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時(shí)間：2023-02-28 15:58:26
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2數(shù)據(jù)處理與模型重建
運(yùn)用Geomagic軟件處理掃描儀測(cè)得的風(fēng)扇葉片表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榍婺Ｐ?。在掃描儀采集數(shù)據(jù)時(shí)，由于測(cè)量方法、誤差處理方式及周?chē)h(huán)境等因素的影響，采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免地會(huì)受到噪音的干擾，所以，在反求模型之前必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。刪除不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，過(guò)濾噪聲。對(duì)于采點(diǎn)盲區(qū)，可采用填充命令進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行去噪平滑處理，這樣修補(bǔ)后的模型整體光順性可得到進(jìn)一步提高。
3風(fēng)扇葉片注塑模具設(shè)計(jì)
在逆向工程的基礎(chǔ)上，在UG注塑模具設(shè)計(jì)（MoldWizard）模塊中，對(duì)該風(fēng)扇葉片進(jìn)行了注塑模設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的基本流程如下：導(dǎo)入制件三維實(shí)體模型；對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行初始化，加載實(shí)體模型，確定材料及收縮率；分析實(shí)體模型出模斜度及分型情況；確定模具的分型面、型腔布局、推桿、澆口和冷卻系統(tǒng)等；修補(bǔ)開(kāi)方面，定義分型面；生成型芯、型腔等工作部件；加入標(biāo)準(zhǔn)模架、推桿、滑塊等部件；設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；完善設(shè)計(jì)圖紙等。根據(jù)該塑件外觀質(zhì)量及尺寸精度要求，選用模具為一模一腔單分型面模具。結(jié)合分型面的選擇原則，選取單分型面垂直分型。避免了頂桿端部與葉片的接觸，保證產(chǎn)品外觀的完整性。型芯、型腔由系統(tǒng)自動(dòng)生成。
在我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起到了重要作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，尤其計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定模具設(shè)計(jì)時(shí)模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題。
一、塑料制品材料的選用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響
一般來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此，設(shè)計(jì)者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細(xì)測(cè)試這些材料，研究其與各種因素對(duì)成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說(shuō)明問(wèn)題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無(wú)定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類(lèi)材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來(lái)說(shuō)，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件，而無(wú)定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。
（一）根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類(lèi)產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工，尤其會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來(lái)替代，而不會(huì)有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動(dòng)方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個(gè)測(cè)試條，并在同一個(gè)拉力測(cè)試儀上對(duì)它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較）表明，對(duì)添加了30％玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹(shù)脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動(dòng)方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43％和53％。
在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來(lái)改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)或數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱，更好的是聽(tīng)取原材料制造廠家的專(zhuān)家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對(duì)材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對(duì)它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意這種性能，考慮其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。
模具材料的選用取決于制品材料，細(xì)致分析制品材料后，才能在模具設(shè)計(jì)時(shí)選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細(xì)致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時(shí)，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來(lái)選取適合的模具材料。例如：制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時(shí)，其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼；制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，需要高壽命模具時(shí)刻采用時(shí)效硬化型塑料模具鋼。具體選用時(shí)主要還是要針對(duì)塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中，還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)?？紤]，其中對(duì)于壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要，壁厚設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)產(chǎn)品影響極大，改變一個(gè)零件的壁厚，對(duì)以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動(dòng)長(zhǎng)度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求
在設(shè)計(jì)的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對(duì)注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長(zhǎng)、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃?dòng)熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能，可以使用一種特殊的模具來(lái)測(cè)定流程。
增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中，很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問(wèn)題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應(yīng)力升高，有時(shí)還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計(jì)時(shí)，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設(shè)計(jì)模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應(yīng)；是否會(huì)影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實(shí)現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要求相結(jié)合來(lái)判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對(duì)制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)收縮值的考慮
為了不對(duì)塑料部件制定過(guò)分嚴(yán)格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確性的因素。模具制造的標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守，同時(shí)要特別注意脫模斜度的重要性，因?yàn)樗鼪Q定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個(gè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的重要問(wèn)題是，當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成時(shí)，其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對(duì)加工的要求非常嚴(yán)格，必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)玻璃增強(qiáng)材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮，從而導(dǎo)致尺寸不準(zhǔn)確。塑料制品的幾何形狀對(duì)收縮也有影響，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設(shè)計(jì)者值得關(guān)注的一點(diǎn)。因此在此類(lèi)制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論：
與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問(wèn)題還有許多，設(shè)計(jì)人員可以參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。總之，在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻(xiàn)
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2搭扣的側(cè)抽芯設(shè)計(jì)
該手機(jī)外殼共有7個(gè)內(nèi)扣，采用斜頂機(jī)構(gòu)成型并脫模。斜頂也叫斜銷(xiāo)、斜方，是利用頂針板頂出的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成水平運(yùn)動(dòng)以處理制品內(nèi)部倒扣的機(jī)構(gòu)，主要由斜頂本體和固定部分組成。斜頂角度、針板頂出行程和倒扣水平脫模距離之間的關(guān)系如圖4所示。斜頂角度和頂針板頂出行程的確定應(yīng)以保證倒扣水平脫模為依據(jù)。模具成型零部件結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中內(nèi)凹搭扣的斜頂1如圖6所示。由于斜頂較小，斜頂單邊開(kāi)槽單邊導(dǎo)滑。手機(jī)外殼共有外側(cè)搭扣5個(gè)，加上外側(cè)轉(zhuǎn)軸孔均須滑塊外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型。搭扣的側(cè)抽芯排布如圖7所示，共設(shè)有3個(gè)動(dòng)?；瑝K機(jī)構(gòu)。由于扣位尺寸較小，采用滑塊鑲針成型方便加工和維修，用螺釘將滑塊鑲針固定在滑塊上。
3頂針和模仁設(shè)計(jì)
手機(jī)外殼底面筋位骨位窄細(xì)并縱橫交錯(cuò)，適合用扁頂針。頂針和斜頂?shù)姆植技杏谑謾C(jī)外殼邊緣處，為了便于型芯模仁的加工、裝配與維修，采用鑲塊式的組合式型芯模仁，如圖8所示。這樣既能簡(jiǎn)化加工過(guò)程，縮短加工時(shí)間，又有利于排氣。
4模具整體設(shè)計(jì)
手機(jī)外殼模具整體成型零部件結(jié)構(gòu)如圖5所示，2D總裝圖如圖3(a)所示。高溫熔體注射入型腔后，經(jīng)過(guò)保壓冷卻，模具首先在A分型面分模，取出澆注系統(tǒng)廢料并完成2個(gè)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)軸孔定?；瑝K的側(cè)抽芯，由圖3(a)中小拉桿23限制分模距離。接著模具在B分型面分模，完成圖5中滑塊3、滑塊4、滑塊5動(dòng)模滑塊的側(cè)抽芯，由圖3(a)中固定在面板上的限位板32和限位螺釘31控制分型距離后，頂出機(jī)構(gòu)頂針和斜頂開(kāi)始動(dòng)作，完成內(nèi)扣的側(cè)抽芯并將產(chǎn)品推離型芯完成脫模過(guò)程。合模時(shí)，頂出機(jī)構(gòu)由復(fù)位桿10和彈簧復(fù)位。
1實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不能完全滿足社會(huì)需求
金工實(shí)習(xí)是高校模具設(shè)計(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，它是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的必修技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過(guò)金工實(shí)習(xí)，學(xué)生可以熟練掌握機(jī)械零件加工的主要工藝過(guò)程和方法，熟悉常用設(shè)備和工具的使用方法，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。但是大多高校金工實(shí)習(xí)內(nèi)容主要集中在機(jī)械加工的車(chē)、銑、刨、磨、鉗等傳統(tǒng)訓(xùn)練方面，忽視現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)訓(xùn)練如以數(shù)控加工技術(shù)、特種加工技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等為核心的模具制造實(shí)踐和以模具制工藝設(shè)計(jì)為主線的現(xiàn)代工程實(shí)踐的培養(yǎng)，跟不上目前國(guó)內(nèi)模具制造技術(shù)發(fā)展的水平。
2實(shí)踐教學(xué)方法不能體現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求
相當(dāng)部分高校在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師往往采用簡(jiǎn)單的課堂教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。指導(dǎo)老師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容和步驟，根據(jù)操作過(guò)程演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采取驗(yàn)證式的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)驟教條化。雖然有時(shí)學(xué)生分成小組進(jìn)行試驗(yàn)，往往也是驗(yàn)證式的。這種教學(xué)方法還會(huì)受到實(shí)驗(yàn)室空間和時(shí)間的限制，消減了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、靈活性，難以達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)是模具設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，學(xué)生可以更好地鞏固所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，擴(kuò)大專(zhuān)業(yè)知識(shí)面，培養(yǎng)一定的解決工程實(shí)際問(wèn)題的基本能力和社會(huì)實(shí)踐能力。但部分教師以及大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)僅僅是課堂教學(xué)的補(bǔ)充，沒(méi)有意識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的重要性。往往是一個(gè)或兩個(gè)指導(dǎo)老師帶著許多學(xué)生走馬觀花地參觀生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，未能給學(xué)生介紹與課堂所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)相對(duì)的生產(chǎn)實(shí)際，也未能真正參與到企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中去，因而對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的積極性不高，實(shí)習(xí)效果可想而知。
3缺乏綜合性實(shí)踐的平臺(tái)
生產(chǎn)企業(yè)對(duì)應(yīng)用型模具設(shè)計(jì)人才的要求不僅只是具備模具設(shè)計(jì)與制造的基本技能，更重要的是具有綜合實(shí)踐能力與項(xiàng)目實(shí)施能力。但目前相當(dāng)部分高校的模具設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，大多采用校內(nèi)教學(xué)（實(shí)驗(yàn)）輔助生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參觀的方式進(jìn)行，缺乏綜合性實(shí)踐的平臺(tái)，學(xué)生自主參與性較差，與生產(chǎn)企業(yè)以項(xiàng)目或工程管理的方式差別較大，難以培養(yǎng)更重要的是具有綜合實(shí)踐能力與項(xiàng)目實(shí)施能力。
二應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)改革
1實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革
（1）金工實(shí)習(xí)改革。金工實(shí)了掌握機(jī)加工中的車(chē)銑刨磨鉗等傳統(tǒng)訓(xùn)練方面，增加模具企業(yè)中常用的現(xiàn)代加工設(shè)備如數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割、數(shù)控銑削設(shè)備的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，給定特定的模具零件，安排學(xué)生操作數(shù)控機(jī)床、線切割、電火花機(jī)床等設(shè)備對(duì)零件進(jìn)行加工，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)現(xiàn)代加工設(shè)備的實(shí)際操作能力和數(shù)控編程能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)模具的特種加工方法的了解。
（2）增加數(shù)字化設(shè)計(jì)加工內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種模具設(shè)計(jì)軟件不斷出現(xiàn)。在傳統(tǒng)模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制圖、模具數(shù)字化設(shè)計(jì)、模具數(shù)字化分析仿真、模具生產(chǎn)管理以及模具的數(shù)控加工，從而提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短模具設(shè)計(jì)周期，已經(jīng)形成趨勢(shì)。這就要求畢業(yè)生必須具有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力以適應(yīng)就業(yè)的要求。因此，在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)上增加模具數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，采用先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件如Pro/E、UG等進(jìn)行模具三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，利用模具分析軟件如MoldFlow、DYNAFORM等對(duì)零件進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)檢查模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性，在設(shè)計(jì)階段消除易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，利用CAM技術(shù)模擬模具的加工過(guò)程。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中增加這些內(nèi)容，目的是加強(qiáng)學(xué)生模具數(shù)字化設(shè)計(jì)分析和加工的能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。
2實(shí)踐教學(xué)方法
改革課程實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，往往由于實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和空間限制，實(shí)驗(yàn)大多采取驗(yàn)證式或演示實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)方式很難達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)的課程實(shí)驗(yàn)，采用案例法（企業(yè)案例）教學(xué)，比如模具拆裝實(shí)驗(yàn)，選擇企業(yè)生產(chǎn)報(bào)廢的但能反映模具新技術(shù)的典型模具，如自動(dòng)脫螺紋模具或二次分型模具等，通過(guò)模具拆裝過(guò)程的訓(xùn)練，學(xué)生掌握模具拆裝的具體操作步驟和注意事項(xiàng)，提高動(dòng)手拆裝模具的能力，加深對(duì)模具設(shè)計(jì)參數(shù)的理解，而且學(xué)生也能從另一側(cè)面了解生產(chǎn)企業(yè)模具的拆裝過(guò)程。對(duì)于注射生產(chǎn)實(shí)習(xí)，學(xué)生親手去安裝和調(diào)試課堂所講的企業(yè)案例模具，選擇合理的工藝參數(shù)進(jìn)行塑件的生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)塑件的生產(chǎn)，以及對(duì)注射成型參數(shù)的調(diào)試，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解工藝參數(shù)，并且根據(jù)各種成型情況來(lái)調(diào)整參數(shù)，這種教學(xué)方法極大地激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新意識(shí)。
3增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)踐
目前實(shí)踐中的金工實(shí)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)大多以單獨(dú)考核的方式進(jìn)行，缺乏將所有實(shí)踐結(jié)合在一起的綜合性實(shí)踐，學(xué)生的自主參與性較差。為了培養(yǎng)學(xué)生的具有綜合實(shí)踐能力與項(xiàng)目實(shí)施能力，在所有的理論知識(shí)和單項(xiàng)的實(shí)踐內(nèi)容完成后，增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)踐，采取類(lèi)似生產(chǎn)企業(yè)的項(xiàng)目或工程管理的方式進(jìn)行。學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況與能力，選擇與自己能力相符的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)例題目（真題真做），一人一題，避免了小組中的敷衍了事，蒙混過(guò)關(guān)，甚至有自覺(jué)性差的同學(xué)偷懶抄襲的情況出現(xiàn)。讓學(xué)生有足夠的時(shí)間去查閱收集設(shè)計(jì)參考資料，自主思考，獨(dú)立設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案。將模具設(shè)計(jì)（三維和二維的數(shù)字化設(shè)計(jì)能力）、模擬分析（CAE分析能力）、模具各個(gè)零件（主要是成型零件）的加工（機(jī)加工、數(shù)控加工熱處理等動(dòng)手實(shí)訓(xùn)能力）、模具各零件的組裝（模具裝配能力），最后將組裝好的模具在壓力機(jī)或注塑機(jī)上試模（初步的試模和調(diào)整能力）等一系列過(guò)程融為一體，并且學(xué)生對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際管理能力也得到提高。通過(guò)綜合性實(shí)踐的訓(xùn)練能夠較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與潛能，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考、自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)和分析能力、工藝技能和工程管理能力。由于題目主要來(lái)源于企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品，學(xué)生通過(guò)綜合性的實(shí)踐訓(xùn)練能更好地適應(yīng)企業(yè)的需求。
2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是澆口類(lèi)型及其尺寸。為了保證較高的表觀質(zhì)量，通常選用點(diǎn)澆口或潛伏式澆口?？紤]到水杯蓋內(nèi)部有旋轉(zhuǎn)的螺紋型芯，所以只能選擇點(diǎn)澆口。它既實(shí)現(xiàn)了澆注系統(tǒng)凝料的自動(dòng)脫落，還具有易排氣和消除熔接痕的優(yōu)點(diǎn)。將點(diǎn)澆口設(shè)置在塑件幾何對(duì)稱(chēng)平面、且位于A和B凸臺(tái)中間的位置。澆口尺寸及第一級(jí)、第二級(jí)分流道尺寸均按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，并留有一定的修模余量。
2.2成型零件
綜合分析水杯蓋的結(jié)構(gòu)，并兼顧模具零件的加工和裝配，設(shè)計(jì)時(shí)采用4個(gè)獨(dú)立的整體嵌入式凹模，將其嵌入到定模板中。這樣既降低了凹模的材料和加工成本，又保證了一定的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也確保塑件表面不會(huì)出現(xiàn)拼接縫或夾線痕跡。因?yàn)樗w有內(nèi)螺紋，外表面非完全對(duì)稱(chēng)，因此模具型芯采用組合式結(jié)構(gòu)，由外螺紋型芯包裹固定型芯組合而成。螺紋型芯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，確保其能夠從杯蓋上旋出；固定型芯在模具中固定不動(dòng)，使水杯蓋在未被推出前保持靜止?fàn)顟B(tài)。
2.3側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)
針對(duì)水杯蓋上凸臺(tái)B處直徑4mm、深度12mm的側(cè)孔成型，設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)。為了保證凸臺(tái)表面光滑且無(wú)夾線，側(cè)型芯采用隧道式抽芯結(jié)構(gòu)。細(xì)長(zhǎng)的側(cè)型芯以獨(dú)立的鑲件與滑塊連接，其最前端圓柱部分成型側(cè)孔，而其他部位對(duì)塑件表面無(wú)任何封膠影響。非成型部分有一段錐面，是為了降低抽芯阻力，防止模仁被拖傷。在模具中，整個(gè)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)都在定模一側(cè)。此時(shí)模具工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，在定模和動(dòng)模分開(kāi)前，需要在定模一側(cè)先進(jìn)行一次分型從而完成側(cè)抽芯過(guò)程。由于模具采用了點(diǎn)澆口、三板模，側(cè)抽芯過(guò)程恰好與點(diǎn)澆口被拉斷的過(guò)程在第一次分型時(shí)一并完成，并沒(méi)有額外增加開(kāi)模動(dòng)作和時(shí)間。根據(jù)側(cè)孔的深度，在抽芯距確定為15mm后，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算確定了斜導(dǎo)柱傾斜角為15°、直徑20mm、總長(zhǎng)度95mm，以及完成側(cè)抽芯所需第一次分型距離應(yīng)大于56mm。
2.4自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)
由于水杯蓋螺紋深度較深，強(qiáng)度和精度較高，所以設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)化的旋轉(zhuǎn)脫模法。其中，設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)包括傳動(dòng)裝置、螺紋型芯的運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)方向和塑件的止轉(zhuǎn)。為了使螺紋型芯能平緩地旋轉(zhuǎn)，防止水杯蓋中的螺紋在旋脫時(shí)被拉壞，設(shè)計(jì)中選用可控的液壓力而非快速的開(kāi)模力來(lái)驅(qū)動(dòng)齒條4，將運(yùn)動(dòng)傳遞給同一軸上的小齒輪5和大齒輪3，并由齒輪3與螺紋型芯1的輪齒嚙合，帶動(dòng)螺紋型芯后退，最終旋出塑件。為了保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)了與螺紋型芯1相配的導(dǎo)向元件2，其螺距和旋向應(yīng)與水杯蓋內(nèi)螺紋相同。由于水杯蓋螺紋是右旋，所以螺紋型芯1應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)才能旋出水杯蓋，而小齒輪5則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒條在液壓活塞桿的牽引下應(yīng)向右上角運(yùn)動(dòng)。
2.5推出機(jī)構(gòu)
水杯蓋表面質(zhì)量要求較高，所以采用無(wú)推出痕跡的推件板進(jìn)行脫模。為了防止磨損及節(jié)省材料，設(shè)計(jì)了單獨(dú)的推件鑲塊，將其嵌入到推件板中用于推出塑件。為了防止推件鑲塊與螺紋型芯摩擦而磨損，將兩者以錐面配合。模具中推件板與復(fù)位桿用螺釘連接，確保推件板推出完成后不會(huì)滑落，同時(shí)也有利于推出機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)復(fù)位。
3模具工作原理
注射保壓冷卻后，在彈簧彈力和開(kāi)閉器阻力共同作用下，模具先從分型面Ⅰ打開(kāi)，點(diǎn)澆口被拉斷與塑件分離；同時(shí)，開(kāi)模力由斜導(dǎo)柱傳至滑塊和側(cè)型芯，完成側(cè)孔的抽芯分型運(yùn)動(dòng)。模具分開(kāi)至定距拉桿時(shí)，分型面Ⅰ停止移動(dòng)，但觸動(dòng)了脫凝料板，分型面Ⅱ被打開(kāi)，促使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料自動(dòng)從模具上脫落。限位套的位置限定了分型面Ⅱ的分開(kāi)距離，使其無(wú)法繼續(xù)分開(kāi)。此時(shí)，注射機(jī)的開(kāi)模力迫使開(kāi)閉器分開(kāi)，主分型面Ⅲ被分開(kāi)，從而使包在型芯上的塑件與定模脫離。模具結(jié)束所有開(kāi)模行程后，油缸通過(guò)液壓力驅(qū)動(dòng)齒條，并由齒輪傳動(dòng)使螺紋型芯旋轉(zhuǎn)后退，與水杯蓋中的成型螺紋脫離。接著，注射機(jī)頂桿將推出力傳至復(fù)位桿，帶動(dòng)推件板將塑件從模具中推出。隨后，油缸活塞桿回程，驅(qū)動(dòng)齒條和齒輪反向運(yùn)動(dòng)，將螺紋型芯旋轉(zhuǎn)復(fù)位。此后，模具將進(jìn)行3個(gè)分型面的閉模過(guò)程，并先后完成推出機(jī)構(gòu)和抽芯機(jī)構(gòu)的復(fù)位。
（1）生產(chǎn)效率高。注塑模具CAD技術(shù)中的注塑成型方法能夠?qū)⒁恍┬螤钶^復(fù)雜的塑料產(chǎn)品一次成型，并且這種方式生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品在目前塑料產(chǎn)品中所占的比例是比較大的；
（2）可以批量生產(chǎn)。利用注塑模具CAD技術(shù)能夠迅速將塑料的形狀進(jìn)行復(fù)制，并且快速成型，能夠克服注塑模具外部約束多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多變、試探性和經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)而批量生產(chǎn)大量的塑料產(chǎn)品；
（3）操作性強(qiáng)。注塑模具CAD技術(shù)系統(tǒng)的功能是比較豐富的，在注塑模具的流程中涉及到多個(gè)層面，因此也比較復(fù)雜，另外其交互性比較強(qiáng)，因此需要操作人員掌握豐富的軟件知識(shí)和廣泛拓寬計(jì)算機(jī)知識(shí)領(lǐng)域，從而才能做出正確的操作決策。注塑模具CAD系統(tǒng)一般包括五個(gè)部分，如產(chǎn)品造型或產(chǎn)品圖輸入部分、模具總體設(shè)計(jì)方案確定部分、模具詳細(xì)設(shè)計(jì)部分（包括結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計(jì)）、模具模擬過(guò)程部分（包括強(qiáng)度分析、流動(dòng)分析以及冷卻分析的模擬）以及CAM系統(tǒng)的接口部分等，這些部分一般是相互獨(dú)立并相互聯(lián)系的，在注塑模具功能的發(fā)揮中起到至關(guān)重要的作用。注塑模具CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)和制造提供了一個(gè)更為先進(jìn)快捷的方式，在模具的質(zhì)量和制模的周期上都有了很大的改善。另外通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)還能夠大幅度降低制模的成本，提高企業(yè)的管理水平，同時(shí)還讓設(shè)計(jì)人員的主觀能動(dòng)性得到充分的發(fā)揮。
2UG中模具設(shè)計(jì)中MoldWizard模塊分析
由上述的描述可以知道，UG注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)主要是通過(guò)UG軟件中的MoldWizard模塊對(duì)將要制作的模具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，然后得到設(shè)計(jì)圖形。在UG軟件中，MoldWizard模塊能夠根據(jù)用戶企業(yè)的需求建立出與需求產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維模具，這些建立出來(lái)的模具是可以用來(lái)直接加工的。另外MoldWizard模塊能夠?qū)δK進(jìn)行自動(dòng)分模，也就是說(shuō)，通過(guò)其能夠自動(dòng)搜索模具的分型線，并且自動(dòng)生成分型面和提取公母模面，從而生成磨具的型芯與型腔。在這個(gè)過(guò)程中大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)程序，并且具有很強(qiáng)的邏輯性。另外，MoldWizard模塊能夠定義標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)，能夠?qū)⒅庇^的圖形直間調(diào)入到設(shè)計(jì)的模具中去，并且可以很方便地在上面進(jìn)行修改。該標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，既能將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的圖形數(shù)據(jù)調(diào)出利用還能往數(shù)據(jù)庫(kù)中添加新的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)自行對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行定義。
3UG注射模在模具設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用
對(duì)于UG注射模在模具設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用，以下以游戲機(jī)手柄上蓋的注射模具來(lái)進(jìn)行分析。進(jìn)行UG軟件的MoldWizard模具設(shè)計(jì)時(shí)，主要有以下流程：
3.1產(chǎn)品的模型結(jié)構(gòu)分析
在進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要對(duì)所期望的產(chǎn)品的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，本文以游戲手柄為例，對(duì)游戲手柄的材料、外形等進(jìn)行分析，判斷其結(jié)構(gòu)類(lèi)型。
3.2產(chǎn)品的加載和項(xiàng)目的初始化
根據(jù)上述對(duì)所期望產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析之后，就需要選擇材料的種類(lèi)，并對(duì)產(chǎn)品和項(xiàng)目的路徑、名稱(chēng)以及單位進(jìn)行設(shè)置，這就是產(chǎn)品的加載和項(xiàng)目的初始化過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，材料的選擇一般基于UG軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，或者直接編輯新增，然后完成模具的整個(gè)資料，形成一個(gè)加載項(xiàng)。
3.3模具坐標(biāo)系和收縮率的定義
通過(guò)上述將游戲手柄的材料信息進(jìn)行設(shè)置處理后，就需要在軟件中將該種模具的坐標(biāo)系和收縮率進(jìn)行定義。此坐標(biāo)系屬于三維坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中模具要處于零件分型面的中心線上，Z軸需要代表產(chǎn)品的頂出方向，這樣才能保證MoldWizard系統(tǒng)只能進(jìn)行操作。收縮率則是根據(jù)游戲手柄材料的種類(lèi)來(lái)確定。
3.4成形工件的確定
在本例中，游戲手柄的總體形狀為長(zhǎng)方形，且有一定的弧度，因此，在形成模具時(shí)，需要在動(dòng)態(tài)固定的模具中安裝型芯和型腔，型芯和型腔是通過(guò)機(jī)床加工而來(lái)的，然后利用成形工具來(lái)定義模具的大小。
3.5模腔的布局
通過(guò)成形工具的確定后，就要對(duì)模腔的布局進(jìn)行確定，一般是根據(jù)產(chǎn)品的需求量來(lái)決定，若需要大量生產(chǎn)，則可以將模腔布局為一模多腔，這樣就能充分利用材料，提高生產(chǎn)效率。
3.6分型
模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是分型面的建立，其目的就是讓工件的分型面對(duì)工件進(jìn)行分割，從而形成各個(gè)模具腔體的體積塊。因此分型的過(guò)程主要包括：創(chuàng)建分型線、創(chuàng)建分型面以及創(chuàng)建型芯和型腔。
3.7模架的調(diào)用
等模具的大致零件部位確立后，就需要借助模架來(lái)確立整個(gè)模型。一般來(lái)說(shuō)，模架的調(diào)用來(lái)自于UG軟件系統(tǒng)本身存儲(chǔ)的模架庫(kù)，當(dāng)然也可以借助其他軟件自行建立模架庫(kù)。本例中的游戲手柄則需要通過(guò)KBE知識(shí)工程來(lái)建立一個(gè)特定模架，加入到模架庫(kù)之后，再進(jìn)行調(diào)用。
3.8成形
該過(guò)程主要包括模具零件的標(biāo)準(zhǔn)零件，如主流道、推桿、固定環(huán)以及澆口等，進(jìn)而進(jìn)行模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。澆注后，需要對(duì)成型的模具進(jìn)行冷卻，因此UG軟件系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)出該種模具的冷卻系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括冷卻時(shí)間、冷卻材料、冷卻工藝等。最后就是模具的裝配過(guò)程，根據(jù)模具的三維圖進(jìn)行各設(shè)計(jì)木塊的安裝。
2工序圖設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析，成形該制件需7副模具，分別為1副沖孔、切斷模，5副彎曲模和1副整形模來(lái)完成。箍圈成形工序如圖2所示，具體工序?yàn)椋孩侔辶蠜_孔、切斷；②板料兩端第1次彎曲；③板料兩端第2次彎曲；④板料兩端頭部卷圓；⑤板料兩端波浪形彎曲；⑥卷圓；⑦整形。
3模具設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題
（1）該制件有多處彎曲，毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度按理論計(jì)算結(jié)果會(huì)與實(shí)際長(zhǎng)度尺寸相差較大，為此，先按理論計(jì)算毛坯的展開(kāi)長(zhǎng)度并采用線切割加工制出毛坯，再在彎曲模進(jìn)行試制，根據(jù)試制結(jié)果再調(diào)整毛坯的展開(kāi)長(zhǎng)度。（2）板料兩端頭部卷圓工序中，在凹模的兩端頭部必須加工出與制件頭部相同的圓弧，否則難以卷成制件相同的圓弧，影響制件的質(zhì)量。（3）板料兩端波浪形彎曲工序中，如按通常的設(shè)計(jì)方式用3個(gè)相等的圓弧連接一波浪形的彎曲，反彈也會(huì)很大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取中間的圓弧R=70mm，兩邊的圓弧R=52mm。彎曲成形后，靠近開(kāi)口的圓弧會(huì)比制件略小，然后在整形工序整形出與制件要求的圓弧尺寸。
4模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1板料兩端第1次彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
板料兩端第1次彎曲模結(jié)構(gòu)如圖3所示。（1）為確保彎曲凸、凹模位置精度，在上、下模座上設(shè)置有ϕ16mm的滑動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向。（2）板料兩端第1次彎曲時(shí)，兩端頭部的形狀對(duì)稱(chēng)，直接利用凸模與凹模剛性成形，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（3）為方便模具調(diào)整、維修，凸、凹模采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。把凸模和凹模各分為3塊，并用螺釘固定，其螺紋孔為盲孔，可防止制件在沖壓過(guò)程中產(chǎn)生壓痕，影響制件的外觀質(zhì)量。
4.2板料兩端第2次彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
板料兩端第2次彎曲模結(jié)構(gòu)。（1）板料兩端第2次彎曲時(shí)，凸、凹模的相關(guān)尺寸直接影響頭部卷圓的尺寸，要合理控制彎曲凸、凹模的間隙，以免彎曲后的回彈較大，在后一工序難以卷圓。因該制件為SUS430不銹鋼，設(shè)計(jì)時(shí)，在凹模的側(cè)面加一擋塊19，能平衡制件彎曲過(guò)程對(duì)凹模產(chǎn)生的側(cè)向力。（2）制件的板料較厚（t=2.0mm），為保證制件成形質(zhì)量，模具采用3個(gè)ϕ80mm的橡膠12進(jìn)行彈性壓料，橡膠安裝在下模座8的底部。（3）模具工作過(guò)程為：將上工序沖壓出的制件放入模具內(nèi)，擋料塊6對(duì)制件進(jìn)行定位。上模下行，對(duì)制件進(jìn)行彎曲成形。上模上行，彎曲成形后的制件隨凸模一起上行，制件從凸模的側(cè)面取出。
4.3板料兩端頭部卷圓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）該模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為保證上、下模的位置精度，在上、下模座上設(shè)置ϕ38mm的滾動(dòng)導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。（2）為保證上、下模有足夠的彈簧壓縮行程，上模設(shè)計(jì)上托板1和墊塊6，下模設(shè)計(jì)下托板14和墊塊13。（3）為平衡彎曲凸模2、8在卷圓過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向力，分別在彎曲凸模2、8后側(cè)相對(duì)應(yīng)的下模上設(shè)置有擋塊20。在成形時(shí)凸模的頭部先對(duì)板料兩端進(jìn)行導(dǎo)向，再卷圓成形。（4）模具中壓料板5較狹窄，為保證壓料板的強(qiáng)度，不能在其內(nèi)部設(shè)置小導(dǎo)柱，為保證壓料板滑動(dòng)過(guò)程中的順暢，在壓料板的側(cè)面設(shè)計(jì)4塊壓料板擋塊7，壓料板在壓料板擋塊內(nèi)滑動(dòng)。該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，可以代替小導(dǎo)柱導(dǎo)向。（5）模具工作過(guò)程為：將上工序沖壓出的制件放入模具內(nèi)，用浮動(dòng)導(dǎo)料銷(xiāo)18對(duì)制件進(jìn)行粗定位。上模下行，壓料板壓住制件，上模繼續(xù)下行，彎曲凸模2、8頭部的導(dǎo)向部分對(duì)制件進(jìn)行導(dǎo)向，浮動(dòng)導(dǎo)料銷(xiāo)在凸模下行的同時(shí)隨之下行。上模繼續(xù)下行，開(kāi)始對(duì)板料兩端進(jìn)行卷圓成形。
4.4板料兩端波浪形彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）板料兩端波浪形彎曲形狀簡(jiǎn)單，但彎曲模結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為便于加工，彎曲凹模采用分體結(jié)構(gòu)，為平衡凹模在彎曲成形過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向力，在凹模的左、右側(cè)面設(shè)置凹模擋塊14。（2）凸模7、19固定在凸模固定板11上，中間的凸模5采用滑動(dòng)結(jié)構(gòu)。模具工作過(guò)程為：上模下行，中間的凸模5利用橡膠2的壓力對(duì)制件進(jìn)行預(yù)成形，上模繼續(xù)下行，成形制件兩邊的弧形，直到上、下限位柱接觸后，制件波浪彎曲過(guò)程結(jié)束。
4.5卷圓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）卷圓模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上、下?？烤韴A芯棒固定座3的頭部進(jìn)入導(dǎo)向塊7和導(dǎo)向塊8內(nèi)導(dǎo)向，無(wú)需再設(shè)置導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。（2）為提高卷圓芯棒10的強(qiáng)度，在卷圓芯棒的上方加工出一缺口，鑲?cè)胫螇K11，支撐塊的上方與上模座1連接，側(cè)面與芯棒固定座連接，支撐塊同時(shí)也起到隔離卷圓件開(kāi)口處的作用。（3）用卷圓芯棒作凸模，把上工序沖壓出的制件（見(jiàn)2（e））反向放置在卷圓凹模5上，并用擋料塊4定位。上模下行，卷圓芯棒先接觸前一工序件的中間圓弧R70mm的頂部，上模繼續(xù)下行，對(duì)制件進(jìn)行卷圓。上模上行，已經(jīng)卷圓的制件隨卷圓芯棒一起上行，制件從卷圓芯棒側(cè)面取出。
4.6整形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該工序?yàn)橹萍韴A后調(diào)整圓弧的回彈，整形模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)模具的各零部件制造精度要求高。（1）上、下模靠凸模5、19的頭部分別進(jìn)入導(dǎo)向塊8、17內(nèi)導(dǎo)向，無(wú)需再設(shè)置導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。（2）模具的芯棒18固定在芯棒固定座7上，而芯棒固定座在下模導(dǎo)向塊12、14內(nèi)滑動(dòng)。（3）把上工序卷圓的制件套入芯棒中，芯棒的凸出部分對(duì)制件起定位作用，以防止制件旋轉(zhuǎn)影響整形質(zhì)量。上模下行，頂桿4在彈簧的壓力下首先使芯棒固定座及芯棒一起下行，直到制件的圓弧底部接觸到凹模9的圓弧后，凸模5、19對(duì)制件進(jìn)行整形，整形后的制件從芯棒側(cè)面取出。該整形模能很好地控制制件的回彈。
2傳統(tǒng)的鉸鏈加工方法存在的問(wèn)題
資料介紹，對(duì)于r=（0.6~3.5）t的鉸鏈件，常用推卷的方法彎曲成形。彎曲成形一般分為兩道工序，首先將毛坯頭部預(yù)壓彎，然后再卷圓。立式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于制模和彎曲成形，但此工藝方法和模具只適用于材料較厚且長(zhǎng)度較短的鉸鏈件。對(duì)本合頁(yè)片由于材料較薄，長(zhǎng)徑比大于30，顯然不適合。臥式模具結(jié)構(gòu)是利用斜楔對(duì)凹模作用，使其產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)而完成卷圓過(guò)程，有壓料裝置，彎曲件質(zhì)量較好。但由于卷圓內(nèi)徑有公差要求，彎曲件的質(zhì)量還是不夠理想，還需增加一副整形模才能達(dá)到要求。而且圖2c模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，模具制造成本高，周期長(zhǎng)，對(duì)于小批量的合頁(yè)片生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)性不好。從上述模具結(jié)構(gòu)可以看出，該類(lèi)模具比較適合加工小型鉸鏈件。制件則相當(dāng)困難，甚至不可能進(jìn)行。因此，必須考慮其他工藝方法，設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的模具來(lái)解決這些問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次摸索，終于找到了解決問(wèn)題的方法：即在預(yù)彎成形后，卷圓彎曲之前增加一道U形彎曲工序，從而使推卷成形變得容易，同時(shí)也使模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。優(yōu)化后的沖壓工藝流程為：下料→落料→去毛刺→制標(biāo)→頭部預(yù)彎→頭部U形彎曲→卷圓成形。
3模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程
模具工作過(guò)程：卷圓模置于液壓機(jī)（Y41-10T）工作臺(tái)上，將模柄4固定在液壓機(jī)上滑塊上。工作時(shí)，液壓機(jī)上滑塊上升，模具開(kāi)啟，壓塊3與上模6脫離接觸，將經(jīng)U形彎曲后的坯件由端面從上模與下模右側(cè)面的縫隙中插入下模7的型槽內(nèi)，放入芯棒1，開(kāi)動(dòng)液壓機(jī)上滑塊下行，使軸向壓塊3向下傳力給上模6，從而使坯件受限并卷圓彎曲成形。成形后，液壓機(jī)上滑塊回升，彈簧2將上模6頂起，用手將制件從芯棒1上取出，完成一個(gè)沖壓過(guò)程。一個(gè)批次加工完后，將芯棒1插入下模7存放芯棒的孔內(nèi)，以備下次使用。
基于UG的注塑模具設(shè)計(jì)的主要流程是:在UG建模環(huán)境下創(chuàng)建塑件的三維模型;在UGMoldWizard設(shè)計(jì)環(huán)境加載塑件;對(duì)塑件進(jìn)行模具分型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下:
1)創(chuàng)建塑件三維模型
根據(jù)提供的塑件樣品，在UGModeling模塊下靈活運(yùn)用各種建模命令，創(chuàng)建風(fēng)扇上蓋的三維模型如圖1所示。
2)注塑模具總體結(jié)構(gòu)的確定
針對(duì)這個(gè)模型，為了保證模具的質(zhì)心盡量靠近其幾何中心，又要盡可能的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，擬采用一模一腔的設(shè)計(jì)思路;由于零件對(duì)底面、側(cè)面粗糙度要求不高，可選用大水口系統(tǒng)模架;為了提高加工效率和節(jié)省成本，定模型芯和動(dòng)模型芯均采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。將創(chuàng)建好的零件三維模型文件拷貝到即將建立的模具結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件所在的目錄下，然后用UGMoldWizard模塊所對(duì)應(yīng)的工具條中的按鈕(Load)打開(kāi)項(xiàng)目初始化對(duì)話框，材料選擇ABS+PC;收縮率為1．0055，輸入相應(yīng)的參數(shù)后，進(jìn)入U(xiǎn)GMoldWizard模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)項(xiàng)目初始化如圖2。
3)分模
分模是注射模具設(shè)計(jì)的最重要的一環(huán)，它是用分模面將包含模具型腔的體積塊分開(kāi)成動(dòng)模型芯和定模型腔，而分模面就是動(dòng)模型芯和定模型腔的接觸面。分模一般按以下步驟進(jìn)行:修補(bǔ)塑件;提取塑件的分型線;生成分模面;分模得到動(dòng)模型芯、定模型腔和滑塊型芯。對(duì)于具有孔或者槽的塑件，在分模前需要修補(bǔ)好這些結(jié)構(gòu)。修補(bǔ)分為片體修補(bǔ)和實(shí)體修補(bǔ)，風(fēng)扇上蓋由于具有開(kāi)放的空間，需要采用實(shí)體修補(bǔ)，經(jīng)實(shí)體修補(bǔ)后的風(fēng)扇上蓋產(chǎn)品和相應(yīng)的實(shí)體修補(bǔ)塊如圖3所示。圖3修補(bǔ)塑件塑件修補(bǔ)好后，開(kāi)始提取塑件的分型線。分型線是產(chǎn)品的最大輪廓線，是產(chǎn)生分模面的基礎(chǔ)。電池扣分型線可以通過(guò)搜索修補(bǔ)好的塑件的邊線獲取，自動(dòng)搜索分型線，如圖4所示。圖4分型線分模面是以產(chǎn)生的分型線為基礎(chǔ)，采用有界平面的方法獲得。然后提取區(qū)域，使得構(gòu)成塑件的所有面都被指派到型芯側(cè)或型腔側(cè)。如果面的總數(shù)等于型芯和型腔的面的總和，則可以通過(guò)自動(dòng)或分步的方法進(jìn)一步獲得型腔和型芯，如圖5。
4)確定模架和模具標(biāo)準(zhǔn)件
針對(duì)型芯和型腔的大小，選擇合適的模架。選擇大水口系統(tǒng)模架，如圖6所示，系統(tǒng)自動(dòng)載入模架。接著為模具選擇標(biāo)準(zhǔn)件，包括主流道襯套、定位環(huán)、頂針、拉料桿、復(fù)位彈簧、垃圾釘、支撐柱等。
5)創(chuàng)建澆口特征
調(diào)用澆口命令，編輯參數(shù)，再點(diǎn)擊“澆口點(diǎn)表示”，選擇“面上的點(diǎn)”，在彈出的“Pointmoveonface”對(duì)話框編輯參數(shù)，單擊確定完成“澆口點(diǎn)”的創(chuàng)建。在“澆口設(shè)計(jì)”對(duì)話框中點(diǎn)擊應(yīng)用，系統(tǒng)彈出“點(diǎn)構(gòu)造器”對(duì)話框，選擇“澆口點(diǎn)”，在“矢量構(gòu)造器”對(duì)話框中選擇－ZC，完成澆口的創(chuàng)建(圖7)。6)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用冷卻系統(tǒng)特征，分別創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)的水道特征、堵頭特征、水管連接特征等。這套模具的冷卻系統(tǒng)主要是用來(lái)冷卻成型型腔，可以創(chuàng)建形冷卻水道示意圖，如圖8所示。
2電腦風(fēng)扇型腔高速加工技術(shù)的應(yīng)用
高速銑削加工用量的確定主要考慮加工效率、加工表面品質(zhì)、刀具磨損以及加工成本。不同刀具加工不同工件材料時(shí)，加工用量會(huì)有很大差異，目前尚無(wú)完整的加工數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際選用的刀具和加工對(duì)象參考刀具廠商提供的加工用量選擇。一般的選擇原則是中等的每齒進(jìn)給量fz，較小的軸向切深ap，適當(dāng)大的徑向切深ae，切削速度［6］。電腦風(fēng)扇型腔數(shù)控加工在DMU60T加工中心上進(jìn)行，采用的數(shù)控系統(tǒng)是西門(mén)子840D。風(fēng)扇型腔如圖9型腔，材料是模具鋼P(yáng)20，選用的刀具是TiAlN涂層刀。加工參數(shù)設(shè)置如表1所示。
1)粗加工策略
粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓，保證后續(xù)半精加工或精加工余量均勻，以利于粗加工刀路的平穩(wěn)、高效。UG型腔銑程序分層切除風(fēng)扇上蓋型腔零件材料，UG軟件粗加工最常用的粗加工方式有平面銑、型腔銑和插銑［7］。高速銑削粗加工采用型腔銑(跟隨周邊)，其下切或行間過(guò)渡部分應(yīng)該采用斜式下刀或圓弧下刀，并且盡量采取順銑的加工方式，刀具路徑的尖角處要采用圓角的光順處理，這樣才可能保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，從而符合高速加工的需求。根據(jù)粗加工策略和參數(shù)設(shè)置，刀具軌跡仿真如圖10。利用設(shè)定較小的切削步距和切削深度，并考慮切削深度和進(jìn)給率的合理搭配，以便保持刀具的切削載荷恒定，進(jìn)而保持恒定的材料切除率［8］。
2)半精加工策略
半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻。UG加工軟件應(yīng)用其中的參考功能，其殘留粗加工能自動(dòng)識(shí)別上一道工序的殘留區(qū)域和拐角區(qū)域，自動(dòng)判別在上一道工序留有的臺(tái)階的層間進(jìn)行切削，系統(tǒng)智能地優(yōu)化刀具路徑，使用戶能夠獲得空走刀最少的優(yōu)化的刀具路徑。根據(jù)半精加工策略和參數(shù)設(shè)置，刀具軌跡仿真如圖11。
3)精加工策略
精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面品質(zhì)的工件，保證加工的零件符合設(shè)計(jì)要求的表面品質(zhì)和尺寸精度。UG的精加工的連接處應(yīng)盡量采用圓弧或螺旋等方式切入切出工件，要盡量減少抬刀次數(shù)和減少刀具路徑頻繁的方向變化。使用UG進(jìn)行高速精加工，不僅要注意使用拐角過(guò)渡光順、圓弧進(jìn)退刀加工策略外，最好把零件表面分為陡峭區(qū)域和非陡峭區(qū)域分別進(jìn)行精加工，以保證恒定的殘留高度。陡峭區(qū)域適合選用等高輪廓銑方式，其中切削參數(shù)選項(xiàng)中的層之間連接方法選擇直接對(duì)部件進(jìn)刀方法，該種層間連接方法中間不抬刀，生成的刀具路徑連續(xù)光滑，沒(méi)有不同層高之間的刀軌移動(dòng)，避免了由于抬刀和進(jìn)刀頻繁對(duì)零件表面品質(zhì)的影響。非陡峭區(qū)域適合選用固定軸輪廓銑方式，可通過(guò)設(shè)置刀軸的方向、投影矢量和驅(qū)動(dòng)方法等在復(fù)雜輪廓表面上生成刀具路徑。根據(jù)精加工策略和參數(shù)設(shè)置，刀具軌跡仿真如圖12。
4)清根加工策略
使用UG清根加工方法能夠沿著部件表面形成的凹角與溝槽生成刀軌，系統(tǒng)根據(jù)加工最佳法則自動(dòng)確定清根的方向和順序［9］。用該驅(qū)動(dòng)方法創(chuàng)建刀具路徑時(shí)，系統(tǒng)使刀具盡可能與部件幾何保持接觸，減少刀具的非切削運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化了刀軌。當(dāng)塑料模具中出現(xiàn)復(fù)雜的型芯或型腔時(shí)，使用該策略可減少精加工或半精加工的時(shí)間，并可確保余量均勻，保證刀具路徑平滑光順，切削負(fù)荷均勻一致。
在我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起到了重要作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，尤其計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定模具設(shè)計(jì)時(shí)模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題。
一、塑料制品材料的選用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響
一般來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此，設(shè)計(jì)者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細(xì)測(cè)試這些材料，研究其與各種因素對(duì)成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說(shuō)明問(wèn)題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無(wú)定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類(lèi)材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來(lái)說(shuō)，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件，而無(wú)定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。
（一）根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類(lèi)產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工，尤其會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來(lái)替代，而不會(huì)有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動(dòng)方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個(gè)測(cè)試條，并在同一個(gè)拉力測(cè)試儀上對(duì)它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較）表明，對(duì)添加了30％玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹(shù)脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動(dòng)方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43％和53％。
在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來(lái)改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)或數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱，更好的是聽(tīng)取原材料制造廠家的專(zhuān)家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對(duì)材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對(duì)它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意這種性能，考慮其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。模具材料的選用取決于制品材料，細(xì)致分析制品材料后，才能在模具設(shè)計(jì)時(shí)選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細(xì)致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時(shí)，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來(lái)選取適合的模具材料。例如：制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時(shí)，其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼；制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，需要高壽命模具時(shí)刻采用時(shí)效硬化型塑料模具鋼。具體選用時(shí)主要還是要針對(duì)塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中，還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)?？紤]，其中對(duì)于壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要，壁厚設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)產(chǎn)品影響極大，改變一個(gè)零件的壁厚，對(duì)以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動(dòng)長(zhǎng)度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求
在設(shè)計(jì)的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對(duì)注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長(zhǎng)、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃?dòng)熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能，可以使用一種特殊的模具來(lái)測(cè)定流程。
增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中，很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問(wèn)題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應(yīng)力升高，有時(shí)還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計(jì)時(shí)，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設(shè)計(jì)模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應(yīng)；是否會(huì)影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實(shí)現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要求相結(jié)合來(lái)判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對(duì)制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)收縮值的考慮
為了不對(duì)塑料部件制定過(guò)分嚴(yán)格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確性的因素。模具制造的標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守，同時(shí)要特別注意脫模斜度的重要性，因?yàn)樗鼪Q定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個(gè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的重要問(wèn)題是，當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成時(shí)，其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對(duì)加工的要求非常嚴(yán)格，必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)玻璃增強(qiáng)材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮，從而導(dǎo)致尺寸不準(zhǔn)確。塑料制品的幾何形狀對(duì)收縮也有影響，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設(shè)計(jì)者值得關(guān)注的一點(diǎn)。因此在此類(lèi)制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論：
與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問(wèn)題還有許多，設(shè)計(jì)人員可以參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？傊?，在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻(xiàn)
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十字軸是典型的枝杈類(lèi)鍛件，圖 1 所示為十字軸零件圖。由圖可見(jiàn)，十字軸中心為球臺(tái)，適合水平分模，球臺(tái)均布 4 個(gè)軸頸，完全對(duì)稱(chēng)，適合采用雙向等速?gòu)?fù)動(dòng)成形技術(shù)。零件的材料為 40Cr，其抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度比相應(yīng)的碳素鋼高 20%，在常溫下零件成形比較困難，尤其是零件的邊角部分不易完整成形，采用溫?cái)D壓成形技術(shù)可降低成形阻力，有利于零件一次精密成形。
2、成形工藝方案
2.1毛坯制備
根據(jù)擠壓過(guò)程體積不變的原理，由零件尺寸計(jì)算毛坯的體積，考慮制備毛坯過(guò)程中的下料誤差堯后續(xù)鐓粗和加熱等因素，實(shí)際毛坯體積需增加約 3%，通過(guò)計(jì)算所得毛坯體積V =4223mm3。用剪切模切一段準(zhǔn)10mm的實(shí)心棒料，由于剪斷所得的坯料端面比較粗糙，端面與中心軸線不能保持垂直，有一定的斜度，因此坯料在剪切后，需用鐓平模將坯料端面壓平后再進(jìn)行擠壓，最終獲得坯料規(guī)格為準(zhǔn)11.6mm伊40mm。
2.2表面處理及
為了減小擠壓時(shí)坯料與模壁的摩擦阻力，本文采用了水基石墨劑(成分院石墨堯二硫化鉬堯滑石粉堯纖維素和水)，該劑特點(diǎn)是院在中高溫下不分解，熱穩(wěn)定性好，有良好的性能，對(duì)模具有良好的隔熱和冷卻效果[4]。溫?cái)D壓成形前將坯料作噴砂或拋丸等處理，清理銹跡堯污垢等。然后加熱至200℃ 左右，出爐浸入水基石墨劑中，快速搗勻，取出瀝干，當(dāng)坯料表面均布一層黑炭色的薄膜時(shí)，待坯料晾干即可進(jìn)行加熱堯擠壓成形加工[5]。
2.3坯料加熱成形
溫度是溫?cái)D壓工藝能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。40Cr 的溫塑性變形溫度通常在 600～800℃ 之間，高于 800℃時(shí)金屬的氧化變得十分劇烈，生成的氧化皮對(duì)于模具的磨損堯工件的尺寸精度和表面粗糙度值都有很大的影響，而低于 600℃時(shí)金屬的抗拉強(qiáng)度顯著增大，金屬的流動(dòng)性不佳，不利于塑性成形。本文將溫?cái)D壓溫度定在 750℃依30℃，在這溫度范圍內(nèi) 40Cr 的變形抗力約為常溫下的 18%，而氧化極微。毛坯加熱采用連續(xù)式中頻感應(yīng)加熱爐，該爐加熱速度快堯氧化燒損少堯熱效率高堯爐溫可控，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。加熱過(guò)程中為使?fàn)t內(nèi)溫度均勻，加速熱量傳遞，爐內(nèi)帶有強(qiáng)制空氣循環(huán)裝置[6-7]。
3、擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬及分析
本文在分析十字軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于Deform-3D 有限元模擬軟件，建立溫?cái)D壓成形工藝過(guò)程的有限元模型，分析了成形過(guò)程中材料的形狀變化堯擠壓應(yīng)力堯模具載荷等結(jié)果從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)出合理的模具，以達(dá)到減少工藝試驗(yàn)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本的目的。
3.1幾何模型建立及數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置
利用三維造型軟件 CATIA 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)十字軸的參數(shù)化建模及模具的三維造型，然后輸出STL 格式文件并導(dǎo)入有限元軟件中建立有限元模型[8]。坯料的四面體單元網(wǎng)格總數(shù)約為 50000 個(gè)，材料為AISI-5140(40Cr)，多次模擬試驗(yàn)中，坯料的初始溫度分別采用 720堯750堯780℃。凸模與凹模材料均設(shè)置為 4Cr5MoSiV1(AISI-H13)，它是一種熱作模具鋼，具有良好的熱穩(wěn)定性，高的疲勞抗力和良好的韌性，廣泛用作溫?zé)釘D壓的模具材料。坯料與模具間的摩擦類(lèi)型選用剪切摩擦，由于是溫?cái)D壓，摩擦系數(shù)設(shè)為0.25，熱傳導(dǎo)率設(shè)為 8N/(s窯mm窯℃)。本文采用的是雙向等速?gòu)?fù)動(dòng)成形技術(shù)，上下凸模擠壓速度均為 10mm/s，增量步時(shí)間設(shè)為 0.002s，模擬步數(shù)為 725 步。
3.2溫?cái)D壓成形過(guò)程與載荷行程分析
通過(guò)多次數(shù)值模擬試驗(yàn)，不斷調(diào)整參數(shù)堯改進(jìn)三維造型模具，最終得到了符合設(shè)計(jì)的數(shù)字化鍛件，其模擬成形效果如圖 2 所示，整個(gè)成形過(guò)程的擠壓力變化如圖 3 所示。十字軸的溫?cái)D壓成形過(guò)程主要分為四個(gè)階段，每個(gè)成形階段的特點(diǎn)為院①鐓粗變形階段院坯料在模具中受兩端沖頭同時(shí)擠壓發(fā)生鐓粗變形，鐓粗的坯料填滿了與凹模筒壁的間隙，金屬與凹模大面積的接觸產(chǎn)生了較大的摩擦力。同時(shí)，坯料中段的金屬發(fā)生徑向流動(dòng)。如圖 4(a)所示，當(dāng)圓柱體坯料側(cè)面部分鼓成較為完整的球體時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力增長(zhǎng)較快，但數(shù)值不大。②軸肩成形階段院隨著沖頭繼續(xù)擠壓，坯料側(cè)面的金屬流入軸頸腔內(nèi)，但該部分金屬?zèng)]有與凹模接觸，阻力較小，金屬流動(dòng)均勻且穩(wěn)定。如圖 4(b)所示，當(dāng)金屬基本充滿大軸頸型腔形成四個(gè)軸肩時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力增長(zhǎng)緩慢。③ 軸頸充填階段院軸肩成形后，凸模繼續(xù)將金屬向小軸頸型腔擠入，大量金屬與凹模壁接觸，產(chǎn)生巨大的摩擦阻力，且小軸頸型腔口較小，金屬流動(dòng)阻力增大。如圖 4(c)所示，當(dāng)小軸頸型腔基本充滿時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力迅速增大。④充滿余腔階段院如圖 4(d)所示，凸模行程即將結(jié)束，此時(shí)的坯料對(duì)模具的張模力達(dá)到最大，且金屬與模具的摩擦力達(dá)到最大，邊角成形比較困難。在此階段擠壓力急劇上升，最終達(dá)到最大值。
3.3結(jié)果分析與優(yōu)化
通過(guò)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果分析，對(duì)成形工藝方案提出以下幾點(diǎn)補(bǔ)充與改進(jìn)院(1) 十字軸溫?cái)D壓溫度由 初定的 750℃ 改為780℃，擠壓力由 392kN 降為 364kN，成形阻力降低，金屬流動(dòng)性更好，成形效果更佳。(2) 在模具升溫后，根據(jù)計(jì)算，4Cr5MoSiV1 的強(qiáng)度無(wú)法滿足40Cr鋼在溫?cái)D壓過(guò)程中凸模的受力情況，所以凸模材料采用高速鋼 W9Mo3Cr4V。凹模堯頂桿與壓力板等承受的載荷較小，均可采用4Cr5MoSiV1，而上下模板可采用強(qiáng)度堯硬度更小的40Cr。(3) 由圖 3 可見(jiàn)，載荷在成形過(guò)程中不斷增加，因此凹模應(yīng)設(shè)計(jì)成組合式結(jié)構(gòu)，使其受力合理分布。在凹模加工時(shí)，在軸肩與筒壁連接處設(shè)計(jì)R1的過(guò)渡圓角，降低金屬的流動(dòng)阻力，減小對(duì)凹模的磨損，提高凹模的使用壽命。(4) 凸模的軸向承載力即為十字軸的成形擠壓力，由圖 3 所示，最大擠壓力約為 364kN，實(shí)驗(yàn)室提供的型號(hào)為 THP32-315F 的 3150kN 四柱液壓機(jī)可作為成形加工設(shè)備。液壓機(jī)只需承擔(dān)擠壓力，張模力由模具的鎖模機(jī)構(gòu)承擔(dān)。
4、模具設(shè)計(jì)與工作過(guò)程
本文設(shè)計(jì)的模具如圖 5 所示，采用浮動(dòng)的上凹模與浮動(dòng)的下凹模對(duì)合結(jié)構(gòu)，用鉤子鎖模。上下凹模工作部分均采用了組合式，模具閉模高度為 340mm，模具外形尺寸滿足所選設(shè)備裝模尺寸。模具工作的簡(jiǎn)要過(guò)程為院將坯料放在下凹模與下沖頭形成沉孔內(nèi)，坯料靠孔腔壁自然定位。上模隨壓力機(jī)滑塊下行，下模的導(dǎo)柱導(dǎo)入浮動(dòng)上模板上的導(dǎo)套，上凹模與下凹模對(duì)合，形成封閉模腔，同時(shí)鉤子在小彈簧作用下向內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)角度，鉤住墊塊，將上堯下凹模鎖住。上模繼續(xù)下行，帶動(dòng)下凹模堯浮動(dòng)下模板和鉤子一起向下浮動(dòng)，大彈簧被壓縮，上沖頭將沉孔內(nèi)的坯料擠入型腔。當(dāng)上模達(dá)到下死點(diǎn)時(shí)，變形金屬充滿型腔，擠壓結(jié)束。上模抬起，在開(kāi)始階段鉤子尚未打開(kāi)，浮動(dòng)下模板堯下凹模和鉤子隨上模上浮，當(dāng)鉤子尾部被擋板擋住時(shí)，隨著浮動(dòng)下模板繼續(xù)上浮，鉤子被打開(kāi)，上堯下凹模分開(kāi)，浮動(dòng)上模板和浮動(dòng)下模板上升至各自的極限位置。十字軸留在上凹?；蛳掳寄Ｖ校缮享敆U或下頂桿頂出。需要注意的是院溫?cái)D壓前，需對(duì)凸模和凹模工作部分采用噴燈進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度約 300℃，溫?cái)D壓過(guò)程中，模具溫度將達(dá)到 500～600℃，連續(xù)工作時(shí)硬度急劇下降，可能導(dǎo)致加工過(guò)程不能繼續(xù)，在溫?cái)D壓過(guò)程中需采用噴霧裝置將冷卻液噴向凸凹模工作部分進(jìn)行冷卻，使溫度降低。
