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大連交通大學2017屆本科生畢業(yè)設計外文翻譯
基于人工神經網絡模型和期望改進函數(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網絡模型的自適應優(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)是設計變量。 Moldflow Plastic Insight軟件用于分析注塑件的翹曲。模具溫度，熔體溫度，注射時間，包裝壓力，包裝時間和冷卻時間均被視為工藝參數(shù)。人工神經網絡和實驗設計（DOE）方法的組合用于構建翹曲與過程參數(shù)之間的近似函數(shù)關系，代替優(yōu)化迭代中的昂貴的仿真分析。自適應過程是通過預期的改進來實現(xiàn)的，這是一個填充的抽樣標準。雖然美國能源部規(guī)模小，但是這個標準可以平衡本地和全局搜索并趨于全局最優(yōu)解。作為示例，蜂窩電話機蓋和掃描儀的調查。結果表明，提出的自適應優(yōu)化方法可以有效降低注射成型件的翹曲。
關鍵詞：注塑成型；優(yōu)化；實驗設計；人工神經網絡；預期改進功能。
1介紹
注塑成型是生產塑料制品中最廣泛使用的工藝。注塑模具可分為填充，填充后和開模三個階段[1]。在生產過程中，翹曲是最重要的質量問題之一，特別是塑殼制品。其中一些研究成果已經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構或調整工藝參數(shù)來減小翹曲。零件設計和模具設計通常在產品開發(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重要問題是在制造前預測和優(yōu)化翹曲。許多文獻一直用于翹曲優(yōu)化。 Lee和Kim [10]利用改進的復合法優(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，通過組合實施改進復合法和實驗設計來減少翹曲。他們的研究結果表明，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時的，因為他們執(zhí)行許多昂貴的功能評估。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，而不是設計空間中的最優(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。一般來說，復雜的任務通常需要巨大的計算成本。因此，為了降低翹曲優(yōu)化中的計算成本，許多研究人員引入了Kriging替代模型，人工中性網絡（ANN），響應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的矩形網格法和預期改進（EI）函數(shù)方法相結合，優(yōu)化了工藝條件以減少翹曲。 Kurtaran等人將遺傳算法與神經網絡和響應面法結合起來，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)化中的高計算成本，遺傳算法可以有效地接近全局最優(yōu)設計。
在這項研究中，模具溫度，熔體溫度，注射時間，包裝壓力，包裝時間和冷卻時間被認為是工藝參數(shù)。 拉丁超立方體設計（LHD）獲得小尺寸實驗設計，并通過MoldFlow Plastic Insight軟件評估翹曲值。 提出了基于人工神經網絡模型的自適應優(yōu)化。 自適應過程由EI函數(shù)執(zhí)行，其可以自適應地選擇附加采樣點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)值計算結果表明，該方法可有效降低翹曲。
圖1：ANN模型的配置
圖2：結合ANN / EI優(yōu)化的流程圖
圖3：蜂窩電話蓋板的中平面模型
2人工神經網絡
ANN是非線性問題的模擬和預測的強大工具。 神經網絡包括許多高度互聯(lián)稱為神經元的處理單元。每個神經元對加權輸入求和，然后對所得到的和應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是反向傳播網絡（BPN）[22-26]，已被廣泛應用于許多研究領域。 BPN具有分層的前饋網絡架構，每層的輸出直接發(fā)送到上層的每個神經元。 雖然BPN可以有多層次，但所有的模式識別和分類任務都可以用三層BPN來實現(xiàn)[27]。
表1：工藝參數(shù)范圍
圖4：優(yōu)化前蓋的翹曲
通過向網絡反復呈現(xiàn)一系列輸入/輸出模式集來訓練BPN。神經網絡通過調整其神經元之間的權重來逐漸“學習”輸入/輸出關系的興趣，以最小化實際和預測輸出模式之間訓練集的誤差。培訓后，使用不在訓練集中的一組單獨的數(shù)據(jù)來監(jiān)控網絡的性能。當均方誤差（MSE）達到最小值時，網絡訓練被認為是完整的，權重是固定的。本文采用一層隱藏三層ANN模型，模具溫度（Tmold），熔體溫度（Tmelt），注射時間（tin），包裝壓力（Ppack），包裝時間（tpack）和冷卻時間（tc）都被視為輸入變量，翹曲被認為是輸出變量。因此確定ANN的輸入層和輸出層的神經元數(shù)。通過試驗確定中間層的神經元數(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，學習周期為50,000，學習速率為0.05，動量因子為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)化結果
3 EI方法
ANN可以被用作從觀察數(shù)據(jù)“學習”的任意函數(shù)近似機制。 ANN用于構建翹曲與過程參數(shù)之間的近似函數(shù)關系，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，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涉及計算改進給定的點。它是用于檢測確定性函數(shù)的全局最小值的順序設計策略的啟發(fā)式算法[17,21]。 它可以平衡本地和全球搜索。 在某些點x進行采樣之前，Y（x）的值是不確定的。 候選點x處的Y（x）通常用分布，并且使用ANN預測器給出方差。如果當前的最佳函數(shù)值為Ymin，則可以實現(xiàn)ANN預測器的改善。
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)改進的預期值：
(2)
圖6：掃描儀型號
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)
方程式的第一個術語3是區(qū)別當前最小響應值Ymin和預測值在x處的值，由改進的概率。因此，當最小時，第一項是大的。第二術語是預測誤差σ（x）和正常密度的乘積函數(shù)f（u）。正常密度函數(shù)值大當誤差σ（x）大時，并且接近Ymin從而預期的改善將趨于一般其預測值小于Ymin或很多預測不確定性。
這種填充采樣方法有一些優(yōu)點：（1）它可以智能地添加采樣點來改善ANN，所以它允許從小觀察數(shù)據(jù)“學習”；（2）可以避免搜索相對較大的區(qū)域功能值，降低計算成本；（3）它也可以避免添加一些靠近彼此的點設計空間并保持ANN預測的穩(wěn)定性。
4基于改進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
翹曲最小設計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是設計變量和和是下限和上限第j個設計變量。目標函數(shù)由等式3和4得出，其中Ymin和是電流最小值和翹曲的預測值。
4.2收斂標準
收斂標準在此滿足：
(6)
其中Δr是給定的收斂公差，Ymin是樣本中的最小函數(shù)值。左邊是一個最大預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)化程序的實現(xiàn)
實現(xiàn)綜合ANN模型和EI功能方法如圖1所示2。
表4：優(yōu)化結果
5手機蓋翹曲優(yōu)化和掃描儀
5.1優(yōu)化問題
在本節(jié)中，兩次翹曲優(yōu)化的結果舉例說明。這些旨在顯示集成ANN模型的效率和準確性EI功能方法
第一個例子是手機套。它是由3,780個三角形元素離散，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），注射時間（錫），包裝壓力（Ppack），包裝時間（tpack）和冷卻時間（tc）被認為是設計變量。 量化目標函數(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中的默認平面軟件。約束由下部和上部組成對表1中給出的設計變量的約束模型，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，注射時間，包裝壓力，包裝時間和冷卻時間由制造商的經驗決定。
首先，LHD選擇十個樣品，然后用Moldflow Plastics Insight軟件對每個樣品設計翹曲所對應的值進行運行，得出最后一個翹曲與變形的近似函數(shù)關系，利用人工神經網絡模型構建工藝參數(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]。預期的改進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個隨機選擇點和EI函數(shù)值計算來構造近似執(zhí)行數(shù)學函數(shù)。找出EI最大點，然后將功能值選擇為一個初始設計。在此外，樣品中具有最小翹曲值的點被選擇為另一個初始設計，即兩個優(yōu)化過程在每個迭代執(zhí)行。在與仿真分析比較，這些過程消耗的時間非常短，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）。
第二個例子是掃描儀。 蓋子離散由8,046個三角形元素組成，如圖1所示。它是由PC模具溫度（Tmold），熔體溫度（Tmelt），注射時間（錫），包裝壓力（Ppack），包裝時間（tpack）和冷卻時間（tc）作為設計變量。通過平面外位移量化目標函數(shù)翹曲（x），這是最大和最小的變形參考在Moldflow Plastics Insight軟件默認的平面的總和。約束由上下限組成，設計變量見表3。
模具溫度范圍和熔體溫度是基于Moldflow Plastics推薦的值洞察，注射時間，包裝壓力，包裝時間和冷卻時間由制造商的經驗決定。
圖9：每個因素對手機蓋翹曲的個體影響
初始十個樣本由LHD選擇；25次迭代后獲得最優(yōu)解。結果如表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顯示了幾個工藝參數(shù)處于極限的邊界。 圖9和10顯示每個因素對翹曲的影響等，所有其他因素分別保持在最佳水平。
圖10：每個因素對掃描器翹曲的個別影響
圖9和10顯示了高熔體溫度和短注射時間是理想的。翹曲值隨著熔體溫度的變化，從260°C到300°C非線性減小。這是因為較低的熔體溫度流動性不好，可能導致早期形成冷凍皮膚層，將產生更高的剪切應力和阻塞流。如果沒有足夠的時間釋放剪切應力，翹曲將增加。然而翹曲值隨注射時間非線性增加。對于薄壁注模部件，長注射時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，并導致更高的流量剪切應力和材料中更多的分子取向。翹曲值僅改變包裝時間的周期，當包裝時間長于某些值時，翹曲值幾乎不變。圖9和10還顯示，當改變其他工藝參數(shù)（如包裝壓力，冷卻時間和模具溫度）時，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)應通過優(yōu)化提供。
7結論
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)化一些近似功能訓練的人工神經網絡模型。優(yōu)化過程可以從由一組采樣點訓練的近似函數(shù)開始，然后通過EI函數(shù)將最佳采樣點添加到訓練集中。優(yōu)化的每一次迭代包括訓練近似函數(shù)和優(yōu)化EI函數(shù)?？紤]到EI功能可以將相對意想不到的空間考慮在內，以提高ANN模型的準確性，并快速接近全局優(yōu)化解決方案。隨著應用程序，手機蓋和掃描儀的調查，在優(yōu)化中只需要少量的Moldflow Plastics Insight分析，因為兩個示例的第一次迭代需要一組幾個采樣點（只有十個采樣點）并且每次迭代的后續(xù)操作只將一個采樣點添加到集合中。數(shù)值計算結果表明，所提出的優(yōu)化方法對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。雖然這些實例的設計變量限于模具溫度，熔體溫度，注射時間，包裝壓力，包裝時間和冷卻時間，但本方法也適用于更多的工藝參數(shù)。
然而，還有兩個問題。第一個是開發(fā)有效的優(yōu)化算法。因為EI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。第二個是針對一些優(yōu)化方法開發(fā)的，以確定BPN學習框架中的一些網絡參數(shù)，如學習周期，學習速率，動量因子和隱藏神經元數(shù)量，使網絡的收斂速度快速穩(wěn)定。計劃進一步發(fā)展。
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公司為本研究提供仿真軟件。
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H. Shi : Y. Gao : X. 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占機械行業(yè)很大份額的行業(yè)的知識，對方套管注塑的模具進行了設計。這個設計又是對四年來所學機械方面知識的一次綜合運用的機會，所以相對的重要。通過老師的指導下與在圖書館、網絡自學了很多模具方面的知識，了解到模具技術水平的高低已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志，并在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。
方套管模具是注塑模具中比較典型的模具當然也有它自身的特點。典型在于它是方柱形，內有貫通的圓形孔，形狀比較規(guī)則，相對比較對稱；它的特點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，而且他的一個面上有圓柱凸臺且有通孔。所以在設計時必須考慮測抽芯，哈呋分型的設計等很多問題。在設計過程中，主要對模具的型芯、型腔、澆注系統(tǒng)、導向系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)進行了精密的計算和合理的選擇。設計中主要運用了Pro/E和Auto CAD軟件，根據(jù)制件的零件圖繪制了模具的各個零件圖和裝配圖。
關鍵字：模具；機械；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塑件結構分析 1
1.2 塑件材料分析 1
1.3 注射機的選擇 2
第二章 擬定模具結構形式 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)的設計 6
3.1 主流道的設計 6
3.2分流道的設計 7
3.3冷料穴的設計 7
3.4澆口的設計 8
第四章 成型零部件設計 9
4.1成型零件的結構設計 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)的設計 12
第七章 脫模推出機構設計 13
7.1推桿位置的設置 13
7.2 推桿形狀及固定形式 13
7.3脫模力的計算 13
7.4側推出零件尺寸的確定 14
7.5校核推出機構作用在塑件上的單位壓應力 15
第八章 冷卻系統(tǒng)設計 16
8.1冷卻介質 16
8.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算 16
第九章 導向與定位結構的設計 18
謝辭 19
參考文獻 20
大連交通大學2017屆本科生畢業(yè)設計（論文）
第1章 塑件成型工藝分析
1.1塑件結構分析
所給課題為帶側臺方套管，該塑料制件外形看似簡單，但在設計這套模具時，需要同時考慮主型芯過長并且存在著側抽芯這些問題，故有一定難度。本設計的塑件壁厚為2mm，適合注塑成型。精度等級按實際公差計算，由于是哈呋分型所以無需設計脫模斜度，當分型時塑件因凸臺的存在，開模后制品掛在成型凸臺的哈呋上，再由側向脫模機構使制品完全脫模。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
據(jù)參考文獻[1]P20可知，ABS塑料呈淡黃色不透明，非結晶塑料，ABS是無定型聚合物，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，在160~190℃范圍具有充分的流動性，而且熱穩(wěn)定性較好，在約285℃時才出現(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，故在成型之前要對其進行干燥處理。
（3）HDPE主要性能指標如表1—1所示。
表1-1 HDPE主要性能指標
密度/g.cm^3 1.02～1.08
彎曲模量/Mpa 1400
壓縮強度/Mpa 53
潔凈度/% 80～95
拉伸強度/Mpa 38
剪切強度/Mpa 20～36
屈服強度/Mpa 50
拉伸模量/Mpa 1400
抗彎強度/Mpa 80
熔融溫度/℃ 160～190
彎曲強度/Mpa 25～40
比熱容/J/kg/℃ 1470
1.3 注射機的選擇
注塑是ABS塑料最重要的成型方法，在設計模具時，為了生產出合格的塑料制件，除了應掌握注塑成型工藝過程外，還應對所選用的注塑機的有關技術參數(shù)進行全面的了解。注塑機是塑料注塑成型所用的主要設備。注塑成型時模具安裝在注塑機的動模板上，通過注塑機的液壓鎖模機構使動模具處于合模狀態(tài)。這就需要較核該模具所需要的鎖模力。是否在注塑機允許范圍內。另外模具的開模行程和最大閉和高度都應該通過較核。經分析，本設計適應采用螺桿臥式注塑機。其螺桿式注塑機的工藝參數(shù)如下表1-2：
表1-2 材料所需的注塑機工藝參數(shù)
注塑機類型
噴嘴形式
噴嘴溫度/℃
料筒溫度/℃
螺桿式注塑機
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
注射時間/s
50~70
70~90
50~70
3~5
保壓時間/s
冷卻時間/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，該注塑機的主要技術參數(shù)如下表1-3：
根據(jù)參考文獻[1]P70可知，以注塑機注射能力為基礎，每次在注射量不超過注塑機最大注射量的80%，按公式計算模具的型腔數(shù)：
n=(0.8G-m2)/m1
式中：G——注塑機的最大注塑量（g）；
m1——單個塑件的質量（g）；
m2——澆注系統(tǒng)質量（g）。
n=（0.8x500-15）/95
n≈4.05
模具型腔個數(shù)選一模四腔。
表1-3 XS-ZY-500型臥式注塑機主要技術參數(shù)
注塑機型號
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
推出兩側中心孔徑/mm
150
推出兩側孔徑/mm
24.5
推出兩側孔距/mm
530
第二章 擬定模具結構形式
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、定模的分界面。分型面的選擇受到塑料件的結構形狀，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備結構等因素的影響，一般選擇分型面是要考慮以下幾點：
1.便于塑料件的脫模，開模時，塑料件應盡可能的留在動模之中，但本設計中，考慮到經濟性以及模具的緊湊性，故將主型芯設計在定模一側。分型面的選擇應有利于側面分型與抽芯；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)本設計中的塑料件的結構特點以及設計要求，結合分型面選擇原則等因素，本設計屬于型腔完全在哈呋一側，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
本設計通過計算為一模四件，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，抽芯機構的設計，模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計及模具在開模時的受力平衡等問題，因此在設計中應根據(jù)各方面情況進行綜合考慮，并在設計中進行必要的修改，以達到完善的結果。本設計中，由于制件是帶側孔的方套管，加之要求一模四件，并且結合澆注系統(tǒng)的合理性為了簡化模具結構和均衡進料，故采取單排列式S形的方式布置。
第3章 澆注系統(tǒng)的設計
3.1 主流道的設計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，他將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時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速度和沖模時間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計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應盡量小于60mm，本次設計中初取50mm進行設計。
（2）主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+（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.主流道當量半徑
4.主流道澆口套的形式
主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡量小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理。設計中常采用碳素工具鋼（T10A），熱處理淬火表面硬度為50~55HRC。其結構如下圖3-1所示：
圖3-1
3.2分流道的設計
分流道的設計應能使塑料熔體的流向得到平穩(wěn)的轉換，并且能夠充分的充滿型腔；要保證各型腔之間的距離恰當，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盡量接近注塑機的鎖模力的中心。
分流道的布置：在多型腔注射模具中，分流道的設置形式分為平衡式和非平衡式兩種，一般以平衡式設置布局為佳，這樣可以達到各型腔能夠均衡的充填熔體，并且同時充滿各個型腔。平衡式是指主流道到各個型腔的分流道，其長度，形狀，斷面尺寸都對應相等，因此可以獲得較高的制件精度，本設計中由于情況特殊，綜合所有因素考慮，只要采取中心對稱式排布的方式才最合理。
分流道截面形狀：實際設計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，故本設計中采用U形分流道。
1.分流道的長度
根據(jù)4個型腔的結構設計，L分 取150mm。
2.分流道的當量直徑
因為該塑件的質量m=pV=155.26g，所以分流道的當量直徑為
D分=0.2654=6.13mm。
3.分流道的界面形狀
本設計采用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冷料穴的設計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機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料筒以內約10－25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進入型腔，便會產生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將分流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產生的冷料的井穴稱為冷料穴。冷料穴位于分流道所在的動模板上，其作用是收集熔體前鋒的冷料，防止進入型腔而影響塑件的質量。分流道冷料穴如圖3-2所示：
圖3-2
3.4澆口的設計
該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調整充模時間的剪切速率和封閉時間，因此采用點矩形澆口，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，且開設在哈呋上，從哈呋型腔的邊緣進料。
側澆口尺寸的確定:
H=nt=0.7×2=1.4mm B=cm
L一般取0.5~2.5 L=0.7mm
第4章 成型零部件設計
4.1成型零件的結構設計
（1）凹模的結構設計
凹模是用來成型制品外表面的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、組合式和鑲拼組合式四種類型。根據(jù)對塑件的結構分析本設計中采用組合式凹模，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會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）凸模的結構設計
凸模是用來成型制品內表面的模具零件，常用的結構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，又不浪費價格昂貴的材料，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、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產，所以構成成型腔的組合式凹模采用45鋼。對于凸模來說，由于脫模時與塑件磨損嚴重，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算
型腔和型芯徑向尺寸的計算。根據(jù)《塑料模具成型手冊》：已知塑料件尺寸為Ls，Δ取1/2~3/4,本設計中取Δ=0.5,而磨損量為δz = Δ/6 。δz平均收縮率為Scp，本設計中取0.0055。設型腔的徑向尺寸為LM 按平均值計算方法可得下式：
（1）主型腔徑向尺寸計算為：Ls =30mm （2）側型腔徑向尺寸計算為：Ls =20mm
（3）主型芯的徑向尺寸計算為：已知塑料件的尺寸為ls =26mm
（4）側型心徑向尺寸計算為：ls =16mm
（5）主型腔深度尺寸計算為：Hs=150mm
（6）主型芯高度尺寸計算為：hs =150mm
（7）側型腔深度尺寸計算為：Hs=6mm
（8）側型芯高度尺寸計算為：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)本設計中模具的總體結構：動模兩板塊，一個槽塊，采用推桿脫模機構，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，其余部分均按標準選擇模架。
2.模具系列的確定
根據(jù)模具各部分的設計以及型腔的安排，本設計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，本設計中最終決定選用尺寸選擇模架序號為8號系列模具。
3.動模板、支撐塊厚度的確定
由于標準模架大致已經選定，故按照標準選取動模座板的尺寸為25mm。
動模板的厚度，即標準模架中A板的厚度，根據(jù)《塑料成型模具設計手冊》選取A板厚度為32mm。
槽塊，及本設計中的中間板，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，在本設計中，為滿足長度需求，動模板B的厚度250mm。
本設計中，由于分型的距離很小，所以對墊塊C的要求不大，本設計中墊塊C取標準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準模架為25mm，頂桿固定板厚度相應為20mm。
剩余零件尺寸也均按標準模架選用。
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)的設計
當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內空氣及塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內因各種原因而產生的氣體不被排干凈，一方面將會在塑件上產生氣泡，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，體積縮小而產生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦，同時積存的氣體還會產生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。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．用側型芯運動間隙排氣
5．開排氣槽
本設計屬于中小型注塑模具，結合制件本身特點，前四種排氣方式都可以在本設計中應用到，故采用分型面和推桿制件與側型芯以及頂桿孔之間的間隙排氣。
第7章 脫模推出機構設計
本課題中，在模具設計總方案決定了該設計中的脫模機構的類型，由于最終塑料制件留在側型芯中，故脫模機構為一個主推帶動側推的裝置。
推出裝置的設計原則必須滿足：
1.推出機構必須可靠:
推出裝置的設計，必須使其工作可靠、配合合理、動作靈活、制造方便、更換容易、機構本身要具有足夠的剛度和強度，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，使之布置均勻合理，本課題中，最終塑料制件留在側型芯中，故必須分析計算出塑料因收縮對側型芯的包裹力，推出裝置要大于這個包裹力才能將制件從側型芯上推出，并且應該合理安排推桿的數(shù)量，分布方式。
3.保證塑料表觀質量良好：
設計推出機構時，要求推出塑料件的位置要盡量的選擇在塑件的內部或者是對塑料件表觀無大的影響的端面等部位
結合這些原則和本課題中塑料制件的特點，加之推桿零件結構簡單、加工、裝配及更換方便，滑動阻力較小，使用效果好，設置布局自由度大，故選擇推桿推出機構。
7.1推桿位置的設置
結合本課題的方案圖，則推桿應設置在脫模力大的地方，側型芯周圍塑料件對型芯的包緊力很大，所以可以在型芯外側塑料件的端面上設置推桿，本設計初步采用平均每個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型推桿結構簡單而且應用廣泛，故采用A型推桿，尾部采用臺肩式結構，臺肩的直徑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，這樣設計既可以降低加工要求，又能在多推桿結構情況下，不因為由于各板上的推桿孔的加工誤差引起的軸線不一致而導致阻滯或卡死現(xiàn)象，本設計中推桿采用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脫模力的計算
由于圓形孔為通孔，故脫模力即為制件對側型芯的包緊的脫模阻力，在脫模力計算中，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,故本設計中為厚壁制品
本設計中側型芯為厚壁圓形，故制品對型芯包緊的脫模阻力計算公式如下：
式中：E——塑料的拉伸彈性模量（MPa）,ABS的E為1.91～1.98GPa,本設計中E=1.95GPa
S——塑料的平均收縮率，ABS的S為（0.3%~0.8%），本設計中取S=0.5%=0.005
L——被包型芯長度（mm）,本設計中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——厚壁制件的計算系數(shù)，其計算公式為：
故側抽芯的脫模力為96.36×4=385.44N
7.4側推出零件尺寸的確定
側頂桿直徑的確定：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校核推出機構作用在塑件上的單位壓應力
推出面積
=
=402.12
推出應力
=1.15MPa<22.5MPa 合格
第8章 冷卻系統(tǒng)設計
模具的冷卻系統(tǒng)的設計關系到塑料制件質量以及生產效率，合理的冷卻系統(tǒng)能改善塑料成型，減少塑件應力的變形，改善塑料外觀質量，提高塑料物理性能及提高生產效率。冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單的計算。設計時忽略磨具因空氣對流，輻射以及與注射接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內塑料溶體凝固時所放出的熱量應等于冷卻水所帶走的熱量。
8.1冷卻介質
ABS屬于中等粘度材料，其成型溫度計模具溫度分別為200℃和50℃`80℃。所以磨具溫度初步選定為50℃，用常溫水隊模具進行冷卻。
8.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算
1.單位時間內注入模具的塑料溶體的總質量w
（1）塑料制品的體積
（2）塑料制品的質量
m=vρ=152.22×1.02=155.26g
（3）塑件壁厚為2mm，可以查表知t冷=20.5s。取注射時間t注=4s，脫模時間為18s，則注射周期：t=t注+t冷+t脫=20.5+4+18=42.5s。由此得每小時的注射次數(shù)：N=（3600/42.5）=85次。
（4）單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量：
W=Nm=631.98×85=53.71kg/h
2.確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量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.計算冷卻水的體積流量qv 設冷卻入水口的水溫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qv=0.02637/min時，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 因為平均水溫為23.5℃，查表知f=0.67，則有
7.計算冷卻水通道的導熱總面積A
=53.71×370/(3.215×10000×(50-(22+25)/2))=0.0233㎡
8.計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
本設計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 導向與定位結構的設計
導向機構對于模具是必不可少的部件，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須有導向機構。導向機構只要起導向、定位作用，并且承受一定的側壓力，導向機構的類型有導柱導向和錐面定位兩種形式。
當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，故可以采用標準模架本身自帶的導柱，本設計中采用A型導柱，Ⅰ型導套，導柱導套數(shù)量為四個，導柱的直徑為32mm,導柱前端做成錐臺形，為了使材料具有堅硬而耐磨的表面，韌而不易折斷的心部，因而本設計中選用T10A鋼經過淬火處理，硬度為56～60HRC，導柱的固定部分的表面粗糙度為，而導向部分的表面粗糙度為。其中導柱固定部分與模板之間通常采用H7/m6的過渡配合方式，而導柱的導向部分與相應導套采用H7/f7的間隙配合方式。
謝 辭
三個月的畢業(yè)設計如白駒過隙，轉瞬即逝?；厥走@些日子里，我收獲了非常多，盡管在畢業(yè)設計中，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，同學和家人的鼓勵，我依舊順利的完成了自己的畢業(yè)設計。雖然畢業(yè)設計并沒有想象中的完美，其中還是有很多問題和瑕疵，但是有時候做一件事情，不能太在乎結果，而是要重視其中的過程，因為畢業(yè)設計的結束并不是最終的結果，整個過程中我們學習到的知識，才是真正最有價值的東西。
感謝我的畢設老師林盛老師，在他的悉心指導之下，我的畢業(yè)設計才得以順利的進行和完成。雖然林老師的工作非常繁忙，但是他總會盡可能每周都抽出時間與我們每個人見面，親自驗收我們每個人的進度，并給予指導和修改意見，有不懂的地方也及時為我們答疑解惑，在這里向林老師表示最衷心的感謝。
其次，在這三個月的日子里，我的同學，導員還有我的家人也一直給予我鼓勵，他們是我完成畢業(yè)設計的不竭動力，我很幸運我的身邊能有你們。
大學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習，甚至有一段時間對學習很厭惡。但這并不能影響著幾年我所經歷的事情。我可以無悔地說：我之后努力過。大學四年，但它給我的影響卻不能用時間來衡量，這四年以來，經歷過的所有事，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。就要離開學校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個起點，在這里祝福大學里跟我風雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會是絢爛繽紛。
最后感謝我的母校給我提供的求學機會，使我度過了四年寶貴的時光。這四年中，通過各位任課老師知識傳授，使我學到了不少的東西，這將使我在以后的學習和工作中處理問題的方法和經驗更加豐富。
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