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1、注射模具工作过程中的动画模拟第1章 绪论1.1注塑成型模具概述图1-1 化妆瓶盖用模具注塑用模具简称注塑模，主要用于热塑性制品的成型，但近年来也越来越多地用于热固性塑料的成型。注塑成型在塑料制品成型中占有很大比重，世界塑料成型模具产量中约半数以上为注塑模具。注塑模主要由成型零部件和浇注系统组成，使来自注塑机的熔融物料成型为适应于各种用途的制品。注塑过程中，塑料先加在注塑机的加热料桶内，塑料受热熔融后，在注塑机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具的型腔内固化成型，这就是注塑成型的简单过程。1.2注塑成型模具的分类及其典型结构1.2.1注塑成型模具的分类生产中使用的注
2、塑模具种类繁多，可从不同的角度分类。本论文要模拟模具的工作和装配过程，要对各类不同的模具结构进行精密的三维建模，因此本文按照模具的结构不同来对其进行分类：单分型面注塑模具，双分型面注塑模具，带活动镶件的注塑模具，横向分型抽芯的注塑模具，自动卸螺注塑模具，多层注塑模具，无流道注塑模具等。下文将主要针对单分型面，双分型面，斜导柱抽芯注塑模具以及目前应用广泛的潜伏浇口的注塑模具进行模拟。1.2.2注塑成型模具的典型结构注塑模具的结构是由塑件结构合注塑机的形式决定的。凡是注塑模具均可分为动模和定模两大部分。注塑时动模定模闭合成为型腔和浇注系统，开模时。动模和定模分离，通过脱模机构推出制品。定模安装在注
3、塑机的固定模板上，而动模则安装在注塑机的移动模板上。根据注塑模具上各个部分的作用，可细分为以下几个部分：成型零部件 包括凸模，凹模，型芯或成型杆，镶块等组成，是直接成型的部分。浇注系统 由主流道，分流道，浇口和冷料井构成，是塑料熔体在模具中的流动路径。导向部分 为了保证动模和定模在分开后重新闭合时的准确对中而设置的部件，通常有导柱，导套（孔）。分型抽芯系统 帮助带有外侧凹或者侧孔的塑件成型的部件，以便其顺利分型和脱模。推出机构 在开模过程中，将塑件和浇注系统从模具中推出的装置，包括推杆，推杆固定板，推板，主流道拉杆及复位杆等。排气系统 帮助排除型腔内原有的空气。模温调节系统 为满足注塑工艺对模
4、具温度的要求而设。1.3课题的研究意义和背景随着计算机技术和多媒体技术的迅速发展，利用多媒体进行知识传播已经成了打破地域限制的一种有效的教学方式。可以实现图文并茂、声音动画等综合信息的传递，提高了学生的兴趣，使得课堂教学生动活泼，更易接受。传统的教学方式是教师既讲又写，学生的学习质量在很大程度上取决于教师的教学质量。在目前高校学生扩招、4年学制逐步被弹性学制所代替之际，这样的问题更加突出。随着社会的发展，科学技术的进步，现代教学技术从远古的“耳听之术”，发展为现代的视听教学、程序教学、多媒体网络教学、网上虚拟教室等，进入了一个崭新的历史阶段。由于多媒体技术的不断发展，使用多媒体制作工具来制作多
5、媒体课件，会像现在人们使用笔和纸那样简单和方便。利用三维动画来表现塑料注塑模具中单分型面，双分型面，斜导柱抽芯和带镶块等典型注射模具的工作过程动画，能从外观上表现上述各类模具的具体形态，及其各子系统（成型系统，浇注系统，脱模系统，抽芯系统）的外观特征。该动画能完美再现塑件生产车间里各类注塑模具的各零部件的装配过程，模具工作过程，能实现不进生产车间就能对上述各种模具有个十分客观具体的感性认识，帮助学生在脑海中形成注塑模具的具体形象概念。在设计过程中，还附带有模具的零部件爆炸图，更细致的分析了模具内部装配情况。该设计不但可用于模具专业课多媒体教材用动画，也可以作为没有条件进工厂实习的模具自学者的自
6、学工具，还能作为模具设计工作者在设计初期的参考资料。1.4课题的研究内容a 用3ds max制作各种塑料模具零件，包括动定模板，凸模，凹模，导柱，导套，复位杆，推杆以及连接螺钉的建模；b 把零件装配成成型系统，浇注系统，脱模系统，抽芯系统，再将各系统装配成整套模具，并附有相关图片和文字说明；c 模拟上述各类模具的工作过程及其装配过程。第2章 课题支撑软件的比较和选择 2.1 3ds max 的选用3ds max是本设计的关键软件。与其它机械类相关建模软件相比，它不仅具有强大的三维建模，建立三维动画以及渲染的功能，还在高级建模，丰富的材质类型，精确的灯光模拟，复杂的动画设置和高级的全局光渲染等方
7、面有着其它同类型软件不可比拟的特色。其次，本设计侧重点在建模和表现模具的具体外观效果，对模具的外观尺寸要求较小，因此如果选用专业的机械制图软件则无法达到如此满意的视觉效果。另外，相对那些工作站级别的大型三维软件，它还有着体积小，对硬件要求低的优势。本设计主要利用它来建立模具的三维立体模型，配以灯光和材质最后通过其自带的渲染器渲染出高质量的图片，并利用其动画控制功能对各种类型的注塑模具的工作或装配动画进行逼真的模拟。图2-1 3ds max5.0的工作界面2.2 Photoshop 的选用 Photoshop是一款图像编辑软件，无所不能的图像编辑功能可以满足使用者丰富的创造欲望，这一特点正满足了
8、本设计中图片细致的后期处理要求。2.3会声会影的选用 会声会影是一套影片剪辑软件，具有其它视频工具无法替代的视频文件编辑功能，能独立编辑影片的视频，背景音乐和旁白解说音轨。本论文正是利用这些特有功能对3ds max渲染出的无声视频文件加上标题，转场效果并且配上背景音乐，使动画更加生动丰满，有声有色。第3章 立体模型建立3.1标准模架的选择模架是指由模板、导柱、导套和复位杆等零件组成但未加工型腔的一个组合体。标准模架是由结构、形式和尺寸都己经标准化并具有一定互换性的零件成套组合而成的一类模架。注塑模的结构虽然大有差异，但其共性也很多，因此，使用标准模架具有省时，省工和降低成本的重大意义。我国于1
9、990年颁布，实施了GB/T12556.1-90塑料注塑模中小型模架和GB/T12555.1-90大型模架两项国家标准。图3-1 派生型中小型模架3.1.1中小型模架GB/T12556.1-90规定，模架周界尺寸范围为560mm900mm，且模架结构形式为品种型号，即A1，A2，A3，A4 4个基本型品种和P1P9 9个派生型品种（图3-1）。模架的形式由其品种、系列、规格以及导柱导套安装形式等项内容决定。3.1.2大型模架 GB/T12555.1-90规定，大型模架周界尺寸范围为630mm630mm1250mm2000mm,主要适用于大型热塑性塑料注塑模。本设计由于重点在突出模具的工作过程和
10、装配情况，因此没有模拟全部的模架品种。为了配合教材，本设计只采用了目前教科书上应用较广的P2型模架作为主要载体来表现，其它品种模架的形态大同小异，在此不作累述。P2型模架的定模和动模均采用两块模板，设置以推杆推出塑件的机构组成模架。适用于立式或卧式注射机上。用于直浇道，采用斜导柱侧面抽芯、单型腔成型，其分型面可在合模面上，也可设置斜滑块垂直分型的注射模。3.2典型注塑模具的特征 在本设计工作开展之初，为了更加准确的表达清楚模具的内部结构，本组成员到模具车间进行了现场调查，通过工人师傅的讲解和部分照片资料的收集，笔者对本课题涉及的模具有了更加深刻的认识。此外，在设计中期，我们还到外校模具实验室参
11、观了注塑模具木结构模型，并进行了现场拆装实验，为设计提供了丰富的实践素材。现介绍本文将涉及的几种典型模具的具体特征。3.2.1单分型面注塑模具 顾名思义，在动模与定模之间只有一个分型面的注塑模叫单分型面注塑模，有些资料也将其称为两板式注塑模或标准模。具体特点是主流道开设在定模板一侧，分流道和测浇口设置在分型面上，开模后，塑件连同浇口，流料凝料一起滞留在动模一侧。动模中的顶出脱模机构在注塑机的顶杆驱动下，从动模上把塑件和凝料一齐顶出。图3-2所示是一种单分型面的注塑模具。图3-2单分型面注塑模具3.2.2双分型面注塑模具除了动模和定模之间的一个分型面之外，还设有另外一个具有辅助功能的分型面的注塑
12、模叫做双分型面注塑模具，又称作三板式注塑模。与单分型面注塑模相比，它又多了一个中间板（型腔版或浇口板）。图3-3所示为一个典型双图3-3 双分型面注塑模具1楔紧块 2斜导柱 3侧型芯滑块 4型芯 5固定板6支撑板 7垫块 8动模垫板 9推板 10推杆固定板11推杆 12拉料杆 13导柱 14动模板 15浇口套16定模垫板 17定位环图3-4 斜导柱抽芯模具分型面注塑模的结构示意图。开模时，由于中间板和定模固定板首先定距分型，从主流道中拉出流道凝料，当中间板运动到一定位置时，动模板和定模板分型，这时塑件因冷却收缩紧箍在凸模并随之运动而拉断浇口，自动截断塑件和浇注系统凝料。3.2.3侧抽芯注塑模具
13、 成型带有侧孔或者侧凹制件时，在注塑模具中设置斜导柱或斜滑块等侧向分型抽芯机构，利用开模力带动该机构作横向运动，并与制件分离，最后的脱模程序由顶出脱模机构实现。图3-4所示为斜导柱抽芯的注塑模具。3.2.4潜伏式浇口模具 由于这种模具在现阶段的模具行业中应用十分广泛，所以本文将此种类型的单独给出介绍。潜伏式浇口的断面形状和尺寸类似点浇口，它除了具备点浇口的特点外，其进料部分一般选在制件侧面或背面较隐蔽处，不至于影响制件的外观，同时可以采用较简单的两板式模具浇口进浇点潜入分型面的下方沿斜向进入型腔，在动模和定模分型或者推出时流道凝料和制件被自动切断，故分型或推出的时候必须有较强的外力驱动，对于强
14、韧的塑料，潜伏式浇口是不适用的。图3-5所示为潜伏式浇口示意图。图3-5 潜伏式浇口3.3三维模具模型的建立本文要实现三维动画的效果，首先要对各部分模具零件进行三维建模。对于此部分工作，本课题采用3ds max 5.0应用软件。首先对各类模具的单个零件进行建模，最后装配在一起成为完整的一套模具。下面对上述四种典型模具的建模过程进行详细阐述。3.3.1单分型面模具建模在这部分的模型建立中，笔者的主要工作有标准模架的模型建立，包括动模底板，支架，动模垫板，动模板，定模板，定模底板，推板以及推杆固定板等板类零件的建模；凸模和凹模的建模；杆类零件模型的建立，包括复位杆，推杆，拉料杆的建模；导柱和导套的
15、建模；最后还有浇口套，定位环的模型建立等。首先打开3ds max 5.0应用软件，建立标准模架。用createextended prmitives chamferbox命令创建倒角立方体，作为动模垫板，然后利用复制图3-6参数控制面板工具复制出其他模板，最后调整各自参数，如图3-6所示为参数调整工具面板，并利用对齐工具将它们调整到合适位置。这样，标准模架的模型建立基本完成（图3-7）。图3-7 模架 图3-8 凸模 图3-9凹模下面开始创建模具的成型系统部分零件。凸模和凹模是成型零部件中的重要部分，制件的质量主要靠其保证。本课题以成型倒角圆柱形瓶盖为例，因此凸模和凹模的形状也为圆柱体。利用createextended prmitivesChamfercyl命令创建倒角圆柱体，并调节其截面半径，高度及其倒角参数，然后再创建一个合适的圆柱体并调整它们的中心，使其在x和y轴上严格对中。利用“布尔和”运算，得到凸模的三维模型，最后效果如图3-8所示。同理，凹模的建立则需要利用“布尔差”运算从倒角圆柱体中减掉制件的部分，最后的效果如图3-9所示。导柱的主要作用是在合模过程中保证动模和定模部分的相对位置要求
