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2數(shù)據(jù)處理與模型重建
運用Geomagic軟件處理掃描儀測得的風扇葉片表面的點云數(shù)據(jù)，將點云數(shù)據(jù)轉變?yōu)榍婺Ｐ汀Ｔ趻呙鑳x采集數(shù)據(jù)時，由于測量方法、誤差處理方式及周圍環(huán)境等因素的影響，采集到的點云數(shù)據(jù)不可避免地會受到噪音的干擾，所以，在反求模型之前必須對數(shù)據(jù)進行編輯處理。刪除不需要的點數(shù)據(jù)，過濾噪聲。對于采點盲區(qū)，可采用填充命令進行修補。對原始點云進行去噪平滑處理，這樣修補后的模型整體光順性可得到進一步提高。
3風扇葉片注塑模具設計
在逆向工程的基礎上，在UG注塑模具設計（MoldWizard）模塊中，對該風扇葉片進行了注塑模設計。模具設計的基本流程如下：導入制件三維實體模型；對設計項目進行初始化，加載實體模型，確定材料及收縮率；分析實體模型出模斜度及分型情況；確定模具的分型面、型腔布局、推桿、澆口和冷卻系統(tǒng)等；修補開方面，定義分型面；生成型芯、型腔等工作部件；加入標準模架、推桿、滑塊等部件；設計澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；完善設計圖紙等。根據(jù)該塑件外觀質(zhì)量及尺寸精度要求，選用模具為一模一腔單分型面模具。結合分型面的選擇原則，選取單分型面垂直分型。避免了頂桿端部與葉片的接觸，保證產(chǎn)品外觀的完整性。型芯、型腔由系統(tǒng)自動生成。
在我國塑料工業(yè)發(fā)展中，計算機的應用起到了重要作用。計算機技術在模具設計領域的應用，大大縮短了模具設計時間，尤其計算機輔助工程（CAE）技術的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術并不能替代專業(yè)設計人員的經(jīng)驗，在塑料模具設計時制品材料的選擇是決定模具設計時模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設計中一個重要的問題。
一、塑料制品材料的選用對模具設計的影響
一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領域使用了錯誤的材料。因此，設計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細測試這些材料，研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結晶性塑料。這兩類材料在分子結構和受結晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說，半結晶性熱塑性塑料主要用于機械強度高的部件，而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強材料繼續(xù)選擇。
（一）根據(jù)填料和增強材料進行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增強、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強度、堅固度和提高應用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工，尤其會對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強材料不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料來替代，而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定，這將引起部件機械強度的變化。試驗（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條，并在同一個拉力測試儀上對它們的機械性能進行了比較）表明，對添加了30％玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強度比縱向（流動方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強度分別減少了43％和53％。
在綜合考慮安全因素的強度計算中，應注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱，更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強。這可能會對它們的機械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進行設計時，應特別注意這種性能，考慮其對產(chǎn)品性能的影響。
模具材料的選用取決于制品材料，細致分析制品材料后，才能在模具設計時選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來選取適合的模具材料。例如：制作形狀復雜的大、中型精密塑料制品時，其模具材料可選用預硬型塑料模具鋼；制造復雜、精密且生產(chǎn)時間較長，需要高壽命模具時刻采用時效硬化型塑料模具鋼。具體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設計將極大的提高模具使用周期，同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關注意事項對產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設計中，還有一些設計要點要經(jīng)?？紤]，其中對于壁厚的設計尤為重要，壁厚設計的合理與否對產(chǎn)品影響極大，改變一個零件的壁厚，對以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動長度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設計工藝中的基礎要求
在設計的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長、而薄，則聚合物應具有相當?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃尤劢猓┦欠浅１匾?。為了深入了解聚合物熔化時的流動性能，可以使用一種特殊的模具來測定流程。
增加壁厚不僅決定了機械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設計中，很重要的一點是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導致嚴重的翹曲和尺寸精度問題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應設置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應力升高，有時還存在切口效應，從而大大降低其機械性能。不同壁厚塑料制品的模具設計時，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設計模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應；是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設計中的指標分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴格的范圍。設計者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標準尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應用時的具體要求相結合來判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設計時對收縮值的考慮
為了不對塑料部件制定過分嚴格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準確性的因素。模具制造的標準必須嚴格遵守，同時要特別注意脫模斜度的重要性，因為它決定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個與產(chǎn)品設計相關的重要問題是，當成型品是由不同材料或不同壁厚制成時，其模后收縮值與方向和厚度相關如果復雜的成型對加工的要求非常嚴格，必須要獲得模具原型有關收縮值和翹曲行為的準確數(shù)據(jù)玻璃增強材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮，從而導致尺寸不準確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響，進而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設計者值得關注的一點。因此在此類制品模具設計時要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導致產(chǎn)品尺寸不符合標準。
結論：
與產(chǎn)品模后性能相關問題還有許多，設計人員可以參考手冊進行設計?？傊?，在塑料制品模具設計時要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設計，才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻
[1]張國棟.模具設計概述[J].中國模具設計，2003,6.
[2]李海龍.注塑模具設計[J].模具前沿，2005,12.
[3]肖海燕.模具設計之材料選用[J].西安機械設計，2006,1.
2搭扣的側抽芯設計
該手機外殼共有7個內(nèi)扣，采用斜頂機構成型并脫模。斜頂也叫斜銷、斜方，是利用頂針板頂出的垂直運動轉換成水平運動以處理制品內(nèi)部倒扣的機構，主要由斜頂本體和固定部分組成。斜頂角度、針板頂出行程和倒扣水平脫模距離之間的關系如圖4所示。斜頂角度和頂針板頂出行程的確定應以保證倒扣水平脫模為依據(jù)。模具成型零部件結構如圖5所示，其中內(nèi)凹搭扣的斜頂1如圖6所示。由于斜頂較小，斜頂單邊開槽單邊導滑。手機外殼共有外側搭扣5個，加上外側轉軸孔均須滑塊外側抽芯機構成型。搭扣的側抽芯排布如圖7所示，共設有3個動?；瑝K機構。由于扣位尺寸較小，采用滑塊鑲針成型方便加工和維修，用螺釘將滑塊鑲針固定在滑塊上。
3頂針和模仁設計
手機外殼底面筋位骨位窄細并縱橫交錯，適合用扁頂針。頂針和斜頂?shù)姆植技杏谑謾C外殼邊緣處，為了便于型芯模仁的加工、裝配與維修，采用鑲塊式的組合式型芯模仁，如圖8所示。這樣既能簡化加工過程，縮短加工時間，又有利于排氣。
4模具整體設計
手機外殼模具整體成型零部件結構如圖5所示，2D總裝圖如圖3(a)所示。高溫熔體注射入型腔后，經(jīng)過保壓冷卻，模具首先在A分型面分模，取出澆注系統(tǒng)廢料并完成2個內(nèi)側轉軸孔定?；瑝K的側抽芯，由圖3(a)中小拉桿23限制分模距離。接著模具在B分型面分模，完成圖5中滑塊3、滑塊4、滑塊5動模滑塊的側抽芯，由圖3(a)中固定在面板上的限位板32和限位螺釘31控制分型距離后，頂出機構頂針和斜頂開始動作，完成內(nèi)扣的側抽芯并將產(chǎn)品推離型芯完成脫模過程。合模時，頂出機構由復位桿10和彈簧復位。
2全相關性對于以往的模具二維設計工作來說，設計人員在設計的過程中往往將很多的時間花費在了模具的圖形繪制以及問題的修改方面，且對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的修改則更是需要浪費設計人員大量的工作量與時間。而通過Pro／E軟件，則能夠根據(jù)物體的三維模型以自動的方式生成二維工程樣圖，以此將設計人員能夠從以往冗長、繁瑣的手工繪圖方式中得到解放，從而能夠?qū)⒏嗟木Ψ诺綄τ诋a(chǎn)品的方案設計、結構優(yōu)化等工作之中。雖然目前中的很多CAD軟件也能夠完成此項功能，但是Pro／E軟件所使用的是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)⒑芏嗟漠a(chǎn)品設計方案在同一個數(shù)據(jù)庫中得到關聯(lián)，并且使我們無論在任何設計階段都能夠?qū)@部分數(shù)據(jù)進行修改，從而以此來大大降低工作人員的工作量。
3完全硬件獨立性Pro／E軟件可以在目前很多主流的操作平臺中運行，并且無論是在哪一個平臺上運行都能夠保持同樣的外觀，且使我們的實際應用感覺也相同。而對于用戶而言，則可以根據(jù)其自身的需求對硬件進行配置，具有非常好的個性化特點。同時，由于Pro／E所使用的數(shù)據(jù)結構較為獨特，這就使其所具有的產(chǎn)品信息能夠在不同的平臺中流動。4新穎的參數(shù)化特征造型在Pro／E軟件出現(xiàn)之前，市面中常用的CAD軟件所使用的是一種以自由化方式進行設計的技術，當產(chǎn)品模型得到建立之后，我們對其所進行的修改則非常不方便。而在Pro／E軟件中，則實現(xiàn)了良好的參數(shù)化設計，使我們在設計時僅僅通過尺寸驅(qū)動就能夠滿足我們的設計需求。
二管接頭注塑模具設計
在Pro／E軟件中，具有著很多種應用模塊，而在我們對注塑模具進行設計時則可以通過Pro／E軟件中模架設計系統(tǒng)以及模具模塊來幫助我們更好地完成設計工作，且具有著直觀性好、準確性高以及效率高等特點。下面，我們就通過管接頭注塑模具設計為例對模具的設計全過程進行一定的研究。
13D模型設計管接頭中使用的Pro／E零件成型功能，通過我們創(chuàng)建拉伸、鏡像、抽殼、倒圓角以及剪切等命令的使用幫助我們對所需要的實體模型進行設計。對于本制品來說，我們所使用的材料為ABS，這種材料具有著易于機械加工、易于成型的特點，能夠較好地對抗低溫、沖擊等情況，且物理機械性能、電性能、成型工藝、流動性以及綜合性能都非常的好，具有著制件厚度均勻、精度高的特征。另外，其制件結構對稱，內(nèi)側有凹陷，需要設置內(nèi)抽芯機構；外側有凸起，需要設置斜導柱分型與抽芯機構。
2制品注射成型工藝在模具結構設計中，使用的是側澆口、兩點進澆的方式制造，并以一模一腔的方式布局。由于我們所使用的方式為兩點進澆，就能夠在很大程度上減少熔料在模腔中流動的距離，更利于我們對其注射成型。在頂出方式方面，我們則使用了推板的方式進行，且在制件固定位置處使用了頂管方式進行脫膜。門鎖孔方面，我們使用了斜導柱分型的方式完成了側抽工作，在內(nèi)腔則同樣使用斜頂桿完成側抽。而在冷卻環(huán)節(jié)中，我們則使用了水冷的方式進行冷卻，且在冷卻水孔中我們使用了直通的方式對其進行布置、不同通道之間使用了軟管進行連接。
3模具設計在模具設計環(huán)節(jié)，我們使用Pro／E軟件制造模塊中的模具型腔子模塊進行分模設計：第一，打開Pro／E軟件，逐步點擊新建-制造-模具型腔-取文件名，然后進入到分模界面；第二，將工具作為參考零件裝配到軟件界面中，由于我們此次為第一次裝配，對此我們可以使用缺省的方式對其進行裝配；第三，通過控制層圖標的使用對模型基準面進行遮蔽，以此幫助軟件圖樣能夠得到簡化的特點；第四，對本次模具澆注方案進行確定。在此環(huán)節(jié)中，我們也可以對Pro／E軟件的塑料顧問模塊進行應用：在我們對模具初期設計時，需要對澆筑口的可行位置進行分析，之后再根據(jù)其所具有的位置作為我們具體的澆口，并逐步地進行熔接痕的分析、氣泡等工作。通過對該顧問模塊的使用，能夠幫助我們更好地對塑件澆口的最佳位置進行確定，即塑件的中部區(qū)域。而為了能夠幫助我們使模具結構具有更好的外觀，我們則可以將澆口設置在制件頂部內(nèi)側，之后再通過塑性顧問模塊對其進行充模狀況分析，而在這個過程中，無論是對于填充時間、壓力降還是填充的質(zhì)量都可以使我們以可視化的方式對其進行觀察。第五，建立工件型芯體積塊和型腔體積塊。在這個環(huán)節(jié)中，可供我們選擇的方式有很多，不僅可以通過手工的方式進行草繪，同時也可以在軟件中設定適當?shù)膮?shù)直接生成相關模型。第六，設置收縮率。在此環(huán)節(jié)中，我們將ABS塑料所具有的收縮率設置為0.01，并以補償公式方式對其進行適當?shù)脑O置；第七，設計分型面。在我們對模具進行分模的過程中，分型面可以說是這個設計環(huán)節(jié)非常重要的一個部分。而我們可以通過以下方式進行操作：在軟件中先新建分型面-將其復制-對外表面進行制作-完成分型面設計。第八，生成模具成型零件。在Pro／E軟件中，我們通過對球形拉料桿體積塊創(chuàng)建、銷體積塊、內(nèi)側抽體積塊的方式完成模具體積快設計。在體積快設計完成之后，我們則可以通過斜頂桿分型面對我們之前所生成的體積快進行分割。另外，在模具成型零件生成之后，我們也可以借助軟件所具有的仿真功能對型腔進行充填，并最終形成具有單一實體特征的零件。第九，開模仿真。在這個環(huán)節(jié)中，我們需要以模具進料孔-定義間距-定義移動的方式進行設計，并在軟件模型樹中以滑塊的棱作為參考方向進行設計，并將其指向外側作為正向在軟件中輸入一定的移動距離。之后，我們再以同樣的方式進行第二步仿真工作。第十，模具總裝配設計。在此環(huán)節(jié)中，我們使用EMX軟件對不同模板所具有的尺寸以及類型等進行選定，并將型心以及型腔都裝入到模架之中，再對頂出系統(tǒng)、抽芯滑塊以及澆筑冷卻系統(tǒng)等進行設置，并最終完成導柱、導套以及螺釘?shù)妊b配件的裝配。
1實踐教學內(nèi)容不能完全滿足社會需求
金工實習是高校模具設計類專業(yè)重要的實踐教學內(nèi)容，它是培養(yǎng)學生實踐動手能力的必修技術基礎課程。通過金工實習，學生可以熟練掌握機械零件加工的主要工藝過程和方法，熟悉常用設備和工具的使用方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下基礎。但是大多高校金工實習內(nèi)容主要集中在機械加工的車、銑、刨、磨、鉗等傳統(tǒng)訓練方面，忽視現(xiàn)代先進技術訓練如以數(shù)控加工技術、特種加工技術、計算機仿真技術等為核心的模具制造實踐和以模具制工藝設計為主線的現(xiàn)代工程實踐的培養(yǎng)，跟不上目前國內(nèi)模具制造技術發(fā)展的水平。
2實踐教學方法不能體現(xiàn)應用型人才的培養(yǎng)需求
相當部分高校在進行實踐教學過程中，指導教師往往采用簡單的課堂教學來實現(xiàn)。指導老師講解實驗目的、內(nèi)容和步驟，根據(jù)操作過程演示實驗內(nèi)容，采取驗證式的實驗方法，實驗驟教條化。雖然有時學生分成小組進行試驗，往往也是驗證式的。這種教學方法還會受到實驗室空間和時間的限制，消減了學生自主學習的積極性、靈活性，難以達到培養(yǎng)應用型人才的要求?，F(xiàn)場實習是模具設計專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)，通過現(xiàn)場實習，學生可以更好地鞏固所學的專業(yè)知識，擴大專業(yè)知識面，培養(yǎng)一定的解決工程實際問題的基本能力和社會實踐能力。但部分教師以及大多數(shù)學生認為，現(xiàn)場實習僅僅是課堂教學的補充，沒有意識到現(xiàn)場實習的重要性。往往是一個或兩個指導老師帶著許多學生走馬觀花地參觀生產(chǎn)現(xiàn)場，未能給學生介紹與課堂所學的基礎理論知識相對的生產(chǎn)實際，也未能真正參與到企業(yè)生產(chǎn)實際中去，因而對生產(chǎn)實習的積極性不高，實習效果可想而知。
3缺乏綜合性實踐的平臺
生產(chǎn)企業(yè)對應用型模具設計人才的要求不僅只是具備模具設計與制造的基本技能，更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。但目前相當部分高校的模具設計實踐教學，大多采用校內(nèi)教學（實驗）輔助生產(chǎn)現(xiàn)場參觀的方式進行，缺乏綜合性實踐的平臺，學生自主參與性較差，與生產(chǎn)企業(yè)以項目或工程管理的方式差別較大，難以培養(yǎng)更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。
二應用型人才培養(yǎng)的實踐教學改革
1實踐教學內(nèi)容改革
（1）金工實習改革。金工實了掌握機加工中的車銑刨磨鉗等傳統(tǒng)訓練方面，增加模具企業(yè)中常用的現(xiàn)代加工設備如數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割、數(shù)控銑削設備的實訓內(nèi)容，給定特定的模具零件，安排學生操作數(shù)控機床、線切割、電火花機床等設備對零件進行加工，訓練學生對現(xiàn)代加工設備的實際操作能力和數(shù)控編程能力，促進學生對模具的特種加工方法的了解。
（2）增加數(shù)字化設計加工內(nèi)容。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，各種模具設計軟件不斷出現(xiàn)。在傳統(tǒng)模設計的基礎上，應用數(shù)字化設計工具，實現(xiàn)數(shù)字化制圖、模具數(shù)字化設計、模具數(shù)字化分析仿真、模具生產(chǎn)管理以及模具的數(shù)控加工，從而提高模具設計質(zhì)量，縮短模具設計周期，已經(jīng)形成趨勢。這就要求畢業(yè)生必須具有很強的計算機應用能力以適應就業(yè)的要求。因此，在課程設計和畢業(yè)設計上增加模具數(shù)字化設計的內(nèi)容，采用先進的三維設計軟件如Pro/E、UG等進行模具三維數(shù)字化設計，利用模具分析軟件如MoldFlow、DYNAFORM等對零件進行有限元分析，根據(jù)分析結果來檢查模具設計結構的合理性，在設計階段消除易出現(xiàn)的錯誤，利用CAM技術模擬模具的加工過程。在實踐環(huán)節(jié)中增加這些內(nèi)容，目的是加強學生模具數(shù)字化設計分析和加工的能力，實現(xiàn)應用型人才的培養(yǎng)。
2實踐教學方法
改革課程實驗是實踐教學環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，往往由于實驗室的時間和空間限制，實驗大多采取驗證式或演示實驗，這種教學方式很難達到培養(yǎng)應用型人才的目的。對于模具設計的課程實驗，采用案例法（企業(yè)案例）教學，比如模具拆裝實驗，選擇企業(yè)生產(chǎn)報廢的但能反映模具新技術的典型模具，如自動脫螺紋模具或二次分型模具等，通過模具拆裝過程的訓練，學生掌握模具拆裝的具體操作步驟和注意事項，提高動手拆裝模具的能力，加深對模具設計參數(shù)的理解，而且學生也能從另一側面了解生產(chǎn)企業(yè)模具的拆裝過程。對于注射生產(chǎn)實習，學生親手去安裝和調(diào)試課堂所講的企業(yè)案例模具，選擇合理的工藝參數(shù)進行塑件的生產(chǎn)。通過對塑件的生產(chǎn)，以及對注射成型參數(shù)的調(diào)試，幫助學生進一步了解工藝參數(shù)，并且根據(jù)各種成型情況來調(diào)整參數(shù)，這種教學方法極大地激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)新意識。
3增設綜合性和創(chuàng)新性實踐
目前實踐中的金工實習、現(xiàn)場實習、實訓、各門專業(yè)課程的實驗、課程設計等環(huán)節(jié)大多以單獨考核的方式進行，缺乏將所有實踐結合在一起的綜合性實踐，學生的自主參與性較差。為了培養(yǎng)學生的具有綜合實踐能力與項目實施能力，在所有的理論知識和單項的實踐內(nèi)容完成后，增設綜合性和創(chuàng)新性實踐，采取類似生產(chǎn)企業(yè)的項目或工程管理的方式進行。學生根據(jù)自己的學習情況與能力，選擇與自己能力相符的企業(yè)生產(chǎn)實際的實例題目（真題真做），一人一題，避免了小組中的敷衍了事，蒙混過關，甚至有自覺性差的同學偷懶抄襲的情況出現(xiàn)。讓學生有足夠的時間去查閱收集設計參考資料，自主思考，獨立設計，優(yōu)化方案。將模具設計（三維和二維的數(shù)字化設計能力）、模擬分析（CAE分析能力）、模具各個零件（主要是成型零件）的加工（機加工、數(shù)控加工熱處理等動手實訓能力）、模具各零件的組裝（模具裝配能力），最后將組裝好的模具在壓力機或注塑機上試模（初步的試模和調(diào)整能力）等一系列過程融為一體，并且學生對各個環(huán)節(jié)的實際管理能力也得到提高。通過綜合性實踐的訓練能夠較好地激發(fā)學生的學習興趣與潛能，促進學生獨立思考、自主設計，培養(yǎng)了學生的設計和分析能力、工藝技能和工程管理能力。由于題目主要來源于企業(yè)實際產(chǎn)品，學生通過綜合性的實踐訓練能更好地適應企業(yè)的需求。
（1）生產(chǎn)效率高。注塑模具CAD技術中的注塑成型方法能夠?qū)⒁恍┬螤钶^復雜的塑料產(chǎn)品一次成型，并且這種方式生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品在目前塑料產(chǎn)品中所占的比例是比較大的；
（2）可以批量生產(chǎn)。利用注塑模具CAD技術能夠迅速將塑料的形狀進行復制，并且快速成型，能夠克服注塑模具外部約束多、結構復雜且多變、試探性和經(jīng)驗性較強的特點，進而批量生產(chǎn)大量的塑料產(chǎn)品；
（3）操作性強。注塑模具CAD技術系統(tǒng)的功能是比較豐富的，在注塑模具的流程中涉及到多個層面，因此也比較復雜，另外其交互性比較強，因此需要操作人員掌握豐富的軟件知識和廣泛拓寬計算機知識領域，從而才能做出正確的操作決策。注塑模具CAD系統(tǒng)一般包括五個部分，如產(chǎn)品造型或產(chǎn)品圖輸入部分、模具總體設計方案確定部分、模具詳細設計部分（包括結構和零件的設計）、模具模擬過程部分（包括強度分析、流動分析以及冷卻分析的模擬）以及CAM系統(tǒng)的接口部分等，這些部分一般是相互獨立并相互聯(lián)系的，在注塑模具功能的發(fā)揮中起到至關重要的作用。注塑模具CAD技術的廣泛應用給傳統(tǒng)模具設計和制造提供了一個更為先進快捷的方式，在模具的質(zhì)量和制模的周期上都有了很大的改善。另外通過該項技術還能夠大幅度降低制模的成本，提高企業(yè)的管理水平，同時還讓設計人員的主觀能動性得到充分的發(fā)揮。
2UG中模具設計中MoldWizard模塊分析
由上述的描述可以知道，UG注射模具設計技術主要是通過UG軟件中的MoldWizard模塊對將要制作的模具進行數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，然后得到設計圖形。在UG軟件中，MoldWizard模塊能夠根據(jù)用戶企業(yè)的需求建立出與需求產(chǎn)品參數(shù)相關的三維模具，這些建立出來的模具是可以用來直接加工的。另外MoldWizard模塊能夠?qū)δK進行自動分模，也就是說，通過其能夠自動搜索模具的分型線，并且自動生成分型面和提取公母模面，從而生成磨具的型芯與型腔。在這個過程中大大簡化了設計程序，并且具有很強的邏輯性。另外，MoldWizard模塊能夠定義標準件庫系統(tǒng)，能夠?qū)⒅庇^的圖形直間調(diào)入到設計的模具中去，并且可以很方便地在上面進行修改。該標準件庫是一個龐大的數(shù)據(jù)庫，既能將數(shù)據(jù)庫內(nèi)的圖形數(shù)據(jù)調(diào)出利用還能往數(shù)據(jù)庫中添加新的標準件數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)結構來自行對這些標準件進行定義。
3UG注射模在模具設計和制造中的應用
對于UG注射模在模具設計和制造中的應用，以下以游戲機手柄上蓋的注射模具來進行分析。進行UG軟件的MoldWizard模具設計時，主要有以下流程：
3.1產(chǎn)品的模型結構分析
在進行模具的設計時，首先需要對所期望的產(chǎn)品的模型結構進行分析，本文以游戲手柄為例，對游戲手柄的材料、外形等進行分析，判斷其結構類型。
3.2產(chǎn)品的加載和項目的初始化
根據(jù)上述對所期望產(chǎn)品的結構模型進行分析之后，就需要選擇材料的種類，并對產(chǎn)品和項目的路徑、名稱以及單位進行設置，這就是產(chǎn)品的加載和項目的初始化過程。在這個過程中，材料的選擇一般基于UG軟件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，或者直接編輯新增，然后完成模具的整個資料，形成一個加載項。
3.3模具坐標系和收縮率的定義
通過上述將游戲手柄的材料信息進行設置處理后，就需要在軟件中將該種模具的坐標系和收縮率進行定義。此坐標系屬于三維坐標系，在坐標系中模具要處于零件分型面的中心線上，Z軸需要代表產(chǎn)品的頂出方向，這樣才能保證MoldWizard系統(tǒng)只能進行操作。收縮率則是根據(jù)游戲手柄材料的種類來確定。
3.4成形工件的確定
在本例中，游戲手柄的總體形狀為長方形，且有一定的弧度，因此，在形成模具時，需要在動態(tài)固定的模具中安裝型芯和型腔，型芯和型腔是通過機床加工而來的，然后利用成形工具來定義模具的大小。
3.5模腔的布局
通過成形工具的確定后，就要對模腔的布局進行確定，一般是根據(jù)產(chǎn)品的需求量來決定，若需要大量生產(chǎn)，則可以將模腔布局為一模多腔，這樣就能充分利用材料，提高生產(chǎn)效率。
3.6分型
模具設計的重點和難點就是分型面的建立，其目的就是讓工件的分型面對工件進行分割，從而形成各個模具腔體的體積塊。因此分型的過程主要包括：創(chuàng)建分型線、創(chuàng)建分型面以及創(chuàng)建型芯和型腔。
3.7模架的調(diào)用
等模具的大致零件部位確立后，就需要借助模架來確立整個模型。一般來說，模架的調(diào)用來自于UG軟件系統(tǒng)本身存儲的模架庫，當然也可以借助其他軟件自行建立模架庫。本例中的游戲手柄則需要通過KBE知識工程來建立一個特定模架，加入到模架庫之后，再進行調(diào)用。
3.8成形
該過程主要包括模具零件的標準零件，如主流道、推桿、固定環(huán)以及澆口等，進而進行模具澆注系統(tǒng)的設計。澆注后，需要對成型的模具進行冷卻，因此UG軟件系統(tǒng)還需要設計出該種模具的冷卻系統(tǒng)，設計的內(nèi)容包括冷卻時間、冷卻材料、冷卻工藝等。最后就是模具的裝配過程，根據(jù)模具的三維圖進行各設計木塊的安裝。
2工序圖設計
根據(jù)以上分析，成形該制件需7副模具，分別為1副沖孔、切斷模，5副彎曲模和1副整形模來完成。箍圈成形工序如圖2所示，具體工序為：①板料沖孔、切斷；②板料兩端第1次彎曲；③板料兩端第2次彎曲；④板料兩端頭部卷圓；⑤板料兩端波浪形彎曲；⑥卷圓；⑦整形。
3模具設計需注意的問題
（1）該制件有多處彎曲，毛坯展開長度按理論計算結果會與實際長度尺寸相差較大，為此，先按理論計算毛坯的展開長度并采用線切割加工制出毛坯，再在彎曲模進行試制，根據(jù)試制結果再調(diào)整毛坯的展開長度。（2）板料兩端頭部卷圓工序中，在凹模的兩端頭部必須加工出與制件頭部相同的圓弧，否則難以卷成制件相同的圓弧，影響制件的質(zhì)量。（3）板料兩端波浪形彎曲工序中，如按通常的設計方式用3個相等的圓弧連接一波浪形的彎曲，反彈也會很大。根據(jù)經(jīng)驗，取中間的圓弧R=70mm，兩邊的圓弧R=52mm。彎曲成形后，靠近開口的圓弧會比制件略小，然后在整形工序整形出與制件要求的圓弧尺寸。
4模具結構設計
4.1板料兩端第1次彎曲模結構設計
板料兩端第1次彎曲模結構如圖3所示。（1）為確保彎曲凸、凹模位置精度，在上、下模座上設置有ϕ16mm的滑動導柱、導套進行導向。（2）板料兩端第1次彎曲時，兩端頭部的形狀對稱，直接利用凸模與凹模剛性成形，模具結構簡單。（3）為方便模具調(diào)整、維修，凸、凹模采用鑲拼式結構。把凸模和凹模各分為3塊，并用螺釘固定，其螺紋孔為盲孔，可防止制件在沖壓過程中產(chǎn)生壓痕，影響制件的外觀質(zhì)量。
4.2板料兩端第2次彎曲模結構設計
板料兩端第2次彎曲模結構。（1）板料兩端第2次彎曲時，凸、凹模的相關尺寸直接影響頭部卷圓的尺寸，要合理控制彎曲凸、凹模的間隙，以免彎曲后的回彈較大，在后一工序難以卷圓。因該制件為SUS430不銹鋼，設計時，在凹模的側面加一擋塊19，能平衡制件彎曲過程對凹模產(chǎn)生的側向力。（2）制件的板料較厚（t=2.0mm），為保證制件成形質(zhì)量，模具采用3個ϕ80mm的橡膠12進行彈性壓料，橡膠安裝在下模座8的底部。（3）模具工作過程為：將上工序沖壓出的制件放入模具內(nèi)，擋料塊6對制件進行定位。上模下行，對制件進行彎曲成形。上模上行，彎曲成形后的制件隨凸模一起上行，制件從凸模的側面取出。
4.3板料兩端頭部卷圓模結構設計
（1）該模具結構較復雜，為保證上、下模的位置精度，在上、下模座上設置ϕ38mm的滾動導柱、導套導向。（2）為保證上、下模有足夠的彈簧壓縮行程，上模設計上托板1和墊塊6，下模設計下托板14和墊塊13。（3）為平衡彎曲凸模2、8在卷圓過程中產(chǎn)生的側向力，分別在彎曲凸模2、8后側相對應的下模上設置有擋塊20。在成形時凸模的頭部先對板料兩端進行導向，再卷圓成形。（4）模具中壓料板5較狹窄，為保證壓料板的強度，不能在其內(nèi)部設置小導柱，為保證壓料板滑動過程中的順暢，在壓料板的側面設計4塊壓料板擋塊7，壓料板在壓料板擋塊內(nèi)滑動。該結構穩(wěn)定性好，可以代替小導柱導向。（5）模具工作過程為：將上工序沖壓出的制件放入模具內(nèi)，用浮動導料銷18對制件進行粗定位。上模下行，壓料板壓住制件，上模繼續(xù)下行，彎曲凸模2、8頭部的導向部分對制件進行導向，浮動導料銷在凸模下行的同時隨之下行。上模繼續(xù)下行，開始對板料兩端進行卷圓成形。
4.4板料兩端波浪形彎曲模結構設計
（1）板料兩端波浪形彎曲形狀簡單，但彎曲模結構復雜。為便于加工，彎曲凹模采用分體結構，為平衡凹模在彎曲成形過程中產(chǎn)生的側向力，在凹模的左、右側面設置凹模擋塊14。（2）凸模7、19固定在凸模固定板11上，中間的凸模5采用滑動結構。模具工作過程為：上模下行，中間的凸模5利用橡膠2的壓力對制件進行預成形，上模繼續(xù)下行，成形制件兩邊的弧形，直到上、下限位柱接觸后，制件波浪彎曲過程結束。
4.5卷圓模結構設計
（1）卷圓模結構簡單，上、下?？烤韴A芯棒固定座3的頭部進入導向塊7和導向塊8內(nèi)導向，無需再設置導柱、導套導向。（2）為提高卷圓芯棒10的強度，在卷圓芯棒的上方加工出一缺口，鑲入支撐塊11，支撐塊的上方與上模座1連接，側面與芯棒固定座連接，支撐塊同時也起到隔離卷圓件開口處的作用。（3）用卷圓芯棒作凸模，把上工序沖壓出的制件（見2（e））反向放置在卷圓凹模5上，并用擋料塊4定位。上模下行，卷圓芯棒先接觸前一工序件的中間圓弧R70mm的頂部，上模繼續(xù)下行，對制件進行卷圓。上模上行，已經(jīng)卷圓的制件隨卷圓芯棒一起上行，制件從卷圓芯棒側面取出。
4.6整形模結構設計
該工序為制件卷圓后調(diào)整圓弧的回彈，整形模結構復雜，對模具的各零部件制造精度要求高。（1）上、下?？客鼓?、19的頭部分別進入導向塊8、17內(nèi)導向，無需再設置導柱、導套導向。（2）模具的芯棒18固定在芯棒固定座7上，而芯棒固定座在下模導向塊12、14內(nèi)滑動。（3）把上工序卷圓的制件套入芯棒中，芯棒的凸出部分對制件起定位作用，以防止制件旋轉影響整形質(zhì)量。上模下行，頂桿4在彈簧的壓力下首先使芯棒固定座及芯棒一起下行，直到制件的圓弧底部接觸到凹模9的圓弧后，凸模5、19對制件進行整形，整形后的制件從芯棒側面取出。該整形模能很好地控制制件的回彈。
2傳統(tǒng)的鉸鏈加工方法存在的問題
資料介紹，對于r=（0.6~3.5）t的鉸鏈件，常用推卷的方法彎曲成形。彎曲成形一般分為兩道工序，首先將毛坯頭部預壓彎，然后再卷圓。立式結構較簡單，便于制模和彎曲成形，但此工藝方法和模具只適用于材料較厚且長度較短的鉸鏈件。對本合頁片由于材料較薄，長徑比大于30，顯然不適合。臥式模具結構是利用斜楔對凹模作用，使其產(chǎn)生水平運動而完成卷圓過程，有壓料裝置，彎曲件質(zhì)量較好。但由于卷圓內(nèi)徑有公差要求，彎曲件的質(zhì)量還是不夠理想，還需增加一副整形模才能達到要求。而且圖2c模具結構較復雜，模具制造成本高，周期長，對于小批量的合頁片生產(chǎn)，經(jīng)濟性不好。從上述模具結構可以看出，該類模具比較適合加工小型鉸鏈件。制件則相當困難，甚至不可能進行。因此，必須考慮其他工藝方法，設計新結構的模具來解決這些問題。經(jīng)過多次摸索，終于找到了解決問題的方法：即在預彎成形后，卷圓彎曲之前增加一道U形彎曲工序，從而使推卷成形變得容易，同時也使模具的結構設計得到簡化。優(yōu)化后的沖壓工藝流程為：下料→落料→去毛刺→制標→頭部預彎→頭部U形彎曲→卷圓成形。
3模具結構及工作過程
模具工作過程：卷圓模置于液壓機（Y41-10T）工作臺上，將模柄4固定在液壓機上滑塊上。工作時，液壓機上滑塊上升，模具開啟，壓塊3與上模6脫離接觸，將經(jīng)U形彎曲后的坯件由端面從上模與下模右側面的縫隙中插入下模7的型槽內(nèi)，放入芯棒1，開動液壓機上滑塊下行，使軸向壓塊3向下傳力給上模6，從而使坯件受限并卷圓彎曲成形。成形后，液壓機上滑塊回升，彈簧2將上模6頂起，用手將制件從芯棒1上取出，完成一個沖壓過程。一個批次加工完后，將芯棒1插入下模7存放芯棒的孔內(nèi)，以備下次使用。
基于UG的注塑模具設計的主要流程是:在UG建模環(huán)境下創(chuàng)建塑件的三維模型;在UGMoldWizard設計環(huán)境加載塑件;對塑件進行模具分型和結構設計。具體設計過程如下:
1)創(chuàng)建塑件三維模型
根據(jù)提供的塑件樣品，在UGModeling模塊下靈活運用各種建模命令，創(chuàng)建風扇上蓋的三維模型如圖1所示。
2)注塑模具總體結構的確定
針對這個模型，為了保證模具的質(zhì)心盡量靠近其幾何中心，又要盡可能的簡化模具結構，擬采用一模一腔的設計思路;由于零件對底面、側面粗糙度要求不高，可選用大水口系統(tǒng)模架;為了提高加工效率和節(jié)省成本，定模型芯和動模型芯均采用整體嵌入式結構。將創(chuàng)建好的零件三維模型文件拷貝到即將建立的模具結構項目文件所在的目錄下，然后用UGMoldWizard模塊所對應的工具條中的按鈕(Load)打開項目初始化對話框，材料選擇ABS+PC;收縮率為1．0055，輸入相應的參數(shù)后，進入UGMoldWizard模具設計系統(tǒng)項目初始化如圖2。
3)分模
分模是注射模具設計的最重要的一環(huán)，它是用分模面將包含模具型腔的體積塊分開成動模型芯和定模型腔，而分模面就是動模型芯和定模型腔的接觸面。分模一般按以下步驟進行:修補塑件;提取塑件的分型線;生成分模面;分模得到動模型芯、定模型腔和滑塊型芯。對于具有孔或者槽的塑件，在分模前需要修補好這些結構。修補分為片體修補和實體修補，風扇上蓋由于具有開放的空間，需要采用實體修補，經(jīng)實體修補后的風扇上蓋產(chǎn)品和相應的實體修補塊如圖3所示。圖3修補塑件塑件修補好后，開始提取塑件的分型線。分型線是產(chǎn)品的最大輪廓線，是產(chǎn)生分模面的基礎。電池扣分型線可以通過搜索修補好的塑件的邊線獲取，自動搜索分型線，如圖4所示。圖4分型線分模面是以產(chǎn)生的分型線為基礎，采用有界平面的方法獲得。然后提取區(qū)域，使得構成塑件的所有面都被指派到型芯側或型腔側。如果面的總數(shù)等于型芯和型腔的面的總和，則可以通過自動或分步的方法進一步獲得型腔和型芯，如圖5。
4)確定模架和模具標準件
針對型芯和型腔的大小，選擇合適的模架。選擇大水口系統(tǒng)模架，如圖6所示，系統(tǒng)自動載入模架。接著為模具選擇標準件，包括主流道襯套、定位環(huán)、頂針、拉料桿、復位彈簧、垃圾釘、支撐柱等。
5)創(chuàng)建澆口特征
調(diào)用澆口命令，編輯參數(shù)，再點擊“澆口點表示”，選擇“面上的點”，在彈出的“Pointmoveonface”對話框編輯參數(shù)，單擊確定完成“澆口點”的創(chuàng)建。在“澆口設計”對話框中點擊應用，系統(tǒng)彈出“點構造器”對話框，選擇“澆口點”，在“矢量構造器”對話框中選擇－ZC，完成澆口的創(chuàng)建(圖7)。6)冷卻系統(tǒng)設計利用冷卻系統(tǒng)特征，分別創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)的水道特征、堵頭特征、水管連接特征等。這套模具的冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻成型型腔，可以創(chuàng)建形冷卻水道示意圖，如圖8所示。
2電腦風扇型腔高速加工技術的應用
高速銑削加工用量的確定主要考慮加工效率、加工表面品質(zhì)、刀具磨損以及加工成本。不同刀具加工不同工件材料時，加工用量會有很大差異，目前尚無完整的加工數(shù)據(jù)，可根據(jù)實際選用的刀具和加工對象參考刀具廠商提供的加工用量選擇。一般的選擇原則是中等的每齒進給量fz，較小的軸向切深ap，適當大的徑向切深ae，切削速度［6］。電腦風扇型腔數(shù)控加工在DMU60T加工中心上進行，采用的數(shù)控系統(tǒng)是西門子840D。風扇型腔如圖9型腔，材料是模具鋼P20，選用的刀具是TiAlN涂層刀。加工參數(shù)設置如表1所示。
1)粗加工策略
粗加工的主要目標是追求單位時間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準備工件的幾何輪廓，保證后續(xù)半精加工或精加工余量均勻，以利于粗加工刀路的平穩(wěn)、高效。UG型腔銑程序分層切除風扇上蓋型腔零件材料，UG軟件粗加工最常用的粗加工方式有平面銑、型腔銑和插銑［7］。高速銑削粗加工采用型腔銑(跟隨周邊)，其下切或行間過渡部分應該采用斜式下刀或圓弧下刀，并且盡量采取順銑的加工方式，刀具路徑的尖角處要采用圓角的光順處理，這樣才可能保持刀具負荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，從而符合高速加工的需求。根據(jù)粗加工策略和參數(shù)設置，刀具軌跡仿真如圖10。利用設定較小的切削步距和切削深度，并考慮切削深度和進給率的合理搭配，以便保持刀具的切削載荷恒定，進而保持恒定的材料切除率［8］。
2)半精加工策略
半精加工的主要目標是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻。UG加工軟件應用其中的參考功能，其殘留粗加工能自動識別上一道工序的殘留區(qū)域和拐角區(qū)域，自動判別在上一道工序留有的臺階的層間進行切削，系統(tǒng)智能地優(yōu)化刀具路徑，使用戶能夠獲得空走刀最少的優(yōu)化的刀具路徑。根據(jù)半精加工策略和參數(shù)設置，刀具軌跡仿真如圖11。
3)精加工策略
精加工的主要目標是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面品質(zhì)的工件，保證加工的零件符合設計要求的表面品質(zhì)和尺寸精度。UG的精加工的連接處應盡量采用圓弧或螺旋等方式切入切出工件，要盡量減少抬刀次數(shù)和減少刀具路徑頻繁的方向變化。使用UG進行高速精加工，不僅要注意使用拐角過渡光順、圓弧進退刀加工策略外，最好把零件表面分為陡峭區(qū)域和非陡峭區(qū)域分別進行精加工，以保證恒定的殘留高度。陡峭區(qū)域適合選用等高輪廓銑方式，其中切削參數(shù)選項中的層之間連接方法選擇直接對部件進刀方法，該種層間連接方法中間不抬刀，生成的刀具路徑連續(xù)光滑，沒有不同層高之間的刀軌移動，避免了由于抬刀和進刀頻繁對零件表面品質(zhì)的影響。非陡峭區(qū)域適合選用固定軸輪廓銑方式，可通過設置刀軸的方向、投影矢量和驅(qū)動方法等在復雜輪廓表面上生成刀具路徑。根據(jù)精加工策略和參數(shù)設置，刀具軌跡仿真如圖12。
4)清根加工策略
使用UG清根加工方法能夠沿著部件表面形成的凹角與溝槽生成刀軌，系統(tǒng)根據(jù)加工最佳法則自動確定清根的方向和順序［9］。用該驅(qū)動方法創(chuàng)建刀具路徑時，系統(tǒng)使刀具盡可能與部件幾何保持接觸，減少刀具的非切削運動，進一步優(yōu)化了刀軌。當塑料模具中出現(xiàn)復雜的型芯或型腔時，使用該策略可減少精加工或半精加工的時間，并可確保余量均勻，保證刀具路徑平滑光順，切削負荷均勻一致。
在我國塑料工業(yè)發(fā)展中，計算機的應用起到了重要作用。計算機技術在模具設計領域的應用，大大縮短了模具設計時間，尤其計算機輔助工程（CAE）技術的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術并不能替代專業(yè)設計人員的經(jīng)驗，在塑料模具設計時制品材料的選擇是決定模具設計時模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設計中一個重要的問題。
一、塑料制品材料的選用對模具設計的影響
一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領域使用了錯誤的材料。因此，設計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細測試這些材料，研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結晶性塑料。這兩類材料在分子結構和受結晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說，半結晶性熱塑性塑料主要用于機械強度高的部件，而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強材料繼續(xù)選擇。
（一）根據(jù)填料和增強材料進行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增強、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強度、堅固度和提高應用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工，尤其會對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強材料不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料來替代，而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定，這將引起部件機械強度的變化。試驗（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條，并在同一個拉力測試儀上對它們的機械性能進行了比較）表明，對添加了30％玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強度比縱向（流動方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強度分別減少了43％和53％。
在綜合考慮安全因素的強度計算中，應注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱，更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強。這可能會對它們的機械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進行設計時，應特別注意這種性能，考慮其對產(chǎn)品性能的影響。模具材料的選用取決于制品材料，細致分析制品材料后，才能在模具設計時選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來選取適合的模具材料。例如：制作形狀復雜的大、中型精密塑料制品時，其模具材料可選用預硬型塑料模具鋼；制造復雜、精密且生產(chǎn)時間較長，需要高壽命模具時刻采用時效硬化型塑料模具鋼。具體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設計將極大的提高模具使用周期，同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關注意事項對產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設計中，還有一些設計要點要經(jīng)常考慮，其中對于壁厚的設計尤為重要，壁厚設計的合理與否對產(chǎn)品影響極大，改變一個零件的壁厚，對以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動長度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設計工藝中的基礎要求
在設計的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長、而薄，則聚合物應具有相當?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃尤劢猓┦欠浅１匾?。為了深入了解聚合物熔化時的流動性能，可以使用一種特殊的模具來測定流程。
增加壁厚不僅決定了機械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設計中，很重要的一點是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導致嚴重的翹曲和尺寸精度問題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應設置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應力升高，有時還存在切口效應，從而大大降低其機械性能。不同壁厚塑料制品的模具設計時，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設計模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分模或分模面相適應；是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設計中的指標分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴格的范圍。設計者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標準尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應用時的具體要求相結合來判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設計時對收縮值的考慮
為了不對塑料部件制定過分嚴格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準確性的因素。模具制造的標準必須嚴格遵守，同時要特別注意脫模斜度的重要性，因為它決定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個與產(chǎn)品設計相關的重要問題是，當成型品是由不同材料或不同壁厚制成時，其模后收縮值與方向和厚度相關如果復雜的成型對加工的要求非常嚴格，必須要獲得模具原型有關收縮值和翹曲行為的準確數(shù)據(jù)玻璃增強材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮，從而導致尺寸不準確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響，進而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設計者值得關注的一點。因此在此類制品模具設計時要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導致產(chǎn)品尺寸不符合標準。
結論：
與產(chǎn)品模后性能相關問題還有許多，設計人員可以參考手冊進行設計?？傊谒芰现破纺＞咴O計時要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設計，才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻
張國棟.模具設計概述[J].中國模具設計，2003,6.
李海龍.注塑模具設計[J].模具前沿，2005,12.
肖海燕.模具設計之材料選用[J].西安機械設計，2006,1.
十字軸是典型的枝杈類鍛件，圖 1 所示為十字軸零件圖。由圖可見，十字軸中心為球臺，適合水平分模，球臺均布 4 個軸頸，完全對稱，適合采用雙向等速復動成形技術。零件的材料為 40Cr，其抗拉強度與屈服強度比相應的碳素鋼高 20%，在常溫下零件成形比較困難，尤其是零件的邊角部分不易完整成形，采用溫擠壓成形技術可降低成形阻力，有利于零件一次精密成形。
2、成形工藝方案
2.1毛坯制備
根據(jù)擠壓過程體積不變的原理，由零件尺寸計算毛坯的體積，考慮制備毛坯過程中的下料誤差堯后續(xù)鐓粗和加熱等因素，實際毛坯體積需增加約 3%，通過計算所得毛坯體積V =4223mm3。用剪切模切一段準10mm的實心棒料，由于剪斷所得的坯料端面比較粗糙，端面與中心軸線不能保持垂直，有一定的斜度，因此坯料在剪切后，需用鐓平模將坯料端面壓平后再進行擠壓，最終獲得坯料規(guī)格為準11.6mm伊40mm。
2.2表面處理及
為了減小擠壓時坯料與模壁的摩擦阻力，本文采用了水基石墨劑(成分院石墨堯二硫化鉬堯滑石粉堯纖維素和水)，該劑特點是院在中高溫下不分解，熱穩(wěn)定性好，有良好的性能，對模具有良好的隔熱和冷卻效果[4]。溫擠壓成形前將坯料作噴砂或拋丸等處理，清理銹跡堯污垢等。然后加熱至200℃ 左右，出爐浸入水基石墨劑中，快速搗勻，取出瀝干，當坯料表面均布一層黑炭色的薄膜時，待坯料晾干即可進行加熱堯擠壓成形加工[5]。
2.3坯料加熱成形
溫度是溫擠壓工藝能否順利進行的關鍵因素。40Cr 的溫塑性變形溫度通常在 600～800℃ 之間，高于 800℃時金屬的氧化變得十分劇烈，生成的氧化皮對于模具的磨損堯工件的尺寸精度和表面粗糙度值都有很大的影響，而低于 600℃時金屬的抗拉強度顯著增大，金屬的流動性不佳，不利于塑性成形。本文將溫擠壓溫度定在 750℃依30℃，在這溫度范圍內(nèi) 40Cr 的變形抗力約為常溫下的 18%，而氧化極微。毛坯加熱采用連續(xù)式中頻感應加熱爐，該爐加熱速度快堯氧化燒損少堯熱效率高堯爐溫可控，易于實現(xiàn)自動化。加熱過程中為使爐內(nèi)溫度均勻，加速熱量傳遞，爐內(nèi)帶有強制空氣循環(huán)裝置[6-7]。
3、擠壓過程的數(shù)值模擬及分析
本文在分析十字軸結構特點的基礎上，基于Deform-3D 有限元模擬軟件，建立溫擠壓成形工藝過程的有限元模型，分析了成形過程中材料的形狀變化堯擠壓應力堯模具載荷等結果從而優(yōu)化設計方案，并據(jù)此設計出合理的模具，以達到減少工藝試驗次數(shù)，降低生產(chǎn)成本的目的。
3.1幾何模型建立及數(shù)值模擬參數(shù)設置
利用三維造型軟件 CATIA 實現(xiàn)汽車萬向節(jié)十字軸的參數(shù)化建模及模具的三維造型，然后輸出STL 格式文件并導入有限元軟件中建立有限元模型[8]。坯料的四面體單元網(wǎng)格總數(shù)約為 50000 個，材料為AISI-5140(40Cr)，多次模擬試驗中，坯料的初始溫度分別采用 720堯750堯780℃。凸模與凹模材料均設置為 4Cr5MoSiV1(AISI-H13)，它是一種熱作模具鋼，具有良好的熱穩(wěn)定性，高的疲勞抗力和良好的韌性，廣泛用作溫熱擠壓的模具材料。坯料與模具間的摩擦類型選用剪切摩擦，由于是溫擠壓，摩擦系數(shù)設為0.25，熱傳導率設為 8N/(s窯mm窯℃)。本文采用的是雙向等速復動成形技術，上下凸模擠壓速度均為 10mm/s，增量步時間設為 0.002s，模擬步數(shù)為 725 步。
3.2溫擠壓成形過程與載荷行程分析
通過多次數(shù)值模擬試驗，不斷調(diào)整參數(shù)堯改進三維造型模具，最終得到了符合設計的數(shù)字化鍛件，其模擬成形效果如圖 2 所示，整個成形過程的擠壓力變化如圖 3 所示。十字軸的溫擠壓成形過程主要分為四個階段，每個成形階段的特點為院①鐓粗變形階段院坯料在模具中受兩端沖頭同時擠壓發(fā)生鐓粗變形，鐓粗的坯料填滿了與凹模筒壁的間隙，金屬與凹模大面積的接觸產(chǎn)生了較大的摩擦力。同時，坯料中段的金屬發(fā)生徑向流動。如圖 4(a)所示，當圓柱體坯料側面部分鼓成較為完整的球體時此階段結束。如圖 3 所示，這個階段擠壓力增長較快，但數(shù)值不大。②軸肩成形階段院隨著沖頭繼續(xù)擠壓，坯料側面的金屬流入軸頸腔內(nèi)，但該部分金屬沒有與凹模接觸，阻力較小，金屬流動均勻且穩(wěn)定。如圖 4(b)所示，當金屬基本充滿大軸頸型腔形成四個軸肩時此階段結束。如圖 3 所示，這個階段擠壓力增長緩慢。③ 軸頸充填階段院軸肩成形后，凸模繼續(xù)將金屬向小軸頸型腔擠入，大量金屬與凹模壁接觸，產(chǎn)生巨大的摩擦阻力，且小軸頸型腔口較小，金屬流動阻力增大。如圖 4(c)所示，當小軸頸型腔基本充滿時此階段結束。如圖 3 所示，這個階段擠壓力迅速增大。④充滿余腔階段院如圖 4(d)所示，凸模行程即將結束，此時的坯料對模具的張模力達到最大，且金屬與模具的摩擦力達到最大，邊角成形比較困難。在此階段擠壓力急劇上升，最終達到最大值。
3.3結果分析與優(yōu)化
通過對模擬實驗所獲得的結果分析，對成形工藝方案提出以下幾點補充與改進院(1) 十字軸溫擠壓溫度由 初定的 750℃ 改為780℃，擠壓力由 392kN 降為 364kN，成形阻力降低，金屬流動性更好，成形效果更佳。(2) 在模具升溫后，根據(jù)計算，4Cr5MoSiV1 的強度無法滿足40Cr鋼在溫擠壓過程中凸模的受力情況，所以凸模材料采用高速鋼 W9Mo3Cr4V。凹模堯頂桿與壓力板等承受的載荷較小，均可采用4Cr5MoSiV1，而上下模板可采用強度堯硬度更小的40Cr。(3) 由圖 3 可見，載荷在成形過程中不斷增加，因此凹模應設計成組合式結構，使其受力合理分布。在凹模加工時，在軸肩與筒壁連接處設計R1的過渡圓角，降低金屬的流動阻力，減小對凹模的磨損，提高凹模的使用壽命。(4) 凸模的軸向承載力即為十字軸的成形擠壓力，由圖 3 所示，最大擠壓力約為 364kN，實驗室提供的型號為 THP32-315F 的 3150kN 四柱液壓機可作為成形加工設備。液壓機只需承擔擠壓力，張模力由模具的鎖模機構承擔。
4、模具設計與工作過程
本文設計的模具如圖 5 所示，采用浮動的上凹模與浮動的下凹模對合結構，用鉤子鎖模。上下凹模工作部分均采用了組合式，模具閉模高度為 340mm，模具外形尺寸滿足所選設備裝模尺寸。模具工作的簡要過程為院將坯料放在下凹模與下沖頭形成沉孔內(nèi)，坯料靠孔腔壁自然定位。上模隨壓力機滑塊下行，下模的導柱導入浮動上模板上的導套，上凹模與下凹模對合，形成封閉模腔，同時鉤子在小彈簧作用下向內(nèi)轉一個角度，鉤住墊塊，將上堯下凹模鎖住。上模繼續(xù)下行，帶動下凹模堯浮動下模板和鉤子一起向下浮動，大彈簧被壓縮，上沖頭將沉孔內(nèi)的坯料擠入型腔。當上模達到下死點時，變形金屬充滿型腔，擠壓結束。上模抬起，在開始階段鉤子尚未打開，浮動下模板堯下凹模和鉤子隨上模上浮，當鉤子尾部被擋板擋住時，隨著浮動下模板繼續(xù)上浮，鉤子被打開，上堯下凹模分開，浮動上模板和浮動下模板上升至各自的極限位置。十字軸留在上凹?；蛳掳寄Ｖ?，由上頂桿或下頂桿頂出。需要注意的是院溫擠壓前，需對凸模和凹模工作部分采用噴燈進行預熱，預熱溫度約 300℃，溫擠壓過程中，模具溫度將達到 500～600℃，連續(xù)工作時硬度急劇下降，可能導致加工過程不能繼續(xù)，在溫擠壓過程中需采用噴霧裝置將冷卻液噴向凸凹模工作部分進行冷卻，使溫度降低。
