王 晨

(陜西理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

1 引言

Solidworks是一個(gè)基于Windows三維軟件，有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，利用參數(shù)化和特征化建模，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。在模具設(shè)計(jì)過程中，利用Solidworks進(jìn)行實(shí)體建模，可以快速對要設(shè)計(jì)的零件有一個(gè)直觀的認(rèn)識，在對三維模型進(jìn)行分析后借助于Solidworks中的IMOLD插件模塊在三維實(shí)體的基礎(chǔ)上進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，其提供了一套強(qiáng)大的三維模具設(shè)計(jì)功能，本文介紹了對手持式汽車尾氣檢測儀注塑模具的設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了如何利用Solidworks軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)以及利用IMOLD插件進(jìn)行模具的三維總裝配設(shè)計(jì)的具體步驟和流程。

2 模具設(shè)計(jì)流程

2.1 模具設(shè)計(jì)流程

模具設(shè)計(jì)的具體流程如下：利用Solidworks對零件進(jìn)行三維模型創(chuàng)建；根據(jù)產(chǎn)品的功能和應(yīng)用選擇材料；根據(jù)產(chǎn)品需用的注射量、其在分型面上的投影面積、成型時(shí)需要的合模力、注射壓力等的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)模具厚度、安裝固定尺寸等技術(shù)要求確定注塑機(jī)型號；分析所設(shè)計(jì)的零件圖，確定注塑模具型腔數(shù)量及排列方式，并確定分型面分型方式，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等模具結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；根據(jù)各計(jì)算結(jié)果，完成下殼體注塑模具設(shè)計(jì)。

2.2 IMOLD插件

IMOLD插件是Solidworks的插件之一，專門用來建立標(biāo)準(zhǔn)模座零件、頂桿導(dǎo)柱等其他附件，此外，在IMOLD系統(tǒng)中還能自動(dòng)產(chǎn)生二維工程圖及材料明細(xì)表。利用IMOLD可以很好的提高模具型腔、型芯等的設(shè)計(jì)效率，完善開模功能，很好的對模具設(shè)計(jì)過程進(jìn)行修改以及自動(dòng)化配置，大大縮短了模具設(shè)計(jì)周期，使用IMOLD進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的基本流程[1]，如下圖1所示。

圖1 基于IMOLD塑料模具設(shè)計(jì)流程

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 建立零件三維模型

根據(jù)手持式汽車尾氣檢測儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)對下殼體進(jìn)行三維造型，該塑件制品結(jié)構(gòu)比較簡單，因此，可以快速的利用Solidworks中的基本造型操作出其三維模型，其實(shí)體模型如下圖2所示。

圖2 零件三維模型

3.2 零件分析

對制件先進(jìn)行外形和尺寸、材料、公差及其對應(yīng)的成型參數(shù)等分析。此制件材料為ABS塑料，其精度要求為5級精度，厚度為2mm，根據(jù)公差手冊得出塑件尺寸的公差范圍，該體積=39.82cm3，表面積=409.22cm2，制品有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，與電路板進(jìn)行裝配配合，因此對外表面粗糙度可取為0.4μm，而內(nèi)表面就沒有表面粗糙度的要求了。脫模斜度：塑件外表面40′－1°20′塑件內(nèi)表面30′－1°（脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)，塑件外形以型腔大端為準(zhǔn)，塑件內(nèi)形以型芯小端為準(zhǔn)）。因?yàn)閺哪＞咧腥〕鏊芗螅捎跍囟燃皦毫Φ淖兓瘯?huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)氖湛s率來放大模型，獲得正確尺寸的注塑件。此次材料收縮率取0.5%。

因此，本次零件采用注塑成型加工，并且選擇臥式螺桿式注塑機(jī)。根據(jù)塑件質(zhì)量和尺寸等條件，采用一模兩腔，平行式型腔分布[2]，通過計(jì)算并校核可以確定此次注塑機(jī)的型號為海天SA2500/1000U-A。

3.3 成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過塑件的形狀和尺寸來創(chuàng)建型芯和型腔原始毛坯。利用Solidworks零件造型之后，運(yùn)行IMOLD插件，對成型零件進(jìn)行拔模分析，脫模斜度為 1°。 IMOLD 插件中“Core/Cavity Builder”模塊提供分模功能，拔模分析之后，選取零件最大輪廓邊線為分型線，選擇最大輪廓表面為分型面，對分型面進(jìn)行延伸，再利用延展曲面分割型腔和型芯，從而完成分模，此例結(jié)構(gòu)簡單，沒有扣件，因此不需要設(shè)計(jì)滑塊組件。分模結(jié)果如下圖3所示。

圖3 分模

塑件體積相對較大，因此采用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)，并且采用潛伏式澆口，布置推桿，因此，型腔之間的鋼厚在30～50mm經(jīng)驗(yàn)數(shù)值之間取為40mm，從上面分模圖可以看出型腔布局結(jié)構(gòu)。

由于塑件的結(jié)構(gòu)比較簡單，因此凹模和凸模均采用整體式結(jié)構(gòu)[3]，根據(jù)型腔深度得出的型腔到內(nèi)模鑲件邊經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為20mm，因此，可以得出凹模的大小為 134（W）×155(L)，在型腔的基礎(chǔ)上加上塑料制品上表面到凹模上面距離的經(jīng)驗(yàn)值就可以得出凹模的厚度，最終取為45mm，而型芯尺寸大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定法可以確定為134（W）×155(L)，厚度為25mm。設(shè)計(jì)的塑件簡單，沒有扣件，因此不需要設(shè)計(jì)滑塊標(biāo)準(zhǔn)組件，最后模具型芯、型腔如下圖4、5所示。

圖4 模具型芯

圖5 模具型腔

3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此次模具采用普通流道的澆注系統(tǒng)，普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井等結(jié)構(gòu)組成[4]。采用側(cè)澆口，隱藏式澆口，減少熔料在模腔內(nèi)流動(dòng)的距離。采用圓形截面的分流道，這樣熔料散熱量小，阻力也小，提高了制件成型質(zhì)量。IMOLD插件中“Feed Designer”模塊提供澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，澆口及分流道尺寸大小根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]，設(shè)計(jì)得出的參數(shù)直接輸入到指定位置就可以得到如下圖6所示的澆口及分流道。

3.5 模架設(shè)計(jì)

IMOLD插件中的“Moldbase Designer”模塊提供多家模架廠家的模架系列產(chǎn)品，用戶可以選取模架添加到設(shè)計(jì)方案中。IMOLD提供DME、DMS、FUTABA等多家模架廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模架庫，此例中選取DME生產(chǎn)的TYPE-N2535型號模架，并根據(jù)設(shè)計(jì)得到的參數(shù)對模架中一些參數(shù)進(jìn)行了修改，以滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此例中經(jīng)過計(jì)算和校核得到頂桿直徑為2mm，數(shù)量為8根，長度為108mm,這些參數(shù)直接輸入到IMOLD插件“Ejector Designer”模塊中，就可以自動(dòng)創(chuàng)建出所想要的頂桿，只需要將其布局好就行。

3.7 冷卻、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮氣體兩種，此次采用冷卻水進(jìn)行冷卻，在模具型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水管道，利用循環(huán)水開設(shè)冷卻水管道，利用循環(huán)水將熱量帶走，保持最佳注塑模具溫度。根據(jù)模具大小、注塑機(jī)鎖模力以及塑料制品厚度三方面因素的考慮[6]，最終選擇冷卻管道直徑為6mm，其到型腔表面及澆口的距離均為10mm,得到管道參數(shù)之后，使用IMOLD插件的“Cooling Designer”模塊創(chuàng)建冷卻回路，其提供良好的3D草圖技術(shù)可以方便用于來創(chuàng)建冷卻回路，管道所用到的附件均選為HASCO型號的，能很好的滿足要求。其結(jié)構(gòu)圖如下圖7所示。

圖7 冷卻管道分布圖

由于模具在型腔填充過程中，除了型腔原來就用的空氣外，還有ABS塑料在受熱和凝固時(shí)產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其在高速成型時(shí)，排氣很重要[7]。此次塑件其尺寸一般，又采用一模兩腔的型腔排列方式，因此只需要通過分型面和頂桿間隙排氣就可，不需要單獨(dú)開設(shè)排氣系統(tǒng)。

3.8 標(biāo)準(zhǔn)件選取

模架和冷卻回路設(shè)計(jì)完成后，利用IMOLD插件中的“Components Gallery”標(biāo)準(zhǔn)件功能，向模具設(shè)計(jì)中添加所需要的標(biāo)準(zhǔn)件，如澆口套、定位圈、限位釘?shù)?，這些標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行一定的修改，以滿足設(shè)計(jì)要求

3.9 模架整體設(shè)計(jì)及總裝

按上面的設(shè)計(jì)和操作完成之后，再添加螺釘將面板和定模板，型芯和動(dòng)模板固定起來。整個(gè)設(shè)計(jì)完成之后，利用IMOLD插件中的開孔功能將前面步驟添加的標(biāo)準(zhǔn)件以及其他有孔的位置進(jìn)行開孔，開孔完成之后，此次應(yīng)用軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)就完成了，可以得到如下圖8所示的總裝圖。

圖8 模具三維總裝

4 總結(jié)

通過此次塑件的模具設(shè)計(jì)，體會(huì)到Solidworks不僅有強(qiáng)大三維造型功能，也具有優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)功能。應(yīng)用Solidworks中的模具設(shè)計(jì)模塊，可以很簡單、方便地將模具分模、提取，大大提高了設(shè)計(jì)效率，降低了設(shè)計(jì)成本。隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展，這種模具設(shè)計(jì)方法逐漸普及起來。

參考資料：

[1]丁英杰,葛正浩,厲成龍,楊妮.基于 SolidWorks/IMOLD 的轉(zhuǎn)盤注塑模設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用,2006,08：64-66

[2]王永平.注塑模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)滴[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004

[3]孫玲.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,2008

[4]楊占堯，白柳.塑料模具典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998

[5]李大樹.分流道截面形狀和尺寸計(jì)算的探討[J].模具工業(yè)，1991

[6]黃曉燕.塑料模具典型結(jié)構(gòu)100例.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008

[7]曹宏深，趙仲冶.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993