（机械制造及其自动化专业论文）吸塑模具三维cad系统的研究开发.pdf

合肥工业大学 i i ii ii ii ill li ll l iti il y 18 8 6 4 0 5 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席： 委员： 导 斧孔归勿 舍胞别鹚 旅吸 彰吃币乱令肥哆啪 舍胁砂场蟛 俞渺矽鹏，：， 副教暖 副职硬 蓼! j 狃硬 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金g 巴王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：方! i 浠签字日期：汐7 年月哆日学位论文作者签字：歹u 汤矛签字日期：汐7 年月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金匿王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权金罡王业太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 旁i j 看 签字日期：矽f 年年月哆日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：加，年乒月弓日 电话： 邮编： 吸塑模具三维c a d 系统的研究开发 摘要 本项目来源于滁州市经纬模具制造有限公司。 吸塑加工是一种广泛应用的塑料成型工艺，大量用于冰箱等家电产品的内 胆塑料件成型，近年来更扩展运用于汽车甚至动车组车厢内饰件的成型加工， 吸塑模具的设计与制造成为保证吸塑件加工质量、缩短吸塑件生产时间、提高 吸塑件生产效率地关键。 我国制造企业、特别是模具制造企业已广泛采用计算机辅助设计技术，但 不少企业仍停留在运用系统提供的基本功能单纯进行几何造型设计的阶段，三 维c a d 技术应用不广、应用水平不高、二次开发能力不强、基于三维c a d 模 型的模拟仿真技术应用更为鲜见，商品化的三维c a d 软件中还未见专门用于 吸塑模具设计的系统或模块。 本文在u g 软件的平台上，通过二次开发形成吸塑模具三维c a d 系统软件； 采用参数化设计技术完成对各种抽芯机构地设计；利用系统提供的仿真模块进 行抽芯机构的运动仿真；采用虚拟装配技术对脱模过程进行仿真，检测出模具 是否满足产品设计要求、脱模过程中是否存在干涉影响顺利脱模，实现了吸塑 模具地快速设计，减少了设计错误和试模、修模次数，达到了提高设计效率、 缩短模具设计与制造周期、降低生产成本的目的。 关键词s 吸塑模具；抽芯机构；参数化设计；二次开发；虚拟装配 d e v e l o p m e n to f3 dc a ds y s t e mf o rv a c u u mf o r m i n g m o u l d s a b s t r a c t t h i sp r o j e c tc a m ef r o mt h ec h u z h o uj i n g w e im o u l d sm a n u f a c t u r i n gc o l t d v a c u u mf o r m i n gi sak i n do fp o p u l a rp l a s t i c sf o r m i n gt e c h n i q u e ，u s u a l l yu s e d i nt h ef o r m i n go fi n n e rl i n e ro ft h er e f r i g e r a t o r ，a n di nr e c e n ty e a r si nt h ef o r m i n g o fi n t e r i o ro fa u t o m o b i l ee v e nc r h t h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n go fv a c u u m f o r m i n gm o u l d si sh i g h l yi m p o r t a n tf o re n s u r i n gp r o d u c tq u a l i t yw h i l er e d u c i n g p r o d u c t i o nt i m e ，i m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y c a d t e c h n i q u eh a sb e e nw i d eu s e di nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e se s p e c i a l l yi n m o u l d sm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，b u tm o s to ft h e ma r ei ns u c has i t u a t i o n ：t h eu s e o fc a di sl i m i t e di ns i m p l eg e o m e t r i c a ld e s i g n ，3 dc a dt e c h n i q u eh a sn o tb e e n w i d eu s e d ，t h e a p p l i c a t i o n l e v e li s s t i l ll o w , t h ec a p a b i l i t yo fs e c o n d a r y d e v e l o p m e n ti sl a c k i n g ，t h es i m u l a t i o nb a s e do n3 dc a dm o d e l si sr a r e n e s s ，a n d t h e r ei sn os y s t e mo rm o d u l e ss p e c i a l l yf o rt h ed e s i g no fv a c u u mf o r m i n gm o u l d si n c o m m e r c i a l i z e dc a ds y s t e m s t h r o u g ht h eu s eo ft h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，a3 dc a ds y s t e mf o rv a c u u m f o r m i n gm o u l d so nu gs o f t w a r ep l a t f o r mw a sd e v e l o p e di nt h i sp a p e r w i t hs u c ha s y s t e m ，t h ev a r i o u sc o r e - p u l l i n gm e c h a n i s m s c a nb ed e s i g n e dw i t h h e l po f p a r a m e t r i cd e s i g nm e t h o d ；t h em o t i o ns i m u l a t i o no ft h ec o r e - p u l l i n gm e c h a n i s m c a nb ec o m p l e t e dw i t ht h es i m u l a t i o nm o d u l ep r o v i d e db yt h es y s t e m ；a n dt h e v i r t u a la s s e m b l yt e c h n o l o g yw a su s e di nt h es i m u l a t i o no fs t r i p p i n gp r o c e s s ，t o d e t e c tw h e t h e rt h em o u l dw a ss a t i s f i e dt h ed e s i g nn e e d sa n dt h ee x i s t e n c eo f i n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h ep r o d u c t sa n dt h em o u l dd u r i n gt h es t r i p p i n gp r o c e s s i t r e a l i z e dt h er a p i dd e s i g no fv a c u u mf o r m i n gm o u l d s ，r e d u c e dt h ed e s i g ne r r o r sa n d t h et i m e sf o re x p e r i m e n ta n dm o d i f i c a t i o no ft h em o u l d t h eg o a l so ft h i sp r o j e c t w e r er e a c h e d ：t oi m p r o v et h ed e s i g n e f f i c i e n c y , t os h o r t e nt h ed e s i g na n d m a n u f a c t u r i n gc y c l e ，a n dt or e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t s k e y w o r d s ：v a c u u mf o r m i n gm o u l d ；c o r e p u l l i n gm e c h a n i s m ；p a r a m e t r i cd e s i g n ； s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；v i r t u a la s s e m b l y 致谢 从2 0 0 8 年入学开始到现在，将近三年的研究生学习生涯，使我感触许多。 既感叹时间过得如此之快，又庆幸在这段宝贵的时间里认识了许多好的老师， 结识了许多好的同学，同时也收获了许多的知识。 首先，感谢我的导师吕新生教授。在三年的研究生生涯中，无论是在学习 上还是在生活上，导师都给予了我无微不至地关怀和照顾。导师严谨地治学作 风，极富创意的学术思想，以及对科研孜孜以求的精神，对我以后的人生道路 产生了深远地影响。 感谢张晔老师、王晓枫老师和曹文钢老师在平时的生活上和学习上给予地 关怀与指导。 感谢武立胜、徐瑶、铁巍巍、周雍、刘文辉等同学在生活上和学习上给予 地帮助。 最后，感谢家人在自己的研究生生涯中给予地支持和帮助。自己能够顺利 地完成学业离不开家人的理解和支持。 作者：刘涛 2 0 11 年4 月 目录 第一章绪论1 1 1 模具c a d 在国内外的研究和应用概况1 1 2 吸塑加工原理和吸塑模具简介2 1 2 1 吸塑加工2 1 2 2 吸塑模具的介绍4 1 3 本课题研究的主要内容和现实意义6 第二章吸塑模具三维c a d 系统总体方案设计8 2 1 吸塑模具的构成和特点8 2 2 吸塑模具三维c a d 系统总体方案1 2 第三章吸塑模具抽芯机构的三维参数化设计1 6 3 1 三维参数化设计技术简介1 6 3 2u g 二次开发技术和开发工具1 8 3 3 连杆式抽芯机构参数化设计2 3 3 4 斜抽式抽芯机构参数化设计2 5 3 5 杠杆式抽芯机构参数化设计2 6 第四章吸塑模具抽芯机构的运动及脱模过程仿真2 9 4 1 机构运动仿真原理及程序实现2 9 4 2 连杆式抽芯机构运动仿真3 0 4 3 斜抽式抽芯机构运动仿真3 1 4 4 杠杆式抽芯机构运动仿真3 3 4 5 虚拟装配技术3 4 4 6 吸塑模具脱模过程仿真3 7 第五章吸塑模具三维c a d 系统使用说明及应用示例一4 0 5 1 自定义下拉式菜单的实现方法4 0 5 2 吸塑模具抽芯机构参数化设计模块使用说明4 2 5 2 1 连杆式抽芯机构参数化设计的功能实现4 2 5 2 2 斜抽式抽芯机构参数化设计的功能实现4 7 5 2 3 杠杆式抽芯机构参数化设计的功能实现5 0 5 3 吸塑模具抽芯机构运动及脱模过程仿真模块使用说明5 3 5 3 1 吸塑模具抽芯机构的运动仿真一5 3 5 3 2 吸塑模具脱模过程的仿真5 9 5 3 3 生成总装配的二维工程图6 1 第六章总结和展望6 2 6 1 工作总结6 2 6 2 课题展望：6 2 参考文献6 3 攻读硕士学位期间发表的论文6 5 插图清单 图1 1 真空吸塑机：2 图1 2 吸塑模具( 凸模) 成型原理示意图4 图2 1 成型方法示意图8 图2 2 吸塑模具一9 图2 3 抽芯机构及其原理图1 0 图2 4 抽芯机构1 1 图2 5 吸塑模具三维c a d 系统流程框图1 3 图2 6 产品的三维模型1 4 图2 7 比例调整对话框1 4 图2 8w a v e 几何链接器1 5 图3 1 基于u g i i 的参数化建模过程1 7 图3 2 连杆式抽芯机构2 3 图3 3 流程框图2 4 图3 4 连杆式抽芯机构原理图。2 4 图3 5 斜抽式抽芯机构2 5 图3 - 6 流程框图2 6 图3 7 斜抽式抽芯机构原理图2 6 图3 8 杠杆式抽芯机构j 2 7 图3 - 9 流程框图2 7 图3 1 0 杠杆式抽芯机构原理图2 8 图4 1 连杆式抽芯机构运动仿真3 0 图4 2 运动导航器3 0 图4 3 动画。31 图4 4 斜抽式抽芯机构运动仿真3 1 图4 5 运动导航器3 2 图4 6 动画3 2 图4 7 杠杆式抽芯机构运动仿真3 3 图4 8 运动导航器3 3 图4 9 动画3 4 图4 1 0 装配模型的层次化表达方法3 5 图4 1 1 装配模型的关系化表达方法3 6 图4 1 2 装配规划对话框3 7 图4 1 3 装配规划对话框各控件对应的回调函数3 8 图4 1 4 移动对话框3 8 图4 15 移动对话框各控件对应的回调函数3 8 图5 1 注册环境变量4 1 图5 2 连杆式抽芯机构菜单界面4 2 图5 3 连杆式抽芯机构交互用户界面对话框4 3 图5 - 4 查询界面一4 3 图5 5 查询界面二4 4 图5 - 6 查询界面三4 4 图5 7 查询界面四4 4 图5 8 入库界面：一4 4 图5 9 消息对话框一4 5 图5 1 0 消息对话框二4 5 图5 11 查询界面五4 6 图5 1 2 斜抽式抽芯机构菜单界面4 7 图5 1 3 斜抽式抽芯机构交互用户界面对话框4 7 图5 1 4 消息对话框一4 8 图5 15 查询界面一4 9 图5 1 6 查询界面二4 9 图5 1 7 查询界面三4 9 图5 1 8 查询界面四4 9 图5 1 9 入库界面5 0 图5 - 2 0 消息对话框二5 0 图5 2 1 杠杆式抽芯机构菜单界面5 0 图5 2 2 杠杆式抽芯机构交互用户界面对话框5 1 图5 2 3 查询界面一5 2 图5 - 2 4 查询界面二5 2 图5 2 5 查询界面三5 2 图5 - 2 6 查询界面四5 2 图5 - 2 7 入库界面5 3 图5 2 8 消息对话框5 3 图5 2 9 运动仿真菜单界面5 3 图5 3 0 连杆式抽芯机构运动仿真前5 4 图5 3 1 连杆式抽芯机构运动仿真后5 4 图5 3 2 连杆式抽芯机构运动仿真前( 静态线框图) 5 4 图5 3 3 连杆式抽芯机构运动仿真后( 静态线框图) 5 5 图5 - 3 4 图5 3 5 图5 3 6 图5 3 7 图5 3 8 图5 。3 9 图5 - 4 0 图5 4 1 图5 - 4 2 图5 4 3 图5 4 4 图5 - 4 5 图5 - 4 6 图5 - 4 7 图5 - 4 8 斜抽式抽芯机构运动仿真前5 5 斜抽式抽芯机构运动仿真后5 6 斜抽式抽芯机构运动仿真前( 静态线框图) 5 6 斜抽式抽芯机构运动仿真后( 静态线框图) 5 6 杠杆式抽芯机构运动仿真前5 7 杠杆式抽芯机构运动仿真后5 7 杠杆式抽芯机构运动仿真前( 静态线框图) 5 8 杠杆式抽芯机构运动仿真后( 静态线框图) 5 8 脱模过程仿真菜单界面5 9 装配规划对话框5 9 矢量构造器对话框5 9 移动对话框6 0 脱模前产品贴合在模具表面6 0 脱模后产品与模具分离6 1 二维装配图6 1 第一章绪论 模具行业的发展状况代表着国家工业的发展水平，吸塑模具作为模具制造 业中的一种更是对整个工业的发展起着重要的作用。如何提高吸塑模具的生产 力水平是许多企业所关心的问题，也是本文所要讨论的问题。本章对模具c a d 在国内外地研究和应用概况展开了讨论，并分别对吸塑加工原理和吸塑模具进 行了介绍，章节的最后，还对本课题研究的主要内容和现实意义给出了说明。 1 1模具c a d 在国内外的研究和应用概况 计算机辅助设计，简称c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) ，它是集计算机图 形学、数据库、网络通信等计算机及其他领域知识于一体的综合性高新技术， 是先进制造技术的重要组成部分，也是提高设计水平，缩短产品研发周期，增 强行业竞争能力的一项关键技术，c a d 技术的特点是涉及范围广、技术复杂、 更新速度快、投资大、风险高、竞争激烈，同时产出高，目前c a d 技术已广 泛应用在各行业中，尤其是在模具行业中【lj 。 国外先进工业国家非常重视模具c a d 技术，很早就对其投入了人力和物 力，从而使模具c a d 技术得到了快速地发展。随着三维c a d 技术应用范围地 日益扩大，许多较成功的商品化软件都被开发了出来，并且得到了广泛地应用。 仅就国外几家大公司购买u g 通用c a d 软件为例，1 9 8 8 年美国通用汽车公司 购买2 4 0 0 套u g 软件；1 9 8 9 年美国惠普公司购买18 0 0 套；1 9 9 1 年美国通用电 气f g e ) 公司购买3 8 0 0 套；1 9 9 1 年日本f u j i t s u 公司购买4 0 0 0 套。 我国模具c a d 技术起步相对较慢，但许多科研单位和企业都引进了成套 的c a d 系统，通过对其吸收、开发和推广，取得了较大的成果。目前，国内 实际应用的c a d 系统分为两大类：一类是国内自主版的c a d 系统；另一类是 国外商品化的c a d 系统，国内自主版的c a d 系统近年来有很大地进步和发展， 涌现了一批符合我国基本国情的c a d 系统，如清华的g e m s 、武汉的开目、 江苏杰必克的超人等，但是，同国外商品化的c a d 系统相比，由于国外商品 化的c a d 系统功能齐全、性能优良，所以国内的还存在较大的差距【2 - 6 】。 模具c a d 技术经历了从二维到三维的发展的过程。在发展初期，c a d 仅 仅是图板的代替品，意思是c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g 。许多年以前，c a d 一直 以二维图纸为主，之后c a d 地发展出现分支，一方面二维绘图技术独立平稳 地发展，另一方面三维技术开始出现，利用三维c a d 技术可以方便地设计出 所见所得的三维实体产品模型，利用三维模型可以在计算机上检查、装配、分 析、优化、模拟加工、快速成形，并能直接生成二维工程图样及产品数据共享 与集成等，这些功能是二维绘图无法实现的，所以三维c a d 技术在模具行业 中得到了广泛地应用【l j 。 模具c a d 的技术与传统的模具设计、制造方法有较大地差异，传统的设 计、制造方法主要依赖于设计人员和钳工的经验技术，利用的是传统的机械加 工设备，是一种串行的设计、制造模具的方法，而模具c a d 技术主要依赖于 c a d 技术、计算机网络和数控加工设备，并利用工程分析模块来验证设计得合 理性、及时性，这样做地优点是不必等到试模时才发现设计、制造中的错误再 进行返工，大大提高了设计的效率【6 】。 事实上，模具c a d 技术在我国制造企业得到广泛应用，对于提高设计质 量、缩短设计周期取得了显著的技术经济效益。但是，大多数模具企业仍然停 留在用计算机进行二维几何设计的初级阶段，三维c a d 技术以及以三维c a d 技术为基础的c a e 、模拟仿真、c a m 等高端c a d 技术尚未得到普遍应用，影 响着企业自主技术创新能力和核心竞争力地形成和提高。 另外，很多企业在c a d 技术应用中还只是局限于用系统提供的功能和工 具做设计，没有进行二次开发地能力，没有开发出针对具体产品的专用软件、 专用系统、专用平台，从而影响到设计效率、设计质量得进一步提升。近年来 高端产品开发设计技术在一些先进企业已经得到全面应用，催生出数字化样机、 催生出产品开发平台、催生出企业自主产品研发体系。这是模具三维c a d 技 术应用发展的必然趋势。 因此随着现代化工业地高速发展，产品的功能、结构日趋复杂，新产品地 更新换代周期不断缩短，模具三维c a d 技术将得到迅速地发展和普及。 1 2吸塑加工原理和吸塑模具简介 1 2 1吸塑加工 嘲铲 图卜1 真空吸塑机 把热塑性塑料坯材( 板、片材) 固定在模具上，将它加热到塑性状态，用真 空泵把材料和模具之间的空气抽掉，通过模具上的小孔形成负压，借助大气压 力使坯材覆盖子模具成型表面上而成为塑料制件，等待制件冷却后，再用压缩 空气让制件脱模的过程就是吸塑加工的过程【7 1 。 真空吸塑机是吸塑加工的主要设备。真空吸塑机( 如图1 1 中所示) 由上下 加热器、温控器、承料板、压料框、真空泵、真空腔、模具温度控制机、冷却 2 装置等组成。温度调节又分为手动( 电位器) 和自动( p l c ) 两种，配置了电脑后， 可以更加方便地调试参数，并且各种参数也可以储存在电脑中。需要时，调出 相关的参数，即可生产出相关型号的零件【引。 吸塑加工过程由以下四个工序组成： ( 1 ) 夹持 为了保证在吹泡时板材边缘不漏气，可以用压料框将a b s 板固定在承料板 上。压料框的长宽尺寸是由板材尺寸决定地，它有平压和点压两种类型。平压 的整个压料框是由厚2 0 m m 的钢板组装而成，它的优点是底部平面度及平面强 度高；缺点是需要铣、刨等加工设备进行再加工，因此制作成本相对较高，而 且承料板在弯曲变形之后将无法再均匀压到板材上；点压，顾名思义，象梳子 一样压住板材，它可以弥补平压的不足，制作起来比较地简单，具体可以用无 数螺钉固定在角钢上从而形成一个方框，螺钉与螺钉之间的间距取5 0 m m 左右， 压板部位最好是带尖的形状；也可以用气缸推动连杆机构，就象双手弹钢琴一 样分成数组地把板材压紧【8 】。 ( 2 ) 加热 加热方式 有红外线加热、电阻丝加热等，目前采用地先进的加热方式是日本浅野公 司的专利产品金属加热瓦。该金属加热瓦从常温升到5 0 0 ，只需1 0 s 极短地 加热时间，因此调试起来要比其他加热瓦方便许多。为了使材料上、下表面受 热均匀，加热时，一般采用上、下同时加热的方式进行，加热温度的调节主要 是根据零件的厚薄、形状来决定地，当温度调节的效果不明显时，还可以采用 在压料框边缘贴上铝箔，将热量反射到板材需加热的位置上等方法，加热单元 ( 红外线发热瓦) 越小越好，为了使温度控制精确，每片发热瓦采用单独控制【引。 加热温度 a b s 板从软化到成型的温度范围是在1 2 7 一18 0 之间，温度范围是随真 空度和制品形状地变化而变化地。当用快速真空成型低牵伸制品时，成型温度 在1 4 0 c 左右；用深度较大的牵伸制品时，温度约为15 0 ；用较为复杂的制品 时，则取上限成型温度1 7 0 。另外，发热瓦易受电压地波动而造成温度地波 动，为了确保温度地恒定，需要配置稳压电源。 加热时间 一般来说，板材越厚，所需加热时间越长。但加热时间要与加热温度对应， 即温度低，加热时间长；温度高，加热时间短。因为材料加热温度有一定范围， 所以不能单纯理解为靠提高加热温度来缩短加热时间和提高生产效率，另一方 面为了使材料受热均匀，加热时间长一点是有好处地，比如对轻微受潮的板厚 度( 6 ) 大于3 r a m 以上的厚板稍长时间的加热是极为有效地【8 1 。 ( 3 ) 成型 3 加热软化的板材经吹泡后进行拉伸，再置于吸塑模具上，模具与板料之间 便形成了密封。此时，若对模具上的真空孔抽真空，由于负压地形成，板材会 被贴合在模具的表面上。 吹泡。压缩空气经真空腔吹出，将受热后的板材象吹气球一样均匀地拉 伸。吹泡高度一般为模具高度的2 3 。 辅助成型。有的制品形状相对复杂，需要配置辅助压料框对板材进行预 成型。 真空度。一般来说，真空度控制在0 1 m p a 以上。如果要在很短时间内 将模内空气抽掉，则需要配置容积较大的真空罐。 真空孔。一般来说，直径为0 5 1 2 m m 。真空孔的大小和数量是与板材 厚度有关地。板厚在1 5 m m 以下时，真空孔直径选o 5 0 8 m m ；板厚在3 m m 以上时，真空孔直径选1 2 m m 。真空孔的数量越多，成型越容易。孔径太大时， 吸塑后制品会有真空孔的痕迹，影响制品的外观。 抽真空时间。根据制件的大小和板厚度( 6 ) 决定地。6 为1 5 m m 时，可 控制时间为1 0 s ；6 大于等于3 m m 时，可控制时间为2 5 s 左右。抽真空时间越 长，材料定型越好。在实际生产时，抽真空可以和冷却同时进行。 模具温度。由模具温度控制机来控制。宽深比较小的部件如冰箱门胆， 模具温度可以控制在4 0 5 0 ：宽深比较大的部件如冷柜内箱，模具温度可以 控制在8 0 9 0 。如果方形部件的四角处出现发皱的现象，则说明该材料在接 触模具后冷却地过快，可以通过提高模具的温度方式来处理，但提高的温度最 高不能超过9 5 。 ( 4 ) 冷却脱模 板材定型后可以用离心风机对工件进行冷却。板材冷却后再进行收缩会将 模具包住，从而引起板材脱模困难，此时若将压缩空气通过模具真空孔进行反 吹，可以使板材与模具分离，有时还可采用在模具表面喷脱模剂的方式帮助板 件脱模。 1 2 2吸塑模具的介绍 图卜2 吸塑模具( 凸模) 成型原理示意图 吸塑件作为产品的一个重要功能件和外观件，其质量地好坏，对整个产品 的质量和销售起着重要地作用。而做为决定着吸塑件质量好坏的吸塑模具，更 4 是对整个产品的质量和销售起着至关重要地作用。 吸塑模是一种用于吸塑件真空吸塑成形的模具，图1 2 是一个典型的吸塑 模具( 凸模) 成型原理示意图。它的成型原理同前面的吸塑加工过程是一样地， 这里不再进行赘述。吸塑模具的零件可以分为3 大类：通用件、相似件和模具 件。 通用件：类似于标准件，它是在模具上通用的零件，如水管、气管、吊挂 螺钉等；相似件：即与设备相连的工装件，如承料板、压料框、安装板等，它 的外围尺寸因为和固定的吸塑设备相连是不变地，内部尺寸是随着模具件的尺 寸地变化而变化地；模具件：即与模具形状有关的零件，如模具本体、抽芯机 构等，模具件通常是按照厂方提供的产品图进行设计【7 1 。 在吸塑模具的整个设计过程中，对于通用件，可以直接选用；对于相似件， 只要改变几个尺寸就可以完成设计；对于模具件，也可以通过参数化设计技术 来完成。 下面是对吸塑模具前期的规范设计中的抽真空孔、水气管地设计地一般介 绍。 ( 1 ) 抽真空孔的设计 一般来说，箱体凸模大平面上孔的直径为0 8 m m ，间距为1 0 0 1 5 0 m m 。 模具侧面层条凹槽内的真空孔的直径为l m m 。在模具最上部分4 0 m m 凹 槽内圆角处的真空孔数一般为8 个，孔与孔之间的间距为5 m m 。凹槽内其它地 方的间距为4 0 m m 。 一般来说，凸模周边圆角处真空孔的直径为0 8 m m ，孔与孔之间的间距 为4 0 m m ：模具底部四转角处4 0 r a m 距离的真空孔的间距为5 m m ，真空孔数为 8 个；底部的工艺凸筋两侧的真空孔的直径为1 2 m m ，孔与孔之间的间距为 4 0 m m 。 凸模顶部圆角部位需要增加真空孔，孔的直径为8 m m 。沿纵向方向的孔 的数量是4 个。 在模具壁厚较厚的地方允许用直径为4 m m 或6 m m 的接通孔接通。当钻 到距离表面3 5 m m 处，要改用规定的小钻头进行钻孔。 ( 2 ) 水、气管的设计 所有水管均要求为1 2 m m l m m 的紫铜管，并且铜管耐压值要大于等于 0 4 m p a 。 铜管地分布要均匀合理，管与管之间的间隔不能大于l o o m m 。为了保证 足够的通水量，弯曲位置的铜管不允许打折。 所有的水管要用锡铅6 0 0 埋在宽度为1 6 r a m 的水管槽内。水管挡边高为 1 6 m m ，厚为6 m m 。 水管与水管之间要用标准软管进行连接。 5 气管一般采用铜管来制作。管套和螺母要选用标准件，气管接头也要用 国标扩口式接头，当它与气缸螺纹不一致时需要对接头体进行加工【7 1 。 吸塑模具除了以上前期地规范化设计之外，还要对抽芯机构部分进行设计。 抽芯机构地设计是整个模具设计得难点所在，该部分在2 1 节中有具体地介绍， 这里不再给出说明。 1 3本课题研究的主要内容和现实意义 模具行业是制造业的基础，吸塑模具作为模具中的一种对轻工行业的发展 更是起着重要地作用。随着市场对模具产品需求地增长，随着高端家电产品对 模具质量要求地不断提高，随着企业自身地不断发展，本项目的合作企业一一 滁卅i 市经纬模具制造有限公司已经深切感受到：自主创新能力不强、技术进步 步伐不快已经制约了企业地进一步发展，具体表现在： 模具产品设计手段落后。虽然己全面采用计算机辅助设计，但大多数设计 人员仅能运用二维c a d ，对于模具这样的产品，二维c a d 不仅难以准确表达复 杂曲面，而且无法进行几何干涉检查。 模具产品设计过程不够规范。设计人员在产品设计过程中有较大的随意 性，出现粗( 心) 大( 意) 误差等低级设计错误地可能性较高，给图纸会审环 节带来沉重地工作负担，并且模具产品设计周期较长，不能适应市场快速反应 的要求。 本项目地实施将全面提升经纬模具制造有限公司吸塑模具的产品开发能 力，完成了以下任务： ( 1 ) 采用标准件库和参数化设计技术提高吸塑模具零部件地设计效率； ( 2 ) 依据吸塑件的三维c a d 模型快速生成模具本体的外形； ( 3 ) 对设计好的模具抽芯机构地运动及脱模过程仿真； ( 4 ) 系统集成。 虽然国内外对模具c a d 系统已有广泛和深入地研究，一些商品化的三维 c a d 系统如上海交大国家模具c a d 工程研究中心的冷冲模c a d 系统，武汉华中科 技大学模具技术国家重点实验室开发的塑料注射模c a d c a e c a m 系统h s c 2 0 等都被开发了出来。但检索发现，目前还没有本项目这样专供吸塑模具设计用 的软件或选配模块，这是本项目的创新点所在。 基于此，论文工作主要从以下几个方面考虑： 第一章：对模具c a d 在国内外地研究和应用概括、吸塑加工原理和吸塑模 具进行了论述，并对本课题研究的主要内容和现实意义做了概述。 第二章：详细的介绍了吸塑模具地构成和特点，并对吸塑模具三维c a d 系统的总体方案进行了说明。 第三章：对三维参数化设计技术做了简介，介绍了u g 二次开发技术和开 6 发工具，即在v c + + 集成环境下如何采用u g 得二次开发技术，m f c 技术和 a c c e s s 2 0 0 3 数据库建立平台，并对连杆式、斜抽式和杠杆式抽芯机构的参数化 设计的过程进行了具体地介绍。 第四章：对连杆式、斜抽式和杠杆式抽芯机构地运动仿真的实现过程进行 了介绍，并对吸塑模具脱模过程仿真使用到的虚拟装配技术进行了介绍。 第五章：介绍了吸塑模具三维c a d 系统的使用说明，具体从软件地安装过 程，自定义下拉式菜单地设计，三种抽芯机构的参数化设计模块的使用说明进 行了详细地介绍，最后对抽芯机构的运动及脱模过程的仿真模块的使用说明进 行了详细地介绍。 第六章：工作总结与展望。对本文所做的工作进行了总结，同时提出了论 文工作中有待改进的一些问题，并对该系统进行了展望。 第二章吸塑模具三维c a d 系统总体方案设计 c a d 技术对整个模具行业地发展起着非常重要的作用。模具c a d 在经历 了从二维到三维地发展的同时也给模具行业带来了巨大发展，尽管如此，目前 功能单一的三维c a d 软件已不能满足企业地发展需求，为此，本章对吸塑模 具的构成和特点作出了详细地分析和介绍，并对如何开发出吸塑模具的三维 c a d 系统给出了总体的设计方案。 2 1吸塑模具的构成和特点 吸塑模的常用材料为z l l 0 5 ，模具本体及抽芯块一般是由z l l 0 5 经砂型铸 造而成地，锌基合金因为其成本较高，厂家对其应用得较少，吸塑模具主要有 凸模和凹模两种( 如图2 1 所示) 7 1 。以下是对两种吸塑模具优缺点地比较。 箱胆制品凸模成型凹模成型 图2 - 1 成型方法示意图 凸模优点：模具尺寸缩小容易，外表面( b 面) 光洁，适用于汽车仪表盘等 要求外表面露在外面的零件；凸模缺点：材料厚度比凹模要厚，材料拉伸大， 内表面因为和模具接触，所以该表面粗糙【8 】。 凹模优点：内表面( a 面) 光洁，适用于冰箱、冷柜的箱胆以及浴缸等对内 表面要求较高的部件，在保证内表面尺寸的前提下，可以对板材厚度适当地减 小，从而达到节约材料的目的；凹模缺点：模具的尺寸参数不容易被掌握；模 具内部的尺寸容易被扩大，但是很难被缩小；吸塑时需要配置辅助成型工装【8 】。 总地来说，吸塑模具有以下的优点：模具结构简单，成本低廉，不必要整 副模具，仅制作凸模或凹模中地任何一个即可；能够被自由地设计和制作，且 修整起来也比较地方便；可以用来制作大、薄、深以及具有侧凹的塑件，制作 后的塑件的厚度、材质和色彩也可以去方便地更改；塑件的整个成型的过程可 以被观察到p j 。 吸塑成型的冰箱内胆在脱模时，模具上的凸出部分会阻碍吸塑件地顺利脱 出。由于冰箱内胆壁薄、强度低、容易被拉破，不宜采用强制脱模( 如下图2 2 所示) ，而应采用抽芯脱模。 8 图2 2 吸塑模具 由图2 2 中可知： 在处，由于模具本身的侧壁部分有个倾斜度，当塑件成形后，不能被直 接脱模，只有当模具侧壁的倾斜角度为o 时，才能使塑件顺利地脱模。为此， 将有倾角的侧壁部分做成活动块的形式，并用斜抽式抽芯机构对其进行力地作 用使其沿导轨方向作斜向上地运动，直至运动到足够地高度，塑件将可以顺利 地脱模。 在处，由于该处的模具呈现出上宽下窄的斜度，就会阻碍塑件地脱模， 为此将该处得特殊形状做成活动块，并采用杠杆式抽芯机构对其进行设计。脱 模时，塑件将活动块抬起并绕固定于模体上的一点翻转，直至塑件完全地脱模。 在处，由于该处的模具有凸起，塑件成形后，同样不能被直接脱模。为 此，将该处部分做成活动块的形式，并用连杆式抽芯机构对其进行力地作用， 直至活动块运动至模具体的内部。这样，此处部分在塑件脱模时就不会对塑件 产生阻挡，塑件就可以顺利地脱模。 综上所述，三处需要被设计成活动块，这些活动块又需要借助于抽 芯机构地作用才能完成各种抽芯动作，从而使吸塑件从模具上顺利地脱模。所 以，实质上吸塑模具设计地难点是如何对抽芯机构进行设计。 冰箱吸塑模通常有以下四种抽芯机构( 如图2 3 所示) ：直抽机构、斜抽机 构、杠杆式机构、连杆式机构。 9 上 上、 1 1 p 。 ，一翮 i 一一 s 心 、 力p 、啼a f 蜮， 上、 h k 上、? s 、 、 4 0 的一组参数。若点击“全部显示 按钮，则参数库内的所有参数都会被显示在界面中。 如果设计人员没有对气缸参数进行选择，就点击确定按钮，系统 会自动地弹出对话框提示设计者对气缸的型号进行选择；如果设计人员没有对 输入高度a 7 对话框输入数据就直接点击确定按钮，系统也会自动地弹 出对话框提示设计者对数据进行输入。 4 9 界面地设计同样除了具有上述的傻瓜操作功能外，还具有记忆性的功 能。当设计者设计完成之后，再点击界面重新进行设计时，上次设计过的主要 数据参数还会保留在界面中，为设计者提供参照，方便了设计人员地设计。 5 2 3杠杆式抽芯机构参数化设计的功能实现 ，曩豳翟翟翟翟冒墨磊赢赢i 。 运动仿真 | 斜抽式抽芯机本奄的参数化设计 玉舅。嚣器絮暖黧熏擎r 哥