1、注射模具工作过程中的动画模拟 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 注塑成型模具概述 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
2、类 生产中 使用的注塑模具种类繁多，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。凡是注塑模具均可图 1-1 化妆瓶盖用模具 注射模具工作过程中的动画模拟 - 2 - 分为动模和定模两大部
3、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
4、，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
5、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
6、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学工具 ，还能作为模具设计工作者在设计初期的参考资料 。 注射模具工作过程中的动画模拟 - 3 - 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。 注射模具工作过程中的动画模
7、拟 - 4 - 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
8、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注射模具工作过程中的动画模拟 - 5 - 者丰富的创造欲望 ，这一特点正满足了本设计 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
9、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。 注射模具工作过程中的动画模拟 - 6 - 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 1990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。 3.1
10、.1中小型模架 GB/T12556.1-90规定，模架周界尺寸范围为 560mm 900mm，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 630mm 630mm1250mm 2000mm,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
11、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图 3-1 派生型中小型模架 注射模具工作过程中的动画模拟 - 7 - 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观了注塑 模具木结构模
12、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
13、型面的注塑模叫做双分型面注塑模具，又称作三板式注塑模。与单分型面注注射模具工作过程中的动画模拟 - 8 - 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 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 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
14、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 注射模具工作过程中的动画模拟 - 9 - 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
15、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
16、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，注射模具工作过程中的动画模拟 - 10 - 图 3-6 参数控制面板 推杆，拉料杆的建模；导柱和导套的建模；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 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
17、合适位置。这样，标准模架的模型建立基本完成 （图 3-7） 。 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
18、，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，其模型的建立稍显复杂。首先建立两个合适大小的圆柱体，调整好它们的相对位置后进行布尔和运算将其合并，然后利用 createstandard prmitivestube命令创建三个大小相同的圆管，调整到合适的位置，最后利用布尔差运算从刚才的复合几何体中减去这三个圆管。然后再建立一个圆管作为与该导柱相配合的导套。 同时选中刚才建立好的导柱和导套模型，将其复制三份，最后调整 好各自的相对位置，使导柱和导套一一对应配合。 导柱和导套的最终效果如图3-10 所示。 下面接着建立复位杆，推杆以及拉料杆模型 。这些同为杆类零件，建模的方式相同。首先 是建立两个圆柱体， 严格对中后 运用布尔和运算合并这两个圆图 3-7 模架 图 3-8 凸模 图 3-9 凹模
