帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模模具設計（全套含CAD圖紙）,金屬,圓珠筆,注塑,模具設計,全套,cad,圖紙
基于Kriging模型的注射成型中的有效翹曲變形優(yōu)化方法
摘要 在本文中，提出了一種使用Kriging模型的有效優(yōu)化方法，以最大限度地減少注塑成型中的翹曲變形。翹曲變形是過程條件的非線性隱式函數(shù)，通常由有限元（FE）方程的解決方案來評估，這是一項復雜的任務，通常涉及巨大的計算量?？死锝鹉Ｐ涂梢栽诼N曲和過程條件之間建立一個近似的函數(shù)關系，在優(yōu)化中代替了昂貴的FE再分析翹曲。另外，Kriging模型的一個“空間歸檔”采樣策略被稱為矩形網(wǎng)格。 Moldflow公司的Plastics Insight軟件用于分析注塑件的翹曲變形。作為示例，研究了將模具溫度，熔融溫度，注射時間和包裝壓力視為設計變量的蜂窩電話機蓋的翹曲。結果表明，提出的優(yōu)化方法可以有效降低手機外殼的翹曲，注塑時間對所選范圍內(nèi)熱變形的影響最為顯著。
關鍵詞 注塑成型。 Krigingmodel.Rectangulargrid。 修改矩形網(wǎng)格
1引言
翹曲是影響產(chǎn)品質量的重要因素。特別是隨著通信電子產(chǎn)品向輕，薄，短，小的設計理念的發(fā)展，減少翹曲，提高薄殼部件的質量越來越重要。翹曲的原因歸因于零件的不均勻收縮。我們可以通過改變零件的幾何形狀、修改模具的結構或調(diào)整工藝條件來減少翹曲。事實上，優(yōu)化工藝條件是最可行和最合理的方法。
不同的工藝條件將導致不同的不均勻性。已經(jīng)報道的有關優(yōu)化翹曲的有效因素的一些研究[1-5]。根據(jù)他們的結論，包裝壓力，模具溫度和注射時間（或注射速度）對注塑件的翹曲有重要的影響。塑料注射成型中的一個重要問題是在制造前預測和優(yōu)化翹曲。有一些出版物用于翹曲優(yōu)化。Lee和Kim提出了關于翹曲變形優(yōu)化的早期文獻[6]。他們使用改進的復合方法優(yōu)化了壁厚和工藝條件，以減少翹曲并獲得超過70％的翹曲變形減少。隨后[7]，他們通過兩步搜索方法優(yōu)化，以提高產(chǎn)品質量，包括翹曲，焊縫和打擊強度。Sahu等人 [8]使用改進的復雜方法，Taguchi方法和遺傳算法優(yōu)化了工藝條件，并且其結果表明，復雜的方法獲得了減少翹曲的最佳結果。
復雜的方法可以有效地減少翹曲，但由于執(zhí)行過多的重新分析，因此需要大量的功能評估，因此耗時費財。使用Taguchi方法[1-5]減少翹曲易于執(zhí)行，可以分析有效因素，但獲得的“最佳工藝條件”在設計空間上不是最好的; 它只是因子水平的最佳組合。
最近，響應面法和神經(jīng)網(wǎng)絡模型已經(jīng)出現(xiàn)在翹曲優(yōu)化任務中。Shen et al。 [9]結合神經(jīng)網(wǎng)絡模型和遺傳算法來優(yōu)化過程條件，以減少最大和最小體積收縮之間的差異。Ozcelik，Erzurumlu和Kurtaran優(yōu)化的尺寸參數(shù)[10]和工藝條件[11-13]，通過將遺傳算法與響應面法或神經(jīng)網(wǎng)絡模型相結合來減少薄殼塑料件的翹曲。從結果來看，響應面方法和神經(jīng)網(wǎng)絡模型都可以被認為是降低翹曲變形優(yōu)化中高計算成本的好方法，遺傳算法可以有效地找到全局最優(yōu)設計。
在這項研究中，包裝壓力，熔體溫度，模具溫度和注射時間被認為是優(yōu)化翹曲的有效因素。應用Kriging模型[14,15]組合改進的矩形網(wǎng)格方法來構建翹曲和過程參數(shù)的近似關系，優(yōu)化迭代基于降低高計算成本的近似關系。除了近似關系外，克里格模型還可以提供一些分析重要因素的信息。
2抽樣策略
提出了改進的矩形網(wǎng)格（MRG）方法來提供用于構建克里格模型的采樣點。我們將m個設計變量的范圍定義為lj≤xj≤uj,j=1,…,m; 以及第j維度的級數(shù)為qj（即采樣點數(shù)為j=1mqj）。然后按照以下方式執(zhí)行該方法:
1. 收縮變量范圍：
2. 在收縮空間內(nèi)進行RG抽樣。 樣本點的分布由不同維度的所有不同數(shù)據(jù)組合定義：
3. 對每個采樣點的每個維度添加一個隨機運動; 隨機運動是：
其中αnj∈[0,1]來自均勻分布。
與RG [14]相比，MRG可以將邊界上的一些點移動到內(nèi)部設計區(qū)域，為Kriging模型提供更多有用的信息，并且可以確保點數(shù)具有較少的重疊坐標值。此外，可以避免采樣點彼此靠近的情況，這可能是使用LHS [16]發(fā)生的，因為兩個任意點之間的距離必須滿足：
注塑成型。 Krigingmodel.Rectangulargrid。 修改矩形網(wǎng)格
翹曲是影響產(chǎn)品質量的重要因素。特別是隨著通信電子產(chǎn)品向輕，薄，短，小的設計理念的發(fā)展，減少翹曲，提高薄殼部件的質量越來越重要。翹曲的原因歸因于零件的不均勻收縮。我們可以通過改變零件的幾何形狀、修改模具的結構或調(diào)整工藝條件來減少翹曲。事實上，優(yōu)化工藝條件是最可行和最合理的方法。
不同的工藝條件將導致不同的不均勻性。已經(jīng)報道的有關優(yōu)化翹曲的有效因素的一些研究[1-5]。根據(jù)他們的結論，包裝壓力，模具溫度和注射時間（或注射速度）對注塑件的翹曲有重要的影響。塑料注射成型中的一個重要問題是在制造前預測和優(yōu)化翹曲。有一些出版物用于翹曲優(yōu)化。Lee和Kim提出了關于翹曲變形優(yōu)化的早期文獻[6]。他們使用改進的復合方法優(yōu)化了壁厚和工藝條件，以減少翹曲并獲得超過70％的翹曲變形減少。隨后[7]，他們通過兩步搜索方法優(yōu)化，以提高產(chǎn)品質量，包括翹曲，焊縫和打擊強度。Sahu等人 [8]使用改進的復雜方法，Taguchi方法和遺傳算法優(yōu)化了工藝條件，并且其結果表明，復雜的方法獲得了減少翹曲的最佳結果。
復雜的方法可以有效地減少翹曲，但由于執(zhí)行過多的重新分析，因此需要大量的功能評估，因此耗時費財。使用Taguchi方法[1-5]減少翹曲易于執(zhí)行，可以分析有效因素，但獲得的“最佳工藝條件”在設計空間上不是最好的; 它只是因子水平的最佳組合。
最近，響應面法和神經(jīng)網(wǎng)絡模型已經(jīng)出現(xiàn)在翹曲優(yōu)化任務中。Shen et al。 [9]結合神經(jīng)網(wǎng)絡模型和遺傳算法來優(yōu)化過程條件，以減少最大和最小體積收縮之間的差異。Ozcelik，Erzurumlu和Kurtaran優(yōu)化的尺寸參數(shù)[10]和工藝條件[11-13]，通過將遺傳算法與響應面法或神經(jīng)網(wǎng)絡模型相結合來減少薄殼塑料件的翹曲。從結果來看，響應面方法和神經(jīng)網(wǎng)絡模型都可以被認為是降低翹曲變形優(yōu)化中高計算成本的好方法，遺傳算法可以有效地找到全局最優(yōu)設計。
在這項研究中，包裝壓力，熔體溫度，模具溫度和注射時間被認為是優(yōu)化翹曲的有效因素。應用Kriging模型[14,15]組合改進的矩形網(wǎng)格方法來構建翹曲和過程參數(shù)的近似關系，優(yōu)化迭代基于降低高計算成本的近似關系。除了近似關系外，克里格模型還可以提供一些分析重要因素的信息。
提出了改進的矩形網(wǎng)格（MRG）方法來提供用于構建克里格模型的采樣點。我們將m個設計變量的范圍定義為lj≤xj≤uj,j=1,…,m; 以及第j維度的級數(shù)為qj（即采樣點數(shù)為j=1mqj）。然后按照以下方式執(zhí)行該方法:
1. 收縮變量范圍：
2. 在收縮空間內(nèi)進行RG抽樣。 樣本點的分布由不同維度的所有不同數(shù)據(jù)組合定義：
3. 對每個采樣點的每個維度添加一個隨機運動; 隨機運動是：
其中αnj∈[0,1]來自均勻分布。
與RG [14]相比，MRG可以將邊界上的一些點移動到內(nèi)部設計區(qū)域，為Kriging模型提供更多有用的信息，并且可以確保點數(shù)具有較少的重疊坐標值。此外，可以避免采樣點彼此靠近的情況，這可能是使用LHS [16]發(fā)生的，因為兩個任意點之間的距離必須滿足：
圖1顯示，MRG方法優(yōu)于RG和LHS。
3克里金模型
克里金模型被描述為“將功能建模為隨機過程的實現(xiàn)”的方式，因此被稱為“隨機過程模型”。事實上，Kriging模型是內(nèi)插技術，Kriging預測器是一種預測器，其可以將預期的平方預測誤差降至最低，這取決于：（i）是無偏的，（ii）是觀察到的響應值的線性函數(shù)。
3.1 Model
克里金模型可以寫成：
其中Xj={x1j,x2j,…,xmj}是具有m個變量的第i個樣本點，y(Xi)是擬合到第n個樣本點的近似函數(shù)，fh(Xi)是Xi的線性或非線性函數(shù)，βh是要估計的回歸系數(shù)，z(Xi)是隨機的 函數(shù)具有平均零和方差σ2。隨機函數(shù)之間的空間相關函數(shù)由下式給出：
可以通過使樣本的可能性最大化來估計參數(shù)βh，σ2和θl。 似然函數(shù)是：
在實踐中，可以通過最大化似然函數(shù)的對數(shù)來獲得，忽略常數(shù)：
讓這個表達式相對于σ2和β的導數(shù)等于零; 那么我們可以得到：
將方程 9和10代入等式 8，我們可以得到所謂的“集中對數(shù)似然”函數(shù)：
它僅依賴于R，因此取決于相關參數(shù)θlS。 通過最大化我們可以獲得的功能：
然后，估計值β和σ2可以從等式 9和等式10得到。
3.2預測因子
函數(shù)值y(X*)可以將新點X*近似地估計為樣本Y的響應值的線性組合：
錯誤是:
將等式 1代入等式 14給出：
其中Z=[z1,z2,…,.zn]和F=[f1,f2,…,fn]為使X*的預測值無偏，此時的平均誤差應為零，即：
然后我們得到：
預測值的均方誤差（MSE）在等式 15中給出：
即是：
最小化φ（X*）與公式 17，我們可以得到：
導出：
得到：
因此，我們可以預測函數(shù)值y(X*) 通過使用方程式21來計算每個新點X*。
辛普森等人 [17]建議克里格模型的最佳選擇是在中等數(shù)量變量（小于50）中的確定性和高度非線性。很多研究人員在設計復雜工程時已早期應用[18-20]。最近，黃等人 [21]已經(jīng)使用Kriging模型來最大限度地減少金屬成形工藝設計中的模具磨損。此外，Hawe和Sykulski [22]已經(jīng)展示了Kriging模型在電磁裝置優(yōu)化中的應用。
4基于Kriging模型的翹曲優(yōu)化
4.1優(yōu)化模型和優(yōu)化過程
翹曲變形最小設計問題可以說如下：
找到
最小化翹曲（x1,x2,…,xm）
受制于xj≤xj≤xj j=1,2,…,m
其中x1,x2,…,xm是表示過程條件的變量，熱變形（x1,x2,…,xm）是量化的熱變形值，將由基于優(yōu)化中的克里格模型的近似函數(shù)代替迭代，并且xj和xj是第j個設計變量的上限和下限。
基于克里格模型的優(yōu)化算法描述如下：
1. 使用MRG方法獲取一組具有n個點（每個點對應于一組過程條件）的樣本，并運行Moldflow程序以獲取采樣點的翹曲值。然后，選擇與最小翹曲值對應的一組工藝條件作為初始設計。
2. 基于獲得的試樣，使用Kriging模型建立翹曲與工藝參數(shù)之間的近似關系。
3. 最小化熱變化值以通過Kriging近似函數(shù)獲得修改后的設計。 然后，通過Moldflow程序計算相應的熱變化值。
4. 檢查收斂：如果滿足下一節(jié)的收斂標準，則停止; 否則，將修改后的設計添加到樣本集中，然后轉到步驟2。注意，如果修改后的設計比以前的初始設計更好，則初始設計將被更新。
4.2收斂標準
收斂標準用于同時滿足優(yōu)化和克里格近似的精度，即：
其中k是優(yōu)化迭代指數(shù)，yk是Kriging模型的近似翹曲值。
5手機蓋翹曲優(yōu)化
作為示例，調(diào)查了蜂窩電話機蓋。 其長度，寬度，高度和厚度分別為130mm，55mm，11mm和1mm。蓋子由3,780個三角形元素離散化，如圖2所示。它由PC / ABS制成，其材料性質如表1所示。
設計變量是模具溫度（A），熔體溫度（B），注射時間（C）和包裝壓力（D）。翹曲通過平面外位移來量化，該位移是Moldflow中默認平面的最大向上變形和最大向下變形的總和。四個變量的范圍在表2中給出。我們希望在大型可行的成型窗口中找到最佳設計。因此，這些范圍可以大于實際制造中的范圍。此外，這個范圍可以避免熔體短路。 模具溫度的范圍基于Moldflow的Plastics Insight中的推薦值，該數(shù)值考慮了材料的性能。熔體溫度的范圍比Moldflow中應使用的最小值高10°C，因為較低的熔融溫度可能導致熔體短路。注射時間和包裝壓力根據(jù)制造商的經(jīng)驗確定。
MRG方法選擇了五十四種工藝組合。在FE模擬之后，獲得試樣，然后使用DACE工具箱構建Kriging模型。在常數(shù)回歸項和ε1=ε2=1.0e-3的條件下，只需要修改五個來獲得最優(yōu)解，結果如表3所示。在Intel P4處理器PC上花費11個小時的CPU時間（運行Moldflow并執(zhí)行優(yōu)化），優(yōu)化過程消耗的凈時間只有2.3s。 圖3顯示了蜂窩電話機優(yōu)化的迭代歷史。隨著迭代次數(shù)的增加，Kriging模型的模擬值逐漸接近Moldflow中的分析值。 圖4和圖5分別顯示優(yōu)化前后的翹曲值
6結果與討論
6.1優(yōu)化結果分析
為了詳細分析結果，每個因素對翹曲的影響也將通過有限元模擬來研究，條件是所有其他因素都保持在最佳水平。結果如圖16所示。
通常，如果模具溫度低，則會產(chǎn)生更高的殘余應力，因為腔體中的熔體具有高的冷卻速率。因此，從質量的觀點來看，最高的模具溫度在其范圍內(nèi)是最好的。但是， 圖6顯示，當所有其他因素保持在其最佳值時，模具溫度對翹曲的影響非常小。這種現(xiàn)象導致最佳模具溫度在其范圍內(nèi)不是最高值。
圖6顯示，當熔體溫度從260℃變化到300℃時，翹曲值非線性地降低。較低的熔體溫度具有不良的流動性，可產(chǎn)生較高的剪切應力。如果沒有足夠的時間釋放剪切應力，翹曲將會增加。結果表明，熔化溫度較高，使翹曲最小化，與優(yōu)化結果一致。
注射時間短可以在空腔中引起快速熔融流動，這對殘余應力和分子取向有貢獻另一方面，長時間的注射時間將會導致鐵素體激素的上升。這將導致材料中更高的剪切應力和更多的分子取向。圖6顯示后一種效應在所選擇的范圍內(nèi)可能更為重要。
包裝壓力在兩個方面影響翹曲。低填充壓力不能壓縮空腔中的塑料材料，這可能形成體積收縮并引起大的翹曲。另一方面，當將更多的熔體轉移到空腔中時，高的填充壓力可以產(chǎn)生更高的殘余應力引起的流動和高壓力。圖6顯示后一種效應在所選范圍內(nèi)更重要，因為當包裝壓力越來越高時，翹曲增加。
6.2 Kriging模型的結果分析
設計變量的兩個相關函數(shù)如圖7所示。 對應于θ=1和θ= 5。隨著設計變量的變化，θ= 5的曲線下降得更快。這說明較大的θ使變量更活躍。因此，參數(shù)θ可以解釋為測量相應變量的重要性[15]。對于該示例，參數(shù)θls的數(shù)量與處理參數(shù)相同，因此每個元素θl反映相應的處理參數(shù)對翹曲的影響。表4顯示，在優(yōu)化后，Kriging模型中對應于噴射時間的θl值大于其他模型，因此注射時間對翹曲的影響最大，也與圖6一致。
7結論
在本研究中，提出了一種改進的矩形網(wǎng)格（MRG）。 與RG相比，MRG將邊界上的一些點移動到內(nèi)部設計區(qū)域，這將為Kriging模型提供更多有用的信息。此外，它可以確保這些點具有較少的重疊坐標值。通過RG的遺產(chǎn)，它可以避免這些點彼此靠近的情況。
基于MRG，提出了一種有效的優(yōu)化方法，使注射成型中的翹曲最小化。該方法基于Kriging模型的近似函數(shù)進行優(yōu)化，而不是通過Moldflow進行昂貴的翹曲分析。已經(jīng)使用優(yōu)化方法來最小化手機蓋的翹曲，結果表明它具有良好的翹曲優(yōu)化的精度和有效性。
克里格模型不僅有助于降低優(yōu)化的計算成本，而且有利于分析過程參數(shù)對翹曲的影響，特別是反映其非線性關系。
就手機蓋而言，注射時間是所選范圍內(nèi)影響翹曲的重要因素。
致 謝
作者衷心感謝中國國家自然科學基金重大計劃（10590354）對這項工作的財政支持，并感謝Moldflow Corporation（Framingham，MA）為本研究提供了仿真軟件。
參考文獻
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Yuehua Gao & Xicheng Wang
收到日期：2006年11月15日/接受日期：2007年4月5日/網(wǎng)絡發(fā)布：2007年6月15日?Springer-Verlag London Limited 2007
畢業(yè)設計(論文)任務書
題目帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模
起訖日期
學生姓名 專業(yè)班級 機械工程132
所在學院 機械工程學院
指導教師 職稱 副教授
所在單位機械工程學院
9
2017年03月27日
任務及要求：
1.設計（研究）內(nèi)容和要求（包括設計或研究內(nèi)容、主要指標與技術參數(shù)，并根據(jù)課題性質對學生提出具體要求）
內(nèi)容：
1實習調(diào)研、收集資料
2.注塑模具實體圖、裝配圖及零件圖一套
3.外文文獻翻譯一份(不少于3000漢字)
4.調(diào)研報告·-份(不少于3000漢字)
5.編寫設計說明書一份（1OOOO字左右)
6.參考文獻數(shù)量不低于10篇，至少1篇外文文獻。
要求：
1.熟練掌握CAD設計技術。
2.掌握模具結構設計基礎知識
3.圖紙繪制準確、尺寸標注合理。
4.外文文獻翻譯準確、通順，參考文獻引用正確。
5.說明書表述清楚，公式及計算結果正確，書寫格式規(guī)范。
6.在設計工作中態(tài)度嚴謹、認真，嚴格執(zhí)行計劃。
2.原始依據(jù)（包括設計或論文的工作基礎、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等）
本課題要求應用先進的CAD軟件，進行面向墨盒的注塑模具設計。課題的目的是培養(yǎng)學生掌握模具設計所需的基本知識與技能，包括實體建模技術、零件圖設計及配圖設計。培養(yǎng)學生從事模具設計工作所需的基本技能，包括科技資料查閱、CAD軟中應用和模具結構設計基礎知識，為畢業(yè)后的工作打下良好基礎。
3.主要參考文獻
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指導教師簽字：
教研室主任簽字：
年 月 日
參加畢業(yè)設計（論文）答辯申請書
學生姓名
學院
機械工程學院
專業(yè)班級
題 目
帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模具設計
指導教師
經(jīng)過近14周的努力，通過對注塑成型模具相關的調(diào)研以及翻閱相關的參考文獻和資料
進?行需求分析、系統(tǒng)研究、系統(tǒng)設計，最終完成了帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模具的?研究和設計。
通過查閱相關的模具設計、國標手冊等書籍，掌握了本系統(tǒng)研究設計的基本方法，基本掌握了注塑
模具設計過程中的相關計算和結構設計，同時查閱外文資料并完成了對外文資料的翻譯工作。
在這次畢業(yè)設計中我認真學習模具相關知識以及PROE、CAD等專業(yè)軟件的操作，能夠熟練使用
軟件設計模具并繪制總裝圖和零件圖。
目前，畢業(yè)?設計（論文）、外文文獻翻譯、調(diào)研報告、3張A0圖及相關資料文檔均已完成，
在此向老?師提出答辯申請，希望老師同意。
指導教師對學生參加畢業(yè)設計（論文）答辯的意見：
指導教師： 年 月 日
摘 要
塑料在當今世界上無處不用，因此塑料模具有很大的發(fā)展前景，特別是注塑模具。由此可知，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質量有很大的意義。本次畢業(yè)設計的課題是帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模，即設計一個用來生產(chǎn)圓珠筆管的注塑模具。本文詳細記錄了模具的設計過程。設計過程包括塑件材料的工藝性分析、擬定模具的結構形式、澆注系統(tǒng)的設計和注塑模主要結構的設計。
在本次畢業(yè)設計中讓我可以綜合運用到以前的學習到的專業(yè)知識，加深我對注塑模具設計原理的理解，并提高了我將理論知識與實際設計相結合的能力，為我以后走向工作崗位打下了基礎。設計中除了應用傳統(tǒng)的計算方法，我還使用了Pro/E、AutoCAD軟件對設計出的模具進行了三維建模及二維圖的繪制。
關鍵詞：注塑模具 Pro/E AutoCAD
ABSTRACT
Plastic is nowhere in the world today, so the plastic mold has great prospects for development， especially the injection mold. Thus we can see, It is of great significance to study the injection molds to understand the production process of plastic products and improve the quality of the products. The subject of this graduation project is injection molded mold with ball - point pen with metal insert, that is, the design of a ballpoint pen for the production of injection mold. This paper records the design process of the mold in detail. The design process includes the technical analysis of the plastic parts, the design of the mold, the design of the pouring system and the design of the main structure of the injection mold.
In this graduation design so that I can be integrated into the previous study to the professional knowledge, deepen my understanding of the principles of injection mold design, and improved my ability to combine theoretical knowledge with practical design. For me to work later laid the foundation. In addition to the application of the traditional design method, I also use the Pro / E, AutoCAD software on the design of the mold for three-dimensional modeling and two-dimensional map drawing.
Key words: Injection mold Pro/E AutoCAD
目 錄
第一章 緒論 1
1.1注塑模具 1
1.2我國模具發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3模具發(fā)展趨勢 1
1.4本次課題的意義 2
第二章 塑件成型工藝性分析 3
2.1塑件的分析 3
2.2 ABS的性能分析 4
2.3 ABS注射成型過程及工藝參數(shù) 5
2.4 第二章小結 5
第三章 擬定模具的結構形式及澆注系統(tǒng)的設計 6
3.1 擬定模具的結構形式 6
3.1.1 分型面位置的確定 6
3.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 6
3.2 注射機型號的確定 7
3.3 澆注系統(tǒng)的設計 9
3.3.1主流道的設計 9
3.3.2 分流道的設計 10
3.3.3 澆口的設計 12
3.3.4校核主流道的剪切速率 12
3.4冷料穴的計算 13
3.5本章小結 13
第四章 注塑模主要結構的設計與計算 14
4.1成型零件的結構設計與計算 14
4.1.1凹模的結構設計 14
4.1.2凸模的結構設計（型芯） 14
4.1.3成型零件鋼材的選用 15
4.1.4成型零件工作尺寸的計算 15
4.1.5成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 17
4.2 模架的確定 18
4.2.1 各模板尺寸的確定 18
4.3 排氣槽的設計 18
4.4 脫模推出機構的設計 18
4.4.1推出方式的確定 18
4.4.2脫模力的計算 18
4.4.3校核推出機構作用在塑件上的單位壓應力 19
4.5 冷卻系統(tǒng)的設計 19
4.5.1 冷卻介質 19
4.5.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計算 19
4.5.3 凹模嵌件和型芯冷卻水道的設置 20
4.6 導向與定位結構的設計 20
4.7 本章小結 21
第五章 總裝圖及二維圖的繪制 22
謝 辭 23
參考文獻 24
大連交通大學2017屆本科生畢業(yè)設計（論文）
第一章 緒論
1.1注塑模具
注塑模具是近代化發(fā)展的生產(chǎn)過程中不可或缺的一種塑膠制品生產(chǎn)的工具。它影響著塑膠制品的完整結構和精確尺寸。注塑成型則是批量生產(chǎn)塑膠制品的一種加工的方式，即將受熱融化的塑料由注射劑射入模腔，經(jīng)冷卻固化后獲得成形品。注塑成型可以對結構復雜的塑料制品實現(xiàn)一次成型，是一種高效率的生產(chǎn)方式。而注塑模具的好壞將直接影響注塑成型的質量。在模具行業(yè)中，想要加工出高精度、高質量的模具來，必須借助先進的計算機輔助設計和制造軟件，這是保證加工質量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動量的有效途徑。
1.2我國模具發(fā)展現(xiàn)狀
目前來說我國模具行業(yè)一直在突飛猛進，近10年來的增長速度都達到了15%,甚至猶有過之。目前我國有3W多家模具生產(chǎn)廠商，80W人從事模具行業(yè)。出現(xiàn)了一批模具行業(yè)的領頭羊，如一汽、海爾、圣都等。甚至在重慶、大連等地區(qū)出臺了扶持當?shù)啬＞咝袠I(yè)的政策。
但是我國模具行業(yè)在地域分布上純在不平衡性東南沿?？煊谥形鞑浚戏降陌l(fā)展快于北方。
1.3模具發(fā)展趨勢
1、模具全球化，模具生產(chǎn)周期進一步縮短
模具市場全球化是當今模具工業(yè)最主要的特征之一，模具的購買者和生產(chǎn)商遍布全世界，模具工業(yè)的全球化發(fā)展使生產(chǎn)工藝簡單、精度低的模具加工企業(yè)向技術相對落后、生產(chǎn)率較低的國家遷移，發(fā)達國家的模具生產(chǎn)企業(yè)則定位在生產(chǎn)高水準的模具上，模具生產(chǎn)企業(yè)必須面對全球化的市場競爭，同時模具生產(chǎn)廠家不得不千方百計地加快生產(chǎn)進度，努力簡化和廢除不必要的生產(chǎn)工序，模具的生產(chǎn)周期將進一步縮短。
2、模具產(chǎn)品將向大型、精密、標準化方向發(fā)展
一方面模具成型零件日漸大型化和為提高生產(chǎn)效率開發(fā)的“一模多腔”造成了模具日趨大型化，另一方面電子信息產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學的迅猛發(fā)展帶來了零件微型化及精密化有些模具的加工精度公差就要求在1μm以下另外多功能復合模具將得到進一步發(fā)展，新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，生產(chǎn)效率進一步提高。國外發(fā)達國家模具標準件使用覆蓋率一般為80％左右，隨著我國模具工業(yè)的發(fā)展，模具標準化工作必將加強，模具標準化程度將進一步提高，模具標準件的應用和生產(chǎn)在“十一五”期間必將得到較大的發(fā)展? ?
3、模具行業(yè)將得到政府愈來愈多的重視和支持，大力發(fā)展模具城，使模具行業(yè)進行更快更好的發(fā)展
4模具協(xié)會承擔起模具企業(yè)與政府之間的橋梁，組織技術交流會，召開專題研討會，幫助企業(yè)尋找出路和辦法應付市場，促進模具技術的交流、發(fā)展，進行數(shù)字化管理的推廣。
1.4本次課題的意義
畢業(yè)設計可以說是檢驗我們在大學所學知識的一次測試，培養(yǎng)我們將理論知識與實際情況結合的能力進一步提高我們的知識素養(yǎng)，鍛煉我們獨立處理事務的能力，為我們以后走向工作崗位打下基礎。
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1塑件的分析
（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長，適合于注塑成型，如圖2-1所示。
圖2-1 帶金屬嵌件的圓珠筆管
（2）精度等級 每個尺寸的公差不一樣，有的屬于一般精度，有的屬于高精度，就按實際公差進行計算。
（3）脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-1選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。
表2-1 ABS的性能與用途
塑料品種
結構特點
使用溫度
化學穩(wěn)定性
性能特點
成型特點
主要用途
ABS
線型結構非結晶型
小于70°
較好
機械強度較好，有一定的耐磨性，但耐熱性較差，吸水性較大
成型性能很好，成型前原料要干燥
應用廣泛，如電器外殼、汽車儀表盤、日用品等。
2.2 ABS的性能分析
（1） 使用性能
綜合性能好，沖擊強度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性，電氣性能良好：易于成型和機械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機械零件、減摩零件、傳動零件和結構零件。
（2） 成型性能
1） 無定型塑料。其品種很多，各品種的機電性能以及成型特點也有所差異，應按品種確定成型方法及成型條件。
2） 吸濕性強。含水量小于0.3%（質量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。
3） 流動性中等。溢邊料0.04mm左右。
4） 模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進口料位置、形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。
（3）ABS主要性能指標如表2-2：
表2-2 ABS的性能指標
密度/g·cm-3
1.02~1.08
屈服強度/MPa
50
比體積、cm3·g-1
0.86~0.98
拉伸強度/MPa
38
吸水率（%）
0.2~0.4
拉伸彈性模量/MPa
1.4×103
熔點/℃
130~160
抗彎強度/MPa
80
計算收縮率（%）
0.4~0.7
抗壓強度/MPa
53
比熱容/J·（kg·℃）-1
1470
彎曲彈性模量/MPa
1.4×103
2.3 ABS注射成型過程及工藝參數(shù)
（1）注射成型過程
1）成型前的準備。對ABS光澤、粒度和均勻度進行檢驗，由于ABS吸水性較大，成型前應該充分干燥。
2）注射過程。塑件在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。
3）塑件的后處理。處理的介質為空氣和水，處理溫度為60~75℃，處理時間為16~20s。
（2）注射工藝參數(shù)
1）注射機：螺桿式，螺桿轉數(shù)為30r/min。
2）料筒溫度（℃）：后段150~170；
中段165~180；
前段180~200。
3）噴嘴溫度（℃）：170~180.。
4）模具溫度（℃）：50~80。
5）注射壓力（MPa）：60~100。
6）成型時間（s）：30（注射時間取1.6，冷卻時間20.4，輔助時間8）。
2.4 第二章小結
本章主要進行了塑件的簡單分析，并通過查閱相關資料了解了所選材料（ABS）的性能、注射成型工藝過程及工藝參數(shù)。
第三章 擬定模具的結構形式及澆注系統(tǒng)的設計
3.1 擬定模具的結構形式
3.1.1 分型面位置的確定
通過對塑件結構的分析，分型面應選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的上平面上，其位置如圖3-1所示。
圖3-1 分型面的選擇
3.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定
（1）型腔數(shù)量的確定 該塑件采用的精度一般在2-3級之間，且為大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結構形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結構尺寸的大小關系，以及制造費用的和各種成本費等因素，初步定為一模四腔結構形式。
（2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設的部位對稱。由于該設計選擇的是一模四腔，故采用中心對稱排列，如圖3-2所示。
圖3-2 型腔數(shù)量的排列分布
（3）模具結構形式的確定 從上面的分析可知，本模具設計為一模四腔，中心對稱排列，根據(jù)塑件結構形式，推出機構擬采用推桿推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設計時，留到采用對稱平衡式，澆口采用點澆口，且開設在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設分型面取出凝料，動模部分需要添加托板。由以上綜合分析可確定選用單分型面注射模。
3.2 注射機型號的確定
（1）注射量的計算 通過三維軟件建模設計分析計算得
塑件體積：V塑=2.424cm3
塑件質量：m塑=ρV塑=2.424×1.02g=2.472g
其中ρ參考表2-2可取1.02gcm3。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計算 澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2~1倍來估算。雖然本次采用的流道簡單并且較短，但因為零件的體積較小，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的1倍來計算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個塑件體積之和）為
V總=V塑1+1×4=2.424×2×4=19.392cm3
（3）選擇注射機 根據(jù)第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總質量V總=19.392cm3，并結合式V公=V總0.8則有：V總0.8=19.3920.8=24.24cm3。根據(jù)以上的計算，初步選定公稱注射量為60cm3，注射機型號為XS-ZY-60臥式注射機，其主要技術參數(shù)見表2-3。
表2-3 注射機主要技術參數(shù)
理論注射量/cm3
60
移模行程/mm
270
螺桿柱塞直徑/mm
V注射壓力/MPa
35
最大模具厚度/mm
350
135
最小模具厚度/mm
150
注射速率/g?s-1
70
鎖模形式
液壓
塑化能力/g?s-1
45
模具定位孔直徑/mm
80
螺桿轉速/r?min-1
0~200
噴嘴球半徑/mm
4
鎖模力/KN
400
噴嘴口半徑/mm
10
拉桿內(nèi)間距/mm
330×330
（4）注射機相關參數(shù)的校核
1）注射壓力校核。ABS所需注射壓力為80~100MPa，這里取p0=100MPa，該注射機的公稱注射壓力p公=150MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.25~1.4，這里取k1=1.3則：
k1p0=1.3×100=130
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