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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和期望改進(jìn)函數(shù)法的注塑成型工藝參數(shù)優(yōu)化 收到：2008年10月16日/接受日期：2009年9月24日/在線發(fā)布：2009年11月20日＃施普林格出版社倫敦有限公司2009。 摘要：在本研究中，提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的自適應(yīng)優(yōu)化方法，以優(yōu)化注塑過程。優(yōu)化過程旨在最小化注塑部件的翹曲，其中工藝參數(shù)是設(shè)計(jì)變量。 Moldflow Plastic Insight軟件用于分析注塑件的翹曲。模具溫度，熔體溫度，注射時(shí)間，包裝壓力，包裝時(shí)間和冷卻時(shí)間均被視為工藝參數(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法的組合用于構(gòu)建翹曲與過程參數(shù)之間的近似函數(shù)關(guān)系，代替優(yōu)化迭代中的昂貴的仿真分析。自適應(yīng)過程是通過預(yù)期的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的，這是一個(gè)填充的抽樣標(biāo)準(zhǔn)。雖然美國能源部規(guī)模小，但是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以平衡本地和全局搜索并趨于全局最優(yōu)解。作為示例，蜂窩電話機(jī)蓋和掃描儀的調(diào)查。結(jié)果表明，提出的自適應(yīng)優(yōu)化方法可以有效降低注射成型件的翹曲。 關(guān)鍵詞：注塑成型；優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)期改進(jìn)功能。 1介紹 注塑成型是生產(chǎn)塑料制品中最廣泛使用的工藝。注塑模具可分為填充，填充后和開模三個(gè)階段[1]。在生產(chǎn)過程中，翹曲是最重要的質(zhì)量問題之一，特別是塑殼制品。其中一些研究成果已經(jīng)證明了薄殼塑料件的優(yōu)化[2-9]，可以通過修改零件的幾何形狀或改變模具的結(jié)構(gòu)或調(diào)整工藝參數(shù)來減小翹曲。零件設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)通常在產(chǎn)品開發(fā)的初始階段確定，不容易改變。因此優(yōu)化工藝參數(shù)是最可行和最合理的方法。塑料注射成型中的一個(gè)重要問題是在制造前預(yù)測(cè)和優(yōu)化翹曲。許多文獻(xiàn)一直用于翹曲優(yōu)化。 Lee和Kim [10]利用改進(jìn)的復(fù)合法優(yōu)化了壁厚和工藝條件，以減少翹曲程度并減少翹曲的70％以上。 Sahu等人[11]優(yōu)化工藝條件，通過組合實(shí)施改進(jìn)復(fù)合法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來減少翹曲。他們的研究結(jié)果表明，這些方法可以有效地減少翹曲。盡管這些方法可以有效地減少翹曲，但是他們是昂貴且費(fèi)時(shí)的，因?yàn)樗麄儓?zhí)行許多昂貴的功能評(píng)估。與這些方法相比，Taguchi方法[12-14]更容易執(zhí)行和可以分析有效因素，但只能得到工藝參數(shù)更好的組合，而不是設(shè)計(jì)空間中的最優(yōu)解。翹曲是過程參數(shù)的非線性隱性函數(shù)，通常由解決方案用無限元方程估計(jì)。一般來說，復(fù)雜的任務(wù)通常需要巨大的計(jì)算成本。因此，為了降低翹曲優(yōu)化中的計(jì)算成本，許多研究人員引入了Kriging替代模型，人工中性網(wǎng)絡(luò)（ANN），響應(yīng)面法和支持向量回歸等代替模型。高等[15-17]通過將克里金替代模型與改進(jìn)的矩形網(wǎng)格法和預(yù)期改進(jìn)（EI）函數(shù)方法相結(jié)合，優(yōu)化了工藝條件以減少翹曲。 Kurtaran等人將遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)面法結(jié)合起來，以優(yōu)化過程參數(shù)來減少塑料部件的翹曲[18,19]。 Zhou等[20]使用支持向量回歸模型和遺傳算法優(yōu)化注塑工藝。他們的結(jié)果表明，基于替代模型的方法可以降低翹曲優(yōu)化中的高計(jì)算成本，遺傳算法可以有效地接近全局最優(yōu)設(shè)計(jì)。 在這項(xiàng)研究中，模具溫度，熔體溫度，注射時(shí)間，包裝壓力，包裝時(shí)間和冷卻時(shí)間被認(rèn)為是工藝參數(shù)。 拉丁超立方體設(shè)計(jì)（LHD）獲得小尺寸實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并通過MoldFlow Plastic Insight軟件評(píng)估翹曲值。 提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的自適應(yīng)優(yōu)化。 自適應(yīng)過程由EI函數(shù)執(zhí)行，其可以自適應(yīng)地選擇附加采樣點(diǎn)以改善代理模型并找到最佳值[17]。 這種方法被視為有效的全局優(yōu)化[21]。 數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，該方法可有效降低翹曲。 圖1：ANN模型的配置 圖2：結(jié)合ANN / EI優(yōu)化的流程圖 圖3：蜂窩電話蓋板的中平面模型 2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ANN是非線性問題的模擬和預(yù)測(cè)的強(qiáng)大工具。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括許多高度互聯(lián)稱為神經(jīng)元的處理單元。每個(gè)神經(jīng)元對(duì)加權(quán)輸入求和，然后對(duì)所得到的和應(yīng)用線性或非線性函數(shù)以確定輸出，并且它們都被分層排列并通過過度連接組合。 典型的ANN是反向傳播網(wǎng)絡(luò)（BPN）[22-26]，已被廣泛應(yīng)用于許多研究領(lǐng)域。 BPN具有分層的前饋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，每層的輸出直接發(fā)送到上層的每個(gè)神經(jīng)元。 雖然BPN可以有多層次，但所有的模式識(shí)別和分類任務(wù)都可以用三層BPN來實(shí)現(xiàn)[27]。 表1：工藝參數(shù)范圍 圖4：優(yōu)化前蓋的翹曲 通過向網(wǎng)絡(luò)反復(fù)呈現(xiàn)一系列輸入/輸出模式集來訓(xùn)練BPN。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過調(diào)整其神經(jīng)元之間的權(quán)重來逐漸“學(xué)習(xí)”輸入/輸出關(guān)系的興趣，以最小化實(shí)際和預(yù)測(cè)輸出模式之間訓(xùn)練集的誤差。培訓(xùn)后，使用不在訓(xùn)練集中的一組單獨(dú)的數(shù)據(jù)來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的性能。當(dāng)均方誤差（MSE）達(dá)到最小值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練被認(rèn)為是完整的，權(quán)重是固定的。本文采用一層隱藏三層ANN模型，模具溫度（Tmold），熔體溫度（Tmelt），注射時(shí)間（tin），包裝壓力（Ppack），包裝時(shí)間（tpack）和冷卻時(shí)間（tc）都被視為輸入變量，翹曲被認(rèn)為是輸出變量。因此確定ANN的輸入層和輸出層的神經(jīng)元數(shù)。通過試驗(yàn)確定中間層的神經(jīng)元數(shù)。輸入層和隱層之間的傳遞函數(shù)為“Logsig”，隱層和輸出層之間的傳遞函數(shù)為“Purelin”，列車功能函數(shù)為trainlm，性能函數(shù)為MSE，學(xué)習(xí)周期為50,000，學(xué)習(xí)速率為0.05，動(dòng)量因子為0.9。本文使用的ANN的配置如圖1所示1。 圖5：優(yōu)化后蓋的翹曲 表2：優(yōu)化結(jié)果 3 EI方法 ANN可以被用作從觀察數(shù)據(jù)“學(xué)習(xí)”的任意函數(shù)近似機(jī)制。 ANN用于構(gòu)建翹曲與過程參數(shù)之間的近似函數(shù)關(guān)系，代替了優(yōu)化過程中仿真程序的昂貴分析和重新分析。一般來說，近似函數(shù)可能具有許多極值點(diǎn)，使得采用此類函數(shù)的優(yōu)化算法收斂于局部最低。這里介紹了EI算法，以接近全局優(yōu)化解決方案。EI涉及計(jì)算改進(jìn)給定的點(diǎn)。它是用于檢測(cè)確定性函數(shù)的全局最小值的順序設(shè)計(jì)策略的啟發(fā)式算法[17,21]。 它可以平衡本地和全球搜索。 在某些點(diǎn)x進(jìn)行采樣之前，Y（x）的值是不確定的。 候選點(diǎn)x處的Y（x）通常用分布，并且使用ANN預(yù)測(cè)器給出方差。如果當(dāng)前的最佳函數(shù)值為Ymin，則可以實(shí)現(xiàn)ANN預(yù)測(cè)器的改善。 這種改善的可能性由正常密度給出： (1) 然后，通過整合密度來發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的預(yù)期值： (2) 圖6：掃描儀型號(hào) 表3工藝參數(shù)范圍 使用積分方程 2可以寫成： (3) 其中Φ和f是正態(tài)累積分布功能和密度函數(shù)分別和 (4) 方程式的第一個(gè)術(shù)語3是區(qū)別當(dāng)前最小響應(yīng)值Ymin和預(yù)測(cè)值在x處的值，由改進(jìn)的概率。因此，當(dāng)最小時(shí)，第一項(xiàng)是大的。第二術(shù)語是預(yù)測(cè)誤差σ（x）和正常密度的乘積函數(shù)f（u）。正常密度函數(shù)值大當(dāng)誤差σ（x）大時(shí)，并且接近Ymin從而預(yù)期的改善將趨于一般其預(yù)測(cè)值小于Ymin或很多預(yù)測(cè)不確定性。 這種填充采樣方法有一些優(yōu)點(diǎn)：（1）它可以智能地添加采樣點(diǎn)來改善ANN，所以它允許從小觀察數(shù)據(jù)“學(xué)習(xí)”；（2）可以避免搜索相對(duì)較大的區(qū)域功能值，降低計(jì)算成本；（3）它也可以避免添加一些靠近彼此的點(diǎn)設(shè)計(jì)空間并保持ANN預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性。 4基于改進(jìn)ANN的翹曲優(yōu)化方法 圖7：優(yōu)化前掃描儀翹曲 4.1翹曲優(yōu)化問題 翹曲最小設(shè)計(jì)問題可以描述為如下： 查找 x1,x2, ... Xm 最大化 (5) 服從 其中過程參數(shù)x1; x2; ... ; xm是設(shè)計(jì)變量和和是下限和上限第j個(gè)設(shè)計(jì)變量。目標(biāo)函數(shù)由等式3和4得出，其中Ymin和是電流最小值和翹曲的預(yù)測(cè)值。 4.2收斂標(biāo)準(zhǔn) 收斂標(biāo)準(zhǔn)在此滿足： (6) 其中Δr是給定的收斂公差，Ymin是樣本中的最小函數(shù)值。左邊是一個(gè)最大預(yù)期改善之間的比例最小功能值。因此，Δr可以不給出考慮幅度，Δr= 0.1％。 4.3優(yōu)化程序的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)綜合ANN模型和EI功能方法如圖1所示2。 表4：優(yōu)化結(jié)果 5手機(jī)蓋翹曲優(yōu)化和掃描儀 5.1優(yōu)化問題 在本節(jié)中，兩次翹曲優(yōu)化的結(jié)果舉例說明。這些旨在顯示集成ANN模型的效率和準(zhǔn)確性EI功能方法 第一個(gè)例子是手機(jī)套。它是由3,780個(gè)三角形元素離散，如圖1所示 3。其長度，寬度，高度和厚度分別為130，55，11和1 mm。該材料是聚碳酸酯（PC）/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯。 模具溫度（Tmold），熔體溫度（Tmelt），注射時(shí)間（錫），包裝壓力（Ppack），包裝時(shí)間（tpack）和冷卻時(shí)間（tc）被認(rèn)為是設(shè)計(jì)變量。 量化目標(biāo)函數(shù)翹曲（x）通過平面外位移，它們是兩者之和最大上下變形參考Moldflow Plastics Insight中的默認(rèn)平面軟件。約束由下部和上部組成對(duì)表1中給出的設(shè)計(jì)變量的約束模型，在這里用于近似翹曲（x），即由方程式 2。 模具溫度范圍和熔體溫度是基于Moldflow Plastics推薦的值洞察力，注射時(shí)間，包裝壓力，包裝時(shí)間和冷卻時(shí)間由制造商的經(jīng)驗(yàn)決定。 首先，LHD選擇十個(gè)樣品，然后用Moldflow Plastics Insight軟件對(duì)每個(gè)樣品設(shè)計(jì)翹曲所對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行運(yùn)行，得出最后一個(gè)翹曲與變形的近似函數(shù)關(guān)系，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建工藝參數(shù)仿真，代替昂貴的仿真分析優(yōu)化迭代。 解決了基于EI函數(shù)的優(yōu)化問題在這里使用順序二次規(guī)劃[28]。預(yù)期的改進(jìn)表面可能是高度多模態(tài)的，因此難以可靠地優(yōu)化。首先，通過1000個(gè)隨機(jī)選擇點(diǎn)和EI函數(shù)值計(jì)算來構(gòu)造近似執(zhí)行數(shù)學(xué)函數(shù)。找出EI最大點(diǎn)，然后將功能值選擇為一個(gè)初始設(shè)計(jì)。在此外，樣品中具有最小翹曲值的點(diǎn)被選擇為另一個(gè)初始設(shè)計(jì)，即兩個(gè)優(yōu)化過程在每個(gè)迭代執(zhí)行。在與仿真分析比較，這些過程消耗的時(shí)間非常短，可以忽略。 圖8：優(yōu)化后掃描儀翹曲 需要20次迭代才能獲得優(yōu)化解， 結(jié)果見表3。圖4和圖5顯示優(yōu)化前后的翹曲值，分別為（表2）。 第二個(gè)例子是掃描儀。 蓋子離散由8,046個(gè)三角形元素組成，如圖1所示。它是由PC模具溫度（Tmold），熔體溫度（Tmelt），注射時(shí)間（錫），包裝壓力（Ppack），包裝時(shí)間（tpack）和冷卻時(shí)間（tc）作為設(shè)計(jì)變量。通過平面外位移量化目標(biāo)函數(shù)翹曲（x），這是最大和最小的變形參考在Moldflow Plastics Insight軟件默認(rèn)的平面的總和。約束由上下限組成，設(shè)計(jì)變量見表3。 模具溫度范圍和熔體溫度是基于Moldflow Plastics推薦的值洞察，注射時(shí)間，包裝壓力，包裝時(shí)間和冷卻時(shí)間由制造商的經(jīng)驗(yàn)決定。 圖9：每個(gè)因素對(duì)手機(jī)蓋翹曲的個(gè)體影響 初始十個(gè)樣本由LHD選擇；25次迭代后獲得最優(yōu)解。結(jié)果如表4所示。圖7和圖8分別表示優(yōu)化前后的翹曲。 6討論 表2和表4顯示了幾個(gè)工藝參數(shù)處于極限的邊界。 圖9和10顯示每個(gè)因素對(duì)翹曲的影響等，所有其他因素分別保持在最佳水平。 圖10：每個(gè)因素對(duì)掃描器翹曲的個(gè)別影響 圖9和10顯示了高熔體溫度和短注射時(shí)間是理想的。翹曲值隨著熔體溫度的變化，從260°C到300°C非線性減小。這是因?yàn)檩^低的熔體溫度流動(dòng)性不好，可能導(dǎo)致早期形成冷凍皮膚層，將產(chǎn)生更高的剪切應(yīng)力和阻塞流。如果沒有足夠的時(shí)間釋放剪切應(yīng)力，翹曲將增加。然而翹曲值隨注射時(shí)間非線性增加。對(duì)于薄壁注模部件，長注射時(shí)間可以增加冷凍表皮層與熔融芯層的比例。它可以阻止流動(dòng)，并導(dǎo)致更高的流量剪切應(yīng)力和材料中更多的分子取向。翹曲值僅改變包裝時(shí)間的周期，當(dāng)包裝時(shí)間長于某些值時(shí)，翹曲值幾乎不變。圖9和10還顯示，當(dāng)改變其他工藝參數(shù)（如包裝壓力，冷卻時(shí)間和模具溫度）時(shí)，翹曲值的變化是不規(guī)則的。翹曲值取決于所有工藝參數(shù)的綜合影響，所有這些工藝參數(shù)應(yīng)通過優(yōu)化提供。 7結(jié)論 在本研究中，提出了一種綜合ANN模型和EI函數(shù)法，以最大限度地減少注塑件的翹曲。這種方法的目的是優(yōu)化一些近似功能訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。優(yōu)化過程可以從由一組采樣點(diǎn)訓(xùn)練的近似函數(shù)開始，然后通過EI函數(shù)將最佳采樣點(diǎn)添加到訓(xùn)練集中。優(yōu)化的每一次迭代包括訓(xùn)練近似函數(shù)和優(yōu)化EI函數(shù)?？紤]到EI功能可以將相對(duì)意想不到的空間考慮在內(nèi)，以提高ANN模型的準(zhǔn)確性，并快速接近全局優(yōu)化解決方案。隨著應(yīng)用程序，手機(jī)蓋和掃描儀的調(diào)查，在優(yōu)化中只需要少量的Moldflow Plastics Insight分析，因?yàn)閮蓚€(gè)示例的第一次迭代需要一組幾個(gè)采樣點(diǎn)（只有十個(gè)采樣點(diǎn)）并且每次迭代的后續(xù)操作只將一個(gè)采樣點(diǎn)添加到集合中。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，所提出的優(yōu)化方法對(duì)于減少注射成型件的翹曲是有效的，可以快速收斂到優(yōu)化解。雖然這些實(shí)例的設(shè)計(jì)變量限于模具溫度，熔體溫度，注射時(shí)間，包裝壓力，包裝時(shí)間和冷卻時(shí)間，但本方法也適用于更多的工藝參數(shù)。 然而，還有兩個(gè)問題。第一個(gè)是開發(fā)有效的優(yōu)化算法。因?yàn)镋I功能是具有尖銳峰值多模態(tài)的，所以很難找到最佳解決方案。第二個(gè)是針對(duì)一些優(yōu)化方法開發(fā)的，以確定BPN學(xué)習(xí)框架中的一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如學(xué)習(xí)周期，學(xué)習(xí)速率，動(dòng)量因子和隱藏神經(jīng)元數(shù)量，使網(wǎng)絡(luò)的收斂速度快速穩(wěn)定。計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展。 致謝：作者衷心感謝中國國家自然科學(xué)基金重大計(jì)劃（10590354）對(duì)這項(xiàng)工作的財(cái)政支持，并感謝Moldflow公司為本研究提供仿真軟件。 參考文獻(xiàn) [1] Shen CY, Wang LX, Li Q (2007) Optimization of injectionmolding process parameters using combination of artificial neural network and genetic algorithm method. 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Wang (*) State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian, 116024 Liaoning, China e-mail: guixum@dlut.edu.cn 16 摘 要 為了熟練掌握模具制造這個(gè)占機(jī)械行業(yè)很大份額的行業(yè)的知識(shí)，對(duì)方套管注塑的模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)又是對(duì)四年來所學(xué)機(jī)械方面知識(shí)的一次綜合運(yùn)用的機(jī)會(huì)，所以相對(duì)的重要。通過老師的指導(dǎo)下與在圖書館、網(wǎng)絡(luò)自學(xué)了很多模具方面的知識(shí)，了解到模具技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 方套管模具是注塑模具中比較典型的模具當(dāng)然也有它自身的特點(diǎn)。典型在于它是方柱形，內(nèi)有貫通的圓形孔，形狀比較規(guī)則，相對(duì)比較對(duì)稱；它的特點(diǎn)在于柱子的長度相比于截面的圓直徑比較大，所軸向長度很大，而且他的一個(gè)面上有圓柱凸臺(tái)且有通孔。所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮測(cè)抽芯，哈呋分型的設(shè)計(jì)等很多問題。在設(shè)計(jì)過程中，主要對(duì)模具的型芯、型腔、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)進(jìn)行了精密的計(jì)算和合理的選擇。設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了Pro/E和Auto CAD軟件，根據(jù)制件的零件圖繪制了模具的各個(gè)零件圖和裝配圖。 關(guān)鍵字：模具；機(jī)械；Pro/E；Auto CAD ABSTRACT In order to master the mold manufacturing machinery industry accounted for a large share of the knowledge of the industry, the other casing injection mold was designed. This design is a four years to learn the mechanical aspects of the knowledge of a comprehensive use of the opportunity, so the relative importance. Through the guidance of the teacher and in the library, the network self-taught a lot of mold knowledge, understand the level of mold technology has become a measure of the level of a national manufacturing an important symbol, and to a large extent determine the quality of the product, Efficiency and new product development capabilities. Square casing mold is a typical mold in injection molds, of course, has its own characteristics. It is characterized by the fact that the length of the column is larger than the circle diameter of the section, and the axial length is large, and it is characterized by the fact that the length of the column is larger than that of the cross section. One side has a cylindrical boss and has a through hole. So in the design must consider the test core, Ha Fu classification design and many other issues. In the design process, the core of the mold, cavity, gating system, guidance system and stripping system for a sophisticated calculation and a reasonable choice. The design of the main use of the Pro / E and Auto CAD software, according to the parts of the parts of the drawing of the mold parts and assembly drawings. Key words: mold; machinery; Pro / E; Auto CAD  目 錄 第一章 塑件成型工藝分析 1 1.1塑件結(jié)構(gòu)分析 1 1.2 塑件材料分析 1 1.3 注射機(jī)的選擇 2 第二章 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 4 2.1 模具分型面的確定 4 2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 5 第三章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 3.1 主流道的設(shè)計(jì) 6 3.2分流道的設(shè)計(jì) 7 3.3冷料穴的設(shè)計(jì) 7 3.4澆口的設(shè)計(jì) 8 第四章 成型零部件設(shè)計(jì) 9 4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 4.2成型零件的鋼材選用 9 4.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 9 第五章 模架的確定與模板校核 11 5.1模架的確定 11 5.2 模板各尺寸的校核 11 第六章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 第七章 脫模推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 7.1推桿位置的設(shè)置 13 7.2 推桿形狀及固定形式 13 7.3脫模力的計(jì)算 13 7.4側(cè)推出零件尺寸的確定 14 7.5校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力 15 第八章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 8.1冷卻介質(zhì) 16 8.2冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算 16 第九章 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 謝辭 19 參考文獻(xiàn) 20 大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 塑件成型工藝分析 1.1塑件結(jié)構(gòu)分析 所給課題為帶側(cè)臺(tái)方套管，該塑料制件外形看似簡單，但在設(shè)計(jì)這套模具時(shí)，需要同時(shí)考慮主型芯過長并且存在著側(cè)抽芯這些問題，故有一定難度。本設(shè)計(jì)的塑件壁厚為2mm，適合注塑成型。精度等級(jí)按實(shí)際公差計(jì)算，由于是哈呋分型所以無需設(shè)計(jì)脫模斜度，當(dāng)分型時(shí)塑件因凸臺(tái)的存在，開模后制品掛在成型凸臺(tái)的哈呋上，再由側(cè)向脫模機(jī)構(gòu)使制品完全脫模。塑件的三維圖與二維圖。見圖1-1下圖所示。 圖1-1 1.2 塑件材料分析 （1）使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度，力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好；易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件，減摩零件，傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。 （2）成型性能 據(jù)參考文獻(xiàn)[1]P20可知，ABS塑料呈淡黃色不透明，非結(jié)晶塑料，ABS是無定型聚合物，無明顯熔點(diǎn)，熔融流動(dòng)溫度不太高，在160~190℃范圍具有充分的流動(dòng)性，而且熱穩(wěn)定性較好，在約285℃時(shí)才出現(xiàn)分解現(xiàn)象，因此具有較廣的加工溫度。ABS具有有一定的吸濕性，故在成型之前要對(duì)其進(jìn)行干燥處理。 （3）HDPE主要性能指標(biāo)如表1—1所示。 表1-1 HDPE主要性能指標(biāo) 密度/g.cm^3 1.02～1.08 彎曲模量/Mpa 1400 壓縮強(qiáng)度/Mpa 53 潔凈度/% 80～95 拉伸強(qiáng)度/Mpa 38 剪切強(qiáng)度/Mpa 20～36 屈服強(qiáng)度/Mpa 50 拉伸模量/Mpa 1400 抗彎強(qiáng)度/Mpa 80 熔融溫度/℃ 160～190 彎曲強(qiáng)度/Mpa 25～40 比熱容/J/kg/℃ 1470 1.3 注射機(jī)的選擇 注塑是ABS塑料最重要的成型方法，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，為了生產(chǎn)出合格的塑料制件，除了應(yīng)掌握注塑成型工藝過程外，還應(yīng)對(duì)所選用的注塑機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面的了解。注塑機(jī)是塑料注塑成型所用的主要設(shè)備。注塑成型時(shí)模具安裝在注塑機(jī)的動(dòng)模板上，通過注塑機(jī)的液壓鎖模機(jī)構(gòu)使動(dòng)模具處于合模狀態(tài)。這就需要較核該模具所需要的鎖模力。是否在注塑機(jī)允許范圍內(nèi)。另外模具的開模行程和最大閉和高度都應(yīng)該通過較核。經(jīng)分析，本設(shè)計(jì)適應(yīng)采用螺桿臥式注塑機(jī)。其螺桿式注塑機(jī)的工藝參數(shù)如下表1-2： 表1-2 材料所需的注塑機(jī)工藝參數(shù) 注塑機(jī)類型 噴嘴形式 噴嘴溫度/℃ 料筒溫度/℃ 螺桿式注塑機(jī) XS-ZY-500 直通式 180~190 前段 中段 后段 200~210 210~230 180~200 模具溫度/℃ 注射壓力/ MPa 保壓力/ MPa 注射時(shí)間/s 50~70 70~90 50~70 3~5 保壓時(shí)間/s 冷卻時(shí)間/s 成型周期/s 成型溫度/℃ 15~30 15~30 40~70 160~190 根據(jù)以上的注塑機(jī)的工藝參數(shù)以及注塑量、注塑壓力等各方面要求先初步選用XS-ZY-500型臥式注塑機(jī)，該注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表1-3： 根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]P70可知，以注塑機(jī)注射能力為基礎(chǔ)，每次在注射量不超過注塑機(jī)最大注射量的80%，按公式計(jì)算模具的型腔數(shù)： n=(0.8G-m2)/m1 式中：G——注塑機(jī)的最大注塑量（g）； m1——單個(gè)塑件的質(zhì)量（g）； m2——澆注系統(tǒng)質(zhì)量（g）。 n=（0.8x500-15）/95 n≈4.05 模具型腔個(gè)數(shù)選一模四腔。 表1-3 XS-ZY-500型臥式注塑機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 注塑機(jī)型號(hào) XS-ZY-500 理論注塑量/ cm3 500 注塑壓力/MPa 140 鎖模力/10kN 350 螺桿直徑/mm φ65 開模行程/mm 700 最大注射面積/ cm2 1000 最大模具厚度/mm 450 最小模具厚度/mm 300 噴嘴球半徑/mm 18 噴嘴孔直徑/mm 7.5 推出兩側(cè)中心孔徑/mm 150 推出兩側(cè)孔徑/mm 24.5 推出兩側(cè)孔距/mm 530  第二章 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 2.1 模具分型面的確定 分型面是分開模具取出塑件的面，是模具動(dòng)、定模的分界面。分型面的選擇受到塑料件的結(jié)構(gòu)形狀，壁厚，尺寸精度，嵌件的形狀及其位置，塑料件在模具中成型的位置，脫模的方法，澆注系統(tǒng)的形式及位置，模具的類型，排氣的方式，模具加工制造的工藝甚至成型設(shè)備結(jié)構(gòu)等因素的影響，一般選擇分型面是要考慮以下幾點(diǎn)： 1.便于塑料件的脫模，開模時(shí)，塑料件應(yīng)盡可能的留在動(dòng)模之中，但本設(shè)計(jì)中，考慮到經(jīng)濟(jì)性以及模具的緊湊性，故將主型芯設(shè)計(jì)在定模一側(cè)。分型面的選擇應(yīng)有利于側(cè)面分型與抽芯；要有利于合理安排塑料件在模具中的方位，即型腔的方位； 2.要滿足塑料件外觀質(zhì)量要求 3.能保證塑料件的尺寸精度要求，可以滿足其使用，配合要求 4.有利于防止溢料和考慮飛邊在塑料件上的位置，以及飛邊修出的難易程度 5.要有利于排氣 根據(jù)本設(shè)計(jì)中的塑料件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要求，結(jié)合分型面選擇原則等因素，本設(shè)計(jì)屬于型腔完全在哈呋一側(cè)，故分型面如圖2-1所示: 圖2-1 2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 1.型腔數(shù)目的確定 本設(shè)計(jì)通過計(jì)算為一模四件，故型腔數(shù)量為一模四腔。 2.型腔的布置 型腔的排列涉及模具的尺寸，澆注系統(tǒng)的平衡，抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模具在開模時(shí)的受力平衡等問題，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)各方面情況進(jìn)行綜合考慮，并在設(shè)計(jì)中進(jìn)行必要的修改，以達(dá)到完善的結(jié)果。本設(shè)計(jì)中，由于制件是帶側(cè)孔的方套管，加之要求一模四件，并且結(jié)合澆注系統(tǒng)的合理性為了簡化模具結(jié)構(gòu)和均衡進(jìn)料，故采取單排列式S形的方式布置。 第3章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，他將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流道凝料順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和沖模時(shí)間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。 1.主流道尺寸 （1）主流道長度：小型模具L應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2）主流道小端直徑：d=注射機(jī)噴嘴尺寸+（0.1~1）mm=（3+0.5）=3.5mm （3）主流道大端直徑：d2=d+2Ltanα8mm，式中α=4°。 （4）SR=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+(1~2)mm=（14+2）=16mm 2.主流道的凝料體積 3.主流道當(dāng)量半徑 4.主流道澆口套的形式 主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購。主流道小端入口處與入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對(duì)材料的要求較嚴(yán)格，因而盡量小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。設(shè)計(jì)中常采用碳素工具鋼（T10A），熱處理淬火表面硬度為50~55HRC。其結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示： 圖3-1 3.2分流道的設(shè)計(jì) 分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)能使塑料熔體的流向得到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，并且能夠充分的充滿型腔；要保證各型腔之間的距離恰當(dāng)，以保證排布冷卻水道，螺釘?shù)?，并有足夠的截面積承受注塑力，同時(shí)還要盡量縮短流道的長度，降低澆注系統(tǒng)的凝料重量，是溫度降和壓力降盡可能的低。并且型腔和澆注系統(tǒng)的投影面積的重心應(yīng)盡量接近注塑機(jī)的鎖模力的中心。 分流道的布置：在多型腔注射模具中，分流道的設(shè)置形式分為平衡式和非平衡式兩種，一般以平衡式設(shè)置布局為佳，這樣可以達(dá)到各型腔能夠均衡的充填熔體，并且同時(shí)充滿各個(gè)型腔。平衡式是指主流道到各個(gè)型腔的分流道，其長度，形狀，斷面尺寸都對(duì)應(yīng)相等，因此可以獲得較高的制件精度，本設(shè)計(jì)中由于情況特殊，綜合所有因素考慮，只要采取中心對(duì)稱式排布的方式才最合理。 分流道截面形狀：實(shí)際設(shè)計(jì)中所采用的分流道斷面形狀有圓形，半圓形，矩形和梯形，U形。U形流動(dòng)效率低于圓形與正六角形，但加工容易，又比圓形與正方形流道容易脫模，故本設(shè)計(jì)中采用U形分流道。 1.分流道的長度 根據(jù)4個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，L分 取150mm。 2.分流道的當(dāng)量直徑 因?yàn)樵撍芗馁|(zhì)量m=pV=155.26g，所以分流道的當(dāng)量直徑為 D分=0.2654=6.13mm。 3.分流道的界面形狀 本設(shè)計(jì)采用U形截面。分流道的截面尺寸 D=6.13mm,所以H取6R取2.5。 4.凝料體積 （1）分流道的長度L=150×2=300 （2）分流道截面積A=29.5 （3）凝料體積V=2LA=300×29.5=8850=8.85 5.分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很高，一般取Ra1.25~2.5即可，此處取1.6，另外脫模斜度在5°~10°之間，這里的脫模斜度為5°。 3.3冷料穴的設(shè)計(jì) 在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機(jī)噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以內(nèi)約10－25mm的深度有個(gè)溫度逐漸升高的區(qū)域，這時(shí)才達(dá)到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動(dòng)性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對(duì)較低的冷料進(jìn)入型腔，便會(huì)產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個(gè)井穴將分流道延長以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。冷料穴位于分流道所在的動(dòng)模板上，其作用是收集熔體前鋒的冷料，防止進(jìn)入型腔而影響塑件的質(zhì)量。分流道冷料穴如圖3-2所示： 圖3-2 3.4澆口的設(shè)計(jì) 該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調(diào)整充模時(shí)間的剪切速率和封閉時(shí)間，因此采用點(diǎn)矩形澆口，有5°的脫模斜度，其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后的修正，且開設(shè)在哈呋上，從哈呋型腔的邊緣進(jìn)料。 側(cè)澆口尺寸的確定: H=nt=0.7×2=1.4mm B=cm L一般取0.5~2.5 L=0.7mm 第4章 成型零部件設(shè)計(jì) 4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模是用來成型制品外表面的模具零件，其結(jié)構(gòu)與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關(guān)，常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式、嵌入式、組合式和鑲拼組合式四種類型。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析本設(shè)計(jì)中采用組合式凹模，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會(huì)有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，便并于脫模。 （2）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模是用來成型制品內(nèi)表面的模具零件，常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式和組合式兩種類型由于凹、凸模件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度。如果凹凸模都采用整體式，優(yōu)點(diǎn)是加工成本低，但是常用模架的模板材料為中碳鋼，用作凹、凸模，使用壽命短，若選用好材料的模板制作整體的凹凸模，則制造成本較高。綜合考慮以上因素，凸模采用整體嵌入式。這樣既保證了模具的使用壽命，又不浪費(fèi)價(jià)格昂貴的材料，并且損壞后，維修、更換方便。 4.2成型零件的鋼材選用 根據(jù)對(duì)成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能。又因?yàn)樵撍芗榇笈可a(chǎn)，所以構(gòu)成成型腔的組合式凹模采用45鋼。對(duì)于凸模來說，由于脫模時(shí)與塑件磨損嚴(yán)重，因此鋼材也選用45鋼。鋼材淬火處理，硬度為43~48HRC。 4.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 型腔和型芯徑向尺寸的計(jì)算。根據(jù)《塑料模具成型手冊(cè)》：已知塑料件尺寸為Ls，Δ取1/2~3/4,本設(shè)計(jì)中取Δ=0.5,而磨損量為δz = Δ/6 。δz平均收縮率為Scp，本設(shè)計(jì)中取0.0055。設(shè)型腔的徑向尺寸為LM 按平均值計(jì)算方法可得下式： （1）主型腔徑向尺寸計(jì)算為：Ls =30mm （2）側(cè)型腔徑向尺寸計(jì)算為：Ls =20mm （3）主型芯的徑向尺寸計(jì)算為：已知塑料件的尺寸為ls =26mm （4）側(cè)型心徑向尺寸計(jì)算為：ls =16mm （5）主型腔深度尺寸計(jì)算為：Hs=150mm （6）主型芯高度尺寸計(jì)算為：hs =150mm （7）側(cè)型腔深度尺寸計(jì)算為：Hs=6mm （8）側(cè)型芯高度尺寸計(jì)算為：hs=8mm  第5章 模架的確定與模板校核 5.1模架的確定 1.模架類型的確定 根據(jù)本設(shè)計(jì)中模具的總體結(jié)構(gòu)：動(dòng)模兩板塊，一個(gè)槽塊，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)，因此選用A2型模架，但是由于槽塊厚度較大，需要廠家另行定做，其余部分均按標(biāo)準(zhǔn)選擇模架。 2.模具系列的確定 根據(jù)模具各部分的設(shè)計(jì)以及型腔的安排，本設(shè)計(jì)中型腔是直線分布的，故模架的長度要滿足型腔排列的總長，由于每個(gè)型腔的徑向尺寸不大，故寬度方面沒有太大的要求，只要足夠大于型腔的徑向尺寸即可；綜合考慮各方向的因素，本設(shè)計(jì)中最終決定選用尺寸選擇模架序號(hào)為8號(hào)系列模具。 3.動(dòng)模板、支撐塊厚度的確定 由于標(biāo)準(zhǔn)模架大致已經(jīng)選定，故按照標(biāo)準(zhǔn)選取動(dòng)模座板的尺寸為25mm。 動(dòng)模板的厚度，即標(biāo)準(zhǔn)模架中A板的厚度，根據(jù)《塑料成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取A板厚度為32mm。 槽塊，及本設(shè)計(jì)中的中間板，由于該板做成了槽塊，長度要求很大，故需要廠家另行訂制作，在本設(shè)計(jì)中，為滿足長度需求，動(dòng)模板B的厚度250mm。 本設(shè)計(jì)中，由于分型的距離很小，所以對(duì)墊塊C的要求不大，本設(shè)計(jì)中墊塊C取標(biāo)準(zhǔn)模架中的較小值即可，即墊塊高度C為100mm。 其余尺寸如頂板的厚度按標(biāo)準(zhǔn)模架為25mm，頂桿固定板厚度相應(yīng)為20mm。 剩余零件尺寸也均按標(biāo)準(zhǔn)模架選用。 5.2 模板各尺寸的校核 1.模架平面尺寸 315×315mm345×345mm(拉桿間距) 合格 2.模具高度尺寸415mm，350mm(最小)<415mm<450mm(最大) 合格 3.模具開模行程 s=65mm<325mm(開模行程) 合格。  第6章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí)，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排干凈，一方面將會(huì)在塑件上產(chǎn)生氣泡，接縫表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦，同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問題。通常排氣方式有以下幾種： 1．用分型面排氣 2．用型芯和模板配合間隙排氣 3．利用頂桿間隙排氣 4．用側(cè)型芯運(yùn)動(dòng)間隙排氣 5．開排氣槽 本設(shè)計(jì)屬于中小型注塑模具，結(jié)合制件本身特點(diǎn)，前四種排氣方式都可以在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用到，故采用分型面和推桿制件與側(cè)型芯以及頂桿孔之間的間隙排氣。  第7章 脫模推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題中，在模具設(shè)計(jì)總方案決定了該設(shè)計(jì)中的脫模機(jī)構(gòu)的類型，由于最終塑料制件留在側(cè)型芯中，故脫模機(jī)構(gòu)為一個(gè)主推帶動(dòng)側(cè)推的裝置。 推出裝置的設(shè)計(jì)原則必須滿足： 1.推出機(jī)構(gòu)必須可靠: 推出裝置的設(shè)計(jì)，必須使其工作可靠、配合合理、動(dòng)作靈活、制造方便、更換容易、機(jī)構(gòu)本身要具有足夠的剛度和強(qiáng)度，足以克服脫模阻力。 2.保證塑料制件不變形、不損壞： 故必須正確分析塑料件在成形之后對(duì)于型腔的附著力的大小和所在位置，以便合理的選擇推出方式以及確定合理的推出點(diǎn)，使之布置均勻合理，本課題中，最終塑料制件留在側(cè)型芯中，故必須分析計(jì)算出塑料因收縮對(duì)側(cè)型芯的包裹力，推出裝置要大于這個(gè)包裹力才能將制件從側(cè)型芯上推出，并且應(yīng)該合理安排推桿的數(shù)量，分布方式。 3.保證塑料表觀質(zhì)量良好： 設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí)，要求推出塑料件的位置要盡量的選擇在塑件的內(nèi)部或者是對(duì)塑料件表觀無大的影響的端面等部位 結(jié)合這些原則和本課題中塑料制件的特點(diǎn)，加之推桿零件結(jié)構(gòu)簡單、加工、裝配及更換方便，滑動(dòng)阻力較小，使用效果好，設(shè)置布局自由度大，故選擇推桿推出機(jī)構(gòu)。 7.1推桿位置的設(shè)置 結(jié)合本課題的方案圖，則推桿應(yīng)設(shè)置在脫模力大的地方，側(cè)型芯周圍塑料件對(duì)型芯的包緊力很大，所以可以在型芯外側(cè)塑料件的端面上設(shè)置推桿，本設(shè)計(jì)初步采用平均每個(gè)制件采用兩根推桿的平衡推出布置 7.2 推桿形狀及固定形式 綜合分析，A型推桿結(jié)構(gòu)簡單而且應(yīng)用廣泛，故采用A型推桿，尾部采用臺(tái)肩式結(jié)構(gòu)，臺(tái)肩的直徑D與推桿的直徑約差4～6mm,推桿直徑d與模板上相應(yīng)的推桿孔采用H8/f7或者H8/f8的間隙配合。推桿固定端與推桿固定板之間通常采用單邊為0.5mm的間隙，這樣設(shè)計(jì)既可以降低加工要求，又能在多推桿結(jié)構(gòu)情況下，不因?yàn)橛捎诟靼迳系耐茥U孔的加工誤差引起的軸線不一致而導(dǎo)致阻滯或卡死現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)中推桿采用T10A碳素工具鋼，熱處理硬度要求為50～55HRC，工作端配合部分的表面粗糙度要低于Ra0.8μm 。 7.3脫模力的計(jì)算 由于圓形孔為通孔，故脫模力即為制件對(duì)側(cè)型芯的包緊的脫模阻力，在脫模力計(jì)算中，將λ=r/t≥10的制品視為薄壁制品，反之，視為厚壁制品。 t——制品的壁厚2（mm） r——型芯的平均半徑8（mm） λ=r/t=8/2=4＜10,故本設(shè)計(jì)中為厚壁制品 本設(shè)計(jì)中側(cè)型芯為厚壁圓形，故制品對(duì)型芯包緊的脫模阻力計(jì)算公式如下： 式中：E——塑料的拉伸彈性模量（MPa）,ABS的E為1.91～1.98GPa,本設(shè)計(jì)中E=1.95GPa S——塑料的平均收縮率，ABS的S為（0.3%~0.8%），本設(shè)計(jì)中取S=0.5%=0.005 L——被包型芯長度（mm）,本設(shè)計(jì)中L=7mm f——制品與鋼材表面之間的靜摩擦系數(shù)，ABS的f取0.45 ——型芯的脫模斜度，取0 μ——塑料的泊松比，ABS的μ取0.3 K1——是由λ和決定的無因次數(shù) K2——厚壁制件的計(jì)算系數(shù)，其計(jì)算公式為： 故側(cè)抽芯的脫模力為96.36×4=385.44N 7.4側(cè)推出零件尺寸的確定 側(cè)頂桿直徑的確定：根據(jù)歐拉公式，可得推桿直徑d（mm）的公式： 式中：d——推桿的最小直徑，mm k——安全系數(shù)，可取k=1.5 L——側(cè)頂桿的長度，L=33mm F——脫模力，F(xiàn)=385.44N n——推桿數(shù)目,n=8 E——鋼材的彈性模量， 得d=7.86mm 綜合考慮，最終采用8根直徑為8mm推桿。 同上得出主推桿的的脫模力 推桿直徑的確定：根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，可得推桿直徑d（mm）的公式： 式中：d——推桿的最小直徑，mm K——安全系數(shù)，可取K=1.5 L——推桿的長度，L=128mm F——脫模力，F(xiàn)=1662N n——推桿數(shù)目,n=4 E——鋼材的彈性模量，MPa 得d=13.75mm 故取推桿直徑為d=15mm 7.5校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力 推出面積 = =402.12 推出應(yīng)力 =1.15MPa<22.5MPa 合格  第8章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到塑料制件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，合理的冷卻系統(tǒng)能改善塑料成型，減少塑件應(yīng)力的變形，改善塑料外觀質(zhì)量，提高塑料物理性能及提高生產(chǎn)效率。冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只進(jìn)行簡單的計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)忽略磨具因空氣對(duì)流，輻射以及與注射接觸所散發(fā)的熱量，按單位時(shí)間內(nèi)塑料溶體凝固時(shí)所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量。 8.1冷卻介質(zhì) ABS屬于中等粘度材料，其成型溫度計(jì)模具溫度分別為200℃和50℃`80℃。所以磨具溫度初步選定為50℃，用常溫水隊(duì)模具進(jìn)行冷卻。 8.2冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算 1.單位時(shí)間內(nèi)注入模具的塑料溶體的總質(zhì)量w （1）塑料制品的體積 （2）塑料制品的質(zhì)量 m=vρ=152.22×1.02=155.26g （3）塑件壁厚為2mm，可以查表知t冷=20.5s。取注射時(shí)間t注=4s，脫模時(shí)間為18s，則注射周期：t=t注+t冷+t脫=20.5+4+18=42.5s。由此得每小時(shí)的注射次數(shù)：N=（3600/42.5）=85次。 （4）單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量： W=Nm=631.98×85=53.71kg/h 2.確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量Qs，查表知ABS的單位熱流量Qs的取值范圍在（310~400）kj/kg之間，故可取Qs=370kj/kg 3.計(jì)算冷卻水的體積流量qv 設(shè)冷卻入水口的水溫θ2=22℃，出水到的水溫為θ1=25℃，取水的密度ρ=1000kg/m^3，水的比熱容c=4.187kj/（kg×℃）。則根據(jù)公式得 =53.71×370/（60×1000×4.187（25-22））/min=0.02637/min 4.確定冷卻水路的直徑d 當(dāng)qv=0.02637/min時(shí)，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔的直徑d=0.01m。 5.冷卻水在管內(nèi)的流速V V=4qv/（60×π×）=5.596m/s 6.求冷卻壁管與水交界面的膜傳熱系數(shù)h 因?yàn)槠骄疁貫?3.5℃，查表知f=0.67，則有 7.計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積A =53.71×370/(3.215×10000×(50-(22+25)/2))=0.0233㎡ 8.計(jì)算模具所需冷卻水管的總長度L 9.冷卻水管的根數(shù)x 設(shè)每條水管的根數(shù)l=315mm，則冷卻水路的根數(shù)為X=L/l=741.7/315=2.354根 本設(shè)計(jì)中由于塑件的總長太長，要使制件冷卻均勻，且滿足模架要求，最終決定采用單個(gè)哈呋三條總共六條直徑為10mm的冷卻水道直線形布置，以保證制件均勻冷卻。冷卻水道布置如下圖8-1所示： 圖8-1  第九章 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)于模具是必不可少的部件，因?yàn)槟＞咴陂]合時(shí)要求有一定的方向和位置，所以必須有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)只要起導(dǎo)向、定位作用，并且承受一定的側(cè)壓力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的類型有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式。 當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)模架時(shí)，因模架本身帶有導(dǎo)向裝置，故可以采用標(biāo)準(zhǔn)模架本身自帶的導(dǎo)柱，本設(shè)計(jì)中采用A型導(dǎo)柱，Ⅰ型導(dǎo)套，導(dǎo)柱導(dǎo)套數(shù)量為四個(gè)，導(dǎo)柱的直徑為32mm,導(dǎo)柱前端做成錐臺(tái)形，為了使材料具有堅(jiān)硬而耐磨的表面，韌而不易折斷的心部，因而本設(shè)計(jì)中選用T10A鋼經(jīng)過淬火處理，硬度為56～60HRC，導(dǎo)柱的固定部分的表面粗糙度為，而導(dǎo)向部分的表面粗糙度為。其中導(dǎo)柱固定部分與模板之間通常采用H7/m6的過渡配合方式，而導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分與相應(yīng)導(dǎo)套采用H7/f7的間隙配合方式。  謝 辭 三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)如白駒過隙，轉(zhuǎn)瞬即逝?；厥走@些日子里，我收獲了非常多，盡管在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我也苦惱過、迷茫過，但是通過自己不斷地努力，還有老師的幫助，同學(xué)和家人的鼓勵(lì)，我依舊順利的完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)并沒有想象中的完美，其中還是有很多問題和瑕疵，但是有時(shí)候做一件事情，不能太在乎結(jié)果，而是要重視其中的過程，因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束并不是最終的結(jié)果，整個(gè)過程中我們學(xué)習(xí)到的知識(shí)，才是真正最有價(jià)值的東西。 感謝我的畢設(shè)老師林盛老師，在他的悉心指導(dǎo)之下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利的進(jìn)行和完成。雖然林老師的工作非常繁忙，但是他總會(huì)盡可能每周都抽出時(shí)間與我們每個(gè)人見面，親自驗(yàn)收我們每個(gè)人的進(jìn)度，并給予指導(dǎo)和修改意見，有不懂的地方也及時(shí)為我們答疑解惑，在這里向林老師表示最衷心的感謝。 其次，在這三個(gè)月的日子里，我的同學(xué)，導(dǎo)員還有我的家人也一直給予我鼓勵(lì)，他們是我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的不竭動(dòng)力，我很幸運(yùn)我的身邊能有你們。 大學(xué)生活即將匆匆忙忙地過去，雖然我在這幾年中并沒有一直在努力的學(xué)習(xí)，甚至有一段時(shí)間對(duì)學(xué)習(xí)很厭惡。但這并不能影響著幾年我所經(jīng)歷的事情。我可以無悔地說：我之后努力過。大學(xué)四年，但它給我的影響卻不能用時(shí)間來衡量，這四年以來，經(jīng)歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。就要離開學(xué)校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個(gè)起點(diǎn)，在這里祝福大學(xué)里跟我風(fēng)雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會(huì)是絢爛繽紛。 最后感謝我的母校給我提供的求學(xué)機(jī)會(huì)，使我度過了四年寶貴的時(shí)光。這四年中，通過各位任課老師知識(shí)傳授，使我學(xué)到了不少的東西，這將使我在以后的學(xué)習(xí)和工作中處理問題的方法和經(jīng)驗(yàn)更加豐富。  參考文獻(xiàn) [1] 余冬容，程勝文主編.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.55-175 [2] 劉靖巖,郭慶梁，遲旭，宋柏.模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2005. 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