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1、15第1章 模具设计基础第1章 模具设计基础本章主要介绍注塑模具的成型工艺、注塑模具的分类与结构、注塑模具的设计过程，这些都是在进行模具设计之前需要掌握的基础知识；并介绍了注塑模具的设计过程，简要地介绍了通用模具设计的一般流程；此外还介绍了UG Mold Wizard NX 5.0的设计过程及功能等，使读者对基于UG的模具设计有一定的了解。图1-11.1 注塑成型工艺注塑成型工艺是成型塑料制品的一种常用方法，其工艺流程如图1-1所示。从以上工艺流程可以看出，注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要经过预塑、注塑、冷却定型3个阶段。（1）预塑阶段。螺杆开始旋转，然后将从料斗输送过来的塑料向螺杆前
2、端输送，塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀并逐步聚集在料筒的前端，随着熔融塑料的聚集，压力越来越大，最后克服螺杆背压将螺杆逐步往后推，当料筒前部的塑料达到所需的注塑量时，螺杆停止后退和转动，预塑阶段结束。（2）注塑阶段。螺杆在注塑油缸的作用下向前移动，将储存在料筒前部的塑料以多级速度和压力向前推压，经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。（3）冷却定型阶段。塑料在模具型腔中经过保压，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中压力消失。一个生产周期中冷却定型时间占的比例最大。注塑过程是一个周期性循环过程，每个循环内要完成模具关闭、填充、保压、冷却、开模、顶出制品等操作。其中，注塑（熔体填充）、保压和冷却是关
3、系到能否顺利成型的3个关键环节。然而熔体的流动行为和填充特性又和填充的压力、速度以及熔体的温度密切相关，了解熔体的流动行为等相关特性，对于设计整个注塑工艺意义重大。1.1.1 注塑工艺参数1注塑压力注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。在注塑过程中，注塑机喷嘴处的压
4、力最高，以克服熔体全程中的流动阻力。其后，压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低，如果模腔内部排气良好，则熔体前端最后的压力就是大气压。影响熔体填充压力的因素很多，概括起来有3类：（1）材料因素，如塑料的类型、粘度等；（2）结构性因素，如浇注系统的类型、数目和位置，模具的型腔形状以及制品的厚度等；（3）成型的工艺要素。2注塑时间这里所说的注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要的时间，不包括模具开、合等辅助时间。尽管注塑时间很短，对于成型周期的影响也很小，但是注塑时间的调整对于浇口、流道和型腔的压力控制有着很大作用。合理的注塑时间有助于熔体理想填充，而且对于提高制品的表面质量以及减小尺寸公差有着
5、非常重要的意义。 注塑时间要远远低于冷却时间，大约为冷却时间的1/101/15，这个规律可以作为预测塑件全部成型时间的依据。在作模流分析时，只有当熔体完全是由螺杆旋转推动注满型腔的情况下，分析结果中的注塑时间才等于工艺条件中设定的注塑时间。如果在型腔充满前发生螺杆的保压切换，那么分析结果将大于工艺条件的设定。3注塑温度注塑温度是影响注塑压力的重要因素。注塑机料筒有56个加热段，每种原料都有其合适的加工温度（详细的加工温度可以参阅材料供应商提供的数据）。注塑温度必须控制在一定的范围内。温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。在实际的注塑成型过程中，注塑温度
6、往往比料筒温度高，高出的数值与注塑速率和材料的性能有关，最高可达30。这是由于熔料通过注料口时受到剪切而产生很高的热量造成的。在作模流分析时可以通过两种方式来补偿这种差值，一种是设法测量熔料对空注塑时的温度，另一种是建模时将射嘴也包含进去。4保压压力与时间在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。保压过程中注塑机的喷嘴不断向型腔补料，以填充由于制件收缩而空出的容积。如果型腔充满后不进行保压，制件大约会收缩25%左右，特别是筋处由于收缩过大而形成收缩痕迹。保压压力一般为充填最大压力的85%左右，当然要根据实际情况来确定。5背压背压是指螺杆反转后退储料时所需要克服的压
7、力。采用高背压有利于色料的分散和塑料的融化，但却同时延长了螺杆回缩时间，降低了塑料纤维的长度，增加了注塑机的压力，因此背压应该低一些，一般不超过注塑压力的20%。注塑泡沫塑料时，背压应该比气体形成的压力高，否则螺杆会被推出料筒。有些注塑机可以将背压编程，以补偿熔化期间螺杆长度的缩减，这样会降低输入热量，令温度下降。不过由于这种变化的结果难以估计，故不易对机器作出相应的调整。1.1.2 注塑成型工艺过程塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充保压冷却脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。1填充阶段填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑
8、算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。l 高速填充。如图1-2所示，高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。l 低速填充。如图1-3所示，热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显
9、，热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。 图1-2 图1-3 由于喷泉流动的原因，在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时，接触面的高分子链互相平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不同，温度、压力也不同），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察，可以发现有明显的接合线产生，这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时由于微观结构的松散，易造成应力集中，从而使得该部分的强度降低而发生断裂。一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分
10、子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同，增加了熔接区域的强度；反之在低温区域，熔接强度较差。 2保压阶段保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。
11、在保压阶段，由于压力相当高，塑料呈现部分可压缩特性。在压力较高区域，塑料较为密实，密度较高；在压力较低区域，塑料较为疏松，密度较低，因此造成密度分布随位置及时间发生变化。保压过程中塑料流速极低，流动不再起主导作用；压力为影响保压过程的主要因素。保压过程中塑料已经充满模腔，此时逐渐固化的熔体作为传递压力的介质。模腔中的压力借助塑料传递至模壁表面，有撑开模具的趋势，因此需要适当的锁模力进行锁模。涨模力在正常情形下会微微将模具撑开，对于模具的排气具有帮助作用；但若涨模力过大，易造成成型品毛边、溢料，甚至撑开模具。因此在选择注塑机时，应选择具有足够大锁模力的注塑机，以防止涨模现象并能有效进行保压。3冷
12、却阶段在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约70%80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。根据实验，由熔体进入模具的热量大体分两部分散发，一部分有5%经辐射、对流传递到大气中，其余95%从熔体传导到模具。塑料制品在模具中由于冷却水管的作用，热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管，再通过热对流被冷却液带走。少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中
13、传导，至接触外界后散溢于空气中。注塑成型的成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。其中以冷却时间所占比重最大，大约为70%80%。因此冷却时间将直接影响塑料制品成型周期长短及产量大小。脱模阶段塑料制品温度应冷却至低于塑料制品的热变形温度，以防止塑料制品因残余应力导致的松弛现象或脱模外力所造成的翘曲及变形。影响制品冷却速率的因素有：l 塑料制品设计方面。主要是塑料制品壁厚。制品厚度越大，冷却时间越长。一般而言，冷却时间约与塑料制品厚度的平方成正比，或是与最大流道直径的1.6次方成正比。即塑料制品厚度加倍，冷却时间增加4倍。l 模具材料及其冷却方式。模具材料，包括模具型芯、
14、型腔材料以及模架材料对冷却速度的影响很大。模具材料热传导系数越高，单位时间内将热量从塑料传递而出的效果越佳，冷却时间也越短。l 冷却水管配置方式。冷却水管越靠近模腔，管径越大，数目越多，冷却效果越佳，冷却时间越短。l 冷却液流量。冷却水流量越大（一般以达到紊流为佳），冷却水以热对流方式带走热量的效果也越好。l 冷却液的性质。冷却液的粘度及热传导系数也会影响到模具的热传导效果。冷却液粘度越低，热传导系数越高，温度越低，冷却效果越佳。l 塑料选择。塑料的是指塑料将热量从热的地方向冷的地方传导速度的量度。塑料热传导系数越高，代表热传导效果越佳，或是塑料比热低，温度容易发生变化，因此热量容易散逸，热传
15、导效果较佳，所需冷却时间较短。l 加工参数设定。料温越高，模温越高，顶出温度越低，所需冷却时间越长。冷却系统的设计规则：l 所设计的冷却通道要保证冷却效果均匀而迅速。l 设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔应使用标准尺寸，以方便加工与组装。l 设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数冷却孔的位置与尺寸、孔的长度、孔的种类、孔的配置与连接以及冷却液的流动速率与传热性质。4脱模阶段脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。脱
16、模的方式主要有两种：顶杆脱模和脱料板脱模。设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量。对于选用顶杆脱模的模具，顶杆的设置应尽量均匀，并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方，以免塑件变形损坏。而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模，这种机构的特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无明显的遗留痕迹。1.1.3 工艺控制注塑成型工艺对制品的成型质量有着非常重要的影响，合理的模具结构和优化的工艺参数是成型优良制品的前提。因此，为了保证制品的质量，要对注塑成型工艺进行相应的控制。主要包括填充过程控制、保压过程控制、保压切换控制以及冷却与模温控制
17、等，下面对这些工艺控制进行具体的介绍。1填充过程控制塑料在填充过程中，在料筒中受到螺杆的剪切和加热圈加热而塑化。塑料的熔体在螺杆运动的驱使下通过喷嘴注入模具型腔。由于在填充过程中料筒的体积保持不变（塑料的压缩比较小，密度的变化相对来说可以忽略），因此注塑机的体积注射速率正比于螺杆的线性推进的速度。利用这种关系通过控制螺杆的运动进而控制注塑机体积注射速率。螺杆的运动是由注塑机的液压回路控制的。现在的注塑机基本上都采用了封闭的控制系统，因而可以实现对注塑过程的多级控制，以达到精确控制的目的。螺杆推进速度的变化，引起体积注射速率的变化，进而达到填充过程中相对均匀的熔前速度。如前所述，由于注塑过程中制
18、品的截面是不断变化的，即熔前面积是不断变化的，要想保持注塑过程中的熔前速度一致，必须根据变化的熔前面积实时调整螺杆的推进速度，这一点在实际中非常困难。实际使用中，只能采用分段控制螺杆速度的办法来达到这个目的。2保压过程控制保压压力控制对于减小飞边和防止机械损伤有非常重要的意义。良好的保压压力控制方式有助于减小制品收缩，提高制品的外观质量。保压压力一般为注塑压力的80%90%。保压时间过长或过短都对成型不利。过长会使得保压不均匀，塑件内部应力增大，塑件容易变形，严重时会发生应力开裂。过短则保压不充分，制件体积收缩严重，表面质量差。保压曲线分为两部分，一部分是恒定压力的保压，大约需要23s，称为恒
19、定保压曲线；另一部分是保压压力逐步减小释放，大约需要ls，称为延迟保压曲线。延迟保压曲线对于成型制件的影响非常明显。如果恒定保压曲线变长，制件体积收缩会减小，反之则增大；如果延迟保压曲线斜率变大，延迟保压时间变短，制件体积收缩会变大，反之则变小；如果延迟保压曲线分段且延长，制件体积收缩变小，反之则变大。可以通过特定的软件工具如MoldFlow的分析结果来判定保压数据。当型腔完全充满时，保压开始；当熔料前端停止流动时，说明型腔已经补缩达到一定程度，或者说熔料已经不再前进，此时恒定保压结束，延迟保压开始；当浇口完全凝固时，喷嘴对型腔的补料结束，保压结束。任何一种塑料原料都有自己的不流动温度，不流动
20、温度的值略大于该原料的玻璃化转变温度。当熔料温度下降到它所对应的不流动温度后，熔料便不再流动。通过填充过程的动态温度显示可以很容易地获取熔前的不流动温度，从而确定延迟保压的准确开始时刻。3保压切换控制注塑填充过程中当型腔快要充满时，螺杆的运动从流动速率控制转换到压力控制。这个转化点称为保压切换控制点，即V/P转换点。保压切换对于成型工艺的控制有非常大的意义。保压切换点以前主要是通过螺杆的旋转，使得熔料前进，熔体的速度和压力很大。保压切换以后，螺杆停止旋转，只是通过螺杆的向前挤压推动熔料前进，压力较小。如果不进行保压切换，只是通过螺杆旋转推进塑料前进，那么当型腔充满时压力仍旧很大，造成注塑压力陡
21、增，所需锁模力也会变大，甚至会出现飞边等一系列的缺陷。保压切换的选择应该适当，过早或过迟的保压切换都对成型不利。过早地进行保压切换会使充模压力降低，充模困难，甚至出现打不满的现象。过迟的保压切换将导致注塑压力增大，甚至于出现飞边。保压切换可以根据位置、体积、压力等进行。例如，当注塑压力达到某一定值时即进行保压切换。如果按照体积值进行切换，一般选择型腔填充到95%（注塑体积）时进行切换。注塑机中的保压切换一般都是按照注塑位置进行的，也就是说当螺杆行进到某一位置随即发生保压切换。4冷却与模温控制模具温度对于成型工艺的影响很大。如果模具温度太低，一方面塑料熔体冷却变快，凝固层厚度增加，熔体粘度也增加
22、，导致成型压力变大，成型相对困难；另一方面，塑料熔体的流动不顺畅，容易出现流动痕迹，制品的轮廓不光滑，同时熔接痕的长度和清晰度都变大，制品外观质量下降。模温对制品的性能也有一定的影响，特别是结晶型塑料制品。模具温度直接影响到结晶型塑料的结晶程度和结晶质量，参见第3章。例如，PA6属于半结晶型材料，其结晶程度随着模温的升高而变大，结晶质量也随着模温的升高而增高。随着结晶程度的不断提高，晶相和非晶相的比例逐渐接近，制品透明程度下降。当模温为60时，制品是完全不透明的；当模温降到20左右时，制品是完全透明的。但模具温度也不能太高，太高会使冷却时间变长，生产效率下降。模具的前后温度对制品的变形有很大的
23、影响，实践证明，制品总是向模温较高的一侧弯曲，所以模具的前后温度应尽量相等，差异最大不应超过10。模温是由模具冷却系统控制的。可以通过调节冷却水的温度和流速来控制制品的变形趋势和变形量。冷却系统的控制有两种，一种是流速控制，另一种是压力控制。现在有专门用于调节冷却水的冷却控制机。5其他工艺控制方式工艺控制的方法还有很多，如热流道温度的控制。热流道温度一般与制品的成型温度相当，但加热圈必须保证均匀加热。如果受热不均匀，局部温度过高，结果会使得塑料分解，容易产生水花等注塑缺陷。热流道控制系统必须做到精确控温。另外阀式浇口也是控制工艺的一种好方法。可以灵活地调整浇口的打开和关闭时间，从而控制进浇早晚
24、，进而控制熔料在型腔中的流动，达到避免熔接痕出现，提高制品外观质量等目的。1.2 注塑模具的分类与结构塑件的结构形状往往是决定模具结构的最关键因素，不同的塑件有不同的模具结构，根据这些结构可以对模具进行分类，本节主要介绍注塑模具的分类与结构。1.2.1 注塑模具的分类注塑模具的分类方法很多，根据不同的分类依据可以对注塑模具进行不同的分类。下面是注塑模具的主要分类方法：l 按塑件所用材料分，可分为热塑性塑料注塑成型模具和热固性塑料注塑成型模具。l 按注塑成型机分，可分为卧式、立式和直角式注塑模具。l 按模具的型腔数量分，可分为单型腔注塑模具和多型腔注塑模具。l 按模具在注塑机的安装方式分，可分为
25、移动式注塑模具和固定式注塑模具。1.2.2 注塑模具的结构下面主要介绍常见的一些注塑模具结构，包括单分型面注塑模具、多分型面注塑模具、斜导柱侧向抽芯注塑模具、斜销内抽芯注塑模具以及热流道注塑模具。1单分型面注塑模具单分型面注塑模具也称两板式注塑模具，常见于大水口注塑成型模具中，如图1-4所示。这类模具结构简单，对塑件成型的实用性强，因此应用非常广泛。这种模具的缺点是浇口大，因此往往还要增加一道去除浇口的工序，而且在制品表面会留下浇口痕迹。因此，适用于对制品表面要求不高的模具。2多分型面注塑模具多分型面注塑模具有两个或两个以上的分型面，其中以双分型面最为常见。双分型面注塑模具常称为三板式模具，由
26、于这种模具常用于点浇口进胶的产品，因此，亦称细水口模具，如图1-5所示。双分型面注塑模具应用极广，主要用于设点浇口的单型腔或多型腔模具，侧向分型机构设在定模一侧的模具以及塑件结构特殊需要按顺序分型的模具。 图1-4 图1-5第一次分型的目的是拉出浇道的凝料，第二次分型拉断进料口使浇道的凝料与塑件分离，从而顶出的塑件不需要再进行去除料道凝料的处理。3斜导柱侧向抽芯注塑模具当塑件侧壁有通孔、凹穴、凸台等特征时，其成型零件就必须做成可侧向移动的，带动型芯侧向移动的整个机构称为侧向抽芯机构或横向抽芯机构。侧向抽芯机构种类很多，有斜导柱侧向抽芯、液压抽芯以及气动抽芯等，其中最常见的是斜导柱侧向抽芯机构，
27、如图1-6所示。开模时，斜导柱先带动滑块往外移，当侧型芯完全脱出产品时，顶出机构才开始动作，顶出制品。图1-64斜销内抽芯注塑模具当产品的内部有倒扣时，需要使用斜销来成型这些倒扣位，把这类带有斜销的模具统称为斜销内抽芯注塑模具，如图1-7所示。这类模具结构相对复杂，需要在模具上增加斜销机构。开模时，先打开前、后模，然后注塑机的顶出机构推动模具的顶板往脱模方向运动，此时，斜销慢慢脱出产品的倒扣位，完全脱出后，通过模具上的脱料机构顶出制品。5热流道注塑模具由于快速自动化注射成型工艺的发展，热流道注塑模具正被逐渐推广使用，如图1-8所示。它与一般注塑模具的区别是注射成型过程中浇注系统内的塑料是不会凝
28、固的，也不会随塑件脱模，所以这种模具又称无流道模具。这种模具的主要优点如下：l 基本上实现了无废料加工，既节约了原材料，又省去了切除冷料工序。l 减少进料系统压力损失，充分利用注射压力，有利于保证塑件质量。因此，热流道注塑模具结构复杂，成本高，对模温的控制要求严格，适合于大批量生产。 图1-7 图1-81.3 注塑模具的设计过程注塑模具的设计过程是从介绍设计任务书开始的，模具制造商拿到客户的订单时，首先要对客户对模具的有关具体要求进行分析，然后根据这些相关的技术要求确定模具的有关结构，然后才开始设计模具。下面就一般模具的设计流程进行介绍。1接受任务书成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出。其
29、内容如下：l 经过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。l 塑料制件说明书或技术要求。l 生产产量。l 塑料制件样品。通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。2收集、分析、消化原始资料 收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。主要包括下面内容： l 消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性、尺寸精度等技术要求。如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的
30、允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。 l 消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。 成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。3选择成型设备根据成型设备的种类来设计模具，必须熟知各种成型设备的性能、规格、
31、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 4确定模具结构方案选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状、表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。影响模具
32、结构及模具个别系统的因素很多，主要包括：l 型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。l 确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工、排气、脱模及成型操作，保证塑料制件的表面质量等。l 确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。l 选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。l 决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。l 根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸、外形结构及所有连接、定位、导向件位置
33、。l 确定主要成型零件、结构件的结构形式。l 考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。以上这些问题如果解决了，模具的结构形式就基本确定了。5绘制模具图根据前面所确定的有关模具结构设计模具，包括绘制模具3D图、出模具零件工程图及总装图。1.4 Mold Wizard简介Mold Wizard（注塑模具向导）是针对注塑模具设计的一个专业解决方案，它具有强大的模具设计功能，用户可以使用它方便地进行模具设计。Mold Wizard配有常有的模架库与标准件库，方便用户在模具设计过程中选用，而标准件的调用非常简单，只需设置好相关标准件的关键参数，软件便自动将标准件加载到模具装配中，大大地提高了模具设计
34、速度和模具标准化程度。Mold Wizard NX 5.0还具有强大的电极设计能力，用户可以使用它快速地进行电极设计。简单地说，Mold Wizard NX 5.0是一个专为注塑模具设计提供专业解决方案的集成于UG NX5的功能模块。1.4.1 Mold Wizard的主要工作阶段使用Mold Wizard进行模具设计的主要工作阶段如下：1模具设计准备阶段l 装载产品模型。加载需要进行模具设计的产品模型，并设置有关的项目单位、文件路径，以及成型材料及收缩率等。l 设置模具坐标系。在进行模具设计时需要定义模具坐标系，模具坐标系与产品坐标系不一定一致。l 设置产品收缩率。注塑成型时，产品会产生一定
35、量的收缩，为了补偿这个收缩，在模具设计时应设置产品收缩率。l 设定模坯尺寸。Mold Wizard中称之为工件，就是分型之前的型芯与型腔部分。l 设置模具布局。对于多腔模或多件模，需要进行模具布局的设计。2分型阶段l 修补孔。对模具进行分型前，需先修补模型的靠破位，包括各类孔、槽等特征。l 模型验证（MPV）。验证产品模型的可制模性，识别型腔与型芯区域，并分配未定义区域到指定侧。l 构建分模线。创建产品模型的分型线，为下一步的分型面创建做准备。l 建立分模面。根据分型线创建分型面。l 抽取区域。提取出型芯与型腔区域，为分型做准备。l 建立型芯和型腔。分型创建出型芯与型腔。3加载标准件阶段l 加
36、载标准模架。Mold Wizard提供了常用的标准模架库，用户可从中选择合适的标准模架。l 加载标准件。为模具装配加载各类标准件，包括顶杆、螺钉、销钉、弹簧等，可直接从标准件库中调用。l 加载滑块斜顶等抽芯机构。适用于有侧抽芯或内抽芯的模具结构，可以通过标准件库来建立这些机构。4浇注系统与冷却系统设计阶段l 设计浇口。Mold Wizard提供了各类浇口的设计向导，用户可通过该向导来快速完成浇口的设计。l 设计流道。Mold Wizard提供了各类流道的设计向导，用户可通过该向导来快速完成流道的设计。l 设计冷却水道。Mold Wizard提供了冷却水道的设计向导，用户可通过该向导来快速完成冷
37、却水道的设计。5完成模具设计的其余阶段l 对模具部件建腔。在模具部件上挖出空腔位，放置有关的模具部件。l 设计型芯、型腔镶件。为了方便加工，将型芯和型腔上难加工的区域做成镶件形式。l 电极设计阶段。该阶段主要是创建电极和出电极工程图，可以使用Mold Wizard提供的电极设计向导来快速完成电极的设计。l 生成材料清单。创建模具零件的材料列表清单。l 出零件工程图。出模具零件的工程图，供零件加工时使用。1.4.2 Mold Wizard的设计过程采用Mold Wizard进行模具设计一般包括以下几个过程：（1）装入目标零件。要求目标零件必须是以Unigraphics文件格式保存的，另外要求实体
38、造型过程要规范，否则如果造型中存在隐含的参数错误，Mold Wizard就无法正确处理分型过程。首次装入目标零件的过程就是生成一个新的模具设计项目的过程，在这个过程中需要设置模具项目中各个部件文件的名称和保存的路径，也可以设置模具收缩率，当然也可以在生成模具项目后再进行收缩率设置。（2）设置模具坐标系。将产品坐标系转换为模具坐标系。模具坐标系用于指出模具项目中零件坐标系的设置情况。在模具设计项目中模具坐标系有很多用途，如默认的拔模方向、安装模架时辅助定位和添加标准件时的辅助定位等。灵活地使用模具坐标系是很重要的模具设计技巧。（3）设置收缩率。因为热胀冷缩的原因，加热后的零件材料在模具中冷却后会
39、产生收缩，而使最终成型后的零件尺寸产生偏差，所以需要根据零件材料的收缩率来设置模具收缩率，从而在模具设计过程中对这种收缩进行补偿。（4）设置工件。设置用来承载凸模和凹模的工件，模具就是用一系列的面对工件进行切割而形成的，而用户所需要做的工作就是生成这一系列的面。（5）模具布局。有时需要在一次拔模操作中生成多个零件以提高生成效率或配套生成零件，此时需要使用该功能来对模具中零件的摆放位置进行设置。（6）修补零件。现实使用中各种零件产品的几何形状是非常复杂的，不是所有的几何特征都适合于直接分型，因此这时就需要对零件进行修补，以使Mold Wizard能够正确地进行分型。（7）分型。Mold Wiza
40、rd将根据用户的设置进行分型计算，以生成正确的凸模和凹模。（8）加入模架。模架是整个模具设计系统的骨架，承载着系统中所有的零件，约束着它们之间的几何关系，Mold Wizard提供了常用的标准模架以供用户使用，从而极大地提高了模具系统的设计效率。（9）加入推杆。推杆是用于将成型后的零件从模具中顶出的机构，是模具系统中必要的辅助系统，Mold Wizard提供了许多标准的推杆，而且可以根据需要灵活地改变推杆的尺寸。（10）加入滑块或内抽芯。一些零件存在所谓的倒扣结构，对这些倒扣结构需要使用滑块或内抽芯结构来辅助生成这些倒扣形状。（11）加入内嵌件。作用类似于滑块和内抽芯。（12）最后设计。还要根
41、据生成零件的特点和工艺要求完成浇口、流道、冷却水道、电极和腔体的设计。图1-9以直观的形式给出了模具设计的一般过程。图1-91.4.3 Mold Wizard工具栏功能简介Mold Wizard工具栏如图1-10所示。简单地说，使用Mold Wizard设计模具的过程就是按照其流程来进行的，只要在设计过程中定义好相关参数，模具的很多设计工作很大程度上会自动完成，从而大大降低了模具设计的工作强度，提高了模具设计速度。 图1-10下面对Mold Wizard工具栏上的各个图标的功能作一简要说明，方便读者理解模具设计的流程和每个图标的功能。l （项目初始化）：加载产品模型，它是模具设计的第一步。l
42、（多腔模）：适用于要成型不同产品时的多腔模具。l （模具坐标系）：使用该图标可以方便地设置模具坐标系，因为所加载进来的产品坐标系与模具坐标系不一定相符，这样就需要调整坐标系。l （设置产品收缩率）：由于产品注塑成型后会产生一定程度的收缩，因此需要设定一定的收缩率来补偿由于产品收缩而产生的误差。l （模坯）：依据产品的形状设置合理的成型镶件，分型后成为型芯和型腔。l （模腔布局）：适用于成型同一种产品时模腔的布置。l （模具工具）：使用该工具可以方便地对模型进行修补孔等操作。单击该图标，会弹出如图1-11所示工具栏。图1-11l （分型工具）：使用该工具可以进行MPV分析，建立与编辑分型线，创建
43、过渡对象，创建与编辑分型面，提取区域，创建型芯、型腔等操作。l （标准件）：Mold Wizard为用户提供各种标准件库，方便用户调用，主要是通过选择类型和修改关键尺寸来完成标准件的定义。l （标准模架）：Mold Wizard为用户提供了各种常用标准模架，主要有DME、FUTABA、HASCO、LKM等公司的标准模架库，在模具设计时用户可以根据需要选用合适的模架。l （顶杆）：该向导主要是对加载的标准顶杆进行后处理的，即将顶杆修剪到合适的尺寸。l （滑块）：根据模具结构定义相应的滑块类型，只要将滑块的主要参数定义好，系统会自动在模具中装配滑块。l （镶件）：为了模具加工的方便，使用该功能可在
44、型腔或型芯中拆分出成型镶件。l （浇口）：Mold Wizard为用户提供了各种常用浇口的设计，用户可以通过该向导来设计模具的浇口。l （流道）：这是Mold Wizard专门为用户提供的流道设计向导，只要定义好流道路径和流道截面，Mold Wizard就会自动生成流道。l （冷却水道）：模具设计需要设计运水来冷却模具与产品，用户可以使用该向导方便地进行运水的设计。l （电极）：这是模具设计中的电极设计向导，只要指定放电区域及电极的基本参数，Mold Wizard就会自动生成电极。l （模具修剪）：使用该工具，用户可以方便地将模具零件修剪到指定位置。l （建腔）：该工具是用来在模具部件中建立空腔。l （材料清单）：依据该向导，可以快速生成BOM（材料清单）报表。l （装配图）：用于创建模具工程图，与一般零件的工程图类似，也可添加不同的视图和截面图等。l （视图管理）：对模具中的各部件的显示模式进行管理，方便用户查看。
