3315 前蓋注塑模設計,注塑,設計 四 川 理 工 學 院畢 業(yè) 設 計 (論 文)說 明 書題 目 前 蓋 注 塑 模 設 計 學 生 李 榮 系 別 機 電 系 專 業(yè) 班 級 材 控 03.1 學 號 030130109 指 導 教 師 胡 勇 畢業(yè)設計（論文）任務書設計（論文）題目： 前 蓋 注 塑 模 具 設 計 系：機電工程 專業(yè)：材料成型與控制 班級：材控 03.1 學號： 030130109 學生： 李 榮 指導教師： 胡 勇 接 受 任 務 時 間 07 年 2 月 教 研 室 主 任 （簽名）系 主 任 （簽名）1．畢業(yè)設計（論文）的主要內容及基本要求內容：前蓋注射模具設計；產品規(guī)格：見附圖；生產批量：大批量。要求：要求有目錄、設計任務書及產品圖；⑴工藝方案設計，提出至少兩種設計方案，進行比較和分析。⑵單個塑件體積、重量計算；⑶成型設備的選擇及參數(shù)校核；⑷澆注系統(tǒng)設計；（澆注系統(tǒng)及工藝圖設計圖一張）⑸成型零件系統(tǒng)設計；（成型零件結構設計，成型零件尺寸計算，成型零件壁厚計算，繪制成型零件系統(tǒng)部件圖一份）⑹脫模機構設計（優(yōu)先考慮全自動脫模）⑺模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計； ⑻總體結構設計及總裝圖的繪制。 （要求：總裝圖一份，0#：1 張，選取標準模架。 ） 。⑼重要零部件圖紙設計（圖紙總幅面約為零號圖一張）⑽編寫畢業(yè)設計說明書一份（推薦用電腦打印，論文不少于 2 萬字） 。2．指定查閱的主要參考文獻⑴《塑料模具設計手冊》 ， 《塑料模具設計手冊》編委會，機械工業(yè)出版社，2001。⑵《塑料模具技術手冊》 ， 《塑料模具技術手冊》編委會，機械工業(yè)出版社，2001。⑶《實用塑料注射模具設計與制造》 ，陳萬林等編著，機械工業(yè)出版社，2001⑷《沖壓與塑料成型設備》 ，范有成主編，高等教育出版社，2000⑸《塑料模具設計》 ，高 濟主編，機械工業(yè)出版社3．進度安排設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期1 確定論文題目，收集文獻，提出體系架構需求和難點 2007/02/20-2007/02/262 確定設計方案，重點解決關鍵疑難問題，分析、計算 2007/02/27-2007/03/273 撰寫論文，繪圖 2007/03/28-2007/04/284 校對、修改、加工論文及圖紙 2007/04/29-2007/05/295 交論文圖紙， 2007/05/30-2007/06/5注：本表一式三份，系、指導教師、學生各一份畢業(yè)設計課題附圖如下摘 要本文是關于前蓋注塑模具的塑料成型模具設計，針對的主要是模具成型中的側向抽芯問題。在正確分析塑件工藝特點和 ABS 的性能的基礎上，介紹了對凸模，凹模，澆注系統(tǒng)，脫模機構，頂也機構的設計，選擇標準零件，設計非標件的設計過程。由于模具生產的塑料制品具有高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗等特點，涉及模具結構、強度、壽命計算及熔融塑料在模具中流動預測等復雜的工程運算問題；（CAD） 、PROE 等不同的軟件可分別用于模具的設計、制造和產品質量進行分析。塑料注射成型所用的模具稱為注射模成型模具，該模具特點是模具先由注射機合模機構閉和緊密，然后由注射機注射裝置將高溫高壓的塑料熔體注入模腔內，經冷卻或固化成型后，在側向分型的作用下開模取出塑件。前蓋注射模設計，采用一般精度，利用 CAD、PROE 來設計或分析注射模的成型零部件，澆注系統(tǒng)，導向部件，脫模機構和分型抽芯機構等等。綜合運用了專業(yè)基礎、專業(yè)課知識設計，其核心知識是塑料成型模具、材料成型技術基礎、機械設計、塑料成型工藝、模具 CAD,PROE 等。關鍵詞： 熔融塑料 , 冷卻,澆注系統(tǒng), 側向抽芯, 頂出機構 ABSTRACTthis project is casts the mold about the front cover of the plastics to model the molding tool design, in view of mainly is in the mold formation lateralpulls out the core question.Models the craft characteristic and in the ABS performance foundation in the correct analysis, introduced to the raised mold, the concave mold, the casting system, the drawing of patterns organization, goes against also the organization design, the choice standard components, designs the non-tender design process, ecause the mold produces the plastic product has characteristics and so on high accuracy, high complex degree, high uniformity, high productivity and low consumption, involves the mold structure, the intensity, the life computation and the fusing plastic flows the forecast in the mold and so on the complex project operation question; (CAD), PROE and so on the different software may use in the mold separately the design, the manufacture and the product quality carries on the analysis. The plastic injection formation uses the mold is called the injection mold formation mold, this mold characteristic is the mold first gathers the mold organization by the injection machine to shut with closely, then pours into by the injection machine injection installment the high temperature high pressure plastic melt in the cavity, after cooling or the solidification formation, operates the mold under the lateral minute function to take out models.The front cover injection mold designs, uses the general precision, CAD, PROE designs or the analysis injects the mold the formation spare part, the casting system, guides the part, the drawing of patterns organization and the minute pulls out core organization and so on. The synthesis has utilized the specialized foundation, the professional course knowledge design, its core knowledge is the plastic formation mold, the material formation technology base, the machine design, the plastic formation craft, mold CAD, PROE and so on.Key word: The fusing plastic.cooling. the casting system . lateral pulls out the core. goes against the organization. 目 錄任務書………………………………………………………………………………………Ⅰ中文摘要……………………………………………………………………………………Ⅱ英文摘要……………………………………………………………………………………Ⅲ第一章 概述…………………………………………………………………………………11.1 國際、國內塑料模具成型發(fā)展概況………………………………………………11.2 塑料模具設計方法主要發(fā)展方向……………………………………………… 21.3 畢業(yè)設計課題資料查詢……………………………………………………………31.3.1 塑件分析……………………………………………………………………….31.3.2 了解塑件的加工性能和工藝性能…………………………………………………41.3.3 塑料的適用范圍…………………………………………………………………61.3.4 模具材料……………………………………………………………………………61.4 畢業(yè)設計思想簡述…………………………………………………………………7第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計…………………………………………82.1 成型塑料制件結構工藝性分析……………………………………………………82.2 塑件三維 CAD 建模及 CAE 分析……………………………………………………82.2.1 利用 CAE 完成制件三維造型…………………………………………………………82.2.2 CAE 分析及其結果…………………………………………………………………92.2.3 根據(jù) CAE 分析結論進行模具工藝設計………………………………………………142.3 根據(jù) CAE 分析結論進行模具工藝設計……………………………………………142.3.2 型腔布置…………………………………………………………………………152.3.3 確定分型面………………………………………………………………………152.3.4 確定澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)…………………………………………………………16第三章選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核………………………………………………203.1 注塑機的技術規(guī)范…………………………………………………………………203.2 最大注射量的校核…………………………………………………………………203.3 注塑壓力的核核……………………………………………………………………213.4 鎖模力的校核………………………………………………………………………213.5 模具閉合高度校核 ………………………………………………………………223.6 開模行程校核……………………………………………………………………22第四章. 模具設計…………………………………………………………………………234.1 確定標準注塑模架..…………………………………………………………….234.2 模具成型零件系統(tǒng)設計………… …………………………………………………234.2.1 成型零件結構設計………………………………………………………………234.2.2 成型零件材料設計………………………………………………………………244.2.3 成型零件壁厚設計………………………………………………………………254.2.4 排氣方式及排氣槽的設計………………………………………………………254.3 型腔成型尺寸計算…………………………………………………………………254.3.1 塑件精度影響誤差值的確定……………………………………………………254.3 .2 按平均收縮率計算成型尺寸……………………………………………………254.4 脫模機構設計………………………………………………………………………304.4.1.簡單脫模(頂桿,推板組合式頂出)設計…………………………………………304.4.2.側向分型，抽芯機構設計………………………………………………………324.5 模具主要連接、定位、導向件設計………………………………………………374.5.1 模具主要連接件選擇或設計………………………………………………………374.5.2 模具主要定位件選擇或設計………………………………………………………374.5.3 模具主要導向件選擇或設計………………………………………………………374.6 模具冷卻系統(tǒng)設計…………………………………………………………………434.6.1 注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則………………………………………………………434.6.2 模具熱平衡計算…………………………………………………………………44第五章 繪制模具圖…………………………………………………………………………485.1 繪制總裝結構圖……………………… ……………………………………………485.2 繪制重要零件圖…………………………………………………………… ………485.3 校對、審圖?！?………505.4 模具設計的標準化問題…………………………………………………… ………50第六章 結論……………………………………………………………………… 51參考文獻……………………………………………………………………………53致謝…………………………………………………………………………………54第一章 概述1.1 國際、國內塑料模具成型發(fā)展概況塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。人們對各種設備和用品輕量化要求越來越高，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場。塑料制品要發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。我國塑料模具的水平近年來，我國塑料模具制造水平已有較大提高：所生產的大型塑料模具的單套重量已達到 50t 以上；精密塑料模具的精度已達到 3?m；多腔塑料模具方面已能生產一模7800 腔的塑封模具；高速模具方面已能生產擠出速度達 4m/min 以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠模具。從生產手段方面來看，模具企業(yè)設備的數(shù)控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM 技術的應用面已大為擴展，高速加工及 RP/RT 等先進技術的采用已越來越多，模具標準件的使用覆蓋率及模具的商品化率都已有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高。國內國際塑料模具發(fā)展比較我國模具生產廠中多數(shù)是自產自配的工模具車間（分廠） ，自產自配比例高達 60%左右，而國外模具超過 70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全” 、 “小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、 “小而精” 。國內大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足 30%，而國外在 50%以上。2004 年，模具進出口之比為 3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達 13.2 億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。世界模具年產值 600～650 億美元。歐美發(fā)達國家，模具出口約占本國模具年產值1／3。近幾年來，中國模具工業(yè)一直以年均 15%左右的快速發(fā)展，目前已有 17000 多家模具廠家，從業(yè)人數(shù) 50 多萬。國內塑料模具產值已占模具總產值的 33%以上，其中以注塑模具需求量最大。有關數(shù)據(jù)表明，目前國內僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品 36 萬噸/年，電冰箱、洗衣機和空調年產量均超過 1000 萬臺，彩電年產量已超過 3000 萬臺。到 2010 年，建材行業(yè)塑料門窗普及率要求達到 30%，塑料管材普及率達到 50%。這些第一章 概述2都將促進塑料模具需求量大幅增長。2000 年，我國（未包括港澳臺統(tǒng)計）塑料模具產值約 100 億元，2004 年已發(fā)展到 212 億元，4 年平均增長率為 21%，高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度近 4 個百分點。我國塑料模具的發(fā)展趨勢經過近幾年的發(fā)展，在塑料模具的開發(fā)、結構的調整以及企業(yè)管理等方面已顯示出以下新的發(fā)展趨勢：1、在模具的質量、交貨周期、價格、服務四要素中，越來越的用戶將交貨周期放在首位。 2、大力增強主動開發(fā)能力。模具企業(yè)不能等有了合同，才根據(jù)用戶要求進行模具設計。目前，青島海爾模具公司等企業(yè)的“你給我一個概念，我還你一個產品”的一站式服務模式以及太倉求精模塑公司等企業(yè)主動開發(fā)的辦法已被越來越多的企業(yè)所接受。 3、隨著模具企業(yè)的設計和加工水平的提高，模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝而轉變?yōu)橹饕揽考夹g。這一趨勢不但使得模具的標準化程度不斷提高，而且使得模具精度越來越高，生產周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進了整個模具工業(yè)水平的提高。 4、模具企業(yè)及其模具生產正在向信息化方向迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是 CAD/CAM 的應用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已經采用了 CAE、PDM、CAPP、RE、CIMS、ERP 等技術及其他許多先進制造技術和虛擬網絡技術。5、世界上工業(yè)發(fā)達國家的模具正加速向我國轉移。其表現(xiàn)方式為：一是遷廠，二是投資，三是采購。我國的模具企業(yè)應抓住機遇，借用并學習國外先進的技術，加快我國模具制造業(yè)的發(fā)展步伐。總之，中國的塑料模具具有光輝燦爛的前景。只有那些能夠把握機遇、開拓市場、不斷發(fā)現(xiàn)新的增長點的模具企業(yè)和能夠生產高技術含量模具的企業(yè)，才能在競爭激烈的市場中占有一席之地。四川理工學院畢業(yè)設計（論文）31.2 塑料模具設計方法主要發(fā)展方向 模具設計長期以來依靠人的經驗和機械制圖來完成。自從二十世紀八十年代中國發(fā)展模具計算機輔助設計（CAD）技術以來，這項技術已獲得認可，并且得到來快的發(fā)展。九十年代開始發(fā)展的模具計算機輔助工程分析（CAE）技術，現(xiàn)在也為許多企業(yè)應用，它對縮短模具制造周期及提高模具質量有顯著的作用。一些工業(yè)發(fā)達國家的模具企業(yè)應用 CAD 術，已從二維設計發(fā)展到三維設計，三維設計已達 70%以上。中國大部分企業(yè)還停留在二維設計的水平上，能進行三維設計的企業(yè)還不到 20%。CAE 軟件在國外應用已較普遍，國內應用還比較少，用於預測零件成形過程中可能發(fā)生缺陷的水平還比較低。 塑料模具塑料成形過程的各種模擬分析（注塑成形，包括塑料充模、保壓、冷卻、翹曲、收縮、纖維取向等模擬分析） 、熱傳導和冷卻過程的分析、凝固及結構應力分析等。計算澆注系統(tǒng)及模腔的壓力場、溫度場、速度場、剪切應變速率場和剪切應力場的分布并分析其結果，是非常復雜和費時的。這一模擬技術已從中面流技術發(fā)展到雙面流技術，不久即可發(fā)展到既正確又快速的實體流技術，產生滿足塑料件虛擬制造要求的三維注塑流動模擬軟件；1.3 畢業(yè)設計課題資料查詢1.3.1 塑件分析 制件為前蓋，機構復雜，采用的 材料 ABS，其技術要求 1.收縮率 0.55%。2.未注公差尺寸按 sj1372-78.8 級。3.大批量生產?？紤]到塑件呈矩形殼體，兩側有一孔，在加工不規(guī)則表面時有一定的加工難度，要采取鑲塊形成側凹，有小孔而要側向抽芯。綜上所述采用鑲塊式并在一定程度上增加型芯的精度和強度。塑件 CAE 分析見圖 1.3.1第一章 概述4圖 1.3.1 塑件 CAE 分析結果由上圖可得制件質量 60g，體積 5717cm3.1.3.2 了解塑件的加工性能和工藝性能、塑料熔體流動行為，塑料在模具內可能的結晶，取向及導致的內應力ABS 樹脂為丙烯脂(23％—41％)、丁二烯(10％。30 輪)和苯乙烯(泌％—6D％)3種單體共聚而成的無定型聚合物，簡稱 ABS， ABS 的工業(yè)合成方法有乳液法和本體法，合成的 ABS 有中抗沖擊型、高抗沖擊型，高抗沖擊型等多種。ABS 大分子的主鏈可以為分 BS AB AS 而相應的支鏈可分 AS S AB 等組分。 不同的結構單元賦予其不同的性能：當丙烯臘(A)含量增加時，其硬度、拉伸強度、彈性模量、抗沖擊性、耐溶劑性及耐熱性均有所提高，但高頻絕緣性卻下降；當丁二烯(B)含量增加時，韌性、抗沖擊性、耐磨性及伸長率均增大，而硬度、拉伸強度、彈性模量卻有所下降；當苯乙烯(S)含量增加時，透明性、著色性、電絕線性及加工性能有所提高，硬度好，但材質變脆。三元共聚而成的 ABS，形成了堅韌、質硬、剛性的熱塑性工程塑料。不同型號的 ABS，因結構差異較大，所以其性能差異也較大。(一)ABS 性能(1)無毒、無味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆粒或粉狀。密度為 1.08-1.18g／ml3(克每立方厘米)，收縮率為 0．4％。o．9％，吸濕性小于 1％，熔融溫度217-237℃。熱分解溫度大于 250℃。(2)ABS 略硬而堅韌．剛性、耐低溫沖擊性、耐蛹變性、尺寸穩(wěn)定性、耐磨性均良好：線膨脹系數(shù)很小，成型收縮小，表面光澤優(yōu)異。(3)ABS 陽電絕緣性能較好．并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。(4)ABS 的熱變形溫度為 93-118℃，制品經退火處理后可提高 10 攝氏度左右，可在-40-1oo℃的溫度范圍內使用，在—40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性。(5)ABS 略易燃，火焰呈黃色，黑姻，有特殊臭味，但不滴落。(6)ABS 不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但溶酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產生應力開裂,ABS 的耐候性差，在紫外光的作用下易產生降解；于戶外半年后，抗沖擊強度將大幅度下降。四川理工學院畢業(yè)設計（論文）5(7)ABS 的吸附性極強，是塑料電鍍的極好材料，與極性樹脂相容性良好，可改善性能。表 1.3.1 ABS 部份性能項目 超高沖擊型 高沖擊型 低溫沖擊型 耐熱型密度 1.05 1.07 1.02 1.06-1.08吸水率 0.3 0.3 0.2 0.2熱變形溫度 96 98 98 104-116線膨脹系數(shù) 10 7 8.6-9.9 6.8-8.2燃燒性 - - 0.55 0.55拉伸強度 35 63 21-28 53-56拉伸彈性模量 1.8 2.9 0.7-1.8 2.5彎曲強度 62 97 25-46 84彎曲彈性模量 1.8 3.0 1.2-2.0 2.5-2.6壓縮強度 - - 18-39 70絡氏硬度 100 121 62-86 108-116ABS 的部份性能補充如下：英文名字：Acrylonitrile Butadiene Styrene密度： 1.08-1.18g／cM3成型收縮率：0.4-0.7%（0.55）第一章 概述6拉伸模量：1.95成型溫度：200-240℃干燥條件：80-90℃ 2 小時 熔化溫度：210-280℃比熱容： 1300J/(kg.k)導熱率： 0.118W/(m.k)注射壓力： 70-90/Mpa注射速度：一般取中低速螺桿轉速：15~45r/min模具溫度：當壁厚在 2~5 時，一般控制在 60-80 ℃保壓力： 40~50Mpa保壓時間：2mm 時 10~15s冷卻時間：2mm 時 10~15s制件公差等級： SJ1372－78，8 級噴嘴孔孔徑：大與 5mm設備螺桿：長徑比在 14~20 之間1.3.3 塑料的適用范圍ABS 用途十分廣泛，目前主要用于（1）零件：汽車、飛機零部件、機電外完、紡織紗管、變速箱蓋、散熱器、空調機、電冰箱內襯、吸塵器究、卷發(fā)器、打字釩、縫紉機零部件。 （2）殼體：照相機殼、滑雪板、公文包、行李粕、家具、筆桿、半導體殼、電視機殼、收錄機殼、電話機殼、臺式分算機憲。電風扇座組電油殼、安全帽、洗衣機零部件、訪扭、輸送腐蝕性液體管道、隔膜閥、天線放大梯、車燈、鉛初、潦包線盤以及板、管、棒等。 ．1.3.3.1 塑件收縮及補縮問題，盡量減少殘余內應力和翹曲變形。⑴ABS 吸水性較強，會因此導致熔體水解，故成型前必需干燥 2 小時。⑵過高的注塑速度會使聚礬熔體出現(xiàn)破裂的傾向，這將限制熔體的充模速度，造成充模困難。采用中速。1.3.3.2 塑料對模具溫度的要求模具溫度在 25-80℃，太低將影響塑件光澤度。1.3.4 模具材料四川理工學院畢業(yè)設計（論文）7模具采用 9sicr，部分零件采用 T8A，T10A。9sicr 強度高，韌度、塑性和焊接性均好，主要用于型腔簡單，生產批量較大的塑料模，采用反印法制造模具，然后經滲碳淬火、回火處理，可或的外表高硬度又耐磨，心部韌性好的模具，其加工性能較好，脫碳敏銳性較小。該模具的其他各部分零件詳見后面章節(jié)內容。模具的材料見下圖。圖 1.3.2 常用模具材料模具的熱量損耗，冷卻水用量，生產效率見第四章.1.4 畢業(yè)設計思想簡述本次模具設計盡量借用計算機來完成復雜的計算和建模分析，總結前人的設計經驗，結合塑件的具體結構和塑料材料的具體性能，盡量設計出高的，科學的，自動化高的先進的模具。在模具的結構設計中，盡量采用標準件，降低模具設計工作量，節(jié)約原材料，降低成本，在保證質量的前提下盡量簡化模具結構。大學四年的本科學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學四年的課程學習和課程、生產實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，在指導老師的協(xié)助下，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計8第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計2.1 成型塑料制件結構工藝性分析尺寸精度度分析：選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進行分析，如下圖 2-1-1 孔的直徑 d=4mm 來確定塑件尺寸精度等級；該孔要求較高，精度也高，由于塑件精度是IT8 級，而模具的精度一般比塑件要高 2 級左右，經查選用 IT6 級制造，塑件其他尺寸均按該精度等級制造。 圖 2-1-1 塑件粗糙度分析：雖然前蓋表面要求不高，但也不能在表面上留下缺陷，由塑料制件的粗糙度確定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一級。按該要求可選用模具的粗糙度為 0.4 。塑件開模時留在粗糙度大的凸模一側. m?斜度設計：便于拔模和留模。參考實用注塑模具設計手冊中 ABS 在 135 尺寸長度下的拔模斜度，取 1。 的拔模斜度壁厚設計：壁厚應均勻，薄壁處是否有強度。ABS 的最小壁厚為 0.78mm，在壁厚太厚處要開設冷卻水道。增加剛性，減小變形的結構設計：加強筋，邊緣的加強角設計、螺紋、嵌件設四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)9計…2.2 塑件三維 CAD 建模及 CAE 分析2.2.1 塑件三維造型利用 CAD 建模，完成三維零件的設計如圖 2-2-1圖 2-1-2 塑件三維實體2.2.2 CAE 分析及其結 果2.2.2.1 最佳澆口位置分布分析 A 方案 B 方案表 2-2-1 最佳澆口分析第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計10我通過對塑件的分析覺得采用直接澆口比較容易充型，但還是以點澆口充型進行了 CAE 分析，現(xiàn)在從分析結果比較哪一種方案更好。 表 2-2-1 中可以看到由紅到藍不同的顏色，紅色的位置是澆口分布最差的位置，而藍色的地方卻是最佳的澆口位置分布。我們在選折澆口的時候可以根據(jù)此圖和實際情況（比如：分型面的設計、模具結構等）來確定在選擇好最佳澆口位置后，便可以開始對塑件進行模流分析，包括注射時間分布、注射質量分布、注射壓力分布、注射壓力損失分布、注射溫度分布、注射熔接痕，氣泡多少。如表中兩種方案所示，分別進行分析。2.2.2.2 注射時間分布分析比較 在選擇好最佳澆口位置后，便可以開始對塑件進行模析了。首先看看注射時間的分布情況。如下表 2-2 所示，紅色的地方注射時間最短，而藍色的地方是注射時間最長的地方.B 方案的注射的時間差 1.9s，對比 A 方案我們可以知道 B 方案要的時間要少得多得多，注射時間短則充型質量要好些。該時間為塑件的參考注射時間，并不是塑件的真實的注射時間，但我們可以參考該時間來設計模具A 方案 B 方案表 2-2-2 注射時間比較2.2.2.3 注射質量分布分析 由質量分布分析表 2-3 中可以看到有三種不同的顏色，綠色和黃色和紅色。其中綠色代表質量最佳的分布情況，而黃色則表示一般質量四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)11的分布情況。紅色表示質量最差的分布情況，塑件注射質量可行，但應該對紅色的部分進行考慮以達到最佳的質量。其中B 方案充型質量明顯比 A 方案要好。A 方案 B 方案表 2-2-3 成型質量比較2.2.2.4 注射壓力分布分析 由注射壓力分布圖 2-2-5 可以看到由藍到紅的不同顏色，表示不同的壓力分布情況。藍色表示壓力最小的分布位置，橘紅色表示壓力最大的分布位置，藍色變到橘紅色的其他顏色則表示壓力的變化位置。我們可以看到離澆口近的位置壓力大，隨著距澆口距離的變化，壓力也逐步變小，這和我們預想是一致的。A 方案的壓力差為 9MPa。但是有藍色的地方，B 方案壓力全是黃色以上，狀態(tài)較好。A 方案 B 方案第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計12表 2-2-4 注射壓力比較2.2.2.5 注射壓力損失分布分析 由注射壓力損失分布分析如表 2-5 所示，可以看到由藍色到紅色的不同分布情況，B 方案中壓力損失較小.A 方案 B 方案表 2-2-5 壓力損失比較通過表 2-5 和 2-5 可以看到此二圖是相對應的，注射壓力小的地方則壓力損失大，注射壓力大的地方壓力損失小。其壓力損失為 20MPa 左右。2.2.2.6 注塑溫度分布分析 大部分溫度分布在允許范圍之內，但在一些較薄區(qū)域，料流前峰溫度非常低，需要適當調整注塑工藝參數(shù), 以免在這些區(qū)域產生短射和應力集中。觀察表 2-2-6 可發(fā)現(xiàn)兩種方案的充型溫度都很好，保持了紅色的狀態(tài)，這能使料流成功的充滿型腔。四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)13A 方案 B 方案表 2-2-6 成型溫度比較2.2.2.7 熔接痕,氣泡比較 如表 2-2-7 中可知 B 方案有較多的熔接痕，其主要原因是塑件有小孔和凸起，如果再采用點澆口的話效果將會更差，出現(xiàn)更多的熔接痕。絕大多數(shù)的熔接痕分布在凸起和棱處。要移動和消除熔接痕，我們可以修改塑件的壁厚和澆口的位置。在不影響塑件本身的強度和裝配的前提下，要在熔接痕位置處對塑件壁厚進行適當處理，同時通過適當?shù)墓に囌{整，盡量減少熔接痕的產生。大部分氣泡出現(xiàn)在邊緣部分，因此除了頂部，其他區(qū)域不易發(fā)生燒焦和短射現(xiàn)象。為了防止氣泡，也為了得到更好的熔接痕，必須減小頂面末端的厚度，不過該模具主要還是通過分型面排氣。第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計14A 方案B 方案表 2-2-7 氣泡熔接痕比較綜上所述，方案 B 比起方案 A 有更好的充型質量，更快的充型速度，要好得多，所以選擇 B 種方案，2.3 根據(jù) CAE 分析結論進行模具工藝設計2.3.1 型腔數(shù)量的決定（型腔數(shù)必需同時滿足：交貨期、注塑機最大注塑質量、注塑機的塑化能力、鎖模力和模板尺寸）2.3.1.1 由交貨期計算型腔數(shù) 四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)15(2-1)??1.0536chomNtn???式中 : 1.05——故障系數(shù)（以 5％計）N——副模具定貨量（件） N=110000 件tc——成型周期（s） （注射時間 1.9S+保壓時間 15S+取件時間 11S）27St0——從定貨到交貨時間（月） t 0= 4 個月tm——模具制造時間（月） tm=0.5 個月th——所在廠的每月工作時間計／月） t h=208 小時/月所以代入相關數(shù)據(jù)得：n= 50. 127. 136()3608(40)chmNt ???????取 n=12.3.1.2 由公稱塑化能力求型腔數(shù)(2-2)/360iKMTnm??澆式中， K—注塑機的最大注射量的利用系數(shù) 0.8M—注射機的公稱塑化量 110g/sT—注塑周期 28sM 澆-- 澆注系統(tǒng)的凝料質量 20g M i—一個制品的質量 60gn =(0.8*110*28-20)/60>1 取 n=12.3.1.3 根據(jù)最大注射質量求型腔數(shù)型腔數(shù)量計算： (2-3) mq??實際注塑量： （注人模具時由于流動阻力增加，加大了沿螺桿逆流量，再so%85?考慮安全系數(shù)取為機器最大注塑能力的 85％。 ） 。 270g/cm （最大注射量） * 第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計161.1（ABS 密度）=297：1 個塑件與均分到的澆注系統(tǒng)的質量質量之和(80g)，當 不到 1 時則應改用較q n大的機器。n =297*0.8/80=2.9 取 n=12.3.2 型腔布置2.3.2.1 考慮到塑件要側向抽芯機構，為簡化模具采取一模一腔。塑件形狀所限制性采用直澆口。2.3.2.2 澆注系統(tǒng)設計三維圖圖 2-3-1 澆注系統(tǒng)2.3.3 確定分型面分型面的位置要有利于模具加工，排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質量等。2.3.3.1 型腔分型面位置的設計,為了得到更好的外表質量分型面優(yōu)選在方便脫模，制件留在動模邊，從制件的推出裝置設置方便考慮。包緊力大的在動模邊 故將凹模放在定模邊同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一側?？紤]到有側向抽芯和排氣：分型面作為主要排氣面，料流的末端在分型面上以利四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)17排氣。且利于分型。終上所述采用三分型面，分型面 1 控制斜梢側向抽芯，分型面 2 控制鑲塊以使內側凹脫模, 分型面 3 選在前蓋底部以取出制件。如下圖:圖 2-3-2 分型面2.3.3.2 分型面三維形狀如下圖 2-3-3 分型面三維造型2.3.4 確定澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素：⑴塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。⑵模具成型塑件的型腔數(shù)：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔，澆注系統(tǒng)直接為直澆道。第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計18⑶塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。⑷塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。本模具直接在拉料桿作用下去除進料口。⑸注射機安裝模板的大?。涸谒芗队懊娣e比較大時，設置澆注系統(tǒng)時應考慮到注射機模板大小是否允許，并應防止模具偏單邊開設進料口，造成注射時受力不勻。成型效率：在大量生產時設置澆注系統(tǒng)還應考慮到在保證成型質量的前提下盡量縮短流程，減少斷面積以縮短填充及冷卻時間，縮短成型周期，同時減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。⑺冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施。本模具冷料井即為前蓋的中間的孔的部份。在開模時被拉料桿頂出。2.3.4.1 主流道和主流道襯套結構主流道固化時間要求：為了有效地傳遞保壓壓力，澆注系統(tǒng)主流道及其附近的塑料熔體應該最后固化。 ⑴臥式注塑機主流道結構設計要點：錐角、粗糙度加工劃痕方向要求：圓錐形主流道，錐角= ～ ；取 。內壁粗?24?糙度值 Ra＝0.4 m 以下；機械加工劃痕不得垂直于脫出方向；加工腐蝕性材料還應將?流道的內孔鍍鉻。主流道與噴嘴結構：接觸處多作成半球形的凹坑，凹坑球半徑 R2應比噴嘴球頭半徑 R1大 l～2mm。取 1mm主流道小端直徑：應比注塑機噴出孔直徑約大 0.5～lmm 常取 。取m84??5mm。主流道大端直徑：應比分流道深度大 15mm 以上，錐角一般取 2O一 6O。取 4 度.主流道村套結構：設計成獨立的； (2)主流道流動分析= / （ ） (2-4)SQp?scm3式中::主流道的體積流率（ ） SQs3:模具成型塑件體積，通常取 =（0.5~0.8）注塑機額定注射量（216 p p 3cm四川理工學院畢業(yè)設計 (論文)19） ：注射時間。 2S?得 =108 SQscm3剪切速率確定： 經驗：主流道 -13s05????表觀粘度 確定：（圖 3-3-3～6）也應查取不同的值。iv?體積流量確定： ivq????3viR4q＝t 值確定： viVt＝流道總體積為： iiis L???41241?計算公式 符號 物理意義 出處 結果nR當量半徑A流道斷面積L流道長度?Q流道的體積流率① 32n?② 3.n????剪切速率①查《塑料模具技術手冊》機械工業(yè)出版社1997.6 表 3—10②查塑料設計手冊軟件版=2.3??130??s主流道的剪切速率在=?的1325~?S范圍內，符合設計要求(3) 冷料井類型和結構冷料井功用： 使冷料不進人分流道和型腔。冷料井結構：冷料井的底部或四周常作成曲折的鉤形或側向凹槽 使冷料井在分模時能將主流道凝料從主流道中拉出留在動模上。本模具考慮到要成型塑件中間的通孔，特把冷料井開在通孔下邊，取件時在拉料桿作用下冷料和凝道的凝料都將一起停在動模邊上，冷料和塑件的接頭處很薄弱在頂出塑件時脫落。⑵根據(jù)以上要求可以選擇主流道襯套結構如下： 第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計20圖 2-3-4 澆口套噴嘴半徑 R=13mm 取 d=20mm 公差見下圖 ： L=80mm 材料 T8A HRC53-57圖 2-3-5 澆口套配合公差(3)定位圈與注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑設計，一般應比定位孔直徑小 0.1～0.3mm，以便于裝模，固取 D=120mm,模具大則該間隙也應增大。D1 為與澆口套的配合直徑,選 d=90mm。 為固定螺釘分布圓周直徑，按情況選取。定2D位圈一般選用 45 鋼，定位圈的固定螺釘一般取 M6～M8 mm,其數(shù)量在 2 個以上。本設計中取固定螺釘為 M6mm,數(shù)量為 4 個。如右圖D =120mm D1=90mm D2=80mm 定位孔的半徑與注塑機噴嘴半徑配合小 0.1mm。材料：45，圖 2-3-6 定位圈四川理工學院畢業(yè)設計（論文）21第三章 選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核3.1 注塑機的技術規(guī)范 注 射 模 是 安 裝 在 注 塑 機 是 使 用 得 工 藝 設 備 ， 因 此 設 計 注 塑 模 時 應 該 詳 細 了 解注 塑 機 的 技 術 規(guī) 范 ， 放 能 設 計 出 符 合 要 求 模 具 。 從 模 具 設 計 角 度 考 慮 ， 需 了 解注 塑 機 技 術 規(guī) 范 的 主 要 項 目 有 ： 最 大 注 射 量 、 最 大 注 射 壓 力 、 最 大 鎖 （ 合 ） 模力 ， 模 具 安 裝 尺 寸 以 及 開 模 行 程 等 。 常 用 國 產 注 塑 機 的 主 要 規(guī) 范 見 《 塑 料模 具 設 計 手 冊 》 表 3-48。 具 體 選 用 SZ-250/1250 型 注 塑 機 ， 其 規(guī) 格 如 下 ：圖 3-1-1 sz-250/1250 注塑機結構形式：臥式額定注射量/ ：2703cm螺桿注射直徑/mm：45注射壓力/MPa：160注射速率 g/s: 18.9塑化能力 g/s: 110螺桿轉速 r/min： 10~200注射行程：115mm注射時間：1.6s注射方式：螺桿式鎖模力 kN：1250第三章 選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核22最大成型面積：320cm最大開合模行程：260mm拉桿內間距：440*340mm最大模具厚度：550mm最小模具厚度：150mm動定模固定板尺寸：415*415mm合模形式：雙曲肘噴嘴口孔徑：5mm噴嘴球半徑：13mm3.2 最大注射量的校核Km0> + (3-1)m澆 料式中， --制品的質量 60gm澆--澆道凝料質量 20g料K—0． 8m0-----最大注射量 270g/cm*ABS 的密度 1.1得 297>80 滿足要求3.3 注塑壓力的核核（可計算、可應用 CAE 分析結論）注射機的最大注射壓力應該大于塑件成型所要的注射壓力：即： P (3-2)0p?式中:：注射機的最大注射壓力0P：塑件成型所要的注射壓力=160MPa P=54MPa0F滿足要求3.4 鎖模力的校核注射機的鎖模力必須大于型腔內熔體壓力與塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積。即：P*A (3-3)0F?式中， ：注射機的公稱鎖模力 1250000N0四川理工學院畢業(yè)設計（論文）23P： 模內壓力 54×10 6PaA：制品，流道，在分型面上的投影面積之和 0.00124mm 2既：1250000 670680 成立滿足要求。?3.5 模具閉合高度校核HH1+H2+H4+5mm (3-5)式中：S：開模行程 260mmH1：塑件高度 42mm。H2：頂出距離 45mmH4：分型面 2 和 3 的開距離 9mm圖 3-1-2 模具開模行程( H4=L* +L1* =9mm) 15ctg?ct?式中， H4:分型面開模行程L：分型面 1 側向抽芯距 2mm 開模距 4mmL1：分型面 3 開模距 5mm斜導柱角度 15 度260 >42+45+9+5 滿足要求 第四章 模具設計24第四章 模具設計4.1 確定注塑模架根據(jù)塑件側孔結構決定了模架得具備側向分型，內側凹和外側凹得有三板式功能。又因有側凹所以有鑲塊式結構，又因為工件的澆口選的不是工件中心，考慮到導柱，冷卻水道的安裝所以模具的澆口不選在模具中心以順利的安裝整個模具的零件。綜上考慮，我選擇了一個非標模架。如下圖所示：圖 4-1-1 模架定模板，動模板，動模定模底座，推板，各板的厚度，長寬尺寸如圖所示。具體的校核計算在后面列出。下面依次設計模具中的推出、導向、定位和模塊、模板等結構。四川理工學院畢業(yè)設計（論文）254.2 模具成型零件設計4.2.1 成型零件設計4.2.1.1 凹模（陰模）的結構設計凹模用以成型塑件的外表面，按結構不同，可分為六種。考慮到塑件的外表有凸起，采用鑲塊式凹模，并將凹模的局部作成滑塊的形式。在開模過程中，以側抽芯完成兩側的兩孔的抽芯和外側凹脫模，已完成塑件的脫出。下圖為凹模，中間的圓即鑲塊。 圖 4-2-1 凹模結構4.2.1.2 型芯和成型桿的結構設計型芯用來成型塑件的內表面，成型桿多用來成型塑件上的孔。為了成型塑件和方便脫模，將型芯做成 T 形槽的鑲塊以完成內側凹的脫模。其中鑲塊固定在動模支承板上，隨著分型面的分型，動模支承板下移帶動鑲塊下移，在 T 形槽的作用下，完成內側凹脫模，到于兩側孔的小型芯做成獨立的小型芯，為了防止小型芯的磨損，特別把小型芯設計成可更換的小型芯，固定在凹模的滑塊上。設計和尺寸如圖 4-2-3。 圖 4-2-2 凸模結構第四章 模具設計26側壁的兩個小孔采用小圓柱芯成型。為避免磨損小型芯設計為可更換的。4.2.1.3 選擇凹，凸模模具材料、進行強度剛度計算或者按經驗數(shù)據(jù)，確定模具零件厚度及外形尺寸根據(jù)塑件尺寸精度的要求和型芯、型腔的制造難度與加工中的特性，選擇 9sicr。在強度計算時，取較大的安全系數(shù)，這是因為：由于注射壓力的作用，凹模型腔有向外脹出的變形產生。當變形量大于塑件在壁厚方向的成型收縮量時，會造成脫模困難，嚴重時還不能開模。同時，由于成型過程中各種工藝因素的影響，型腔內的實際受力情況有時非常復雜，不可能以一種簡單的模式完全代表。在注射模的標準件中，凹模的外形為矩形，所以當凹模為圓形時，一般也采用矩形模板。因此，凹模強度的計算也以矩形為主。中小型模具（模板的長度和寬度在 500mm 以下的模具）的強度，只要模板的有效使用面積不大于其長度和寬度的 60％，深度不超過其長度的 10％，可以不必通過計算。在該設計中，可以不進行強度和剛度的效核。4.2.1.4 排氣方式及排氣槽的設計根據(jù)前面 CAE 的可知道塑件在成型中會產生較多的氣泡，多是由于塑件的結構和形狀所決定的（塑件太多的孔和凹槽） 。但是卻并不需要特意設置排氣槽，由于采用拼合式凹摸和兩個小型芯一個大型芯，在注塑過程中完全可以憑借組合縫隙來排氣。4.3 型腔成型尺寸計算4.3.1 塑件精度影響誤差值的確定⑴成型零件制造誤差 =0.6%m?⑵收縮率波動值 =0.55%s⑶型腔成型零件磨損量的影響 w4）這里的制造公差取 1/4 塑件公差4.3.2 按平均收縮率計算成型尺寸4.3.2.1 型腔徑向尺寸計算塑件型型腔平均尺寸為：+ ·2wmMcpL????pcLs?pc= + · + ·cpScpP??1)(13scp2scpsc???pcLs?pcsp2?cL型腔名義尺寸為； MLwmcp???四川理工學院畢業(yè)設計（論文）27塑件平均尺寸為： 2???pcL出于修?？紤]型腔（孔）的為名義尺寸： MLm)2(r?????wmcp對于注射成型模具，當型腔磨損量很小時型腔名義尺寸計算：允許磨損量和修模余量