基于Solidworks/IMOLD的手持式汽車尾氣檢測儀下殼體注塑模具設計

王 晨

(陜西理工學院 機械工程學院，陜西 漢中 723000)

1 引言

Solidworks是一個基于Windows三維軟件，有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，利用參數(shù)化和特征化建模，大大縮短了模具設計時間，提高了設計效率。在模具設計過程中，利用Solidworks進行實體建模，可以快速對要設計的零件有一個直觀的認識，在對三維模型進行分析后借助于Solidworks中的IMOLD插件模塊在三維實體的基礎上進行模具設計，其提供了一套強大的三維模具設計功能，本文介紹了對手持式汽車尾氣檢測儀注塑模具的設計，詳細闡述了如何利用Solidworks軟件進行模具設計以及利用IMOLD插件進行模具的三維總裝配設計的具體步驟和流程。

2 模具設計流程

2.1 模具設計流程

模具設計的具體流程如下：利用Solidworks對零件進行三維模型創(chuàng)建；根據(jù)產(chǎn)品的功能和應用選擇材料；根據(jù)產(chǎn)品需用的注射量、其在分型面上的投影面積、成型時需要的合模力、注射壓力等的計算結(jié)果，并根據(jù)模具厚度、安裝固定尺寸等技術要求確定注塑機型號；分析所設計的零件圖，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，設計澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等模具結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；根據(jù)各計算結(jié)果，完成下殼體注塑模具設計。

2.2 IMOLD插件

IMOLD插件是Solidworks的插件之一，專門用來建立標準模座零件、頂桿導柱等其他附件，此外，在IMOLD系統(tǒng)中還能自動產(chǎn)生二維工程圖及材料明細表。利用IMOLD可以很好的提高模具型腔、型芯等的設計效率，完善開模功能，很好的對模具設計過程進行修改以及自動化配置，大大縮短了模具設計周期，使用IMOLD進行模具設計的基本流程[1]，如下圖1所示。

圖1 基于IMOLD塑料模具設計流程

3 模具設計

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

對制件先進行外形和尺寸、材料、公差及其對應的成型參數(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)強度，與電路板進行裝配配合，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，塑件內(nèi)形以型芯小端為準）。因為從模具中取出塑件后，由于溫度及壓力的變化會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，通過設置適當?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。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]，通過計算并校核可以確定此次注塑機的型號為海天SA2500/1000U-A。

3.3 成型系統(tǒng)設計

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，運行IMOLD插件，對成型零件進行拔模分析，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，因此不需要設計滑塊組件。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)，在型腔的基礎上加上塑料制品上表面到凹模上面距離的經(jīng)驗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)驗確定法可以確定為134（W）×155(L)，厚度為25mm。設計的塑件簡單，沒有扣件，因此不需要設計滑塊標準組件，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)設計

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)設計，澆口及分流道尺寸大小根據(jù)計算和經(jīng)驗數(shù)值進行設計[5]，設計得出的參數(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 模架設計

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計方案中。IMOLD提供DME、DMS、FUTABA等多家模架廠生產(chǎn)的標準模架庫，此例中選取DME生產(chǎn)的TYPE-N2535型號模架，并根據(jù)設計得到的參數(shù)對模架中一些參數(shù)進行了修改，以滿足設計要求。

3.6 頂出系統(tǒng)設計

此例中經(jīng)過計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)設計

冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮氣體兩種，此次采用冷卻水進行冷卻，在模具型腔內(nèi)開設冷卻水管道，利用循環(huán)水開設冷卻水管道，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產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其在高速成型時，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，不需要單獨開設排氣系統(tǒng)。

3.8 標準件選取

模架和冷卻回路設計完成后，利用IMOLD插件中的“Components Gallery”標準件功能，向模具設計中添加所需要的標準件，如澆口套、定位圈、限位釘?shù)?，這些標準件的參數(shù)根據(jù)設計要求進行一定的修改，以滿足設計要求

3.9 模架整體設計及總裝

按上面的設計和操作完成之后，再添加螺釘將面板和定模板，型芯和動模板固定起來。整個設計完成之后，利用IMOLD插件中的開孔功能將前面步驟添加的標準件以及其他有孔的位置進行開孔，開孔完成之后，此次應用軟件進行模具設計就完成了，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計，體會到Solidworks不僅有強大三維造型功能，也具有優(yōu)秀的模具設計功能。應用Solidworks中的模具設計模塊，可以很簡單、方便地將模具分模、提取，大大提高了設計效率，降低了設計成本。隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展，這種模具設計方法逐漸普及起來。

參考資料：

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

[2]王永平.注塑模具設計經(jīng)驗點滴[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004

[3]孫玲.塑料成型工藝與模具設計.北京：清華大學出版社,2008

[4]楊占堯，白柳.塑料模具典型結(jié)構(gòu)設計實例.北京：化學工業(yè)出版社，1998

[5]李大樹.分流道截面形狀和尺寸計算的探討[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?？茖W技術出版社，2008

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