模具成型零件工作尺寸計算程序的開發

周 敏

（中山職業技術學院，中山 528404）

0 引言

在模具成型零件上能夠可以用于直接成型塑件處的尺寸通常被稱為注塑模具零件成型的工作尺寸，主要包括以下幾類尺寸，分別是型芯的高度尺寸和徑向尺寸、型腔的深度尺寸和徑向尺寸、型腔中孔或凸起中心距的尺寸。模具成型零件的工作尺寸對塑件的精度具有非常重要的影響，主要受到原料成型收縮率、模具制造公差以及成型零件的損失的影響。目前，注塑模具成型零件工作尺寸的計算方法主要有平均收縮率法和公差帶法這兩種方法。目前，一些科學家結合實際情況在兩種方法的基礎上進行改進，并且形成了新的計算方法，但是仍然存在比較雜亂的缺陷。模具成型零件的工作尺寸比較多，可以根據成型零件尺寸的計算方法確定出模具成型零件的各類尺寸。模具成型零件的齒輪可以根據尺寸類別標注出成型零件的制造公差，公差的精度有利于模具成型零件的實際加工，但是成型零件工作尺寸的計算方法存在煩瑣、不準確的缺陷，而隨著計算機技術的不斷發展，可以利用利用計算機技術編制模具成型零件工作尺寸計算程序，從而可以實現模具成型零件工作尺寸的計算機輔助計算，進而可以指導注塑模具設計、提高注塑制品的尺寸精度、提高注塑模具制造的效率、增加注塑產品的質量，具有非常重要的實用價值。

1 模具成型零件工作尺寸的計算方法

由于平均收縮率算法存在制造偏差大、磨損量高的缺陷，塑件尺寸精度要求比較高后者塑件尺寸比較大的情況下，誤差會更大，因此，在模具設計時間公差帶法更受科研人員的青睞。

基于公差帶法的模具成型零件工作尺寸的計算算法為：利用模具成型零件的尺寸公差估算以及收縮的極值估算出模具成型零件工作尺寸的最大值（型芯類尺寸）或最小值（型腔類尺寸）。

注塑模具成型零件的工作尺寸計算算法為：利用模具最大的允許磨損量和模具成型零件的制造偏差對塑件的最大尺寸或最小尺寸進行驗算，驗算塑件的最大（最小）尺寸是否滿足公差要求。

型腔徑向尺寸的計算：

1）初算

型腔的最小徑向尺寸可以利用如下公式來計算：

式中，Lm表示型腔的基本尺寸，Smax表示塑件的最大收縮率，?表示塑件尺寸的公差，Ls表示型腔內徑尺寸的最小值。

2）驗算

根據預先設置的型腔允許的最大磨損量δc和制造誤差δz，驗證塑件的最大尺寸是否滿足公差要求，塑件的最大尺寸利用下式來進行計算：

式中，Lsmax表示塑件的最大徑向尺寸。如果要滿足上述驗算要求，必須保證：

在初算和驗算完畢后，根據制造公差，型腔的徑向尺寸可以表示為如下的形式：

利用相同的方法，模具成型零件的工作尺寸可以以下各式來計算：

1）型芯外徑lm的計算方法為：

2）型腔深度Hm的計算公式為：

3）修磨型芯上端面的型芯高度hm的計算公式為：

5）中心距Cm的計算公式為：

式中，Scp表示收縮率的平均值。

2 齒輪注射成型的模具成型零件工作尺寸計算

齒輪可以用于各種動力設備的傳動系統，通常情況下利用注塑成型的方法來進行制造。傳統的齒輪模具設計的主要流程為：1）繪制二維圖，并且進行工藝分析，根據工藝分析的結果設計出模具；2）繪制裝配圖和零件圖，制造模具；3）試模，并且生產制品，在使用中如果發現問題，再重新修改設計，返回模具設計環節。這樣就使齒輪的生產周期變長，并且會導致零件設計和制造之間產生矛盾，從而造成較大的經濟損失。因此，在設計過程中就應該提高零件成型尺寸計算的準確性，不僅能夠防止零件的超差，而且能夠保證模具設計的準確性，提高齒輪模具的設計效率，提高齒輪的質量。

利用上述模具成型零件工作齒輪的計算方法對齒輪模具成型零件的工作尺寸進行計算。注塑齒輪模具裝配圖如圖1所示。

分別計算出塑件圖樣齒輪為15、30、45、60、75、90、105mm時，齒輪模具成型零件工作尺寸的計算結果如表1所示。

圖1 注塑齒輪模具設計裝配圖

表1 齒輪模具成型零件工作齒輪的計算結果

表中，a表示注塑齒輪塑件圖紙尺度；b表示注塑齒輪塑件齒輪公差；c表示注塑齒輪模具成型零件齒輪；d表示注塑齒輪模具制造公差；e表示注塑齒輪塑件最大尺寸；f表示注塑齒輪圖紙上限和齒輪塑件最大實際齒輪的差值是否合格，差值為正表示合格，差值為負表示超差；g表示注塑齒輪塑件的最小齒輪；h表示注塑齒輪最小齒輪和齒輪塑件圖紙尺寸下限的差值是否合格，差值為正，表示合格，差值為負，表示超差；i表示注塑齒輪的總偏差；j表示注塑齒輪塑件的尺寸公差和齒輪塑件實際尺寸總偏差的差值，差值為正，表示合格，差值為負，表示超差。

為了能夠驗證公差帶法的優越性，利用平均收縮率法對注塑齒輪模具成型零件進行相同的計算，并且比較兩種算法的優劣，比較結果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中可以看出，在齒輪塑件圖紙尺寸上限和齒輪塑件最大尺寸的差值大于零以及齒輪塑件齒輪公差和齒輪塑件尺寸總偏差的差值大于零的要求上，利用公差帶法可以取得比平均收縮率法更好的效果。

圖2 注塑齒輪圖樣尺寸上限和齒輪塑件最大尺寸的差值比較圖

圖3 注塑齒輪塑件的公差和齒輪塑件實際尺寸總偏差的差值

3 模具成型零件工作尺寸的計算程序平臺

模具成型零件工作尺寸的計算比較復雜，為了能夠提高模具成型零件的設計效率，可以利用MATLAB軟件編制模具成型零件的尺寸設計程序，并且編制出可視化程序。MATLAB軟件的GUI模塊是一種先進的圖形用戶開發環境，計算的飛速發展改變了人和計算機的交互方式，目前，圖形界面交互是人機交互的主要形式，利用MATLAB的GUI模塊可以利用利用按鍵、文字說明、窗口等對象設計出人機交互界面，從而便于技術人員的使用。因此以MATLAB軟件的GUI模塊為模具成型零件工作尺寸的計算平臺，利用該模塊能夠更加方便、高效地對模具成型零件的工作尺寸進行計算，并且能夠分析模具成型零件尺寸的超差進行分析，進而能夠確保計算的準確性。

利用MATLAB軟件的GUI模塊設計模具成型零件工作尺寸的計算程序，界面如圖4所示。

圖4 模具成型零件工作尺寸計算的人機交互界面

模具成型零件工作尺寸計算程序共包括三個模塊，分別是：1）輸入數據模塊，可以輸入塑件尺寸公差、最小收縮率、最大收縮率以及模具制造公差；2）尺寸計算模塊，可以對模具成型零件的型腔內徑、型芯外徑、型腔深度、型芯高度、中心距根據上述算法進行所有參數的計算；3）分析模塊，可以判斷是否有超差現象，并且給出模具成型零件是否合格的結論。模具成型零件工作尺寸的計算流程如圖5所示。

圖5 模具成型零件工作尺寸計算程序流程圖

模具設計過程中，可以根據制品尺寸公差查SJ1372-78標準確定塑件等級，利用GB1800-79可以確定模具尺寸公差，并且需要計算出X值，因此，必須將以上標準以數據庫的形式存儲起來。利用SQL Server 軟件建立數據庫，分別將SJ1372-78、GB1800-79以及X值以表格的形式儲存起來，并且利用接口技術，在數據庫和MATLAB之間建立連接。

4 結束語

利用公差帶法對模具成型零件工作尺寸進行計算，可以提高模具設計的效率，并且能夠確保模具的質量。為了能夠提高計算效率以及使用的方便性，利用MATLAB軟件GUI模塊設計注塑模具成型零件工作尺寸的計算程序，可以快速、準確、高效地完成模具成型零件工作尺寸設計。

[1] 何冰強, 梁榮光, 王惜慧, 等.金屬電器底盒成型分析及模具設 [J].機械設計與制造, 2009, (4): 241-243.

[2] 李云程.模具制造工藝學[M].北京: 機械工業出版社,2008.

[3] 畢廣吉.Visual BASIC基礎與課件制作[M].北京: 電子工業出版社, 2002.

[4] 馮瑋.塑料齒輪成型工藝參數優化及注塑模具設計[J].武漢理工大學學報, 2009, 31(5): 744-748.