塑料注射成型模具CAD

序

号

绘图

步骤

说    明

1

标

准

模

架

的

选

择

1—定模座板；2—定模板；3，9—推板；4—动模板；5—支承板；6—垫板；

7—内六角螺钉；8—动模座板；10—推杆固定板；11—复位杆；12—导柱；13—导套

塑料注射成型模具的典型标准模架系列是根据型腔形状及布置方案确定注射模的总体结构选定的。这是塑料注射成型模具CAD的一个主要设计步骤。这些模架系列及其标准零件，在设计工作开始之前均应存放在模具数据库中供调用。标准模架的结构与组成如图a所示

选择所需要的标准模架的方法通常是建立图b所示的标准模架选择程序流程图，利用流程图能很容易地选择出所需要的标准模架系列模架。下一步是确定其模具零件尺寸，通常是把各种模架系列中的全部模具零件尺寸均存放在数据库中以供查询，而存放的方式是建立一种简明的编码系统

根据模具零件尺寸之间的联系和隶属关系，在编码系统里一般可采用两种数据结构：①链表结构；②树状结构，如图c所示

链表结构属于顺序关系结构，通过指针对数据逐个访问，以选取合适的数据。模具设计人员可以利用链表结构存储某一模具零件(如推板)的所有不同的规格尺寸。树状结构属于层次关系结构，根据隶属关系，可将不同种类的模具零件安排在不同的层次里。模具设计人员若将推板放在第一层则动模板可放在第二层。因为一旦推板宽度确定，则可进入第二层查找某一宽度下合适的动模板长度(因为动模板的宽度隶属于推板宽度)

在编码系统的基础上，需制定一组原则来选择模具零件尺寸，并根据这些原则编制计算机程序，使模具零件尺寸的选择过程能够自动地或者以人机交互的形式完成

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模具

型腔

、型

芯形

状及

模具

图的

设计

(1) 型腔和型芯形状的设计

设计模具型腔、型芯形状时，首先需要定义塑件的形状，建立形状模型。然后，需要输入分型面的信息，利用分型面的数据，可将塑件的形状模型进行分解，得到型腔和型芯形状。这样就可很容易地生成型腔和型芯形状

(2) 镶块结构型腔、型芯的设计

复杂塑料注射成型模具的型腔或型芯常常采用镶块结构，即从型腔或型芯中取出其中一部分，形成镶块结构。这种操作和型腔、型芯的分解处理是类似的。首先需要定义镶块形状及断面，然后取出镶块并修改型腔和型芯的形状

(3) 尺寸与公差的标注

当型腔、型芯和镶块的几何形状设计完毕后，便可利用程序确定其尺寸和公差，再利用图形系统提供的尺寸标注功能，以人机交互方式依次完成各个尺寸的标注

3

浇注

系统

的交

互设

计

(1) 浇注系统CAD的目的

浇注系统CAD的目的是，通过计算机程序，使模具内每一个型腔均能在同一时刻以近似相同的压力和温度被熔体充满，或者使多浇口型腔内熔体的熔接痕处于理想位置

(2) 浇注系统的几何布置

浇注系统可采用平衡式或非平衡式两种形式进行布置。在平衡式浇注系统中，由于其完全对称，故每个型腔在大致相同的温度、压力条件下同时被充满。而采用非平衡式浇注系统，则每个型腔会在不同的条件下充模。对多浇口型腔来说，不同的浇注系统将导致不同的熔接痕位置

模具设计人员先利用模具CAD系统提供的交互图形功能，利用初始流道和浇口设计程序，决定各流动路径中流道半径和浇口半径，由此获得等温状态下的流道和浇口的初始数据。利用该结果，再运行注射过程熔体流动模拟程序，通过迭代计算，修正初始设计时每一条流动路径的最后一个流道元素半径和浇口半径

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冷

却

系

统

设

计

利用CAD技术可以合理确定冷却管道布置、尺寸大小、冷却水流量、温度及冷却时间等

(1) 冷却系统CAD方案设计

输入初始条件，计算冷却系统水管布置所需参数，在冷却水管回路设计模块中，选择相应的水管布置特征加以组合，即可得到所需的水管布置形式。标准件选择模块是根据用户的条件，利用实体建模功能，生成冷却回路的实体模型，并选择与水管回路相匹配的冷却系统标准件。经过实验证明，塑料熔体传给模具的热量约有5%传到大气中，其余95%被冷却介质带走。在系统初始化设计中，通过冷却系统公式定量计算得到冷却系统的各个参数

(2) 冷却水管回路设计

冷却水管回路布置是相当复杂的。对型腔和型芯要分别布置，有时还要布置多层回路。实践证明，型芯的冷却水管回路布置更为重要，因为在塑件成型过程中，型芯在塑件中间，若其热量不能被带走，将导致塑件生产效率低或产生质量问题

通过分析注射模冷却系统的各种情况，设计时，用户根据冷却水管回路的几种基本特征形式，进行回路类型选择，再加以组合，就可得出复杂的冷却回路

(3) 标准零件选择模块

系统用数据库和参数化技术相结合的方法，组成标准件库，供模具设计人员选择。冷却系统中的标准件有水管接头、密封圈等

(4) 交互式冷却系统设计流程

通过上述设计，可初步确定冷却系统的结构，但要完整了解冷却的效果，则必须进行冷却分析

利用人机交互的方法输入塑料材料、塑件厚度、塑件重量、模具材料等，根据系统中已有的公式及数据，算出其余的设计参数，并等待模具设计人员的修改。如果进行修改，系统将重新进行计算，再给出相应的设计参数，如此反复，直至达到满意

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模具零件强度

和刚度校核

为保证模具能正常工作并生产出符合尺寸精度要求的塑件，模具各零件应能承受各种作用力和拉伸、挠曲、压缩变形量，在允许范围内具有一定的强度和刚度。为此，在模具结构设计初步完成以后，必须进行强度和刚度校核

塑料注射成型模具工作时，型腔内要承受较高的注射压力。模具设计人员应该注意受力后的模具型腔各部分不要发生过量的变形或破坏。检查模具型腔是否发生过量变形的原则是：

① 型腔在垂直于合模方向的弹性变形必须小于同方向的塑件收缩率引起的收缩量，以免开模困难造成塑件难以取出等

② 型腔在合模方向的挠度必须小于允许值，以免发生飞边逸出，造成塑件难以取出或塑件尺寸不合要求

在注射模CAD系统中，根据不同的模具要求，可采用不同方法进行强度和刚度校核。最简单的方法是用材料力学中的一些基本加载公式计算。这种方法简单、快速，但采用的基本加载模式必须与模具零件和受载条件相符，否则会产生较大误差

对于尺寸精度要求高的注射模，可采用有限元应力分析软件进行校核。该方法的优点是计算结果准确，能适应各种复杂受载条件，缺点是计算量大，在三维应力分析时对计算机的要求较高，前置处理较复杂

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塑料注射成型

模具图的绘制

经过上述步骤后，模具设计人员可利用三维图形软件的拼合功能，将型腔、型芯、浇注系统、推出系统、冷却水孔以及模板拼合起来，生成塑料注射成型模具图