電腦鍵盤注射模具設(shè)計(jì)
電腦鍵盤注射模具設(shè)計(jì),電腦,鍵盤,注射,模具設(shè)計(jì)
齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙
齊 齊 哈 爾 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
、
題 目 電腦鍵盤注射模具設(shè)計(jì)
院(系) 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí) 機(jī)械032班
學(xué)生姓名 姜 鵬
指導(dǎo)教師 陳 集
成 績
2007 年 06 月 17 日
注射模設(shè)計(jì)的三維模型發(fā)展
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(jí)3D 注塑平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,諸如有限元分析,計(jì)算機(jī)輔助制造,注射模設(shè)計(jì),模擬以及形象化設(shè)計(jì)。這些軟件都是很有利的。然而,它關(guān)非沒有缺點(diǎn)。事實(shí)上,這些嵌入式軟件也可以通過低級(jí)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(yīng)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(yīng)用發(fā)展的方法,這種觀點(diǎn)通過使用Parasolid模型的注射模實(shí)現(xiàn)的。基于在已建立的模具設(shè)計(jì)中的模具設(shè)計(jì)概念,文中說明了一種被叫做IMOLD的模件。在一個(gè)Windows NT 平臺(tái)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì); 注射模設(shè)計(jì);
1. 介紹
三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)越來越被用來加速產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)過程。涉及產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程的第一步是3D建模應(yīng)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(dòng)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(wù)必須在零件被生產(chǎn)之前完成。這些任務(wù)包括有限元分析、夾具和固定裝置的設(shè)計(jì)、注射模設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、模擬和形象化設(shè)計(jì)。當(dāng)今很多在高級(jí)3D建模平臺(tái)上發(fā)展起來的嵌入式軟件來促進(jìn)這些輔助任務(wù)。這種3D建模站臺(tái)提供了一個(gè)具有編程的用戶界面和風(fēng)格的嵌入式軟件。結(jié)果,這種嵌入式軟件的開發(fā)時(shí)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(diǎn),特別是從長遠(yuǎn)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(fēng)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(shí)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(duì)使用只有嵌入式的軟件更感興趣。 在注射模設(shè)計(jì)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(gè)軟件包, 這么大的程序通常是硬件上所必需的,同時(shí)這也意味著會(huì)費(fèi)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(yīng)的行動(dòng), 如果這些應(yīng)用在一個(gè)低級(jí)的平臺(tái)上發(fā)展,這些缺點(diǎn)可能會(huì)不存在。事實(shí)上,這些嵌入式軟件可以使用低級(jí)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(jì)可以直接在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)執(zhí)行,整個(gè)注射模,可能由數(shù)百個(gè)組件部件組成,在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(例如 AutoCAD,PRO/工程師和Unigraphics)上建模和裝配,因?yàn)樽⑸? 模設(shè)計(jì)過程是反復(fù)的,所以重新建模和裝配是相當(dāng)費(fèi)時(shí),在這個(gè)方面,像這些基于特征的PRO/工程師以及Unigraphics那樣的3D.
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)比像AutoCAD那樣的2D 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的更有優(yōu)勢(shì), 為加速注射模設(shè)計(jì)工藝的發(fā)展,這種嵌入式軟件在3D系統(tǒng)上自動(dòng)發(fā)展一些注射工藝 ,這種附加應(yīng)用的例子包括在國立新加坡大學(xué)發(fā)展,基于Unigraphics上發(fā)展的IMOLD(智能模型設(shè)計(jì)和裝配系統(tǒng))、專家模具設(shè)計(jì)者(基于CADKEY)及模型制作者(基于EUCLID) . 因?yàn)橐陨厦恳粋€(gè)都基于特定的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)用上做了研究。在1997年,Shah [2] 在幾何建模之間的聯(lián)系標(biāo)準(zhǔn)化之間提出了互訪結(jié)構(gòu)模型,他的目標(biāo)是在基于Parasolid的3D 應(yīng)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(jí)的3D模型注射模設(shè)計(jì)應(yīng)用,并把重點(diǎn)放在軟件開發(fā)的靈活性和速度上。設(shè)計(jì)概念和程序來自IMOLD [4,5 ]、模具設(shè)計(jì)和3D 裝配中應(yīng)用。盡管這些討論僅僅局限于注射模設(shè)計(jì),這種方法學(xué)能很容易地被應(yīng)用在其他基于3D的應(yīng)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(gè)目的而選擇的。在方法學(xué)被討論之前,對(duì)于其中的一些先提出的工具作一個(gè)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(jì)應(yīng)用
IMOLD(智能模型設(shè)計(jì)和裝配) 是在基于3D的應(yīng)用致力發(fā)展的注射模設(shè)計(jì)。它在一個(gè)叫做Unigraphics的高級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。該軟件通過提供常用的設(shè)計(jì)工具促使模具設(shè)計(jì)者能夠迅速進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中所需的常用的標(biāo)準(zhǔn)組件部件,可以在軟件里預(yù)先創(chuàng)建并且可能被容易被設(shè)計(jì)者調(diào)用。這很大程度上降低了設(shè)計(jì)時(shí)間。模具設(shè)計(jì)過程可分成幾個(gè)階段,以一種固定的方式給設(shè)計(jì)者們提供模具設(shè)計(jì)方法。
它們便是:
1. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
2. 填充系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
3. 模具基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。
4. 插件與零件設(shè)計(jì)。
5. 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
6. 滑板和提升設(shè)計(jì)。
7. 注射系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
8. 標(biāo)準(zhǔn)零件庫。
每個(gè)階段都可以被認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的模件設(shè)計(jì)過程。基于3D的每個(gè)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(jì)的Parasolid
Parasolid被用設(shè)計(jì)為基于3D 模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。實(shí)體建模有必要被用作。
1.建造并且操作實(shí)體。
2. 計(jì)算質(zhì)量和慣性矩,并且進(jìn)行干涉檢測(cè)。
3. 以多種方式輸出實(shí)體。
4. 在特定的數(shù)據(jù)庫或者檔案內(nèi)儲(chǔ)存實(shí)體并且可以稍后提取出來。
在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中,Parasolid是最先進(jìn)的3D 模型設(shè)計(jì)軟件。它是Unigraphics和Solid- Works的3D核心。它獨(dú)特的公差模擬運(yùn)作功能使得它能以其它格式接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此Parasolid模型文件是十分方便的而且它也是獨(dú)立應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)平臺(tái)?;?D的應(yīng)用與Parasolid之間通過它的3個(gè)界面中的一個(gè)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(duì)實(shí)體進(jìn)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(dāng)需要執(zhí)行集中數(shù)據(jù)或系統(tǒng)類型操作時(shí)建模者便需要它。它由3個(gè)部分組成:函數(shù)、圖形輸出和外形幾何 ,以下分別對(duì)其作出簡短的介紹。
3.1 KI 和PK界面
KI 和PK是供程序員進(jìn)入Parasolid模型里進(jìn)行建模的接口
他們是建模功能的標(biāo)準(zhǔn)庫。程序員在他們的程序里稱之為建模功能。因?yàn)镵I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(yīng)用程序員編寫的功能,當(dāng)數(shù)據(jù)必須被存儲(chǔ)或者提取時(shí)需要使用該功能。當(dāng)使用Parasolid時(shí),應(yīng)用程序員必須首先決定怎樣管理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),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(chǔ)位置在寫該功能時(shí)被確定。
3.3圖形的輸出
對(duì)圖形輸出功能是由應(yīng)用程序員所編寫的另一種功能。對(duì)需要PK給予功能的設(shè)計(jì)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(gè)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(xué)可以為用戶幾何類型的發(fā)展(例如機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)
面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)(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(jí)的開發(fā)軟件。微軟公司Visual Studio就是這樣的一個(gè)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(jì)的強(qiáng)有力的開發(fā)工具,而MFC是一種基于Windows編程的框架。它以強(qiáng)大的開發(fā)特性和功能性,例如自動(dòng)編碼基于wizard操作,為應(yīng)用程序員提供開發(fā)工具。這大大改進(jìn)了生產(chǎn)效率。我們使用的程序的整個(gè)用戶界面是使用VC以及MFC開發(fā)出來的。
5. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于3D的使用3D模型的附加應(yīng)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(gè)主要階段組成。
首先,必要特征和嵌入式應(yīng)用軟件功能的識(shí)別:
第二,應(yīng)用框架的設(shè)計(jì)與開發(fā);
最后,具有合適的開發(fā)工具的框架中個(gè)別模件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
5.1 必要軟件的識(shí)別
Parasolid作為一種3D建模方法,只提供許多庫函數(shù)以及3D應(yīng)用開發(fā)的基本框架。因此,那些開發(fā)者有必要識(shí)別和開發(fā)3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中其他的必要設(shè)施。為了識(shí)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(shí)與技術(shù)上都要求有發(fā)展。因?yàn)榇蠖鄶?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(jí)3D模型所需要的嵌入式軟件生產(chǎn)單獨(dú)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(yīng)用發(fā)展Parasolid的必要條件。
通過研究嵌入式的應(yīng)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(yīng)用程序的一個(gè)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(yīng)用的框架
對(duì)于由開發(fā)的工具和.應(yīng)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(jì)以使單個(gè)編程模件之間的差異最小化。這將導(dǎo)致編程代碼發(fā)生小程度的變化。事實(shí)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(dāng)好的。這個(gè)框架的概述在圖2里得以說明,各種各樣的模件的詳細(xì)情況被在以后的章節(jié)里討論。
5.2.1個(gè)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(gè)階段基于3D應(yīng)用的發(fā)展將涉及到從頭開始設(shè)計(jì)用戶界面。相關(guān)的必要開發(fā)內(nèi)容包含:
1. 基于3D的應(yīng)用的環(huán)境設(shè)置和顯示。
2. 交互式圖表的接口和全部應(yīng)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?yàn)椴煌幕?D的應(yīng)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(gè)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(duì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)所提供的設(shè)施的摘要
3D模型和3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)施:
1. 基本3D低級(jí)建模和通用功能以及高級(jí)功能和特殊功能;
2. 由整個(gè)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(jí)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(gè)信息庫功能的完全發(fā)展。
除了要滿足應(yīng)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(gè)編程接口。這樣的一個(gè)接口能也其他基于3D的應(yīng)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(gè)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(gè)部分中最重要和最精心制作的部分。它與由大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供應(yīng)用編程接口(API)相似。該模件由一基于3D對(duì)象或類別的庫函數(shù)組成,它可用于核心應(yīng)用模件的發(fā)展。大多數(shù)3D應(yīng)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€(gè)基于3D的應(yīng)用所需的條件,其他更多的高級(jí)特性后來也被增加進(jìn)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(gè)團(tuán)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(yīng)用里以及視圖對(duì)象管理和轉(zhuǎn)變之中。為這個(gè)目的而開發(fā)了一個(gè)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(jìn)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(biāo)文件形式;
2. 諸如打開和保存3D目標(biāo)文件這樣的文件管理操作。
5.2.3 應(yīng)用模塊(C)
這些是位于3D開發(fā)者設(shè)置層和應(yīng)用用戶界面之間存在的基于3D的應(yīng)用模塊。這些模塊的設(shè)計(jì)的主要取決于應(yīng)用的屬性并且相互之間的差別很大。在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)正在進(jìn)行很多有研發(fā)工作主要發(fā)展的工作的大部分被進(jìn)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(gè)其他軟件模塊(D)
通常,基于3D的應(yīng)用可能需要來自于其他已存軟件模塊或應(yīng)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(yīng)用部分就為這樣的一個(gè)例子加以說明了。
5.3 單個(gè)模塊的發(fā)展
在進(jìn)行一個(gè)合適設(shè)計(jì)之前,對(duì)每個(gè)模塊都得進(jìn)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(jì)的3D模型開發(fā)的實(shí)施情況。
6. 實(shí)施情況
應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),開發(fā)了基于3D的注射模設(shè)計(jì)。這被通過使用前面章節(jié)所述的開發(fā)者工具獲得的。因?yàn)槟P突A(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(gè)模塊的要求應(yīng)用框架和所需要的條件
對(duì)于識(shí)別開發(fā)工作,專門設(shè)定了了一個(gè)應(yīng)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(xì)情況。在每個(gè)模件里的詳細(xì)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(jì)是一個(gè)反復(fù)的過程。模型設(shè)計(jì)者首先從目錄中選擇了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型,然后對(duì)模型的尺寸進(jìn)行修改直到所有的條件都得以滿足。因此,為了這個(gè)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(xiàng)和工具條按鈕的創(chuàng)建、顯示和管理,以便更方便地進(jìn)行應(yīng)用的功能性操作。
2. 引導(dǎo)用戶或獲得用戶輸入的對(duì)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(dòng)的鼠標(biāo)的作用。
5.對(duì)每個(gè)功能的順序操作設(shè)計(jì)。
應(yīng)用之后的結(jié)果如圖4中所示,它是一個(gè)典型的其于Windows應(yīng)用的用戶界面。
6.1.2 3D 開發(fā)者(B)設(shè)置層
對(duì)基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分析,然后識(shí)別一下即將開發(fā)的模塊。 基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jìn)行布爾運(yùn)算:并集和差集;
4. 變換操作:變換和旋轉(zhuǎn);
5. 對(duì)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?yàn)橐陨线@些應(yīng)用不是那么的廣泛,所以可以開了一個(gè)基礎(chǔ)建模集。有了單個(gè)模塊的詳細(xì)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(gè)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(gè)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(jì)變得容易,設(shè)計(jì)者必須提供一個(gè)事先已經(jīng)準(zhǔn)備好的模型基礎(chǔ)庫。通過選擇特別的尺寸,可以生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模型基礎(chǔ)件。為了使這些變得容易,識(shí)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(duì)應(yīng)。正因?yàn)樵摼幋a是面向?qū)ο蟮?,在需要的時(shí)候,它們很容易被延伸以適應(yīng)其他模型設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)體著色;
4. 在模型基礎(chǔ)裝配中用不同的顏色分別給單個(gè)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(dú)立應(yīng)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(gè)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(gè)模型基礎(chǔ)模件(C)
為了促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)組件的自動(dòng)生成,系統(tǒng)必須提供一個(gè)模型基礎(chǔ)零部件庫, 其尺寸大小取決于目錄中的標(biāo)準(zhǔn)值。為使設(shè)計(jì)容易進(jìn)行,需對(duì)這些尺寸進(jìn)行順序修改,這個(gè)模件詳細(xì)情況將在第6.2部分進(jìn)行討論。
6.1.4 數(shù)據(jù)庫支持(D)
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)件需要用將近100個(gè)參數(shù)來對(duì)單個(gè)組件的尺寸和位置進(jìn)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(gè)數(shù)據(jù)庫文件需要被用來存儲(chǔ)基于目錄的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫文件。在MFC里使用數(shù)據(jù)存取對(duì)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(jì)的發(fā)展
模型基礎(chǔ)模件由3個(gè)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(gè)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(yīng)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(jì)的開發(fā)部分的細(xì)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(biāo)準(zhǔn)組件部件被創(chuàng)建和存儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)集中并存儲(chǔ)在裝配庫中。當(dāng)提供從數(shù)據(jù)庫中提取特定參數(shù)集時(shí),由于它得到了特別的參數(shù)支持,所以特定的標(biāo)準(zhǔn)模具基礎(chǔ)裝配可以自動(dòng)地
III. 參數(shù)管理者
參數(shù)管理者將模型基礎(chǔ)應(yīng)用模件和數(shù)據(jù)庫支持連接起來。當(dāng)一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)被選擇后,它的為模型基礎(chǔ)裝配的相應(yīng)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(jì)的目的而對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。
IV. 模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)者。
模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)者為兩個(gè)主要目的服務(wù)。首先,允許用戶選擇來自裝配生成器的標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)。其次,通過允許模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)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(dāng)今的模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)用能意識(shí)到在工廠要求設(shè)計(jì)的注射模基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的全部功能性設(shè)計(jì)情況。因?yàn)槟P突A(chǔ)是IMOLD模件中的最廣泛應(yīng)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(jì)和裝配應(yīng)用的可行性。
7. 結(jié)論
高級(jí)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(duì)象里。
這些強(qiáng)大的特征已經(jīng)使程序員從更多的編程標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致發(fā)展獨(dú)立版本的軟件諸如CAE、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造可行性提高。不過目前,這種方法是既耗時(shí)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(jí)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(jì)的應(yīng)用能力。迄今為止,只有模具設(shè)計(jì)工藝的前三個(gè)階段得以編碼。這給隨后的模型設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)組件設(shè)計(jì)的其他軟件中實(shí)施。這些包括夾具和固定設(shè)備設(shè)計(jì)、冷鑄、和生產(chǎn)產(chǎn)品自動(dòng)化。
齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙
第1章 緒論
1.1 塑料工業(yè)發(fā)展情況及選題依據(jù)
我們?nèi)粘I睢⑸a(chǎn)中所使用到的各種工具和產(chǎn)品,大到機(jī)床的各種塑料產(chǎn)品的外殼,小到一個(gè)塑料螺絲、紐扣以及各種家用電器的零部件,無不與模具有著密切的聯(lián)系[1]。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強(qiáng)度和精度方面的不斷提高,塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。如家用電器,儀表儀器,建筑材料,汽車工業(yè),日用五金等眾多領(lǐng)域。一個(gè)合理設(shè)計(jì)的塑料件往往能替代多個(gè)傳統(tǒng)金屬零件。工業(yè)產(chǎn)品和日用品塑料化的趨勢(shì)不斷上升。一個(gè)國家模具生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱,水平的高低,直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品的開發(fā)和舊產(chǎn)品的更新?lián)Q代,影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效益高、質(zhì)量好、切削少、節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。模具成型已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段,成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向。而注塑模又是模具生產(chǎn)中采用最普遍的方法。世界塑料成型模具中,約60%為注塑模[2]。在國民經(jīng)濟(jì)中,模具工業(yè)已成為五大支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車、石油化工和建筑的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的發(fā)展,它將發(fā)揮更加重要的作用。目前模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、精密監(jiān)測(cè)和信息網(wǎng)絡(luò)等多科學(xué),是一個(gè)綜合性多科學(xué)的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型,更精密,更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高,模具制造周期不斷縮短,模具生產(chǎn)朝著信息化,無圖化,精細(xì)化,自動(dòng)化的方向發(fā)展。目前極需提高的共性技術(shù)比如:建立在CAD/CAM/CAE平臺(tái)上的先進(jìn)模具設(shè)計(jì)技術(shù),提高模具設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化,信息化,智能化,標(biāo)準(zhǔn)化水平,以及先進(jìn)的模具加工技術(shù)與制造技術(shù)的綜合[3]。我這次設(shè)計(jì)的課題正是基于現(xiàn)在的實(shí)際情況而選題的。
1.2 中國模具工業(yè)概況
在中國,人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位,認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志,并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展,加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度,將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外,許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。目前,從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已達(dá)30余家,從事模具技術(shù)教育的培訓(xùn)的院校已超過50余家。其中,獲得國家重點(diǎn)資助建設(shè)的有華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海交通大學(xué)CAD國家工程研究中心、北京機(jī)電研究所精沖技術(shù)國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心等。經(jīng)過多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步;在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)[3]。
中國雖然在很早以前就制造和使用模具,但一直未形成產(chǎn)業(yè)。由于長期以來模具制造一直作為保證企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的手段被視為生產(chǎn)后方,因此一直發(fā)展緩慢。1984年成立了這個(gè)模具工業(yè)協(xié)會(huì),1987年模具首次被列入機(jī)電產(chǎn)品目錄,當(dāng)時(shí)全國共有生產(chǎn)模具的廠點(diǎn)6000家,總產(chǎn)值約為30億元。隨著中國改革開放的日益深入,市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)程的加快,模具及其標(biāo)準(zhǔn)件、配套件作為產(chǎn)品,制造生產(chǎn)的企業(yè)大量出現(xiàn),模具工業(yè)得到快速發(fā)展。在市場(chǎng)競爭中,企業(yè)的模具生產(chǎn)技術(shù)提高很快,規(guī)模不斷發(fā)展,提高很快[4]。
我國塑料模具的設(shè)計(jì)與制造目前主要依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和工藝人員的技巧,設(shè)計(jì)的合理性只有通過試模才知道,制造的缺陷主要靠反復(fù)修模來糾正。這不僅難以保證模具的質(zhì)量,而且使模具的設(shè)計(jì)與制造周期長,成本高,特別對(duì)大型、精密、復(fù)雜的中高檔模具,問題更為突出。
由于CAD/CAE/CAM的應(yīng)用,特別是20世紀(jì)80年代開始中國許多模具制造廠從國外引進(jìn)了許多軟件,包括沖壓模、級(jí)進(jìn)模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應(yīng)軟件,使中國模具設(shè)計(jì)制造水平有很大提高,也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和社會(huì)效益。但由于人才缺乏和基礎(chǔ)工作較差,引進(jìn)的軟件未能很好應(yīng)用及發(fā)揮其應(yīng)有的效益現(xiàn)象普遍存在,這是今后應(yīng)十分重視和有待解決的問題[5]。
現(xiàn)在,中國已能生產(chǎn)精度達(dá)2μm的多工位級(jí)進(jìn)模,壽命可達(dá)2億沖次以上。在大型塑料模具方面,中國已能生產(chǎn)34英寸大屏幕彩電和65英寸背投影式電視的塑殼模具,10kg大容量洗衣機(jī)全套塑料件模具及汽車保險(xiǎn)杠,整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面,中國已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具多行腔小模數(shù)齒輪模具及精度達(dá)5μm的2560腔塑封模具等。在大型精密復(fù)雜鑄模方面,國內(nèi)已能生產(chǎn)自動(dòng)扶梯整體踏板壓鑄模和汽車后橋齒輪箱壓鑄模及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的鑄造模具。在汽車覆蓋件模具方面,國內(nèi)已能生產(chǎn)中高檔新型轎車的部分覆蓋件模具。子午線輪胎活絡(luò)模具,鋁合金和塑料門窗異材擠出成型模,精鑄或樹脂快速成型拉延模等,也已達(dá)到相當(dāng)高水平,可與進(jìn)口模具媲美[6]。
1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容概述
畢業(yè)設(shè)計(jì)課題確定為電腦鍵盤的單型腔注射模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是常用注射機(jī)與注射模的關(guān)系及選用,材料的選用,成型部分的設(shè)計(jì),澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì),排溢引氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì),脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì),復(fù)位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模體設(shè)計(jì),各種支承部件,導(dǎo)向零件等。
第2章 方案確定
2.1 塑件分析
2.1.1. 塑件外形分析
該塑件為電腦鍵盤(殼類),外表為平面,壁厚為2mm。具體視圖如圖2-1所示:
圖2-1 a 鍵盤上表面圖
圖2-1 b 鍵盤底部圖
2.1.2. 塑件的尺寸、公差及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
⑴ 塑件尺寸為450×160×9MM(不含按鍵高度)。塑件要求為一般精度為3級(jí),則尺寸公差取0.56mm.
⑵ 塑件設(shè)計(jì)以上端面為基準(zhǔn),進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.1.3. 塑件所用塑料名稱、性能及工藝參數(shù)
塑件選用材料為 ABS ,具體參數(shù)如下:
密度(g/cm3):1.02~1.16 (取1.10)
熔點(diǎn):130~160 oC
吸水率:(0.2~0.4)%
收縮率(%): 0.4~0.7 (取0.5%)
模具溫度(oC):50~80 (取50)
料筒溫度(oC):150~200
噴嘴溫度(oC):170~180[7]
2.1.4. 塑件結(jié)構(gòu)要素
⑴ 塑件脫模斜度:對(duì)ABS塑料而言,
型芯:35ˊ~1o (取40ˊ)
型腔:40ˊ~1o20ˊ(取1o)
⑵ 圓角:為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中,改善充模特性,轉(zhuǎn)角處采用圓角過渡。 R(0.2~0.5) (取0.2)[8]
2.2 注射機(jī)的選擇
⑴ 最大注塑量:
由V =(B·L+)[9] (1-1)
V =(45×16+×22)×0.4
=720×0.4=288(cm3)
995.6÷80%=360(cm3)
B——塑件的寬度(㎝)
L——塑件的長度(㎝)
R——塑件圓弧部分的半徑(㎝)
⑵ 注塑壓力:因?yàn)樗芗螤詈唵?,熔體流動(dòng)性好、壁薄、尺寸大,所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)注塑壓力選100~140Mpa?即可。(取120 Mpa)
⑶ 鎖模力:
F鎖>P腔×A/1000[10] (1-2)
F鎖=[30×106×﹙450×160+×22]×106]/1000
=2160﹙kN)
P腔——型腔壓力(Mpa),由表2-2查得,30 Mpa
A ——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積。
⑷ 開模行程校核(S): S>L1+L2+δ [11] (1-3)
S=7+10+8=25(mm)
L1——凸模凸出部分高度(mm)
L2——取出塑件間隙(mm)
δ——頂桿頂出富裕量(5~10mm) (取8mm)
總上,選取SZ-630/2400臥式注塑機(jī),其主要參數(shù)為:
最大注塑體積/cm3: 610
螺桿直徑/mm:60
注塑壓力/ Mpa:151
注塑速率(g/s):310
鎖模力/KN:2400
最小模具厚度/mm:310
定位孔直徑/mm:Φ160
噴嘴球半徑/mm?:35[12]
2.3 擬定模具結(jié)構(gòu)方案
理想的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)充分發(fā)揮成型設(shè)備的厚力(如合理的型腔數(shù)目和自動(dòng)化水平等),在絕對(duì)可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝要求(如塑件的幾何形狀,尺寸精度,表面光潔度等)和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求(成本低,效率高。使用壽命長,節(jié)省勞動(dòng)力等),由于影響因素很多,可先從以下幾方面做起:
(1)塑件成型。按塑件形狀結(jié)構(gòu)合理確定,其成型位置,同成型位置在程度上影響模具的復(fù)雜性。鑒于塑件外形及模具空間的充分利用,要用中間成型。
(2)行腔布置。根據(jù)塑件的形狀大小,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。尺寸精度,批量大小及模具制造的難易,成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每增加一個(gè)型腔,塑件尺寸精度降低4%,此處根據(jù)塑件要求及設(shè)計(jì)任務(wù)要用單型腔。
(3)選擇分型面。分型面位置的選取要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質(zhì)量及工藝操作等。此方案中,依據(jù)塑件小孔的垂直方向?yàn)樨Q直方向作為最大分型面。
(4)確定澆注系統(tǒng) 包括主流、分流道、冷料井、澆口的形狀、大小和位置。主澆道的設(shè)計(jì)符合模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由此單型腔、分流道以捷徑為原則逼近澆口。冷料井作成Z形以便于脫模。
(5)選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序,推桿的組合方式、合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)和模具空間的成分利用,采用二次開模機(jī)構(gòu)。
(6)模溫調(diào)節(jié) 冷卻水道的形狀、尺寸與位置,特別是與模腔壁間的距離及位置關(guān)系。都影響塑件產(chǎn)品的質(zhì)量和成型周期。而考慮冷卻效果初步設(shè)想采用圓孔水道。
(7)確定主要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能,根據(jù)能選材料,通過理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定型腔、型芯、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿等重要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸以及安裝固定、定位、導(dǎo)向等方法。
(8)支承與連接 合理的將模具的各個(gè)組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件,按使用與設(shè)計(jì)要求組合成一體,獲得模具的總體結(jié)構(gòu)[13]。
第3章 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 澆注系統(tǒng)
3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構(gòu)成
澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道,其由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。
3.1.2 主流道設(shè)計(jì)
主流道是指從注塑機(jī)噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段。
1. 主流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
⑴ 對(duì)于所選的臥式注塑機(jī):熔融塑料首先經(jīng)過主流道,故它的大小直接影響塑料的流速及填充時(shí)間。主流道的斷面設(shè)計(jì)為圓形,這樣在有限的空間內(nèi)增大了截面積。
⑵ 為了便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料及熔體膨脹,主流道設(shè)計(jì)成帶錐度的圓柱,其錐角2°~ 4°(取3°),過大會(huì)使流速減慢。
⑶ 主流道大端面呈圓角,其半徑常取r=1~3mm(取2mm),,以減少料流轉(zhuǎn)向過渡時(shí)的阻力。
⑷ 為確保塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出,主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑。如圖3-1所示。具體關(guān)系為:[2]
R2=R1+δ=35mm+1mm=36mm
R2——主流道對(duì)接處半徑(mm)
R1——注塑機(jī)噴嘴球半徑(mm)
δ——噴嘴球半徑接觸富裕量(mm)
L1——凹坑深度(mm).一般3~4mm,取3mm
圖3-1 主流道
⑸ 為了保證塑件成型良好,L(主澆道長度)取最小,減小凝料
L=L3+(L2-L1) =25mm+(20-3) mm=42mm
L——主澆道長度(mm)
L1——凹坑深度(mm)
L2——澆口套凸臺(tái)高度(mm)
L3——主澆道主要部分長度(mm)
2. 澆口套設(shè)計(jì)
由于主澆道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞,所以要模具的主流道部分通常設(shè)計(jì)成可以拆卸更換的主流道襯套。為了選用優(yōu)質(zhì)鋼材和單獨(dú)加工和熱處理,采用分體式。為方便定位,設(shè)計(jì)圓盤凸出定模端面的高度H為:H=(5~10) mm
3.1.3 分流道設(shè)計(jì)
分流道是指主流道與澆口之間的這一段,它是熔融塑料由主流道流入型腔的過渡段,也是澆注系統(tǒng)中通過斷面積變化和塑料轉(zhuǎn)向的過渡段,能使塑料得到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換。
1. 分流道的程度及端面尺寸
由經(jīng)驗(yàn)得,ABS分流道斷面直徑為3.5~10mm,鑒于塑件的實(shí)際尺寸,取5mm。如圖3-2所示。
圖3-2 分流道
2. 分流道截面形狀
考慮效率,圓形截面積大,表面積小,效率最高,且分流道的中心與澆口中心線共線,故采用圓形截面。但加工相對(duì)困難。采用梯形或U字型截面時(shí),塑料熔體在流道中流動(dòng)時(shí)。表層冷凝凍結(jié),起絕熱作用,熔體僅在流道中心流動(dòng),因此為實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)的流道中心線與澆口中心線共線,故采用圓形截面。
3. 分流道的布置
由設(shè)計(jì)要求,采用單型腔,根據(jù)塑件形狀采用分流道平衡式布置。
4. 分流道與澆口的連接
分流道與澆口連接處加工成斜面,并用圓弧過渡。,利于塑料熔體的流動(dòng)。
3.1.4 澆口設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道,它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,澆口的形狀、數(shù)量和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。其作用有:一是塑料熔體流經(jīng)的通道;二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。
1. 澆口形式設(shè)計(jì)
潛伏式澆口脫模時(shí),有較強(qiáng)的沖擊力,易堵塞澆口,側(cè)澆口適用于兩板流下明顯的澆口痕。同時(shí),ABS塑料性能為低粘度、故采用點(diǎn)澆口。這要求采用三板式結(jié)構(gòu),以脫出流道凝料。由表4-5[1]查得,壁厚2mm時(shí),d為1.0~3.0mm(取1mm);澆口長度:l=1mm。如圖3-3所示。
圖3-3 澆口
2. 澆口位置的選取原則
⑴ 澆口位置的選擇應(yīng)避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)(蛇形流)
⑵ 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件斷面最厚處。
⑶ 澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流程最短,料流變向最少,以減少動(dòng)能損失,良好填充。
⑷ 澆口位置的選擇應(yīng)有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
⑸ 澆口位置的選擇應(yīng)減少或避免塑件的熔接痕,增加熔接牢度。
⑹ 澆口位置的選擇應(yīng)防止料流將型腔、型芯等擠壓變形。鑒于此,對(duì)本塑件澆口選于沿長邊一側(cè)接近兩端1/4處。如圖3-4所示。
圖3-4澆口
3.1.5 分型面的設(shè)計(jì)
分型面是打開模具取出塑件澆注系統(tǒng)凝料的面。
1. 確保塑件尺寸精度
為滿足同軸度,防止錯(cuò)腔要求,使塑件全部在定模中成型,且塑件表面呈平面型,故可以采用較小的脫模斜度。
2. 確保塑件表面質(zhì)量
分型面盡可能選擇在不影響外觀的部位以及分型面處產(chǎn)生的飛邊容易加工修整部位。根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際考慮,我把分型面選在鍵盤外殼底面的最大面積處。
3. 考慮模具結(jié)構(gòu)
盡量簡化脫模部件,為便于塑件脫模,應(yīng)使塑件在開模時(shí)盡可能留于動(dòng)模,即只要上塑件與動(dòng)模結(jié)合力大于塑件與定模結(jié)合力即可。在滿足此要求前提下,盡可能使塑件與定模有一定結(jié)合力,而不將塑件與模具的結(jié)合力全部放于動(dòng)模中[14]。
鑒于分型面以上選取原則及塑件斷面尺寸最大和點(diǎn)澆口的應(yīng)用,采用雙分型面,如圖3-5所示。
圖3-5 分型面
3.1.6 排氣槽的設(shè)計(jì)
對(duì)于成型大中型塑件的模具,需要排出的氣體質(zhì)量多,通常應(yīng)開排氣槽。排氣槽應(yīng)設(shè)在分型面凹槽一邊。排氣槽的位置以處于熔體流動(dòng)末端為好。排氣槽寬度b=(3~5)mm,深度h小于0.05mm,長度l=0.7mm。對(duì)于ABS塑料,有經(jīng)驗(yàn)3mm。如圖3-6所示[12]。
1-分流道 2-澆口 3-排氣槽 4-導(dǎo)向溝 5-分型面
圖3-6 排氣槽
3.2 成型部分及零部件
3.2.1 型腔數(shù)的確定
型腔數(shù)的確定:
根據(jù)鎖模力確定型腔數(shù)目
設(shè)鎖模力為F(N),型腔壓力為P(Mpa),每一塑件的投影面積為A1(mm2),澆注系統(tǒng)的投影面積為A2(mm2),則有:
n=[13] (3-1)
==1.27
故在這采用單型腔模具成型。
3.2.2 一般凹凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件外形的主要部件,其結(jié)構(gòu)隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。
整體方式強(qiáng)度、剛性好、結(jié)構(gòu)簡單??紤]塑件形狀采用完全整體式凹模塊:它是由整塊金屬材料直接加工而成的,如圖3-7所示。這種形式的凹模結(jié)構(gòu)簡單,牢固可靠,不易變形,成塑的塑件質(zhì)量較好。但機(jī)械加工較困難,故適用于形狀簡單的塑件。
圖3-7 凹模
2. 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模上成型塑件內(nèi)形的成型零件。根據(jù)塑件的特殊形狀的成型要求,采用完全整體式凸模。
3.2.3 成型零件工作尺寸
1. 凹模徑向尺寸:(平均收縮率法[14])。圖3-8所示為塑件外形(外徑)與型腔內(nèi)形(內(nèi)徑)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。[2]
圖3-8 成型凹槽
(3-2)
式中 --型腔內(nèi)形尺寸
--塑件外形基本尺寸(mm)
--塑件平均收縮率 5%
X綜合系數(shù) 取1/3
模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差 取(1/5-1/3)S
=(450+4500.5%-1/20.56)=
=(160+1600.5%-1/20.56)=
型腔深度尺寸:
(3-3)
式中 --型腔內(nèi)形尺寸
--塑件外形基本尺寸(mm)
--塑件平均收縮率 5%
X綜合系數(shù) 取1/3
模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差 ?。?/5-1/3)
=9+90.5%-1/20.56=
3.2.4 型腔壁厚計(jì)算
1. 型腔的強(qiáng)度及剛度要求:
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度的計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的重要問題,尤其對(duì)大型模具更為重要。目前,許多單位都憑經(jīng)驗(yàn)決定,但常因?yàn)楣烙?jì)不準(zhǔn)而造成面具報(bào)廢或浪費(fèi)材料,為此,建立科學(xué)的計(jì)算方法實(shí)屬必要。目前,常用計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件和按剛度條件計(jì)算兩大類,但實(shí)際的塑件模具卻要求既并不允許因?yàn)閺?qiáng)度不足而發(fā)生明顯的變形,甚至破壞,也不允許用剛度不足而發(fā)生過大變形。因此,要求逐一對(duì)強(qiáng)度及剛度加以合理考慮。
在注塑成型過程中,型腔所受的力有塑料熔體的壓力,合模時(shí)的壓力,開模時(shí)的拉力等,其中最主要的是熔體的壓力,在塑料熔體壓力作用下,型腔將產(chǎn)生有應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和壁厚不夠,當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時(shí),型腔即發(fā)生強(qiáng)度破壞。與此同時(shí),剛度不足側(cè)發(fā)生過大的彈性變形,從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度,也可能導(dǎo)致脫模困難。但理論分析和實(shí)踐表明,模具對(duì)剛度及強(qiáng)度的要求并非同時(shí)兼顧。對(duì)于大尺寸型腔,剛度不足是主要問題,應(yīng)按剛度計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的許用應(yīng)力。剛度計(jì)算的條件則因模具特殊性,從幾個(gè)方面考慮:
⑴ 要防止溢料。模具型腔的某些配合面當(dāng)高壓塑料熔體注塑時(shí),會(huì)產(chǎn)生足以溢料的間隙。對(duì)ABS而言,間隙為0.05mm。
⑵ 應(yīng)保證塑件精度。塑件均有尺寸要求,這就要求模具塑腔具有良好的剛性,即塑料注入時(shí)不產(chǎn)生過大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5。
⑶ 要利于脫模。當(dāng)變形量大于塑件冷卻收縮時(shí),塑件的周邊將被型腔緊緊的包住而難以脫模,強(qiáng)制頂出易使塑件劃傷或損壞,因此型腔允許彈性變形量應(yīng)小于塑件的收縮值。
2. 型腔壁厚的計(jì)算:
圖3-9 型腔
⑴ 側(cè)壁厚度:
首先按強(qiáng)度計(jì)算:
(3-4)
=9.035
=7.95mm
再按剛度計(jì)算:
(3-5)
=
=3.27mm
通過對(duì)強(qiáng)度和剛度的比較,在滿足兩者的情況下,所以選擇壁厚為8mm
⑵ 底板厚度:
首先按強(qiáng)度計(jì)算:
(3-6)
=
=65.54mm
按剛度計(jì)算:
(3-7)
=
=10.15mm
綜合從剛度和強(qiáng)度方面考慮,我們選擇的底板厚度為66mm
式中:
E——模具材料的彈性模量(Mpa),碳鋼2.10
P——型腔壓力.約為0.4
——?jiǎng)偠葪l件,即允許變形量(mm) 0.04—0.05
——模具材料的許用應(yīng)力(Mpa) 取180Mpa。
——為凹模型腔側(cè)壁厚度(mm)
——為凹模型腔底板厚度(mm)
3.3 脫模機(jī)構(gòu)
3.3.1 脫模機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與功能
脫模機(jī)構(gòu)的作用是將型件和澆注凝料等與模具松動(dòng)分離(稱為脫出),然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內(nèi)取出,即脫模動(dòng)作分為脫出和取出兩個(gè)步驟。本設(shè)計(jì)中脫出和取出兩個(gè)動(dòng)作之間,有明顯的界限(前者液壓脫出,后者動(dòng)力來源為人工)。
3.3.2 取出機(jī)構(gòu)的方式
根據(jù)塑件質(zhì)量要求,采用非掉落取出。即塑件或澆注系統(tǒng)凝料等從模具中被拿出。取出動(dòng)作依靠人工,在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時(shí),將其取出而離開模具。
3.3.3 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
在注塑成型的每一個(gè)循環(huán)中,塑件必須由模具型腔中或凸模上松動(dòng)分離(即脫出),脫出塑件的機(jī)構(gòu),就叫塑件脫出機(jī)構(gòu)。澆注系統(tǒng)凝料等也要從模內(nèi)脫出,這種機(jī)構(gòu)就叫澆注系統(tǒng)凝料等的脫出機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用三模兩開式,塑件與澆注系統(tǒng)用兩個(gè)單獨(dú)的脫出機(jī)構(gòu)。
1. 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本考慮
為了保證塑件在頂出過程中不變形或損壞,必須正確分析對(duì)模腔粘附力的大小及其所在部位,以便選擇合理的頂出方式和頂出裝置,使頂出力將以均勻合理的分布。頂出位置應(yīng)設(shè)置在阻力大的地方,再有就是使塑件不易變形的部位。在選擇頂出位置時(shí),盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位,尤其是用頂桿頂出時(shí)更應(yīng)注意這個(gè)問題。另外,與塑件直接接觸的脫出零件的配合間隙要保證不溢料,以免塑件上留下飛刺痕跡。
2. 脫出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí),必須考慮在開模過程中保證塑件留在具有頂出裝置的那一部件,即留于動(dòng)模上,這樣可簡化頂出機(jī)構(gòu)。但因塑件結(jié)構(gòu)的關(guān)系,不便留于動(dòng)模時(shí),亦可采取一些措施,強(qiáng)制塑件留于動(dòng)模中,或是塑件在開模后由定模上的頂出機(jī)構(gòu)頂出。
脫出機(jī)構(gòu)要求工作可靠,動(dòng)作節(jié)奏點(diǎn)清晰,運(yùn)動(dòng)靈活,制造方便,配換容易,且本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)注塑頂出裝置的形式,模具上要相應(yīng)采用一定的形式。
3. 所需頂出行程、抽芯距、開模行程計(jì)算
⑴ 頂出行程:
S頂=h凸 +e=9+3=12(㎜)
S頂——所需頂出行程(㎜)
h凸——型芯成型高度(㎜)
e——頂出行程富裕量(㎜),取2~3㎜
⑵ 抽芯距:
由于電腦鍵盤無需側(cè)抽芯,故無需抽芯機(jī)構(gòu)。
⑶ 開模行程:對(duì)于雙分型面模具來說(如圖3-10所示)
圖3-10 雙分型面
S開=H1+H2+a+e
=9+7+5+10
=31 (㎜)
H1——?jiǎng)佣P托就怀龇中兔娴母叨瓤偤?㎜)
H2——塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度(㎜)
a—— 澆注系統(tǒng)在開模方向的總投影高度(㎜)
e——取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量(㎜)
4. 所需頂出力、抽拔力、開模力計(jì)算
頂出力的決定與抽拔力的計(jì)算相同,塑件與型腔的粘附力,多由塑件收縮引起,因此頂出塑件時(shí)所需的頂出力必須克服粘附力所引起的摩擦阻力。
塑件在冷凝收縮時(shí)要產(chǎn)生對(duì)型芯的包緊力所產(chǎn)生的抽拔阻力及機(jī)械傳動(dòng)的摩擦力,才能抽出活動(dòng)型芯。對(duì)于不帶通孔的殼體塑件,抽拔時(shí)還要克服大氣壓造成的阻力。在開始抽拔拔瞬間,所需的力稱為其始抽拔力,以后抽拔所需的力稱為相繼抽拔力,前者比后者大,因此計(jì)算抽拔力時(shí)應(yīng)以起始抽拔力為準(zhǔn)。由公式3-8得
Q′= (3-8)
=
=4492N
P——塑件的收縮應(yīng)力(N/㎡) (由于鍵盤屬于模內(nèi)冷卻的塑件,故?。?
A——塑件包緊型芯的側(cè)面積(㎡)
f——摩擦系數(shù),一般f=0.15~0.2 (取0.2)
α——脫模斜度,一般α=1°~2°(取1°)
Q′——抽拔力(N)
頂出力:包括塑件從凸模的脫出力,通過頂出的側(cè)面抽芯力轉(zhuǎn)化來的頂出力,頂出機(jī)構(gòu)慣性力和摩擦力,潛伏式澆口的切斷力,流道及冷料井的頂出力,其他脫出力轉(zhuǎn)化來的頂出力等。
所需開模力:包括型腔真空負(fù)力、模具及注射機(jī)模板慣性力、摩擦力、塑件從凹模中的脫出力、側(cè)抽芯力轉(zhuǎn)化來的開模力、主流道的凝料的脫出力、點(diǎn)澆口的切斷力等。
3.3.4 塑件的脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了頂出塑件,必須根據(jù)脫出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則,使用一定形式的塑件直接接觸的頂出元件。一般頂出機(jī)構(gòu)的頂出元件有頂桿、頂管、推板、活動(dòng)鑲塊等。這里采用頂桿。為了使頂出元件能夠頂出塑件,必須將頂出元件直接或通過中間過渡的頂出桿連接到頂出板上。注塑機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)頂出模具的頂出板運(yùn)動(dòng)可靠而帶動(dòng)頂出元件將塑件頂出。為了保持頂出板運(yùn)動(dòng)可靠靈活且不致于由于各種因素使頂出元件扭曲,折斷或卡住等,導(dǎo)出板應(yīng)有導(dǎo)向裝置。在塑件被取出而進(jìn)入到下一個(gè)注塑操作循環(huán)時(shí),頂出機(jī)構(gòu)要進(jìn)行復(fù)位,所以頂出機(jī)構(gòu)上要有用于復(fù)位的元件。為了提高頂出板在復(fù)位后與模具的動(dòng)模板有較好的接觸性能和方便復(fù)位極力的調(diào)整,可采用限位釘安裝于頂出板與模具的動(dòng)模座板之間。
根據(jù)塑件分析,采用頂桿頂出機(jī)構(gòu)。頂桿頂出機(jī)構(gòu)是最簡單最常用的一種形式,因它制造簡單,更換方便,頂出效果好,故廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。本設(shè)計(jì)采用兩種頂桿:
1. 頂桿選?。?
⑴ 普通頂桿:如圖3-11所示,為單節(jié)式頂桿,配合部分和固定部分做成一致。它只起頂出塑件的作用,本身只有端面參與成型。
圖3-11 頂桿
⑵ 成型頂桿:該種頂桿除了頂出塑件外,本身還直接參與成型,它可以做成與塑件的某一部分的形狀相同。(如圖3-12所示)
圖3-12 成型頂桿
2. 頂桿在塑件上的布局:
頂桿的位置應(yīng)選在頂出阻力大的地方,也即使塑件不易變形的部位。如圖所示,側(cè)面處阻力最大,因此頂桿設(shè)于此處為宜。由于塑件形狀相對(duì)簡單,且是規(guī)則的矩形,故頂桿在塑件上均等分布,使電腦鍵盤在頂出的過程中受力均勻。如圖3-13所示。
圖3-13 頂桿布局
3. 頂桿固定及配合:
頂桿與頂桿孔的配合可采用H8/f8或H7/e7。配合表面的粗糙度,一般為Ra0.08~0.4μm。頂桿在頂桿固定板中的固定形式如圖3-14所示頂桿直徑要比固定孔的直徑小0.5~1.0㎜。
圖3-14 頂桿固定
4. 頂桿直徑d、長度L的確定:(頂桿如圖3-15所示)
圖3-15 頂桿
d= (3-9)
=
=8.6 (㎜) (取10㎜)
L=[h凸+δ1]+h動(dòng)墊+[S頂+δ2]+h頂固+δ (3-10)
=7+0.1+0+12+5+20
=44.1 (㎜)
式中 : h凸——凸模的總高度(㎜)
h動(dòng)墊——?jiǎng)幽0宓暮穸?㎜)
S頂——頂出行程(㎜)
h頂固——頂桿固定板的厚度(㎜)
δ1——富裕量,一般為0.05~0.1㎜,表示頂桿端面比型腔高出。
δ2——頂出行程富裕量(㎜),一般為3~6㎜
δ——彈簧并緊后高度(㎜)(頂出板和動(dòng)模墊板間加彈簧)
5. 頂出中附屬零部件
⑴ 頂出板:頂出板由頂桿固定板及其墊板組成,用于固定元件作用,常用45鋼制成。最好經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,235HB。
⑵ 限位釘:為了提高頂出板在復(fù)位后與模具的動(dòng)模座板有比較好的接觸性能和方便復(fù)位距離的調(diào)整,可采用限位釘裝于頂出板與模具的動(dòng)模之間。所有限位釘?shù)母叨缺仨氁恢隆O尬会敂?shù)目取4-6個(gè),均布于動(dòng)模座板上。通常與動(dòng)模過盈配合。限位釘用T8材質(zhì),熱處理55HRC左右;亦可用45鋼,并經(jīng)條調(diào)質(zhì)好處理,235HB。
⑶ 頂出導(dǎo)向零件:在頂出塑件時(shí)為了防止墊板和頂桿折斷頂桿,尤其對(duì)細(xì)長頂桿更應(yīng)該防止產(chǎn)生這種折斷現(xiàn)象,故常設(shè)導(dǎo)向零件。在這里設(shè)導(dǎo)柱兩個(gè)。導(dǎo)柱通常用T8材質(zhì)做成,淬火55~60HRC。如圖3-16所示。
圖3-16 導(dǎo)向零件
⑷ 復(fù)位桿:(回程桿或反頂桿)它的作用是將已經(jīng)完成頂出塑件的頂板回復(fù)到注塑成型時(shí)的原始位置。復(fù)位桿必須裝在固定頂桿的同一固定板上,而且各個(gè)復(fù)位桿的長度必須一致,且復(fù)位桿端面常低于模板平面0.02~0.05㎜。復(fù)位桿的材質(zhì)用T8、T10等,淬火55~60HRC。具體形式如圖3-17所示。
圖3-17 復(fù)位桿
d=12mm D=17mm H=6mm L=50mm
⑸ 彈簧:為了提高頂出的平穩(wěn)和起緩沖作用,在頂出板與動(dòng)模墊板之間加上彈簧。如圖3-18所示。
圖3-18彈簧
3.3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設(shè)計(jì)
結(jié)合塑件二次開模的特點(diǎn),利用側(cè)凹切斷點(diǎn)澆口凝料。如圖所示結(jié)構(gòu),在分流道盡頭鉆一斜孔,開模時(shí)由于斜孔內(nèi)的冷凝料的限制,使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料在澆口處與塑件切斷,然后由于冷料井倒錐的作用,鉤住澆注系統(tǒng)凝料脫離斜孔,最后由中心頂桿頂出澆注系統(tǒng)凝料。側(cè)凹部分結(jié)構(gòu)如圖3-19所示,斜孔角度15°~30°,直徑3~5㎜,斜孔深度為5~12㎜。
圖3-19 脫出裝置
3.3.6 拉料機(jī)構(gòu)
拉料機(jī)構(gòu)采用拉料桿。拉料桿頭部做成Z字形,可將主流道的凝料鉤出,開模時(shí)即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿的尾部是固定在動(dòng)模墊板上的。故在一次開模時(shí),凝料被拉于定模上。開模之后,將凝料取下。此處,由于塑件的特殊結(jié)構(gòu),不采用拉料桿而用冷料井來完成凝料的脫出。
拉料桿結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。
圖3-20拉料桿結(jié)構(gòu)
3.4 側(cè)向抽芯及合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
3.4.1 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
鑒于塑件的特殊結(jié)構(gòu),無需側(cè)抽芯,所以側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)不必設(shè)計(jì),塑件能夠很好的完成塑件的頂出。
3.4.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向零件的作用是:模具在進(jìn)行裝配和調(diào)模試機(jī)時(shí),保證動(dòng)、定模之間一定的方向和位置。導(dǎo)向零件要受到一定的側(cè)向力,,起導(dǎo)向和定位的作用。當(dāng)模具牢靠裝于注塑機(jī)上后。模具在注塑過程中,如果模具上沒有精定位裝置,動(dòng)、定模的正確定位則由注塑機(jī)的拉桿精度保證;如果模具上有精定位裝置,動(dòng)、定模的正確定位則由模具的精定位裝置保證。
1. 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)
⑴ 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位,其中心到模具邊緣應(yīng)有足夠的距離,以保證模具的強(qiáng)度,防止壓入導(dǎo)柱后發(fā)生變形。
⑵ 根據(jù)模具的形狀與大小,本副模具采用4個(gè)導(dǎo)柱。在實(shí)際中,為了簡化加工工藝,可采用四個(gè)直徑相同的導(dǎo)柱;但數(shù)量分布不對(duì)稱,此處采用導(dǎo)柱位置對(duì)稱但中心距不同。如圖3-21所示。
圖3-21 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置
⑶ 由于塑件留于動(dòng)模,所以為了便于脫模,導(dǎo)柱安裝于定模。
⑷ 為了保證分型面很好的接觸,導(dǎo)柱在分型面處制有承屑槽,一般是削去一個(gè)面。如圖3-22所示。
圖3-22 承屑槽 圖3-23 導(dǎo)向孔
⑸ 各導(dǎo)柱及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行,否則將影響合模的正確度,甚至破壞導(dǎo)向零件。如圖3-23所示。
⑹ 在合模時(shí),應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸,避免凸模先進(jìn)入型腔,導(dǎo)致?lián)p壞成型零件。
2. 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
⑴ 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)如圖3-24所示,采用帶頭導(dǎo)柱。
圖3-24 導(dǎo)柱
⑵ 導(dǎo)柱選用材料為T8,熱處理50~55HRC,公差t為6級(jí)。
⑶ 導(dǎo)柱長度必須比凸模端面的高度,高出6~8㎜,以免在導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向之前凸模先進(jìn)入型腔相碰而損壞。
⑷ 導(dǎo)柱的直徑根據(jù)模具尺寸來確定。查表[1]得知,Φ40
⑸ 導(dǎo)柱常見安裝固定如圖3-25所示。導(dǎo)柱尾部通常應(yīng)埋入模板內(nèi),固定部分按H7/m6過渡配合,導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按H8/f8間隙配合。導(dǎo)柱工作部件的表面粗糙度可為Ra0.4μm。
圖3-25 導(dǎo)柱的安裝
⑹ 導(dǎo)柱應(yīng)具有堅(jiān)硬而耐磨的表面,堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯,因此采用碳素工具鋼(T8)經(jīng)淬火處理,硬度55HRC以上。
3. 導(dǎo)向孔的設(shè)計(jì)(無導(dǎo)套式)
導(dǎo)向孔直接開設(shè)在模板上,這種形式的導(dǎo)向孔加工簡單,適用于小批量生產(chǎn),精度要求不高的模具,導(dǎo)向孔應(yīng)做成通孔。如果做成盲孔,則不但因孔內(nèi)空氣無法逸出,對(duì)導(dǎo)柱的進(jìn)入有反壓縮作用,而且落入孔內(nèi)的廢料也不易清除,有礙導(dǎo)柱導(dǎo)入。
為了使導(dǎo)柱順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔,在導(dǎo)向孔的前端應(yīng)有倒固定圓角。導(dǎo)向孔的滑動(dòng)部分H8/f8間隙配合,表面粗糙度Ra0.4μm。
3.5 冷卻系統(tǒng)
一般注塑到模具內(nèi)的塑料溫度為200°C左右,而塑件固化后從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60°C以下,熱塑性塑料ABS在注塑成型后,應(yīng)該對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻,使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具,以便使塑件可靠冷卻定型并可以迅速脫模,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于ABS而言,屬粘度低、流動(dòng)性好的塑料,且塑件稍大,為縮短成型周期,需設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
3.5.1 冷卻裝置設(shè)計(jì)分析
⑴ 盡量保證塑件收縮均勻,保持模具熱平衡。
⑵ 冷卻系統(tǒng)水孔的數(shù)量越多越好,孔徑越大,則對(duì)塑件冷卻也就越均勻。
⑶ 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離,即水孔的排列與型腔盡量相吻合,當(dāng)塑件壁厚不均時(shí),厚壁處水孔應(yīng)靠近型腔一些,距離要小。一般水邊離型腔距離不得小于10㎜,常用12~15㎜。
⑷ 澆口處加強(qiáng)冷卻。有;不熔融塑料填充時(shí),澆口附近溫度最高,距澆口越遠(yuǎn)溫度越低。因此,澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻,通入冷水,而在溫度較低的外側(cè)只需通過經(jīng)熱交換后的溫水即可。
⑸ 降低入水和出水的溫差。否則易使模具的溫度分布不均。
⑹ 冷卻水通道要避免接近塑件的熔痕部位,以免熔接不牢,影響強(qiáng)度。
⑺ 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮盡量避免其與模具結(jié)構(gòu)中其他部分的干涉現(xiàn)象。
⑻ 冷卻通道的進(jìn)口與出口接頭盡量不要高出模具外表面,即要埋入模板內(nèi),以免模具在運(yùn)輸過程中造成損壞。
⑼ 冷卻水通道要易于加工和清理。一般孔徑設(shè)計(jì)為8~12㎜。
3.5.2 冷卻裝置的理論計(jì)算
理論計(jì)算即計(jì)算模具的冷卻面積與冷卻分布造成的不同溫度分布,以便設(shè)計(jì)冷卻回路。求得恰當(dāng)?shù)睦鋮s管道直徑和長度,滿足冷卻要求。
1. 傳熱面積計(jì)算:
如果忽略模具同空氣對(duì)流,熱輻射與注塑機(jī)結(jié)合廠所散失的熱量,假設(shè)塑料熔體在模內(nèi)釋放的熱量,全部由冷卻水帶走,則模具冷卻時(shí)需要冷卻水的體積流量可按下式計(jì)算:
如考慮結(jié)晶形塑件的熔解潛熱,則每千克塑料釋放的總熱量為:
[15] (3-11)
=350+1680
=2030J/kg
a——每千克塑料所放出的總熱量 取350J/kg
又有 Q=nGa (3-12)
在不考慮其他熱量損失的情況下,可以認(rèn)為塑件所放出的熱量全部被冷卻介質(zhì)所帶走。
Q=Cw() (3-13)
式中:
W——每小時(shí)所需冷卻水的質(zhì)量。kg/h
t1——冷卻水出口溫度(°C) (取50°C)
t2——冷卻水進(jìn)口溫度(°C) (取25°C)
C——冷卻介質(zhì)的比熱容[J/(kg·K)]
所以每小時(shí)所需要的冷卻是的質(zhì)量是:
W== (3-14)
=
=12.7kg/h
冷卻水管所需的傳熱面積:
(3-15)
=
=3.5m2
式中
Q——為每小時(shí)傳遞的熱量,上式中有計(jì)算。
TM ——模具的平均溫度
TW ——冷卻水的平均溫度
——系數(shù),取0.6
所以冷卻系統(tǒng)的總長度是:
= (3-16)
=111.5m
冷卻水孔的數(shù)目的確定,由于模具尺寸限制,設(shè)水孔的長度為0.5米。
在這里我們?nèi)?根。
n ——冷卻水孔的數(shù)目
l ——每根水孔的長度(m)
L ——冷卻水孔的總長度(m)
3.5.3 冷卻回路的布置
根據(jù)塑件形狀及所需冷卻溫度分布要求以及澆口位置等。設(shè)計(jì)出不同的冷卻回路。
1. 型腔冷卻回路
眾所周知,在成型過程中,型腔被溫度較高的熔融塑料填滿隨塑料冷卻,型腔內(nèi)快速升溫,故設(shè)置冷卻回路。根據(jù)塑件形狀分析,采用在型腔附近鉆冷卻水孔,如圖3-26所示。因型腔較淺,采用直通式冷卻水孔。
圖3-26 冷卻水孔
2. 型芯冷卻回路
由于成型過程中,型芯總是被溫度很高的熔融塑料包圍著,因此,型芯材料的熱傳導(dǎo)問題就顯得非常關(guān)鍵。為了解決型芯的散熱問題,雖然可有使用熱傳導(dǎo)率較高的材料制造型芯(如鈹青銅材料)。如前所述,鈹青銅的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼的1.8~3.3倍,但因鈹青銅的力學(xué)強(qiáng)度比鋼差,并且大量使用鈹青銅材料會(huì)使模具成本大幅度提高,所以絕大多數(shù)情況下,解決這一問題最好的辦法是在型芯中設(shè)置冷卻水道,利用冷卻水道中冷卻液的溫度和流速來控制型芯的問題,達(dá)到制品散熱的目的。
對(duì)于本塑件尺寸較大,采用圖3-27所示的冷卻水道布置。值得注意的是,在制作這種冷卻水道時(shí),型芯側(cè)面的水道封堵一定要平整,避免因出現(xiàn)側(cè)面凸凹而影響制品脫模。
圖3-27 冷卻水孔布置
3. 模具冷卻水道的水嘴(出、入水口)正確位置
⑴ 模具安裝在注塑機(jī)之后,其冷卻水道的水嘴出入水口,不能正對(duì)著注塑機(jī)的拉桿,以免安裝困難。
⑵ 冷卻水道的水嘴最好裝在注塑機(jī)的背后(即注塑機(jī)操作人員的另一側(cè)),以免影響操作。
⑶ 對(duì)于自動(dòng)成型的模具(如臥式)注塑機(jī),其冷卻水道的水嘴最好不要設(shè)置在模具頂端,以免給機(jī)械操作者帶來不便(如拆、裝水管時(shí),冷卻液容易流入型腔)。
⑷ 避免將冷卻水道的水嘴安裝在模具底面,因?yàn)樵谧詣?dòng)成型時(shí)(臥式機(jī)),由于水管的限制,會(huì)影響制件與“料把”的脫落,形成“料堆”。
4. 冷卻系統(tǒng)的零件
⑴ 水嘴:主要用來連接冷卻通道的入口和出口,使冷卻水導(dǎo)入模具的冷卻系統(tǒng),并使在模具中吸收了熱量的水離開模具。水嘴一般用黃銅材料制成,對(duì)于要求不高的模具可用一般結(jié)構(gòu)鋼制成。
⑵ 螺塞:主要用來構(gòu)造水路,起截流的作用。要求高的模具要用黃銅材料的螺塞,要求不高的模具可用鋼材料。
⑶ 密封圈:主要用來保證冷卻回路不泄露。
⑷ 密封膠帶:主要用來使螺塞與冷卻通道、水嘴冷卻通道連接處不泄露。
⑸ 軟管:主要作為連接并構(gòu)造模外冷卻回路的作用,一般為橡膠材料做成。
第4章 模體與支承連接零件
4.1 模體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模體即常說的模架,是注塑模的骨架和基體,模具的每有部分都寄生于其中,通過它將模具的每一部分有機(jī)的聯(lián)系在一起。標(biāo)準(zhǔn)模架一般包括定模底板、定模固定板、動(dòng)模固定板、動(dòng)模底板、動(dòng)模墊板、墊塊、頂出固定板、頂出墊板、導(dǎo)柱、復(fù)位桿等 。
根據(jù)塑件的外形尺寸及型腔壁厚,同時(shí)考慮模具制造周期,選用標(biāo)準(zhǔn)模架。通過查閱手冊(cè)得:
根據(jù)要求本模具是的中小模具,故選用:
模板:
寬度——400mm
長度——600mm
厚度——100mm
底座:
寬度——600mm
寬度——450mm
厚度——35mm(動(dòng)模定模都是)
墊塊:
寬度——68mm
厚度——120mm
推板:
厚度——30mm
寬度——260mm
支承板、推件板、推桿固定板的厚度分別為:
60mm、30mm、25mm。
導(dǎo)柱直徑——35mm
導(dǎo)套直徑——45mm
復(fù)位桿直徑——20mm
六角螺釘直徑——M 12
內(nèi)六角螺釘直徑——M 12[17]
確定模架 如圖4-1所示。
圖4-1 模架
4.2 其他零件——吊裝設(shè)計(jì)
對(duì)于大、中形模具,為了方便模具在制造、裝配、裝模生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn),通常在模具上開設(shè)一定尺寸的吊裝螺孔,以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì),但有時(shí)根據(jù)需要,也可設(shè)計(jì)吊裝螺孔。
吊裝螺孔通常在動(dòng)模板、動(dòng)模墊板、動(dòng)模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、頂出板等上均需開設(shè)。一般螺孔位置在模具裝于注塑機(jī)上事,模板上下端面的中央。若在一個(gè)端面上需開設(shè)兩個(gè)螺孔,則在端面上沿中心對(duì)稱開設(shè)。另外,在尺寸較大且較沉的形芯/凸模、凹模等鑲塊上的適當(dāng)位置也需開設(shè)吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強(qiáng)度足夠,并能使吊環(huán)的螺牙全部利用,即要保證螺孔有一定的深度。
第5章 分模
對(duì)模具進(jìn)行必要的分模,本次設(shè)計(jì)過程中重要運(yùn)用的軟件是CAD和UG,在分模的過程中我們就采用現(xiàn)在比較流行的軟件UG進(jìn)行的,現(xiàn)把分模的部分過程記錄如下:分模過程和技巧根據(jù)《UGNX4注塑模具設(shè)計(jì)師就業(yè)實(shí)戰(zhàn)精解》[2]
圖5-1 分模前的塑件
圖5-2 分模的布局準(zhǔn)備
圖5-3 分模完成的凹模
圖5-4 分模完成的凸模
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)主要對(duì)電腦鍵盤進(jìn)行了模具設(shè)計(jì),完成了鍵盤面板的整體設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)等,對(duì)模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過程有了很明確的認(rèn)識(shí)和深刻的理解。
在設(shè)計(jì)過程中,首先對(duì)塑件的性能進(jìn)行了分析,進(jìn)而依據(jù)分析結(jié)果采取方案,選擇了合理的注塑機(jī)型號(hào),并對(duì)方案的合理性進(jìn)行了論證。
然后是模具的主體設(shè)計(jì),主要包括澆注系統(tǒng)、頂出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。合理布局了澆注系統(tǒng)中主、分流道,以及澆口的位置。對(duì)頂出機(jī)構(gòu)的合理性進(jìn)行了論證,保證了頂出機(jī)構(gòu)能夠迅速高效的完成頂出動(dòng)作;為了保證塑件的成型過程中的質(zhì)量,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率,采取了冷卻水道。
最后通過對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析,來設(shè)計(jì)和選擇與之相適應(yīng)的零部件,以完成最終的模具機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)。查閱模具設(shè)計(jì)與加工速查手冊(cè),選擇了符合模具注射要求的標(biāo)準(zhǔn)模架。
在設(shè)計(jì)中,由于設(shè)計(jì)工作的要求,不斷翻閱了模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、國標(biāo)(GB)等工具書,保證了設(shè)計(jì)的完整性和科學(xué)性,使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。
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致 謝
本論文是在陳集老師的親切關(guān)懷和指導(dǎo)下完成的。陳集老師的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和樸素的生活作風(fēng),為我樹立了學(xué)習(xí)的榜樣,也將在我的人生道路上一直鼓勵(lì)著我前進(jìn)。兩三個(gè)多月來陳老師在學(xué)習(xí)工作和生活上給予我無微不至的關(guān)懷和照顧,在此我對(duì)恩師表示最由衷的謝意!
感謝制圖教研室的謝老師以及其他教研室的各位老師在這三個(gè)多月的時(shí)間里在學(xué)習(xí)上和工作上所給予我的無私指導(dǎo)和熱情幫助。
感謝設(shè)計(jì)過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)以及協(xié)同合作的同學(xué)!三個(gè)多月來,大家團(tuán)結(jié)協(xié)作共同創(chuàng)造了輕松愉快的工作氣氛,這使我終身難忘。
感謝我所有的朋友們,感謝你們帶給我的無盡歡樂以及在工作上對(duì)我的無私幫助。
感謝我的父母,感謝他們對(duì)我始終如一的關(guān)懷和鼓勵(lì)。在此謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝和深深的祝福!
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