周 敏

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中山 528404）

0 引言

在模具成型零件上能夠可以用于直接成型塑件處的尺寸通常被稱(chēng)為注塑模具零件成型的工作尺寸，主要包括以下幾類(lèi)尺寸，分別是型芯的高度尺寸和徑向尺寸、型腔的深度尺寸和徑向尺寸、型腔中孔或凸起中心距的尺寸。模具成型零件的工作尺寸對(duì)塑件的精度具有非常重要的影響，主要受到原料成型收縮率、模具制造公差以及成型零件的損失的影響。目前，注塑模具成型零件工作尺寸的計(jì)算方法主要有平均收縮率法和公差帶法這兩種方法。目前，一些科學(xué)家結(jié)合實(shí)際情況在兩種方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并且形成了新的計(jì)算方法，但是仍然存在比較雜亂的缺陷。模具成型零件的工作尺寸比較多，可以根據(jù)成型零件尺寸的計(jì)算方法確定出模具成型零件的各類(lèi)尺寸。模具成型零件的齒輪可以根據(jù)尺寸類(lèi)別標(biāo)注出成型零件的制造公差，公差的精度有利于模具成型零件的實(shí)際加工，但是成型零件工作尺寸的計(jì)算方法存在煩瑣、不準(zhǔn)確的缺陷，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以利用利用計(jì)算機(jī)技術(shù)編制模具成型零件工作尺寸計(jì)算程序，從而可以實(shí)現(xiàn)模具成型零件工作尺寸的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，進(jìn)而可以指導(dǎo)注塑模具設(shè)計(jì)、提高注塑制品的尺寸精度、提高注塑模具制造的效率、增加注塑產(chǎn)品的質(zhì)量，具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

1 模具成型零件工作尺寸的計(jì)算方法

由于平均收縮率算法存在制造偏差大、磨損量高的缺陷，塑件尺寸精度要求比較高后者塑件尺寸比較大的情況下，誤差會(huì)更大，因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)間公差帶法更受科研人員的青睞。

基于公差帶法的模具成型零件工作尺寸的計(jì)算算法為：利用模具成型零件的尺寸公差估算以及收縮的極值估算出模具成型零件工作尺寸的最大值（型芯類(lèi)尺寸）或最小值（型腔類(lèi)尺寸）。

注塑模具成型零件的工作尺寸計(jì)算算法為：利用模具最大的允許磨損量和模具成型零件的制造偏差對(duì)塑件的最大尺寸或最小尺寸進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算塑件的最大（最?。┏叽缡欠駶M(mǎn)足公差要求。

型腔徑向尺寸的計(jì)算：

1）初算

型腔的最小徑向尺寸可以利用如下公式來(lái)計(jì)算：

式中，Lm表示型腔的基本尺寸，Smax表示塑件的最大收縮率，?表示塑件尺寸的公差，Ls表示型腔內(nèi)徑尺寸的最小值。

2）驗(yàn)算

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的型腔允許的最大磨損量δc和制造誤差δz，驗(yàn)證塑件的最大尺寸是否滿(mǎn)足公差要求，塑件的最大尺寸利用下式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

式中，Lsmax表示塑件的最大徑向尺寸。如果要滿(mǎn)足上述驗(yàn)算要求，必須保證：

在初算和驗(yàn)算完畢后，根據(jù)制造公差，型腔的徑向尺寸可以表示為如下的形式：

利用相同的方法，模具成型零件的工作尺寸可以以下各式來(lái)計(jì)算：

1）型芯外徑lm的計(jì)算方法為：

2）型腔深度Hm的計(jì)算公式為：

3）修磨型芯上端面的型芯高度hm的計(jì)算公式為：

5）中心距Cm的計(jì)算公式為：

式中，Scp表示收縮率的平均值。

2 齒輪注射成型的模具成型零件工作尺寸計(jì)算

齒輪可以用于各種動(dòng)力設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)，通常情況下利用注塑成型的方法來(lái)進(jìn)行制造。傳統(tǒng)的齒輪模具設(shè)計(jì)的主要流程為：1）繪制二維圖，并且進(jìn)行工藝分析，根據(jù)工藝分析的結(jié)果設(shè)計(jì)出模具；2）繪制裝配圖和零件圖，制造模具；3）試模，并且生產(chǎn)制品，在使用中如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再重新修改設(shè)計(jì)，返回模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。這樣就使齒輪的生產(chǎn)周期變長(zhǎng)，并且會(huì)導(dǎo)致零件設(shè)計(jì)和制造之間產(chǎn)生矛盾，從而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)該提高零件成型尺寸計(jì)算的準(zhǔn)確性，不僅能夠防止零件的超差，而且能夠保證模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，提高齒輪模具的設(shè)計(jì)效率，提高齒輪的質(zhì)量。

利用上述模具成型零件工作齒輪的計(jì)算方法對(duì)齒輪模具成型零件的工作尺寸進(jìn)行計(jì)算。注塑齒輪模具裝配圖如圖1所示。

分別計(jì)算出塑件圖樣齒輪為15、30、45、60、75、90、105mm時(shí)，齒輪模具成型零件工作尺寸的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖1 注塑齒輪模具設(shè)計(jì)裝配圖

表1 齒輪模具成型零件工作齒輪的計(jì)算結(jié)果

表中，a表示注塑齒輪塑件圖紙尺度；b表示注塑齒輪塑件齒輪公差；c表示注塑齒輪模具成型零件齒輪；d表示注塑齒輪模具制造公差；e表示注塑齒輪塑件最大尺寸；f表示注塑齒輪圖紙上限和齒輪塑件最大實(shí)際齒輪的差值是否合格，差值為正表示合格，差值為負(fù)表示超差；g表示注塑齒輪塑件的最小齒輪；h表示注塑齒輪最小齒輪和齒輪塑件圖紙尺寸下限的差值是否合格，差值為正，表示合格，差值為負(fù)，表示超差；i表示注塑齒輪的總偏差；j表示注塑齒輪塑件的尺寸公差和齒輪塑件實(shí)際尺寸總偏差的差值，差值為正，表示合格，差值為負(fù)，表示超差。

為了能夠驗(yàn)證公差帶法的優(yōu)越性，利用平均收縮率法對(duì)注塑齒輪模具成型零件進(jìn)行相同的計(jì)算，并且比較兩種算法的優(yōu)劣，比較結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中可以看出，在齒輪塑件圖紙尺寸上限和齒輪塑件最大尺寸的差值大于零以及齒輪塑件齒輪公差和齒輪塑件尺寸總偏差的差值大于零的要求上，利用公差帶法可以取得比平均收縮率法更好的效果。

圖2 注塑齒輪圖樣尺寸上限和齒輪塑件最大尺寸的差值比較圖

圖3 注塑齒輪塑件的公差和齒輪塑件實(shí)際尺寸總偏差的差值

3 模具成型零件工作尺寸的計(jì)算程序平臺(tái)

模具成型零件工作尺寸的計(jì)算比較復(fù)雜，為了能夠提高模具成型零件的設(shè)計(jì)效率，可以利用MATLAB軟件編制模具成型零件的尺寸設(shè)計(jì)程序，并且編制出可視化程序。MATLAB軟件的GUI模塊是一種先進(jìn)的圖形用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境，計(jì)算的飛速發(fā)展改變了人和計(jì)算機(jī)的交互方式，目前，圖形界面交互是人機(jī)交互的主要形式，利用MATLAB的GUI模塊可以利用利用按鍵、文字說(shuō)明、窗口等對(duì)象設(shè)計(jì)出人機(jī)交互界面，從而便于技術(shù)人員的使用。因此以MATLAB軟件的GUI模塊為模具成型零件工作尺寸的計(jì)算平臺(tái)，利用該模塊能夠更加方便、高效地對(duì)模具成型零件的工作尺寸進(jìn)行計(jì)算，并且能夠分析模具成型零件尺寸的超差進(jìn)行分析，進(jìn)而能夠確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。

利用MATLAB軟件的GUI模塊設(shè)計(jì)模具成型零件工作尺寸的計(jì)算程序，界面如圖4所示。

圖4 模具成型零件工作尺寸計(jì)算的人機(jī)交互界面

模具成型零件工作尺寸計(jì)算程序共包括三個(gè)模塊，分別是：1）輸入數(shù)據(jù)模塊，可以輸入塑件尺寸公差、最小收縮率、最大收縮率以及模具制造公差；2）尺寸計(jì)算模塊，可以對(duì)模具成型零件的型腔內(nèi)徑、型芯外徑、型腔深度、型芯高度、中心距根據(jù)上述算法進(jìn)行所有參數(shù)的計(jì)算；3）分析模塊，可以判斷是否有超差現(xiàn)象，并且給出模具成型零件是否合格的結(jié)論。模具成型零件工作尺寸的計(jì)算流程如圖5所示。

圖5 模具成型零件工作尺寸計(jì)算程序流程圖

模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)制品尺寸公差查SJ1372-78標(biāo)準(zhǔn)確定塑件等級(jí)，利用GB1800-79可以確定模具尺寸公差，并且需要計(jì)算出X值，因此，必須將以上標(biāo)準(zhǔn)以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)起來(lái)。利用SQL Server 軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，分別將SJ1372-78、GB1800-79以及X值以表格的形式儲(chǔ)存起來(lái)，并且利用接口技術(shù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)和MATLAB之間建立連接。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用公差帶法對(duì)模具成型零件工作尺寸進(jìn)行計(jì)算，可以提高模具設(shè)計(jì)的效率，并且能夠確保模具的質(zhì)量。為了能夠提高計(jì)算效率以及使用的方便性，利用MATLAB軟件GUI模塊設(shè)計(jì)注塑模具成型零件工作尺寸的計(jì)算程序，可以快速、準(zhǔn)確、高效地完成模具成型零件工作尺寸設(shè)計(jì)。

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