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
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
图1-1 化妆瓶盖用模具 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
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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。
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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。
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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
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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，
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柱体，最后将复位杆复制三份，推杆复制七份，调整好各自的相对位置。由于这部分采用的是Z字头拉料杆，因此对拉料杆的末端还要进行处理。利用自由
图3-10 导柱和导套
图3-11 杆类零件
图3-12推板导柱及导套 曲线工具创建Z字形二维形状，然后用extrude拉伸命令将其拉伸至一定厚度，最后用拉料杆减去这部分形状即可得到Z字头拉料杆。杆类零件的全部效果图如图3-11所示。
为了推板能在固定的轨道上运动，这里还要建立推板的导柱及其导套的模型，其建立过程和复位杆以及拉料杆的大同小异，同样是建立首先利用圆柱体命令建立两个圆柱体，然后调节其形体参数和相对位置，最后用“布尔和”将它们合并成一个实体。其效果图为图3-12所示。
最后进行各部分连接螺钉的三维建模。在这套模具中，有连接动模底板，支架，动模垫板和动模板的螺钉，有连接推板和推杆固定板的螺钉以及连接定模板和定模底板的螺钉。首先用create\\extended primiti ves\\gengon命令创建正六边形棱柱，在用
布尔和运算将它与另一倒角圆柱体合并，然
图3-13螺钉建模 后建立一个弹簧模型，调整其显示参数，使其成为螺纹的形状，最后也将它合并至刚才制作好的复合几何体中，其效果图为图3-13。利用复制命令将其复制到其他位置，并调整好各自的长度，螺钉的模型建立即完成。
由于各杆类零件和螺钉都是装配在模架之中，所以最后还必须在模架中制作与各零件相配合的孔，这项工作可以利用布尔差
运算实现。
此外，再用圆柱体命令建立浇口套和定图3-14 单分型面注塑模具模型
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用create\\extended primitives\\oiltank命令创建油桶几何体，调节其参数使它的形状和大小复合斜导柱的特征，再创建两个圆柱体，将两个几何体应用布尔和运算合并，效果如图3-17所示。
图3-17斜导柱示意图
图3-18 组合滑块示意图
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第4章 三维动画的制作
动画是由一系列静止图像构成的，这些静止图像按一定顺序显示在用户的眼前，每个静止图像称为动画的一帧。动画非常适合表现模具的工作过程和装配过程，看过动画之后能十分清楚地了解模具结构。
3ds max5.0拥有强大的动画制作及渲染功能，利用其自带的动画编辑和渲染器能轻松实现三维动画的制作。如图4-1为该软件的动画轨迹视图。
图4-1 3ds max5.0动画轨迹视图
4.1单分型面模具工作过程动画的制作
动画的制作过程也都是大同小异，在此以单分型面的工作过程动画为例来说明动画的制作过程。 （1）分析动画过程
该部分动画可以分为5个过程。第一，注塑机开始工作，往模具型腔中注入塑料熔料；第二，注塑过程完毕，动模部分和定模部分开始分开，同时将制件和流道凝料一起和定模脱离一定距离（开模行程）；第三，推板在注塑机的驱动下推动塑料制件离开凸模；第四，脱模过程完成，动模和推板部分一起向定模方向运动，直到复位杆接触到定模板；第五，合模过程结束，并且推板的复位完成，准备开始下一周期的工作。 （2）设置关键帧
根据上述分析结果，可以在动画中设置关键帧：第0帧，即为各部分零件的初始阶段，动模和定模闭合；此后每隔20帧设置一个关键帧。第20帧，开模，此时塑料制件仍然在凸模上；第40帧，推出制件和凝料；第60帧，合模；
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使侧型芯滑块侧向运动完成侧抽芯动作，接着是推杆运动推出制件，最后合模并准备下一周期的注塑工作。
潜伏式浇口所用的是两板结构，其关键帧的设置和单分型面注塑模具十分相似，在此不作重复论述。
4.3装配过程动画的制作
在装配过程动画中，笔者将零件的运动轨迹设置为水平运动，并使各零件依次从屏幕两边“飞”入画面，以实现装配过程的模拟。由于零件数量较多，其关键帧的数量比起模具的工作过程动画来说更多，因此所需的动画时间也较长。具体的设置过程为依次把各零件拖入画面，然后点击关键帧设置按钮，最后选择合适的视频输出尺寸，渲染输出。
4.4静态图片的渲染出图
图4-3 渲染动画对话框
为了更清楚的反映模具结构，在配合三维动画的前提下，在此还渲染出更为清楚的静态图片，以弥补三维动画中未曾表达清楚的细节部分零部件。
首先将要显示出图的零件选中，单击右键选择“隐藏未选中零件”，然后放大视图，将零件显示在视图的显眼位置，最后架设好“灯光”和“摄像机”系统，调出渲染动画对话框。此处与渲染动画所不同的地方在于，在选择文件格式时，如果要渲染动画文件则选择“avi”格式，如果是图片，则选择“jpeg”格式，并勾选上渲染“single”，即指渲染单帧。
同样，此时的图片仍然比较粗糙，没有层次感，必须对其进行专门的后期处理才能达到更好的效果。
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以“单分型面注塑模具的工作动画”为例。播放初稿时，整个动画只有5秒钟，时间过短，整个模具的工作过程难以看清，而且视频开头缺乏标题和标题动画。
在“会声会影9”中打开这段影片剪辑，首先为动画加入标题。单击素材库右边的下三角按钮，在弹出的菜单中选择“视频”命令，在素材库中出现所有可用的视频素材，在此选择一个flash片段作为开头动画，持续时间为3秒钟左右，将其拉入时间轴中即完成标题动画的添加。然后单击“标题”命令，切换到标题面板，在整个项目的开始位置输入“单分型面注塑模具的工作动画”，并将其移动至预览屏幕中央，在窗口中播放影片就能看到标题动画持续大概3秒钟后转入模具动画的播放。
此后可以用调节影片播放时间的方法来调节其播放速度。单击选项面板中的“回放速度”按钮，打开回放速度对话框（图5-3）。移动调节按钮至满意为止。
图5-3 回放速度调节对话框
添加背景音乐的方法和添加标题动画差不多，这里可以在声音素材库中找到一段风格适宜的音乐，直接将其拖入背景音乐轨中，调节播放时间，并加入“淡入淡出”的效果，使文件的播放不至于太突然。
重新预览动画，就可以收到声色俱佳的视频文件效果。
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结束语
本文主要介绍了单分型面，双分型面，斜导柱抽芯和潜伏式浇口注塑模具的工作和装配过程的动画模拟。文中重点论述了模具的建模过程，动画的制作过程，并且还对图片和动画素材进行了后期处理，使其更容易被受用者接受。但是不足在未能对所有典型注塑模具的结构进行模拟，在已完成的工作中也存在许多缺陷，和预期的目标仍然存在一定的差距。
文章还附带对3ds max，Photoshop和会声会影等软件的应用进行了简单的比较，提到了它们各自的特点以及选用理由。
由于时间仓促以及相关知识和经验的缺乏，本文难免存在许多错误，恳请各位读者提出批评和指正。
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