方，又要考慮到冷卻水道的布置問題，其位置排布如圖4所示。
確定冷卻水道的分布形式
塑料充滿型腔后，應(yīng)通過冷卻使之定型，從而得到制品。冷卻水道的分布應(yīng)遵循一定的原則，總的來說，應(yīng)保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其它零部件、孔系發(fā)生連通現(xiàn)象，以免漏水。本例中水道縱向排布，直徑為φ10mm，具體布置形式見圖4。冷卻系統(tǒng)設(shè)有翻水孔，以增加冷卻效果，同時(shí)采用O型密封圈密封，以免出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，而且快速管接頭不要露在模具外面，以免吊裝和放置模具時(shí)將其壓壞。終生成的三維模具裝配圖如圖3所示。
繪制模具圖紙
模具設(shè)計(jì)構(gòu)思的過程，也就是模具圖紙的繪制過程。隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無圖紙加工雖已日見普遍，但是在一般的實(shí)際加工過程中模具圖紙仍然是必不可少的，因?yàn)樗芙o操作工和鉗工等提供一些重要位置尺寸、裝配尺寸、技術(shù)要求、形位公差、粗糙度等。在綜合考慮充分顯現(xiàn)出澆口套、流道、水道、頂桿、復(fù)位桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、螺釘、斜頂（斜推）、型芯和型腔鑲塊等結(jié)構(gòu)元件前提下，先在proeWildfire4.0中創(chuàng)建工程圖，然后另存為*.dwg文件格式,后在intecad2000中進(jìn)行編輯與修改。繪圖時(shí)先將確定的結(jié)構(gòu)元件一一繪出或細(xì)化，對(duì)于剖切不到的重要零件可另加局部剖視圖或以虛線表示。在完善裝配圖時(shí)，可能需要根據(jù)零件圖繪制過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題對(duì)裝配圖的某些結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改或補(bǔ)充，從而得到一張較完整的模具裝配圖（如圖4所示）。后標(biāo)注零件序號(hào)、零件明細(xì)表、標(biāo)題欄、模具大外形尺寸、頂出行程、基準(zhǔn)角和技術(shù)要求等。在繪制裝配圖后接著繪制全部零件圖，模具零件圖的出圖順序應(yīng)為：先內(nèi)后外，先復(fù)雜后簡(jiǎn)單，先成型零件，后結(jié)構(gòu)零件。所有零部件均先在proeWildfire4.0中創(chuàng)建工程圖，然后另存為*.dwg文件格式,后在intecad2000中完成尺寸、公差、粗糙度等標(biāo)注及技術(shù)要求、標(biāo)題欄的填寫即可。
結(jié)束語
本文結(jié)合自己多年的注射模具設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn),以明確而簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)思路詳細(xì)介紹了熱流道注射模的設(shè)計(jì)方法以及典型的斜頂與斜推相結(jié)合的多抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技巧，通過掌握熱流道注射模具的設(shè)計(jì)方法與步驟,有利于提高模具設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平和工作效率,縮短新產(chǎn)品的模具開發(fā)周期,從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
