塑料滑板的注塑輔助工藝分析及注塑模具設(shè)計

摘 要 本文主要通過使用 moldflow 軟件進行了塑料滑板塑料件的澆口位置、成型 窗口、填充、流動、冷卻等方面的模擬分析，從而確定了成型方案。在此基礎(chǔ) 上完成了塑料滑板注塑模具設(shè)計的所有內(nèi)容，其中包括模架的選擇、注射機的 選擇、必要的工藝計算、模具各部分結(jié)構(gòu)的的設(shè)計、模具總裝圖、零件工程圖 的繪制等。 關(guān)鍵詞： moldflow 軟件；塑料滑板；模擬分析；模具設(shè)計 Abstract The paper mainly analyzed the gate location of the plastic parts, the molding win dow, filling, flowing and cooling through the use of moldflow software, and sequentia lly m- oulding process is assured. Based on what is mentioned above, the procedures which are indispensable in the process of plastic skateboards injection molding are complete ly accomplished, including the choice of mold、choice of injection machine、necessary process calculation、design of parts structure of die、mold assembly drawing、parts engineering drawing, etc. Keywords: moldflow software；plastic slide；simulation analysis；die design 目 錄 第一章 概 論 .1 1.1 課題來源、目的、意義 .1 1.2 塑料模具的現(xiàn)狀及塑料模具的發(fā)展趨勢 .1 1.2.1 塑料模具的現(xiàn)狀 .1 1.2.2 注塑模具的發(fā)展趨勢 .2 第二章 塑件工藝分析 .4 2.1 塑件分析 .4 2.2 塑件材料分析 .4 2.3 塑件的表面分析 .5 2.4 塑件的尺寸精度 .5 第三章 塑件模擬分析 .6 3.1 建立分析模型 .6 3.2 確定澆口位置 .7 3.3 一模兩腔 MOLDFLOW 分析 .8 3.3.1 填充分析 .8 3.3.2 冷卻分析結(jié)果 .12 3.3.3 成型工藝條件 .13 第四章 注塑模設(shè)計 .14 4.1 整體設(shè)計 .14 4.1.1 分型面的設(shè)計 .14 4.1.2 模架結(jié)構(gòu)設(shè)計 .14 4.1.3 注塑機的選擇 .15 4.2 系統(tǒng)設(shè)計 .16 4.2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計 .16 4.2.2 排氣系統(tǒng)設(shè)計 .19 4.2.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 .19 4.3 零件設(shè)計 .22 4.3.1 上下型腔設(shè)計 .22 4.3.2 澆口套的設(shè)計 .23 4.3.3 脫模機構(gòu)的設(shè)計 .23 4.3.4 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 .25 4.3.5 復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 .26 4.3.6 側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計 .26 4 .4 注射機校核 .27 4.4.1 最大注射量校核 .27 4.4.2 最大鎖模力校核 .27 4.4.3 注射壓力的校核 .28 4.4.4 模具閉合高度校核 .28 4.4.5 開模行程的校核 .29 第五章 總裝配圖 .30 5.1 二維裝配圖 .30 5.2 三維圖 .31 結(jié) 論 .32 參考文獻 .34 1 第 1 章 概 論 1.1 課題來源、目的、意義 (1) 課題來源 本課題來源于中日龍電氣制品有限公司。 (2) 目的 塑料滑板注塑工藝分析及模具設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計可以使我綜合運用 本專業(yè)所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，讓我能獨立解決和分析問題的能力。 (3) 意義 由于模具設(shè)計對于制造業(yè)的有重大的意義，通過本課題的的研究， 讓我對注塑模具有一個系統(tǒng)性的了解，另一方面對于課本上學(xué)的也有一個實踐 的過程，相信在以后的工作當(dāng)中會有更好的發(fā)展，從而達到本課題需要達到的 目標(biāo)。 1.2 塑料模具的現(xiàn)狀及塑料模具的發(fā)展趨勢 1.2.1 塑料模具的現(xiàn)狀 塑料模具現(xiàn)在主要有注射模，壓縮模，壓注模，擠出模，氣動成形模。根 據(jù)我國模具業(yè)協(xié)會經(jīng)營管理委員會編制的全國模具專業(yè)廠基本情況統(tǒng)計， 我國模具以平均15%以上的速度增長，高于國內(nèi)GDP的平均增值一倍多。其中， 塑料模具約占各類模具總產(chǎn)值5%，每年增長速度高達25%，發(fā)展十分活躍。 我國模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給予制造業(yè)以有力支撐,同時,制造業(yè)的發(fā)展也推動了 模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國也成為模具生產(chǎn)大國,國內(nèi)的模具生產(chǎn)廠家已增至2萬余 家,從業(yè)人員大約100萬人,模具年產(chǎn)總值已達到550億元人民幣。但是，我國的 模具機床業(yè)產(chǎn)業(yè)仍“大而不強”。雖然目前我國模具行業(yè)以每年巨大的進出口 總額被譽為全球“制造大國”，但由于技術(shù)人才等因素的制約，都相對集中在 中低端領(lǐng)域，因而高端市場對國內(nèi)模具企業(yè)而言，經(jīng)濟誘惑力無疑是巨大的。 行業(yè)協(xié)會是相關(guān)的企業(yè)為了自身發(fā)展而建立起來的一種經(jīng)濟性的社團組織。 在市場經(jīng)濟條件下，作為一個重要的中間組織，行業(yè)協(xié)會具有協(xié)調(diào)市場主體利 益、提高市場配置效率的功能。因此，推動行業(yè)協(xié)會的建設(shè)，成為一個不可忽 視的課題。模具行業(yè)要獲得長足的發(fā)展，推動模具行業(yè)協(xié)會的建設(shè)必不可少。 一些高水平的模具所占比重已達40%左右,這些模具的特點是復(fù)雜、精密、大 型、長壽命。例如,有的模具單套重量可以達到125t。有的精密多工位注塑模壽 2 命長、0.001mm的精度隨著模具零件行業(yè)精度化要求的不斷增加和科學(xué)技術(shù)的進 步,有些零件的加工精度會達到lm以內(nèi)。企業(yè)的創(chuàng)新、研發(fā)能力得到提高,新 技術(shù)、新工藝得到了廣泛推廣。例如模具的自加工技術(shù)以及模具的柔性、集成 技術(shù)。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)、大型注塑模、先進模具制造技術(shù)和三維設(shè)計技術(shù) 的研發(fā)。注塑工藝設(shè)計系統(tǒng)、逆向工程和車身模具數(shù)字化制造系統(tǒng)等,這些都離 不開數(shù)字化、信息化技術(shù)的大力發(fā)展和推廣。 增長據(jù)統(tǒng)計，2013年上半年湖北省模具產(chǎn)量為16388套，增長率3.43%；其 中6月產(chǎn)模具4181套，6月增長率78.6%。2013年1-6月廣西模具產(chǎn)量為34344套， 1-6月增長率6.09%。2013年上半年重慶市模具產(chǎn)量為7365套，增長率 1.43%。2013年上半年四川省模具產(chǎn)量為921682套，1-6月增長率660.94%。 在模具設(shè)計制造中將全面推廣技術(shù)有 CAD/CAM/CAE，模具 CAD/CAM/CAE 技 術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模 具設(shè)計制造的發(fā)展方向。現(xiàn)在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)已基本成熟。由于 模具 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機的 普 及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普及模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好的條伯。隨著 微機軟件的發(fā)展和進步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨簡化。在普及推廣模具 CAD/CAM 技術(shù)的過程中，應(yīng)抓住機遇，重點扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā)和應(yīng)用。加大技術(shù) 培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時一步擴大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。對于已普及了模 具 CAD/CAM 技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應(yīng)積極做好模具 CAD/CAM 技術(shù)的深化應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從 CAPPPDMCIMSVR ， 逐步深化和提高。 1.2.2注塑模具的發(fā)展趨勢 （1）塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展趨勢 塑料是以樹脂為主要成分的高分子有機化合物，塑料大多采用合成樹脂，樹 脂可分為天然樹脂和合成樹脂倆大類。在一定溫度和壓力下，塑料具有可塑性， 各種合成樹脂都是將低分子化合物的單體通過合成的方法生產(chǎn)出的高分子化合 物，可以利用模具將其成型為具有一定幾何形狀和尺寸精度的塑料制件。 一般 相對分子質(zhì)量都大于一萬，有的甚至可達到百萬級。 3 塑料工業(yè)是新興的產(chǎn)業(yè)，即新的工業(yè)領(lǐng)域，是隨著石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從而應(yīng) 運而生的，目前塑料制品幾乎已經(jīng)進入一切的工業(yè)部門以及人們?nèi)粘Ｉ畹母?個領(lǐng)域。世界塑料工業(yè)從二十世紀(jì)三十年代前后開始研制到目前的塑料產(chǎn)品系 列化、生產(chǎn)工藝自動化、連續(xù)化以及不斷開拓功能塑料新領(lǐng)域，它經(jīng)歷了初始 階段（三十年代以前）、發(fā)展階段（三十年代）、飛躍發(fā)展階段（五十至六十 年代）和穩(wěn)定增長階段（七十年代至今）等這樣幾個階段。隨著工業(yè)塑料的制 件和日用塑料制件的品種和需求量日益增加，這些產(chǎn)品的更新?lián)Q代的周期愈來 愈短，因此對塑料的品種、產(chǎn)量和質(zhì)量都提供了越來越高的要求。 塑料作為一種新的工程材料，其不斷被開發(fā)與應(yīng)用和塑料成型模具的開發(fā) 與制造都在飛速發(fā)展。 （2）塑料模大力發(fā)展快速原型制造 在現(xiàn)代制造模具技術(shù)中，可以不急于直接加工難以測量和加工的模具凹模 和凸模，而是采用開蘇原型制造技術(shù)，先制造出與實物相同的樣品，看該樣品 是否滿足設(shè)計要求和工藝要求，然后在開發(fā)模具。 該項技術(shù)在國內(nèi)少數(shù)的塑料企業(yè)已經(jīng)開始得到應(yīng)用，并且正在大力的推廣 中。 （3）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進的熱處理和表面處理技術(shù) 模具材料的選在模具研發(fā)中是設(shè)計模具加工工藝、模具使用壽命、塑料制件 成型質(zhì)量和加工成本等重要問題。因此開發(fā)研制出具有良好實用性和加工性能 好的、熱處理變形小、抗熱疲勞性能好的新型模具有非常重要的意義。在未來， 模具的發(fā)展方向是采用真空熱處理，國內(nèi)許多熱處理中心和有些大型模具其一 已經(jīng)得到應(yīng)用并且正在進一步推廣。目前的研究和開發(fā)工作除了常用的表面處 理方法，還應(yīng)大力發(fā)展設(shè)備昂貴、工藝先進的氣相沉積、等離子噴涂等技術(shù)。 （4）模具的復(fù)雜化。精密化與大型化 模具技術(shù)正朝著復(fù)雜化、精密化、與大型化方向發(fā)展，面對激烈的市場競 爭，必須提高我國模具企業(yè)的自主開發(fā)能力，我國要從模具大國邁向模具強國， 應(yīng)調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，增強大型復(fù)雜、精密模具的自主開發(fā)能力，以提高產(chǎn)品的 市場競爭能力。 4 第 2 章 塑件工藝分析 2.1 塑件分析 如圖 2-1 所示，塑件為殼體，外狀規(guī)則且對稱，有圓角過渡，這些因素都有 利于注射成形。其內(nèi)部形狀有正四面體的凹陷，脫模有一定的困難。該塑件有 側(cè)抽芯機構(gòu)。塑件的外觀要有光滑，無明顯外觀缺陷。 圖 2-1 塑件模型 2.2 塑件材料分析 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性使 ABS 具有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，堅韌，良好的加工性和染色性能等 一系列良好的綜合性能。 ABS 無毒、無味、呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，有極好的抗沖擊 強度，且在低溫下也不迅速下降；有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、 耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電器性能,其工藝參數(shù)如表 2-1 所示。 ABS 的主要成型特點是：成型壓力較高；塑料上的脫模斜度宜稍大；成型 加工前應(yīng)進行干燥的處理；模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力； 要求塑件精度高時，模具溫度可控制在 4060 ，要求塑件光澤和耐熱時， 應(yīng)控制在 60 80 。 材料：ABS 壁厚 1.5 5 塑件的設(shè)計隨塑料品種、性能和成型方式的不同而有所差異。高質(zhì)量的塑 件需要優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計、高水平的模具和優(yōu)化的成型工藝三者有機的結(jié)合。但 是在實際塑件設(shè)計時，多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)計，往往造成產(chǎn)品在某些性能上 不能滿足使用要求，導(dǎo)致成型模具不適用，從而產(chǎn)生極大的浪費。因此，在進 行塑件設(shè)計時，對塑件及其成型工藝條件進行優(yōu)化設(shè)計，使發(fā)現(xiàn)的問題在塑件 設(shè)計完成之前即得到解決，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并減少浪費。 表 2-1 ABS 注射成型的工藝參數(shù)表 2.3 塑件的表面分析 塑件的用途可知，其外表面要求光潔,故采用點澆口，同時設(shè)置好參數(shù)，來實 現(xiàn)提高塑件的表面質(zhì)量。 2.4 塑件的尺寸精度 塑件采用自由尺寸要求，由塑料制件尺寸公差 SJ/T10628-95，采用本標(biāo)準(zhǔn) 的 8 級精度。 塑料 ABS 注射成型機類型 螺桿式 密 度(g/cm 3) 104 后段 180200 中段 200210料 筒 溫 度 )(c 前段 210230 模具溫度 )(c 5070 注射壓力/MPa 7090 注射時間 330 保壓時間 1530 冷卻時間 1530 成型時間（s） 成型時間 4070 6 第三章 塑件模擬分析 這里主要用到塑料模流分析軟件 Moldflow，通過 Mold flow 模流分析不僅 能夠模擬分析塑料熔體進入模具的流動過程，而且可以對塑料的澆口位置、壓 力分布、冷卻過程以及注塑工藝條件等進行模擬分析。從而得到最佳澆口位置 和澆口的個數(shù)以及預(yù)測可能會出現(xiàn)的缺陷，只有好的網(wǎng)格才能真正的模擬實際 產(chǎn)品的各個問題，這樣可以得到及時的改進，達到縮短模具的制造周期。 3.1 建立分析模型 由于塑件的內(nèi)部有很多的自閉合環(huán)路，導(dǎo)致零件的匹配百分比不高，所以采用近似分 析，分析中采用 fusion 網(wǎng)格，塑件材料為 ABS。圖 3-1 為塑件處理后的 3D 實體 模型的有限元網(wǎng)格模型。這次分析的有限元數(shù)據(jù)如圖 3-2。 圖3-1 塑件有限元網(wǎng)格劃分圖 7 圖3-2 有限元分析模型數(shù)據(jù) 3.2 確定澆口位置 澆口位置的好壞，不僅影響到產(chǎn)品的外觀，而且影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。 Moldflow 可以根據(jù)模型幾何形狀及相關(guān)材料參數(shù)、工藝參數(shù)分析出最佳澆口位 置。從而避免由于開設(shè)澆口位置的不當(dāng)產(chǎn)生缺陷。 選擇 Moldflow 中的澆口位置項進行優(yōu)化分析（如圖 3-3 所示），藍色為最 佳澆口位置，由塑件的尺寸分析，故采用一模兩腔，澆口為點澆口。 圖3.3 塑件澆口位置 8 3.3 一模兩腔moldflow分析 3.3.1 填充分析 由圖3-4 的填充時間可以看出，澆口位置設(shè)在此位置的填充時間只需要 1.966s，并且到達兩塑件的時間相近，說明交口設(shè)在此處可行。 圖 3-4 澆口位置的填充時間 從圖 3-5 得知，氣穴位置都在側(cè)成型位置和分型面附近，可以從滑塊和動 定模的空隙中排出。這樣出現(xiàn)氣泡、焦痕的可能性較小。 9 圖 3-5 氣穴分布 如圖3.6所示，速度/壓力切換時的壓力為23.35，也就是速度控制向壓力控 制轉(zhuǎn)換時的最高射壓值。當(dāng)前所有已填充部分，也就是著色部分，均是在速度 控制下完成填充的。圖中沒有灰色區(qū)域，即沒有未填充部分。 圖 3-6 速度/壓力切換時的壓力圖 流動前沿溫度，即熔融塑膠流經(jīng)不同位置時的溫度顯示，如圖 3-7 所示。 塑膠經(jīng)流較薄的區(qū)域，會因流動受阻、流速下降而加劇溫度下降，如果溫度下 降的幅度比較大，可能會產(chǎn)生滯流：如果溫度降到凝固點以下，就會出現(xiàn)短射。 10 所以應(yīng)使熔融塑膠的溫度一直處于“加工工藝”推薦溫度的范圍之內(nèi)。從右側(cè) 的顯示可以看出，最高溫度為 240.8。 C，最低溫度為 239.7。 C，在成型參數(shù)中 的熔溫 240.。 C 說明塑膠在流動的過程中未出現(xiàn)大的溫度波動和局部過熱現(xiàn)象， 充填比較順利。 圖 3-7 溫度分布圖 圖 3-8 顯示的是在整個成型過程中需要的鎖模力值。從圖上可以看出在 1.966s 時鎖模力值最高為 5.2 噸，鎖模力的顯示結(jié)果為選擇注塑機提供了很好 的參考。 11 圖 3-8 澆口位置的鎖模力 圖 3-9 所示為注塑澆口的壓力曲線。注塑壓力是成型過程中的重要參數(shù)， 直接決定了注塑機能夠提高壓力值大小的下限。本模型壓力最大值為 23MPa。 圖 3-9 注塑口壓力曲線 圖 3-10 所示為推薦螺桿速率曲線。很多成型缺陷都是由于塑膠在型腔內(nèi) 流動不平穩(wěn)造成的。推薦的螺桿速度曲線圖可以為調(diào)機有很高的參考價值，有 助于獲得平穩(wěn)的料流前沿，避免參與應(yīng)力過高，改善翹曲，同時這些曲線可以 用于設(shè)定注塑機的螺桿在注塑過程中的運動。 12 圖 3-10 螺桿速率曲線 3.3.2 冷卻分析結(jié)果 圖 3-11 所示為平均溫度結(jié)果圖。制品的平均溫度顯示的是冷卻結(jié)束時，制 品厚度上的平均溫度值。該塑件選擇的材料的頂出溫度為 82。 C，從圖中可以看 出制品的絕大部分區(qū)域的溫度在 82。 C，即可開模頂出，不會延長成型周期，提 高生產(chǎn)效率。 圖 3-11 平均溫度 13 圖 3-12 所示為回路冷卻液溫度結(jié)果圖?；芈防鋮s液的溫度變化幅度不應(yīng)超 過 23，由圖可知各管道冷卻液溫度變化值為 0.45，符合要求。 圖 3-12 回路冷卻液溫度 圖 3-13 所示為冷管道管壁溫度的結(jié)果。冷卻管道的管壁溫度與模壁溫度的 差值應(yīng)控制在 5之內(nèi)，本模型的差值在 2.66，符合要求。 圖 3-13 冷卻管道管壁溫度 3.3.3 成型工藝條件 Moldflow 成型窗口會顯示成型工藝條件。推薦最大填充壓力 110 MPa，推 薦的模具溫度為 45，推薦的熔體溫度 240。 14 第4章 注塑模設(shè)計 4.1 整體設(shè)計 4.1.1 分型面的設(shè)計 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)，通過 UG 軟件做出的分型面如圖 4.-1 所示。 圖 4-1 分型面 4.1.2 模架結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)前面的模擬分析的最佳澆口位置，適合一模兩腔，采取的是點澆口， 有雙分型面，由于該塑件結(jié)構(gòu)比較簡單，形狀也比較規(guī)則，有側(cè)向抽芯機構(gòu)。 所選的模架如圖4-2所示。根據(jù)塑件的尺寸初選300300的標(biāo)準(zhǔn)模架。 15 圖4-2 P 4型模架 4.1.3 注塑機的選擇 根據(jù) moldflow 對塑件的屬性分析，測得其體積 V 為 23.4812 3；澆注系 統(tǒng)的體積通過按塑件體積的百分之二十估算，可以得到塑件及澆注系統(tǒng)的體積 之和 V 總 ，如下： （4.1）2.1總 由上式得 V 總的值為 28.177 3。 注塑機的注射量表示法是用注射機一次注射塑料的最大容量，螺桿式注射 機是以體積表示最大注射量，以塑件小于標(biāo)準(zhǔn)螺桿式注射機最大注射量的百分 之八十理論注射量表示。該塑件的注塑機理論注塑量應(yīng)大于 35.221 3；由第 三章的 Mlodflow 分析推薦的注塑壓力不能小于 110MPa 。初選國產(chǎn) XS-ZY- 125 臥式塑料注塑成型機，其主要技術(shù)參數(shù)如表 4.1。 表4.1 XS-ZY-125主要技術(shù)參數(shù) 額定注射量/ 3 125 螺桿直徑/ 42 注射壓力/ MPa 119 注射行程/（mm） 120 鎖模力/（kN） 900 最大注射面積/（mm2） 320 16 電動機功率/KW 11 最大開合模行程/ 300 最大模具厚度/ 300 最小模具厚度/ 200 合模方式 液壓機械 噴嘴球半徑/ 12 噴嘴孔直徑/ 4 4.2 系統(tǒng)設(shè)計 4.2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計 通常把注射模中從注射機噴嘴到型腔之間的塑料流動通道稱為澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)是注射模具中的一個重要部分，作用是將注射機注射出的塑料熔體平 穩(wěn)而均衡的引進型腔，并在熔體沖模和固化定型過程中，將注射壓力和保壓力 充分傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密。輪廓清晰。表面光潔。尺寸精 確的塑料制品，澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四個部分組成。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則： （1）應(yīng)與塑料的成型特性相適應(yīng)， （2）應(yīng)有利于排氣和補縮 （3）應(yīng)使熔體的流程盡量短 （4）應(yīng)避免塑料熔體直接沖擊型芯和嵌件 （5）流道凝料和塑件易于分離 （6）要保證塑件的外觀質(zhì)量 （7）應(yīng)防止制品變形和翹曲 （8）合理設(shè)計冷料穴 （9）盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量 （10）應(yīng)同時考慮型腔布局 4.2.1.1 澆注流道的設(shè)計 17 主流道的幾何形狀和尺寸如下圖所示： 圖 4-3 主澆道各部尺寸 （1）主流道錐角 主流道錐角太小會是塑料模脫模困難，太大會產(chǎn)生渦流現(xiàn)象， 通常錐角 =2-6。本模具設(shè)計的錐角 =6。 （2）主流道入口直徑 d1，d 1 應(yīng)比注射機噴嘴直徑 d0 大 0.5-1mm，防止凝料的 脫出障礙，由注射機參數(shù)表知 d0=12，取 d1=4.5 （3）與注射機噴嘴相接觸部分尺寸 為了防止溢料，故在對接處設(shè)計成了球形 凹坑，球面半徑 SR1 比噴嘴半徑 SR0 大 1-2mm，所以 SR1=13m。 （4）主流道長度 L ，一般按照模板厚度決定，為減少壓力損失、熱能損失、 和廢料量，所以其長度應(yīng)盡量短，一般 L60，本設(shè)計的 L=42.6mm。 4.2.1.2 分流道的設(shè)計 分流道是指連接主流道和交口之間的熔體流動通道，適用于多腔模和一腔 多澆口模具，分流道長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置。分流道 的設(shè)計應(yīng)考慮塑件的材料、體積、壁厚、形狀復(fù)雜度、型腔數(shù)量合理設(shè)計。分 流道截面尺寸取決于多種因素，其選擇應(yīng)從壓力傳遞、熱量損失、加工與脫模 考慮?？紤]到了機加工和出模的容易性，同時交口為點澆口，采用的是雙分型 面，從加工的成本，配合精度要求等，最終確定為采用橫截面為梯形，如圖 4- 4 所示。 18 圖 4-4 分流道橫截面 分流道的尺寸的計算，根據(jù)梯形分流道參數(shù)表可知 =5 （4.2） DH32 式中：D- 梯形的大底邊寬度（）； H-梯形高度（）。 根據(jù)塑件采用的材料為 ABS，所以根據(jù)塑料長度推薦為 4.7-9.5mm，取 D=8mm,H=5.5mm。分流道的表面粗糙度一般不宜太小，一般取 Ra1.25- Ra2.5um。用來增大外層的流動阻力，使外層與心部的熔體之間殘生一定的速 度差，增加流動性。同時還有利于保溫 4.2.1.3 澆口的設(shè)計 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道。澆口是澆注系統(tǒng)非常重要 的部分。澆口的位置、形狀數(shù)量、尺寸大小對塑料熔體的流動阻力、流動速度、 流動狀態(tài)都有直接的影響，同時對塑件的性能和質(zhì)量的影響很大。 根據(jù)要求塑件表面要盡量光滑， 同時是一模兩腔，且從上表面注射，故采 用點澆口。點澆口又稱針點式澆口，是一種尺寸很小的圓形澆口，便于修整。 點澆口為限制型的澆口，同時是從制件的頂部進料因而具有直接澆口的特性， 由于前后兩端存在較大的壓力差，能有效地增大熔體的剪切速率，使非牛頓體 塑料熔體的表現(xiàn)粘度降低，流動性進一步提高，有利于性強的充填。對于薄壁 塑件或帶有精細花紋塑件和對于剪切速率敏感的塑料 ABS 的成型有利。 點澆口的設(shè)計主要是引導(dǎo)錐和澆口部分的設(shè)計，點澆口的的直徑一般在 0.3-2.0mm 左右，點澆口圓柱孔的長度約為 1-3mm，太長會增大壓力損失。取點 澆口的直徑 d=1.2mm,長度 l=3.0mm. 19 圖 4-5 點澆口的結(jié)構(gòu)和尺寸 4.2.1.4 冷料穴設(shè)計 冷料穴是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成之一，多型腔模具冷料穴設(shè)在分型面上，它的 作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料進入型腔，這些冷 料既影響熔體的充填速度，又影響成型塑件的質(zhì)量。 圖 4-6 冷料穴的結(jié)構(gòu) 4.2.2 排氣系統(tǒng)設(shè)計 從第三章的分析可以看出，氣穴位置都在側(cè)成型位置和分型面附近，可以 從滑塊和動定模的空隙中排出。這樣出現(xiàn)氣泡、焦痕的可能性較小。,同時利用 配合間隙排氣其間隙為0.030.05來實現(xiàn)排氣。 4.2.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 由 moldflow 分析得到的模具脫模溫度為 45 攝氏度，所以不用設(shè)置加熱裝 置。 4.2.3.1 模具系統(tǒng)的熱平衡計算 在注塑模成型的工藝中，模具的溫度對沖模和塑件定形有一定的影響，從而 影響了塑件的質(zhì)量，所以必須對模具進行有效的冷卻，使其溫度控制在一定范 圍內(nèi)。并且冷卻介質(zhì)的回路必須暢通，無停留部位。通過對模具的熱量的注入 20 及輸出的計算可以獲得冷卻劑需要帶走的熱量。 根據(jù)熱平衡原理，單位時間內(nèi)塑料熔體凝固釋放的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走 的熱量。 于是有： 塑料傳給模具的熱量 Qm= （4.3）nGmp11 Qin 塑料傳給模具的熱量（KJ）； n每小時注射次數(shù) G 每次的注射量（Kg）； mp每小時注射的塑料量（ Kg/h） 塑料的熱焓量之差（ KJ/Kg），取 =400KJ/Kg。11 設(shè)注射周期為 60s,則：n=360060=60 .由 moldflow 分析得 G=0.03021 代入數(shù)據(jù)計算，即 Qin=400600.03021=725.04KJh-1 （4.4）)(TinoutmCwn 式中：Qn 冷卻水每小時從模具攜走的熱量（ KJ/h）； m冷卻水每小時的用量（kg/h）； Cw冷卻水的比熱容 4.187KJKg-1C； 由 moldflow 分析所得 Tout模具的出水溫度 C 取為 25.75C； Tout模具的進水溫度 C，取為 25.1C 由熱平衡條件： Qm=Qn 可得： m= nG/CW(Tout Tin) （4.5）1 得 ： m=400600.03021/4.187(25.75-25.1)=234.006 kg/h 4.2.3.2 冷卻水體積流量的計算 體積流量公式： （4.6）)(6021cMqv 式中： 冷卻水體積流量vq 21 M單位時間注射入模具內(nèi)的樹脂質(zhì)量 Q單位時間內(nèi)樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量 C冷卻水的比熱容 冷卻水的密度 1冷卻水出口處溫度 1冷卻水入口處溫度 =234.006x3.5/(60 x0.7x4.178x103)=4.85x10-3(m3/min)vq 查塑料模具設(shè)計手冊可知：取冷卻管道直徑 d=10mm 就可以滿足要求。 4.2.3.3 冷卻回路所需要的總面積的計算 冷卻回路總面積計算公式： （4.7）)(360wmaMqA 式中： A冷卻回路的總面積，m 2; M單位時間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量， ；hkg/ q單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量， J a冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m 2.K); m 模具成型表面的溫度，C。 w冷卻水的平均溫度，C。 取 M=4.1x10-6 q 值由塑料材料為 ABS，取 q=3.5 由 moldflow 分析知 m=45C w=25.4C。 冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) a 可用如下公式計算： 22 （4.8）2.0 8)(da 式中 a-冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， )/(KmW 冷卻水在該溫度下的密度，kg/m 2 冷卻水的流速，m/s 與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)， 通過查表得 =9.66 v 由 moldflow 分析知 v=0.33m/s d=0.01m a=9.66 =102.0 813 A= /19.6=750.7510-4m23605.1.4 4.2.3.4 冷卻回路總長度 冷卻長度計算公式： L= （4.9）dA10 式中 L冷卻回路總長度 A冷卻回路總表面積 d冷卻水孔直徑 L=1000X750.75X10-4/ 10=1.5m 同時通過 Moldflow 分析，采用冷卻道直徑 10，管道數(shù)為 6，其分布采用 直通式水道，長度為 1.8m，上下模采用局部 對稱布置，能夠很好的滿足要求。 4.3 零件設(shè)計 4.3.1 上下型腔設(shè)計 本塑件采用動定模兩板式結(jié)構(gòu)，根據(jù)分型面的開設(shè)，由于本模型已經(jīng)對尺 寸進行 0.5%收縮，故直接利用 UG 的模具模塊對模型進行分模。如圖 4-6 ，4- 7 所示。 23 圖 4-7 型芯 圖 4-8 型腔 4.3.2 澆口套的設(shè)計 澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖所示，澆口套與模板間的配合采用 H7/m6 的過度配 合，澆口套與定位圈采用 H9/h9 的配合。定位圈在磨具安裝調(diào)試時應(yīng)插入注射 機的定位孔內(nèi)，用于磨具與注射機的安裝定位。定位圈未經(jīng)比注射機定模板上 的定位孔徑小 0.2mm 以下。 24 圖 4-9 澆口套 4.3.3 脫模機構(gòu)的設(shè)計 簡單機構(gòu)脫模通常包括推桿脫模機構(gòu)、推管脫模機構(gòu)、推件板脫模機構(gòu)、 推塊脫模機構(gòu)、螺旋脫模機構(gòu)、氣動脫模機構(gòu)和聯(lián)合脫模機構(gòu)等。 脫模機構(gòu)可 分為一次脫模、定模脫模、雙脫模、順序脫模、二次脫模等。按推出零件的類 別，則可分為推桿推出、推管推出、推件板推出。按脫模動作動力來源可分為 手動脫模、機動推出、液壓或氣壓推出。本設(shè)計選用推桿推出設(shè)計，脫模力的 來源為液壓。 推出機構(gòu)設(shè)計原則： （1）保證塑件不變形損壞 （2）塑件應(yīng)滯留于動模 （3）保證良好的塑件外觀 （4）脫模機構(gòu)應(yīng)動作靈活可靠 （5）合模時應(yīng)正確復(fù)位 （6）脫模行程應(yīng)適當(dāng) 4.3.3.1 脫模力的計算 塑件注射成型后，塑件在莫內(nèi)冷卻定型，由于體積收縮，對型芯產(chǎn)生包緊 力，當(dāng)其從模具中推出時，就必須先克服包緊力而產(chǎn)生摩擦力。型芯的成型端 部，一般要設(shè)計脫模斜度，由于塑料件表面凸凹不平，故脫模斜度盡量大些， 本設(shè)計取 1。 脫模力的計算公式為： 25 Ft= （4.10）)sinco(aunAp 式中 ：Ft 脫模力（推出力）： 型腔數(shù)量；n 型芯的脫模斜度（ ）；a0 塑件對型芯單位面積上的包緊力之積(Pa/m 2)；一般情況下，模外p 冷卻的塑件，p 取 Pa，取模內(nèi)冷卻的塑件 約77109.34.2p Pa，本塑件取 p=1x107Pa;7710.8.0 塑件包容型芯的面積（m 2）；通過 UG 測量 為 0.0072m2A A 塑件對鋼的摩擦系數(shù)，約為 0.1-0.3，實取 0.2；u 代入數(shù)據(jù)計算，即 F=20.00721107（0.2 cos1 -sin1 ）=26282.5N0 4.3.3.2 推桿的設(shè)計 推桿的自由度大，而且推桿截面大都為圓形，制造的方便，容易達到推桿與 模板或型芯上推桿孔的搭配精度，推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠。 本設(shè)計采用的推桿形狀為直通式， 推桿接觸塑件的頂推段，與模板上相應(yīng)孔的配合間隙，應(yīng)以不超過塑件的 溢料間隙為限，一般情況下 H8/f7 或 H7/f7 就可以滿足這一要求。本模具采用 H8/f7 配合。 推桿的直徑 d： （4.11）4 132)6(EnlFd 式中：F 總脫模力（N）； 推桿長度系數(shù)； =0.7 推桿長度（cm）； n推桿數(shù)量；l E推桿材料的彈性模量（N/cm ）； =2.1 X10 N/cm3E 7 3 代入數(shù)據(jù)計算，即 =1.37mm4 132)21068.67.584(d 而實取推桿的直徑 d=.1.49mm>1.37mm ,故滿足要求。 26 圖 4-10 頂桿設(shè)計圖 4.3.4 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 合模導(dǎo)向機構(gòu)是保證動、定?；蛏?、下模合模時，準(zhǔn)確無誤的定位和導(dǎo)向的 零件。合模機構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位，導(dǎo) 向機構(gòu)的作用：定位作用、導(dǎo)向作用、承受一定的側(cè)向壓力。 4.3.4.1 合模系統(tǒng)的導(dǎo)向 模具的閉合準(zhǔn)確性通過合模裝置（導(dǎo)柱，導(dǎo)套）之間的配合來進行導(dǎo)向。 4.3.4.2 頂出系統(tǒng)的導(dǎo)向 頂出裝置在模具內(nèi)往復(fù)運動，主要靠推桿和型芯固定板之間的配合，以及 型芯和推件板的配合來進行導(dǎo)向。 4.3.5 復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 復(fù)位機構(gòu)的有 2 種形式，即復(fù)位桿和復(fù)位彈簧。由于受模具結(jié)構(gòu)和側(cè)向分 型及推推機構(gòu)的影響，故采用復(fù)位彈簧的形式，通過復(fù)位彈簧裝配在復(fù)位桿上， 開模后通過在復(fù)位桿上加彈簧來使推出機構(gòu)的復(fù)位。 4.3.6 側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計 當(dāng)塑件上具有與開模方向不一致的孔或側(cè)壁有凹凸形狀時，除極少數(shù)情況 下可以強制脫模外，一般都必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹的零件做成可活動的結(jié)構(gòu)， 在塑件脫模前，先將其抽出，然后才能將整個塑件從模具中脫出。完成側(cè)向活 動型芯的抽出和復(fù)位的這種機構(gòu)就叫做側(cè)向抽芯機構(gòu)。 根據(jù)本塑件的特點，采用寫到注釋側(cè)向抽芯機構(gòu)，斜導(dǎo)柱式側(cè)向抽芯機構(gòu) 27 利用斜導(dǎo)柱等零件將開模運動傳遞給側(cè)向型芯，使之產(chǎn)生側(cè)向運動完成抽芯動 作。結(jié)構(gòu)緊湊、動作安全可靠、加工制造方便，是最常用的注射模側(cè)向抽芯機 構(gòu)，但其抽芯力和抽芯距受到模具結(jié)構(gòu)的限制，一般適用于抽芯力不大及抽芯 距離小于 60-80mm 的場合。 本模具側(cè)抽芯的斜導(dǎo)柱安裝在定模，滑塊安裝在動模，需要側(cè)抽的橫向距 離為 1mm 左右，故設(shè)計斜導(dǎo)柱的傾斜角為 =20，斜導(dǎo)柱的長度為 L=50mm， 側(cè)抽芯時斜導(dǎo)柱出斜滑塊的縱向距離為 h=19.98mm,斜導(dǎo)柱的直徑為 5mm?；?塊的橫向移動距離為 s= . （4.12）sinh s=19.98 =7.27mm>1mm 符合要求20ta 本設(shè)計采用的定位裝置的作用是使滑塊停留在余斜導(dǎo)柱分離是的位置而不 發(fā)生側(cè)向移動，以保證塑料件脫模及再次合模時斜導(dǎo)柱能順利導(dǎo)入滑塊的導(dǎo)柱 孔，本設(shè)計所采用的是利用滑塊停留在限位擋塊上，結(jié)夠簡單。 圖 4-11 側(cè)抽芯機構(gòu) 4 .4 注射機校核 4.4.1 最大注射量校核 最大注射量是值注射機一次注射塑料的最大容量。設(shè)計模具時，應(yīng)保 證成型塑件所需的總注射量小于所選注射機的最大注射量，即： 28 nv+v1Kmp （4.12 ） 式中 n型腔的數(shù)量； V單個塑件的體積； V1澆注系統(tǒng)的體積； K注塑機最大注射量的利用系數(shù)，一般取 0.8； Mp注射機允許的最大注射量； 該型號注射機的理論注射量為 125cm3,又已知所需的單個塑件的體積 為 12.513，澆注系統(tǒng)的體積為 5.074。有： 212.513+5.074=28.177<1250.8=100cm3， 滿足要求。 4.4.2 最大鎖模力校核 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生使模具分型面漲開的力， 這個里的大小等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔 的壓力，它應(yīng)小于注射機的額定鎖模力 Fp，才能保證注射是不發(fā)生溢料 現(xiàn)象，即： Fz=p(nA=A1)<Fp （4.13） 式中： Fz熔融塑料在分型面上的漲開力，N； P型腔的壓力； n 型腔的數(shù)量； A塑件在分型面上的投影面積； A澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積； Fp注射機的額定鎖模力 型腔內(nèi)的壓力通常在 2040MPa，取 30MPa。塑件在分型面上的投 影面積 35.175c，澆注系統(tǒng)的投影面積為 0.0175c。 Fz=30(235.175+0.0175）=211.05KN<Fp=900KN 通過校核確定，滿足要求。 29 4.4.3 注射壓力的校核 塑料成型所需要的注射壓力是有塑料品種、注射機類型、噴嘴形式、塑件 形狀和澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。注射壓力的校核是核定注射機的額 定注射壓力大于成型時所需的注射壓力。 根據(jù) Moldflow 分析得到注塑需要的注塑壓力為 110MPa，該型號注塑機額 定的注塑壓力為 119MPa，符合要求。 4.4.4 模具閉合高度校核 由于注射機可安裝模具的厚度有一定限制，所以設(shè)計模具的閉合厚度 Hm必 須在注射機允許安裝的最大模具厚度 Hmax及最小模具厚度 Hmin之間，即 maxmin （4.14） 代入數(shù)據(jù)得： Hm=定模座板 45mm+定模板 50mm+動模板 50mm +支撐板 45mm+墊塊 90mm+動模座板 45mm=300mm 有：H min=200mmH m=300mmH max=300mm，符合要求。 4.4.5 開模行程的校核 注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須 小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法取出， 雙分型面分型面注射模 maHs)105(21 （4.15） 式中 s注射機動模板的開模行程（mm）； H1塑件頂出距離（mm）； H2包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度（mm）； a定模板與中間板之間的分開距離 a； 30 通過 UG 容易測得，H 1大約為 35，H 2為 40a 為 60mm。該模具開模行程 為 145。 代入數(shù)據(jù)得： H =300mm35+40+60+10=145mm，符合要求。 第五章 總裝配圖 5.1 二維裝配圖 31 圖 5-1 二維裝配圖 圖 5-2 二維裝配圖 32 圖 5-3 二維裝配圖 1、動模座板 2、推件板 3、推桿固定板 4、墊塊 5、復(fù)位彈簧 6、推桿 7.支撐板 8、動模 板.9、定模板 10、上模座板 11、定位圈 12、14、24、27、30、螺釘 13、澆口套 15、型芯 16、型腔 17、動模板導(dǎo)套 18、水嘴 19、29、導(dǎo)套 20、23、28、導(dǎo)柱 21、彈簧 22、限位拉 桿 25、冷卻水道 26 復(fù)位桿 31、墊塊固定螺栓、32、斜導(dǎo)柱 33、側(cè)型芯滑塊 5.2 三維圖 圖 5-4 模具三維圖 結(jié) 論 33 借用計算機軟件輔助工藝分析以及模具設(shè)計，可以大大縮短由模型到模具， 由模具到產(chǎn)品的周期，從而能夠更好的滿足市場的需求。具體體現(xiàn)以下兩點： 1、使用 Moldflow 軟件，可以實現(xiàn)塑件的流動模擬分析。在優(yōu)化澆道口的 擺放位置后，通過可能產(chǎn)生氣泡的位置來確定排氣孔的位置。根據(jù)分析結(jié)果為 注塑模具設(shè)計提供了許多重要的數(shù)據(jù)，并且還可以預(yù)測注塑模具設(shè)計結(jié)果可能 產(chǎn)生的各類缺陷 。 2、使用 UG 軟件，可以實現(xiàn)塑件的分模及模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 致 謝 本文是在 XXX 和 XXX 指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。幾個月來，導(dǎo)師豐 34 富的學(xué)識、嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、以及他給予支持和鼓勵使我受益匪淺，使我能夠 順利地完成所有設(shè)計任務(wù)，當(dāng)中所取得的每一點成績都與導(dǎo)師的熱情關(guān)懷和精 心指導(dǎo)是分不開的，值此論文完成之際，特別向?qū)熤乱灾孕牡母兄x和崇高的 敬意。 這次畢業(yè)設(shè)計可以說是對自己四年來最全面的一次課程實踐，它從各個方 面檢驗了我實際設(shè)計的能力。這次的設(shè)計是第一次獨立完成的一套較為專業(yè)的 模具，設(shè)計過程中，從選材到確定模板尺寸到螺釘?shù)倪x用，均為個人完成，真 正做到了將理論知識與實踐相結(jié)合，讓我對模具設(shè)計進一步有了較為系統(tǒng)的了 解，這對我即將參加工作起了很大的幫助。 但是在本次畢業(yè)設(shè)計期間，