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塑料注射模具設計的軟件設計優(yōu)化
本論文描述的是為注射模具優(yōu)化過程中所應用的一種混合電腦軟件策略。在此過程中，所有的注射模具所應用的參數(shù)都被考慮在內(nèi)：模溫、熔融溫度、注射溫度和注射壓力?；旌闲碗娔X軟件策略是許多電腦軟件模擬系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和多層神經(jīng)網(wǎng)絡工作來優(yōu)化參數(shù)。適當?shù)姆治瞿M支持神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)展，它是使模具的設計成本降到最低，這種成本是復合模擬軟件所引起的。根據(jù)優(yōu)化的特點，一個仿真模擬系統(tǒng)被用來解決模具設計的優(yōu)化，可以用一個例子來表明這個先進策略的有效性。
1.前言
制造業(yè)工業(yè)為了塑膠產(chǎn)品是成長的迅速地在最近的年,和越來越多塑膠是使用廣泛地到替換為了金屬. 注射模制多數(shù)優(yōu)勢，例如簡略產(chǎn)品周期,卓越的表面產(chǎn)品的和容易地模子復雜的外形,因而它是最多的通俗模制過程為了制造熱塑性的部分. 一般它包含三階段，填補物,包裝和冷卻. 填補物舞臺是評論的舞臺在好質(zhì)量模制的產(chǎn)品. 在填補物舞臺,注射模制過程參數(shù)包括融化流程比率，注射壓，模子溫度和融化蛋彩畫，品.在過去,注射模制過程的設計是考慮過的到是“妖術”,哪個依賴沉重地在經(jīng)驗和專家的知識和牽連審判和錯誤過程. 最近,有的發(fā)展數(shù)字的模擬和聰明的技術,一些發(fā)展向注射模制過程的設計是已制成的.背風和使用更改復雜的方法到減少
翹曲在調(diào)整不同的表面厚度 [1].計劃接近到秤模子洞立基于在數(shù)字的模擬. 在秤流程,和剩余壓力是減少 [2]組合的神經(jīng)的網(wǎng)絡和數(shù)字的模擬到供應神經(jīng)的網(wǎng)絡 (BPNN) 預言者模型為了塑膠注射模制過程 [3].和發(fā)展聰明的系統(tǒng)為了塑膠的預言
注射模制過程參數(shù)在聯(lián)合兩者規(guī)則- 立基于和事-立基于接近 [4] 既定的規(guī)則設為了決定門的位置立基于在塑膠部分的分析. 門的位置是堅決的穿過推理有規(guī)則 [5].
發(fā)展系統(tǒng)哪個能將門位置最佳化立基于在最初的遮沒計劃. 系統(tǒng)使用軟件為了流程分析,和控制溫度微分的和原理的數(shù)[6].同樣地定期的上面,數(shù)字的模擬和人造的聰明
技術能改善塑膠注射的設計模制過程. 然而,過程設計安排倘若在. 這些方法雖然一般可行的是不最佳的. 軟的計算是方法學的社團那工作相乘配合作用地和供應柔韌性通知過程能力為了處理實在的曖昧境遇[8,9]. 軟的含義計算是到開拓公差
到完成溫順,健康和廉價的解答. 在那里是進行的努力到使成整體人造的神經(jīng)網(wǎng)絡,遺傳的算法和其他的方法學在軟的計算范例 [10]. 這紙贈品雜種最佳的模型在結合有神經(jīng)的網(wǎng)絡和遺傳的算法為了塑膠注射模制過程. 計算機-助手工程 (CAE) 軟件，,是使用到模擬塑膠的流程. 遺傳的算法 ( 氣體),哪個有高度能力到獲得全局最佳的解答, 是應用的到解決最佳的模型. 為了減少花費的計算起于數(shù)字的擬,BPNN是使用到建立近似的分析模型.在這紙,軟的計算接近到最佳化塑膠注射模制過程的,哪個聯(lián)合氣體和 NN,是計劃. 部分 2 贈品最佳的數(shù)學模型,包括目標功能的選擇和
設計變量. 在部分 3, 最佳的方法使成整體氣體和 NN 在軟的計算范例是討論詳細地. 部分 4 供應案例研究那舉例說明的請求計劃接近. 部分 5 結束紙和大綱一些為。
2. 最佳的模型為了注射模制過程
期間注射模制,在那里是多數(shù)過程條件哪個影響塑膠部分的質(zhì)量,例如融化流程比率，注射壓，注射時間子溫度和融化溫度. 不同的過程條件能提供不同的過失現(xiàn)象. 在發(fā)展中的最佳的模型,唯一的主修課過程考慮過的從可行性的觀點和溫順. 在訂購到描寫最佳化方法,黃油容器眼瞼有的最小厚度 1.5 毫米,是奶油
2.1 設計變量和目標功能
它是知名的那在那里是多數(shù)因素那有影響在部分的質(zhì)量，例如模子溫度,融化溫度，注射時間，注射壓,排設計 (風格，大小,門的位置) 和的幾何學部分. 為了考慮可行性和溫順,學習是集中鑰匙過程操作參數(shù),括模子溫度 ，融化溫度,注射時間和注射壓,贈予的遮沒安排設計和部分的幾何學. 模子溫度山脈從 50個到 75 o C,融化溫度 山脈從230 到 280 o C,注射時間山脈從 1.5 到 3.5上面的注射過程條件是立基于在數(shù)字的塑膠部分的質(zhì)量是測試在缺乏的學期或簡略開槍的存在，空氣陷阱,焊接線和翹曲. 它是知名的那簡略開槍, 空氣陷阱和焊接線是依靠的主要地在遮沒安排設計和部分的幾何學.同樣地定期的上面, 學習是集中過程操作部分那將是服從強烈的和局部機械的剩余壓力在部分,i.e. 部分的質(zhì)量. 而且,剩余壓力可能原因翹曲部分的 [11]. 在如此的部份中被允許的最大壓迫力應該是重要地小于最大的推薦. 到排除內(nèi)部的塑膠部分的壓力,目標功能選擇為了。
2.2 最佳的設計模型
的數(shù)學模型最佳化問題能一般是描述為跟隨:查找 最小約束. 的變量 設計變量的界限 xj,分別地.為了優(yōu)化塑膠注射模制過程, 最佳的設計模型能是表現(xiàn)依下列項:查找 到解決最佳化問題描寫在情緒商數(shù). 雜種策略，哪個聯(lián)合 CAE 軟件,氣體和BPNN,是使用. 在下一個部分, 策略是討論詳細地.
3.計算軟件接近到最佳的模型
在 方法學，個人工具,例如氣體，安和其他的工具,幕相乘配合作用地,勝于
競爭地,到提高彼此's 請求領土 [8].NNsM 是強大的工具為了的預言非線性和
有多數(shù)優(yōu)勢，例如厚重的平行,健康和知識在數(shù)據(jù)-富的環(huán)境 [11]. 氣體,哪個是
立基于在的機械學自然選擇和進展,有是應用的到最佳化問題. 氣體有多數(shù)優(yōu)勢 [13,14]. 首先,氣體能解決不同的最佳化問題廣告. 因為目標的引出和約束功能為了設計變量是不必需的. 為了另外的東西,氣體有更高的能力到獲得全局最佳的解答比慣例的最佳化算法,由于人口立基于搜尋機械學. 在最佳的模型為了塑膠注射過程,它是不可能的到獲得引出的. 因此,它是適當?shù)臑榱藲怏w到是應用的到解決最佳的模型. 的價值最大的剪壓力是獲得在商業(yè)的軟件, 然而,數(shù)字的計模擬是很花費的. 到避免眾多的詳細分析履行在,軟的計算策略,哪個使成整體氣體的屬優(yōu)勢和 MNN,是計劃依下列各項.。
3.1 近似的分析模型有 BPNN
人造的神經(jīng)網(wǎng)絡 ( 安) 是有效的一個工具為了解決非線性的問題. 代表性地,神經(jīng)的網(wǎng)絡 (MNN) 強大的映射能力為了非線性的問題 [16]. 在解決最佳的模型, 神經(jīng)的網(wǎng)絡是應用的到建立映射模型在中間最大的剪壓力和注射過程參數(shù)或變量,例如模子溫度),融化溫度,注射時間和注射壓的概要介紹神經(jīng)的網(wǎng)絡為了預言最大的剪
壓力是表明在無花果. 2. 那是,下列各項非線性的映射關系是既定的:) (3)
什么地方 D 是最大的剪壓力,X 指示向量設計變量的,指示非線性的功能關系在中間 D 和X. 期間最佳化程序,近似的模型上面的是使用到替換為了 Moldflow,為了避免花費的計算. 近似的執(zhí)行分析模型有 BPNN 是表明在無花果. 3. 程序棘手的是討論在下列各項部分.
3.1.1 選擇和常態(tài)化模范的
用四主修課過程的不同結合變量, 足夠的模擬是完成到補給標本為了多層神經(jīng)的網(wǎng)絡. 過程的價值條件是改變內(nèi)部上述的山脈.一般而言,活化功能使用為了多層神經(jīng)的網(wǎng)絡是 S 形的功能. 同樣地S 形的功能輸出是在間隔[0,1], 知識標本應該是依下列各項常態(tài)化:
x'j
=
xj_x(l)
j
x(u)
j_x(l)
j
(4)
3.1.2 Initialising 的結構
結構設計 MNN 包括決心數(shù)的躲藏層和神經(jīng)元的數(shù)在不同的層. R. Hecht-尼爾森計劃下列各項映射法則 [16].法則 1.贈予的任何ε _0 和任何的 L2 功能 f: [0,1] n _
Rn →房屋,在那里存在三-層后面的-增殖神經(jīng)的網(wǎng)絡那能近似的 f 到內(nèi)部ε低劣的正方形錯誤精確.立基于在上面的法則,的數(shù)躲藏層能是一個. 神經(jīng)元的數(shù)在輸入層必須相等的四，哪個是設計變量的數(shù),和數(shù)在輸出層是一個. 的大小躲藏
層是最多的重要體諒的一個就在那個時候解決實際的問題用多層神經(jīng)的網(wǎng)絡. 如果在那里是也很少的躲藏單位網(wǎng)絡將不學習任務. 在其他的手,所有也多數(shù)躲藏單位能降級知識比率和減少迅速有哪個有學問的映射是履行 [17]. 的民數(shù)記躲藏神經(jīng)元
能是堅決的大約在下列各項公式[18].H ??_n+m+ 一 (5)什么地方 H 是的大小躲藏層;n 和 m 是大小輸入的和輸出層,分別地;和 _ [1,10],哪個是常數(shù).。
3.1.3 訓練 MNN
后面的-增殖 (BP) 算法是應用的到火車MNN. 的重量 MNN 是首先設定隨便地初值.重復的程序是被采用的到調(diào)整重量依照到錯誤的引出在中間實際的和期待輸出. 程序是繼續(xù)的直到期待精確錯誤的是獲得. 重量分布式的在中間神經(jīng)元在不同的層能表現(xiàn)映射關系具體表達在標本。.
3.2 解決最佳的模型有氣體
氣體是應用的到解決最佳的模型描寫在情緒商數(shù).(2) 因為他們的潛在同樣地最佳化技術. 外形4 是流程表的最佳化策略有氣體.鑰匙程序棘手的能是定期的依下列各項.
3.2.1 選擇編碼方式
在氣體,人造的染色體是表現(xiàn)在的字符串有限的長度. 一般，在那里是二編碼方式,viz.二進位的編碼和十進的編碼. 為了二進位的編碼方式,小塊字符串的長度是堅決的在精確 [15].因此,十進的編碼方式是應用的在學期的特征最佳化問題. 讓 Xdenote 的一個的結果最佳化問題,和相應的染色體能是表現(xiàn)同樣地 V ??_x1,x2, ....., xn_. 染色體的長度和解決的矢量相等.
3.2.2 建造適當功能
到評價個人字符串的履行(染色體),適當?shù)倪m當功能應該是建造.正常地,適當功能改變從目標功能. 在這最佳化問題,目功能是最大的剪壓力,因而適當功能能是定義下列各項:
f(X) ??Smax_ D (6)
什么地方 Smax 是最大的剪壓力推薦為了材料,SAN 和 Smax ??0.5 MPa. D 是故意的在學期的情緒商數(shù). (3).
4. 結果和討論
為了證明的效力計劃最佳的模型,例子同樣地表明在無花果. 1 是討論在這部分.
4.1 建造近似的分析模型
同樣地定期的上面,近似的分析模型當仆人同樣地模子的功能近似者那地圖輸入變量溫度 (Tmould) ，融化溫度 (Tmelt),注射時間Tinj)和注射壓 (Pinj),到提供輸出哪個是最大的剪壓力(Sshear). 為了準備知識標本為了 MNN,模擬圖釘是進位外面的用 Moldflow 軟件系統(tǒng). 內(nèi)部價值不同的過程條件的間隔,54 設置數(shù)據(jù)的是公式同樣地輸入訓練數(shù)據(jù)為了網(wǎng)絡. 剩余的 10 組合習慣測試那發(fā)展大約的模型. 三-層神經(jīng)的網(wǎng)絡有 4 – 12 – 1 神經(jīng)元配置是使用到發(fā)展模型立基于在法則1 和情緒商數(shù). (5), 和后面的-增殖算法是使用到火車網(wǎng)絡. 網(wǎng)絡配置的參數(shù)是表明在桌子 1.之后訓練腳步,近似的履行模型是測試在 10 設置數(shù)據(jù)的拿走從模擬工作. 檢驗結果,同樣地表明在無花果. 5, 展現(xiàn)那預言價值和數(shù)字的結果是在好一致.最大的預言錯誤比率是至多 4.8%除了的一個價值 8.5%,哪個表示模型是意的一個從工程觀點。
4.2 最佳化結果和分析
最佳化問題是解決立基于在流程表表明在無花果. 4. 參數(shù)為了最佳化算是贈予的依下列各項: 個人的人口是 25,可能性天橋相等的 0.65,和突變的可能性是 0.12.最佳的解答是獲得之后 20 產(chǎn)生,和最佳化結果是表明在桌子 2.外形 6 表示比較在中間最初的安排和最佳的安排.它是表明從桌子 2 和無花果. 6 那最大的剪壓力故意的在最佳的模型是很接近于一個獲得在數(shù)字的模擬軟件. 在其他的手,最大的剪壓力有意義的的減少 24.9% 之后最佳化. 從最佳的設計,我們也發(fā)現(xiàn)那融化溫度通常遠的更多的結果比模子溫度在減輕體重法最大的剪壓力.。
5. 結束
注射模制過程的設計依賴沉重地在經(jīng)驗和專家的知識和牽連 trialand-錯誤過程. 改良的策略為了最佳化塑膠注射模制過程的是贈品在這紙. 策略聯(lián)合神經(jīng)的網(wǎng)絡和遺傳的算法在軟的計算范例. 近似的分析模型是發(fā)展有 BPNN 以致減少花費的計算必需的在數(shù)字的模擬,因而, 非二進位的遺傳算法是應用的到解決最佳化模型. 它是表明從例子那最佳化策略是有效的.在這紙,學習是集中過程操作參數(shù)，例如模子溫度，融化溫度,注射時間和注射壓. 在那里是其他的身體因素例如遮沒安排設計( 風格，大小,的位置門) 和部分那的幾何學是不拿走到體諒. 為了改善系統(tǒng)的能力,規(guī)則-立基于知識系統(tǒng)能是股份有限的到最佳化系統(tǒng)為了塑膠注射模制. 為了未來操作主要的關心是向更多的整合因素.承認報紙部分被國家的天然科學支援
P 的基礎. R. 中國 (60175019) 和年輕人基礎科學。
華北工學院分校畢業(yè)設計（論文）
摘要：本畢業(yè)設計是一篇關于汽車塑料保險杠注射成型模具的結構設計，文中詳細的介紹了模具設計過程及其相關計算，并對大型注塑模具成型零件的受力分析進行了初步探討。
該制品外表面為裝飾面，采用熱流道注射成型、定模頂出機構，澆口及推桿均設置在制品內(nèi)表面。設計有注射機的選擇、澆注系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、開合模設計系統(tǒng)等組成。制品適用于昌河牌小轎車。
關鍵詞：保險杠 注塑模具 熱流道
Abstract: This granduated paper presents a design of injection mould for auto safety guard used in motorcar which is made of plastics.The process of the design and the interrelated calculation are introduced in this paper.we also study the guarantee of the forced parts of this design.
The surface of the product is decorateing plane.It is made by thermo-injection road,still mold pushing system and filling gate,and the pushing staff is fixed inside surface of product. This design include choose of injecting machines; design of filling system; design of cooling and heating system;design in closure and separation of the mould and so on.The product can be used for changhe motocar’s safty guard.
keywords: safety guard; injection mould; thermo-injection road
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華北工學院分校畢業(yè)設計（論文）
前 言
畢業(yè)設計是每個畢業(yè)生所必經(jīng)的一個學習階段。它是在老師的指導下由學生獨立解決工程實際問題的過程。其基本目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、基礎知識和基本技能，分析與解決工程實際問題的能力。這對于培養(yǎng)我們勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，提高我們分析、解決問題的能力，培養(yǎng)我們正確的設計思想和工程經(jīng)濟觀點、理論聯(lián)系實際的工作作風、嚴肅認真的科學態(tài)度都具有重要意義。
塑料是20世紀才發(fā)展起來的新材料。目前世界上塑料的體積產(chǎn)量已經(jīng)趕上鋼鐵，成為當前人類使用的又一大類材料。我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑料制品的應用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門。塑料工程通常是指塑料制造與改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品與模具設計是塑料工程中的重要部分，是塑料工業(yè)中不可少的環(huán)節(jié)。
塑料材料的密度低，比強度高，又具有耐腐蝕性和絕緣性。在較多的品種中，有的耐磨性能良好，有的防震、抗沖性能優(yōu)異，有的耐疲勞性能突出。因而各種塑料制品在國民日常生活中得到了廣泛的應用，它的大量使用還由于它的可加工性可以用注塑、擠塑、熱成型和壓延等方法高效的生產(chǎn)各種制品；它又可經(jīng)纖維增強或改性，一定程度的改善制品所需的某些性能；另外塑料制品著色容易，又可多樣修飾，使它濃妝淡抹走進千家萬戶。塑料制品被大量使用是作結構件，如各種電子儀表家用電器和通訊設備等的機殼、機架和機座、建筑上的塑料管道板條和門窗。汽車上的前后保險杠、儀表盤和內(nèi)飾件。除此之外塑料件作為電絕緣零件，與金屬導體、半導體器件相輔相成。近年來透明塑料制品，從鏡片、光盤到照明燈具，又拓展了新的應用領域。
對于一件塑料件只有通過正確的制品設計，才能步入國民經(jīng)濟以至尖端技術的各個領域。因而在塑料制件的生產(chǎn)中我們工程技術人員必須熟悉制品設計和有關理論、方法，結構和造型。
塑料材料的粘彈性、強度和剛度，以及它的特殊的失效形式、使用壽命和可靠性設計是設計中的技術難點。另外塑料材料的機加工，模具的冷卻系統(tǒng)、模具精度，以及塑料件精度的取決因素和塑料件加工時的熔體流動或軟化變形的可行性也是如今塑料制品設計上的技術難點。
如今塑料件成型模具的生產(chǎn)效率不斷提高，注塑成型的熱流道模具已普遍采用，各種自動脫模機構已相當成熟，模具的冷卻系統(tǒng)的冷卻效率得到充分的利用。再者，計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的使用顯著提高了塑料模具設計和制造的效率和質(zhì)量，有效地縮短了模具設計制造周期。繼CAD和CAM技術成功地在模具設計和制造中應用后，此項技術向縱深方向發(fā)展。另外計算機輔助工程（CAE）也將成為塑料模具設計中一種重要的輔助軟件。
第一章 塑料制品和方案論證
第1.1節(jié) 制件介紹
圖1.1中所示為汽車保險杠簡圖
圖1.1
該保險杠塑料制品用于昌河小型汽車，它安裝汽車車尾部分。其外形尺寸1320×150×90，形狀為無蓋殼體，整個制品的平均厚度為5㎜。
保險杠選用PP塑料成型，PP塑料具有質(zhì)輕、原料來源豐富、性能/價格比優(yōu)越、易于成型、易于回收等特點，因而用途十分廣泛。但是均聚PP抗沖擊性能、低溫韌性、耐老化和尺寸穩(wěn)定比較較差，難以滿足汽車制件強度和沖擊強度均衡的要求。因此在汽車制件中普遍使用的是改性的PP料，其中PP/EPDM ，共混改性料就是最常用的一種。本設計選擇了DSM公司的PP/EPDM，牌號為IP2401/1，其主要加工性能如表1所示。
表1 PP/EPDM的主要加工性能
頂出溫度/℃
最低加工溫度/℃
最高加工溫度/℃
最低模溫/℃
最高模溫/℃
最大剪切速率/
90
220
260
40
60
24000
第1.2節(jié) 方案論證
本設計采用熱流道注射成型，不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，同時也節(jié)省了原料，它是大型模具的發(fā)展方向。設計中還采用了推板推桿聯(lián)合頂出可以解決大型注塑模具制品脫出困難的問題。設計中合理利用頂柱，從而解決了大型注塑模具尺寸跨度大難以滿足成型零件的剛度要求的矛盾。
當開模至一定距離后，動模板開始帶動拉板。繼續(xù)開模動作則由拉板帶動推板，并通過復位桿及推桿板帶動推桿與推板同時推動制品脫離定模鑲件。合模時，推桿由復位桿復位。
1.模具主要參數(shù)確定：
收縮率：本保險杠所選用的塑料原材料是化工研究院研制的PP改性材料，其收縮率為1.2%，設計時各項收縮率定為：徑向方向為1.18%，橫向方向定為1.28%，豎向方向定為1.2%。
2.模具材料的選用：型腔用Cr12，，該鋼韌性差，可用于載荷大的大型模具，型芯采用40Cr，頂板、墊板選用45#鋼，導柱、導套選用T8A、T10A淬火，頂桿用T8A，模腳選用A3，熱流道主體選用55#碳鋼調(diào)質(zhì)，噴嘴采用60Si2Mn高頻淬火。
第二章 有關注射機參數(shù)的校核
第1節(jié) 最大注射量的校核
大型塑料制品中所用注射成型機都是螺桿式，其最大注射能力通常以螺桿在料筒內(nèi)的最大推進容積表示。
成型所需要的注射總量應小于所選注射機最大注射量的80%：即
G1×80%＞m總質(zhì)量 （2-1）
式中 G1——注射機的最大注射量
m總質(zhì)量——塑料件加澆注系統(tǒng)凝料的總質(zhì)量
經(jīng)計算m總質(zhì)量大約為2400cm3，所以可以選用公稱注射容量為4000cmX S—ZY—4000型注射機。
PP為非極性的結晶性高聚物，吸水率低，約為0.03%～0.04%，注射時一般不需干燥。PP粘度適中，流動性好，設定料溫在220～260℃之間，模溫在60℃左右，用于成型生產(chǎn)的注射機主要技術參數(shù)如表2所示
表2
型號
XS—ZY—4000
公稱注射容量∕cm
4000
螺桿直徑∕㎜
130
注射壓力/MPa
106
注射行程∕㎜
370
合模力∕MN
10.0
S∕cm
3800
動模行程L∕㎜
1100
模厚h/㎜
1000
拉桿開距∕㎜
1050×950
模板開距∕㎜
2100
頂出形式
中心液壓頂出，兩側頂桿頂出
產(chǎn)地
上海
第2節(jié) 注射壓力的校核
在選擇注射機注射壓力時應選擇大于制品注射成型壓力的注射壓力。經(jīng)過查閱文獻本設計選擇的DSM公司的PP/EPDM的注射成型壓力約為85MPa，雖然本設計的制品件為薄壁制件，但是具有106MPa注射壓力的XS—ZY—4000型注射機是可以滿足要求的。
第3節(jié) 鎖模力的校核
塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔內(nèi)熔料的壓力之積，稱為鎖模力。所選注射機的鎖模力應大于模具所需的鎖模力，否則，模具在分型面容易被高壓熔融塑料所漲開。由上述得鎖模力計算公式如下：
F機＞PA （2-2）
式中 F機——注射機的鎖模力
P——模具型腔內(nèi)的熔料壓力
A——塑料件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和
模具型腔內(nèi)的壓力P一般取20～50MPa。
經(jīng)計算A≈0.198m2,則模具所需的鎖模力為3.96MN～9.9MN，所以上面所選的注射機符合要求。
第4節(jié) 開模行程的校核
單分型面注射模具所需的開模行程
S≥h1+h2+(5～10)mm (2-3)
式中 h1——頂出距離（或型芯高度）
h2——塑件加料把總高度
S——開模行程。
本設計中的模具開模行程不足2000mm,遠小于所選注射機的1100mm.
第三章 澆注系統(tǒng)的設計
根據(jù)保險杠的結構特征與外觀要求，模具的結構類型應采用多點澆口的三板式注射?；驘崃鞯滥＞摺，F(xiàn)采用熱流道注射成型，定模頂出機構，澆口及推桿均設置在制品內(nèi)表面。模具如圖3-1所示
圖3-1
無流道系統(tǒng)，這項新技術的開發(fā)乃是注射模具的一次重大改革。它的應用不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，同時也節(jié)省了原料。在大型模具設計中，無流道系統(tǒng)設計應用愈來愈廣，特別是熱流道模具，它是大型模具的設計方向[1]。具有以下獨特優(yōu)點：
⑴ 縮短成型周期，一般可達30%～40%。
⑵ 避免回收大量回頭料，從而節(jié)省原料，降低成本。
⑶ 由于嚴格控制溫度，因此提高了制品質(zhì)量，保證了制品的尺寸精度和強度。
⑷ 熱流道有利于壓力傳遞，從而可降低注射壓力。
⑸ 縮短開模行程，有利于保護模具，延長模具使用壽命。
⑹ 無需修剪料把，節(jié)省工時和人力。
⑺ 縮短制模周期，制品成本降低，在一般情況下生產(chǎn)成本降低16%
下面就熱流道澆注系統(tǒng)的具體設計簡述如下：
(1).噴嘴形式：本設計采用外熱式延伸噴嘴。
(2).澆注系統(tǒng)斷面尺寸：經(jīng)計算得到保險杠的體積約為2400cm3由使用的注射機的公稱注射了量Vmax=4000cm3，注射時間t=15秒，PP的體積流量qv為
qv== （3-1）
由《塑料成型工藝及模具簡明手冊》上的圖3-34γ-qv-Rn關系曲線查得主流道
的當量半徑Rn=3.7㎜（取γ=5.0×105s-1時，故主流道大端直徑D2=10㎜，小端直徑D1=8㎜，點澆口直徑d=2㎜。
（3）型腔壓力的估算。PP/EPDM的注射壓力pi為110～140Mpa，取pi=125Mpa則型腔壓力pM=kpi=0.4×125 Mpa=50 Mpa
第四章 加熱冷卻系統(tǒng)的設計
第1節(jié) 綜述
模具溫度調(diào)節(jié)有兩個目的：一是提高成型率，二是提高制品的質(zhì)量。注射成型時，對多數(shù)塑料來說，是把200℃左右的塑料熔體注入模腔內(nèi)，固化后當摩溫降低到50～60℃時取出制品。這個溫差若調(diào)節(jié)不好，不但影響熔料沖模，且易使制品翹曲變形和開裂。模具內(nèi)快速冷卻定型，是縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率的重要措施。
加熱是調(diào)節(jié)模具溫度的一個方面。為了保持一定的注射溫度，應對模具進行加熱。大型模具中，如果成型距離比較長，塑件壁厚，即使是低熔點塑料，為了防止沖模不滿，在初始注射時也應對模具進行加熱。
在模具內(nèi)設置冷卻系統(tǒng)是控制模具溫度的有效措施。為了縮短制品模制周期，總是希望模具溫度低一些，但是模溫太低會使塑件產(chǎn)生料流跡，熔接縫線（或熔接不牢），強度差和嚴重缺料等問題。模溫過高，雖然熔料流動性好，制品表面粗糙度小，力學性能好，但卻發(fā)生大的收縮，成型周期長并產(chǎn)生縮孔。因此，模具應保持一定的模溫，這樣就必須靠模具的加熱、冷卻系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。
第2節(jié) 模具冷卻分析
塑料注射模具的冷卻劑常用壓縮空氣、水和冷凍水，但其溫度不宜過低導致冷卻效率降低，一般選在10℃適宜。
對于大型模具最好以自來水冷卻，有條件時可用深井水冷卻，這樣較為經(jīng)濟。水在模具通道中的流速應盡可能高一些。就流動狀態(tài)來說，湍流比層流好。在湍流條件下，熱傳遞速率高于層流10~20倍。因為才層流中冷卻水以平行于冷卻通道壁的諸同心層運動，從而妨礙了模具向冷卻水散熱過程的進行。然而一旦達到湍流狀態(tài)，再增加冷卻水在管內(nèi)的流速，其傳熱速率并無明顯提高。
第3節(jié) 冷卻系統(tǒng)的分析計算
由產(chǎn)品圖得知，制品厚度為5mm，查表3-79[2]，得到制品在模內(nèi)冷卻時間tc為57.5s。由于該制品開模時無法自動墜落，須由手工取出。設開模取出制品的時間為15s，再加上注射時間15s，開模時間6.5s，閉模時間6s，故制品的成型周期T=100s
PP/EPDM帶入型腔內(nèi)的總熱量Qin：
Qin=nGq (4-1)
n=
查表3-78[2]得q=586J/g
G=(2400×0.904)g=2169.6g
則 Qin=nGq=（36×2169.6×586）J/h
=46339473.6 J/h≈46339KJ/h
(1)模具表面空氣對流所散去的熱量Q1。
Q1=h1A1(TMV－Tr) (4-2)
式中 Q1——單位時間內(nèi)通過自然對流散發(fā)到空氣中的模具熱量，單位為KJ/h；
h1——自然對流時的傳熱系數(shù)，單位為W/（㎡.K）；
A1——能夠發(fā)生自然對流的模具表面積，單位為㎡；
TMV——模具整體的平均溫度，單位為℃；
Tr——室溫，單位為℃。
計算得： Q1=2846KJ/h
(2)模具表面輻射到空氣中的熱量Q2
Q2=20.8AMC （4-3）
式中 AMC——模具四周與空氣接觸的側表面面積，單位為㎡；
——輻射率。
計算得： Q2=169 KJ/h
（3）模具傳給注射機的熱量Q3。
Q3=h3A2(TMV－Tr) （4-4）
式中 Q3——單位時間內(nèi)模具傳給動、定模固定板的熱量，單位為KJ/h
A2——動模座和定模座與注射機動、定模固定板的接觸面積，單位為㎡
計算得： Q3=21KJ/h
（4）冷卻水傳出的熱量Q4。
Q4=Qin－(Q1+Q2＋Q3) （4-5）
計算得： Q4=43303KJ/h
這些熱量應由凹模和型芯冷卻系統(tǒng)帶走?？紤]到型芯儲存的熱量多，且散熱條件差，故須強化冷卻，采用式（3-67）[2]的分配方案，則凹模冷卻系統(tǒng)應帶走的熱量
Q4凹模為
Q4凹模=0.4Q4=17321.2KJ/h
型芯冷卻系統(tǒng)應帶走的熱量Q4凸為
Q4凸=25981.8KJ/h
（5）凹模冷卻系統(tǒng)計算。設型腔最高溫度為60℃，最低溫度55℃，則型腔平均溫度為57.5℃。
①凹模所需冷卻水流量qv凹。設冷卻水進口溫度為20℃，出口溫度為25℃，由凹模冷卻水管帶走的熱量Q4凹將使水溫上升。由式
qv凹= （4-6）
計算得 qv凹==m3/min
=0.0138 m3/min
②凹模冷卻水管直徑d凹及流速v凹。由qv凹查表得 d凹=25mm，最低速度
v凹==
③冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱系數(shù)α。冷卻水平均溫度為22.5℃，查表得，取f=6.47，再由下式
kJ/(㎡.h.℃)
=7765 kJ/(㎡.h.℃)
④冷卻管道總傳熱面積A凹。
A凹=㎡=0.063㎡
該模具設計中，凹模冷卻水總傳熱面積遠大于0.063㎡，滿足要求?？梢钥紤]間歇式供水。
⑤所需凹模水道長度
L凹===0.81m
⑥流動狀態(tài)校核。
（4-7）
式中 Re——雷諾數(shù)；
——運動粘度。
故 Re==11725﹥10000
紊流，冷卻回路具有良好的冷卻效果。
（6）型芯冷卻系統(tǒng)計算
① 型芯所需冷卻水流量qv凸、管徑d凸及流速v凸。考慮到型芯成型面應具有型腔相同的平均溫度，仍取為57.5℃，冷卻水進口溫度仍為20℃，出口溫度取為27℃，則冷卻水平均溫度仍為23.5℃。欲從型芯中帶走25981.8KJ/h的熱量，所需冷卻水的體積流量為
=0.015
查表得水管直徑為20mm
最低流速=0.796m/s
② 冷卻水管面積
③所需脫模水道長度
實際設計3m,完全滿足要求。
第4節(jié) 冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻系統(tǒng)的設計好壞直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量。冷卻不均勻，會使制件翹曲變形，產(chǎn)生內(nèi)應力、開裂等。同時也影響塑件的成型周期，因而設計冷卻系統(tǒng)在整個塑料模具設計中占有較為重要的作用。在設計冷卻系統(tǒng)時應遵循以下原則：
（1）冷卻水孔數(shù)量多、尺寸大、間距小，冷卻效果好。
（2）水孔排列盡可能按型腔形狀排列，離型腔的距離視制件的壁厚情況而定。
（3）熱量聚集的地方加強冷卻（塑件壁厚處和熱澆口處）。
（4）降低入口和出口的水溫差，這樣就要求流程盡可能短而不要太長。
（5）在產(chǎn)生熔接痕處避免冷卻過度，以免影響熔接牢度。
（6）一般情況下，水孔的直徑不得過小，在8～12㎜之間選取較好。
本設計采用如圖4-1所示的貫通式水道，同時進行型腔和型芯的冷卻，水孔的布置按制件形狀而排列，這種冷卻在大型模具中較為合適。
圖4-1
第5節(jié) 加熱系統(tǒng)的設計
本設計的加熱系統(tǒng)分為兩部分：一是過長噴嘴部分用電熱線圈加熱；二是成型零件部分開機前的預熱——用熱水和過熱水加熱。
電熱線圈加熱系統(tǒng)結構簡單，使用方便，清潔衛(wèi)生，傳熱好，為要求模溫較高的大型塑料注射模所采用。但有局部過熱的缺點。
本設計中的冷卻水孔同時可作為開機前的預熱水道。
第五章 成型零件的設計
第1節(jié) 成型零件工作尺寸的計算
大型塑料注射模具零件工作尺寸的確定，不能采用中小型模具零件的計算方法，因為模具制造公差對中小型塑件尺寸精度影響很大，而塑料收縮率波動值卻對大塑件（即大型模具）尺寸精度影響很大。在計算時應根據(jù)原四機部制訂的塑件尺寸公差表和精度選用表為依據(jù)，同時考慮模具模具材料的熱膨脹率和塑件的綜合收縮率
綜合收縮率SQ=S－Q
其中S是塑料的收縮率
Q是模具成型零件材料的熱膨脹率
Q=α（T－T1）×100% （5-1）
式中 α—— 金屬材料膨脹系數(shù)（℃－1）
T——模具成型零件的加工溫度（℃）
T——模具常溫（℃）
查表得PP/EPDM的收縮率為S=1.0～2.5% =1.75%
Q=α（T－T1）×100%=12.8×10－6×（240－60）×100%=0.2304%
SQ=S－Q=1.75%－0.2304%=1.5196%
模具使用到額定壽命一半時的平均尺寸LMCP=LSCP＋LSCPSQ
5.1.1對型腔內(nèi)徑來說
LMCP=LM＋ （5-2）
即： LM= LMCP－（） （5-3）
減去修模余量，再標上制造公差，得：
LM= （5-4）
令，于是上式變?yōu)椋?
（5-5）
其中 LM為模具的單向公差名義尺寸
——模具成型零件的總磨損值
——模具成型零件的制造公差
——塑件制造總公差
對于大型制件，如果維持制造公差=，則加工精度低，而且隨著制件尺寸變大加工精度愈來愈低，因此大型制件的模具應?。?。
所以型腔的長度方向可以取=，查表得=4.5mm =0.45 mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=1320+1320×1.5196%=1340.06
==1339.61+0.45
型腔的寬度方向，查表得 =1.02mm
==0.20mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=150+150×1.5196%=152.28 mm
==152.08+0.20
5.1.2 對型芯外徑尺寸來說
即： LM= LMCP+ （5-6）
考慮上修模余量，再標上制造公差
令，于是上式變?yōu)椋?LM=
所以型芯的長度方向可以取=，
查表得=4.5mm
=0.45 mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=1310+1310×1.5196%=1329.91
LM===1330.36-0.45
型芯的寬度方向，查表得=1.02mm
==0.20mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=140+140×1.5196%=142.13 mm
LM==（142.13+0.20）-0.20=142.33-0.20
5.1.3型腔深度的計算
HMCP=HSCP+HSCPSQ=90+90×1.5196%=91.37mm
查表得：=0.64
取==0.128mm
HM==（91.37－0.064）+0.128=91.30+0.128
5.1.4型芯高度的計算
hMCP=hSCP+hSCPSQ=85+85×1.5196%=86.29mm
查表得=0.64 取==0.128mm
hM=(hMCP+)=(86.29+0.064)-0.128=86.35-0.128
第2節(jié) 型腔壁厚和墊板厚度的計算
5.2.1凹模型腔側壁厚的計算
本模具采用整體式矩形凹模型腔，其長邊側壁厚度依據(jù)下公式計算
tc= （5-7）
其中——模腔壓力，單位為MPa
E——材料的彈性模量，單位為MPa
——成型零部件的許用變形量
h——凹模型腔的深度
由前面的計算可知，h=90mm
=50MPa
查表得E=2.1×105 MPa
PP的允許變形量，查表可取=0.03 mm
當L/h=1320/90=14.67時
c=3L4/(2L4+96h4)=1.5
tc===92mm
考慮到凹模的側壁上開有4個直徑為130mm的導套孔，故取凹模側壁厚為340mm再考慮到模具結構，最后型腔壁厚都取約400mm。
5.2.2型腔底板厚度的計算
允許形變量=0.03mm時，按剛度計算
（5-8）
式中 c|-------常數(shù)
由底板內(nèi)壁邊長之比L/b而定。
當L/b=1320/150=8.8時
c|=3L4/(2L4+96b4)=1.4
==177mm
第3節(jié) 分型面的確定
在大型塑料注射模具中，分型面的選擇對模具的使用壽命、塑件尺寸精度、外觀質(zhì)量及是否脫模等有很大影響。開設分型面時應注意以下幾點：
（1）設計在不引人注目的位置或塑件斷面最大尺寸處。
（2）不能設在有凹坑和圓滑轉(zhuǎn)角處，應設在加工容易及便于處理、但又不影響美觀處。
（3）設計時澆口位置的選擇及加工問題。
但實際大型模具分型面時應考慮熔料充模的不均勻性而引起的側向壓力，它會造成凸凹模不不同心
本設計中模具的分型面在推板與動模型腔之間。推板做成圓倒角的階梯狀，可以兼起到合模導向及定位作用。
為了加工方便，型芯采用鑲嵌組合。同時在水道的周圍加了密封裝置。
第六章 合模導向機構的設計
本設計中所選用的導柱如圖6-1所示
圖6-1
為了延長模具的使用壽命，在導柱的設計中設置了兩個油槽，以促進潤滑和積存灰垢。
在設計中，選用了與導柱配套的導套。
四組導柱、導套分別裝在模具的四周。
根據(jù)模具尺寸選用的導柱工作部分的直徑為96。
第七章 脫模機構的設計
本設計中采用的是推板和推桿聯(lián)合頂出制品，當開模至一定距離后，動模板開始帶動拉板。繼續(xù)開模動作則由拉板帶動推板，并通過復位桿及推桿板帶動推桿與推板同時推動制品脫離定模鑲件。合模時，推桿由復位桿復位。此種定模頂出機構簡單可靠，應用較廣。
其中，推桿和定模部分的配合為間隙配合，8根推桿間隙還具有一定的排氣的效果外。
為了防止推板劃傷型芯，推板和型芯之間應.留有0.20mm的間隙（也具有一定排氣效果，與推桿間隙、熔體流動末端的型芯上的排氣槽共同組成了模具的排氣系統(tǒng)），同時推板與型芯的接觸部分應與開模方向成5～10。。
由于推出板重量較大，單靠幾根推桿和復位桿承擔是遠不夠的，所以在設計中專門為其設計了四組導柱、導套以保證推出機構平穩(wěn)運動。
附：大型塑料注射模具設計特點：
1、 由于模具尺寸大，在滿足強度要求的模具型腔在高壓作用下仍可能產(chǎn)生較大變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。故型腔校核應以剛度校核為準。
2、 在大型模具中為了機械加工、研磨、拋光和熱處理的方便，成型零件一般使用組合式結構。
3、 對脫模機構要求高。
4、 對型腔排氣系統(tǒng)也不同于小型模具。
5、 需設置加熱和冷卻系統(tǒng)。
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結束語
通過三個月的畢業(yè)設計，我受益非淺，這是我走上工作崗位之前的一次實戰(zhàn)演習。在畢業(yè)設計過程中，我培養(yǎng)了綜合運用過去所學專業(yè)知識進行工藝及結構設計的基本能力，也使自己在各方面得到了鍛煉。同時，通過這個畢業(yè)設計，我也深深的認識大哦，要想成為一名工程師，只有理論知識是遠遠不夠的，理論與實踐還有很大的距離，這就必然的督促我在以后的工作中，緊密地聯(lián)系實際情況，從而充實自己，真正將大學所學到的理論知識與實踐融合在一起。
在設計過程中我查閱了許多圖書，翻閱了許多資料，請教了許多老師同學，盡量使自己的設計在理論上沒有大的漏洞。但由于沒有在生產(chǎn)第一線的實踐，因此在一些方面難免會脫離實際。
盡管畢業(yè)設計的時間短促，但是它給我很大的感觸，從中我認識到了自己的不足，也意識到了自己缺少的是什么，不是理論，而是社會實踐。同時，任何設計只有集思廣益，結合現(xiàn)有的實際情況，才能使其盡可能地合理、經(jīng)濟、可行。
致謝
畢業(yè)設計是我們畢業(yè)生的必修課，通過設計能更好的把我們所學的理論知識應用到實際中去，也能使加深我們的專業(yè)知識，拓寬我們的知識結構，增強我們的創(chuàng)新意識。
在設計過程中承蒙圖書館工作人員相助，得以翻閱大量的相關資料，針對設計過程中出現(xiàn)的一些問題，幸蒙指導老師劉新民，在百忙之中給予及時解答與虛心指導，才使本設計能按時完成，在此深表感謝！
同時本班諸多同學也對本設計提出了很多寶貴意見和建議，在此向他們表示感謝！
由于本人理論水平和實踐經(jīng)驗所限，本設計存在許多不妥之處，懇請各位老師同學批評指正。
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