机械毕业设计（论文）-基于ProE的水果篮注塑模具设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 基于基于 Pro/E 的水果篮注塑模具的水果篮注塑模具 设计与仿真设计与仿真 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：讲师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于 Pro/E 的 水果篮注塑模具设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引 用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他 个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923238 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 模具是工业生产的主要工艺装备，用模具生成制件所表现出来 的高精度、高一致性、高生产率和低能耗是其他加工制造方法所不能 比拟的。在江浙沪地区模具制造企业占有相当大的比例，近年来，中 国模具工业将继续朝着信息化、数字化、精细化、自动化的方向发展。 Pro/E 作为 CAD/CAM 技术的主流软件，其模具解决方案涉及模具的 设计、制造的整个流程，从而在这些模具企业当中获得广泛的应用。 作为区域经济所亟需的机械（模具）类专业人才，应用型本科高校毕 业生掌握此类的 CAD/CAM 软件是相当重要的一项技能。 本课题旨在通过对水果篮产品的模具设计，巩固模具设计和模具 计算能力；通过对三维实体模型的模具设计使学生掌握设计方法，建 立一套与产品参数相关的三维实体模具，使学生能够利用所学知识独 立分析与解决设计过程的实际问题，为今后工作打下一定的基础。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉注塑模具发展历程，以及当前模具制造行业的发展现状。 II 能综合运用所学专业知识进行中等复杂程度模具的设计和计算。 熟练掌握 CAD/CAM 软件 Pro/E 的三维造型、模具设计的原理和 方法。在 Pro/E 的模具设计模块中设计成型零件。 熟练掌握利用专家系统 EMX 设计整套标准模架的流程和方法。 根据三维模架生成水果篮塑件注塑模的二维工程图。 论文依据充分，论证正确，文字通顺，条理清楚，格式符合要求。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所学科组组长研究所所 长长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 本论文就是将塑料水果篮作为设计模型，将大学所学理论知识、课外专业参考资料 及相关知识网站作为设计注射模具的理论依据，阐述塑料注射模具的设计过程。 通过对塑料水果篮成型工艺的正确分析，设计了一副一模一腔的塑料模具。模具中 决定塑件几何形状和尺寸的零部件称为成型零件，包括前模板、前模、后模板、后模仁 等的设计与加工工艺过程。成型零部件在工作时直接与塑料接触，在一定的温度下承受 熔体的高温和高压，因此必须要有合理的结构、较高的强度和刚度、较好的耐磨性、正 确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。重要零件的工艺参数的选择与计 算，推出机构与浇注系统以及其它结构的设计过程。 设计成型零部件时，应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，确定型腔的总体 布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统、排溢系统等，然后根据加工工艺和 装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计，计算成型零部件的工作尺寸校核。最后使 用 MPI 软件可以全面模拟注塑成型过程，并以图形的方式直观地显示分析结果。 关键词：关键词：水果篮；工艺分析；注射模；MPI IV Abstract This thesis is to plastic fruit basket as a design model, the university learned theory knowledge, extracurricular resources and related professional knowledge site as the theoretical basis of the design of injection mould of plastic injection mold design process. Through the correct analysis of plastic fruit basket molding process, designed a pair of one module and one cavity plastic mold. Mold in geometry and size of the plastic parts called molding parts, including former templates, template, back mould kernel, etc before mold, after the design and machining process. Molding parts in direct contact with the plastic at work, at a certain temperature melt under high temperature and high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and stiffness, good abrasion resistance and correct geometry, high dimensional accuracy and low surface roughness. Important parts of the process parameters selection and calculation, and the extrusion outfit, inject system and other structures of the design process. Design of molding parts, should according to the characteristics of plastic and plastic parts structure and use of the requirements, determine the overall distribution of cavity, choose the parting surface, parting ways, for sure, design of gating system and overflow system, etc., and then according to the requirement of the machining process and assembly process for molding parts structure design, dimension checking calculation of molding parts work. Finally using the MPI software can be fully simulated injection molding process, and intuitively display the results of the analysis in the form of graphics. Key words: fruit basket; process analysis; injection mold;MPI; 目目 录录 摘 要 .III AbstractIV 目 录.VI 1 绪论 .1 1.1 设计目的与意义.1 1.2 塑料制品的发展前景.1 1.3 我国模具的发展现状.1 1.4 采用注射模成形产品的优点.2 1.5 本次设计需达到的要求：2 2 总体方案的确定 .3 2.1 塑件的选择.3 2.2 尺寸精度.3 2.3 尺寸计算.3 2.4 塑件的材料性能.3 2.5 注塑机的确定.4 2.6 塑件分型面的选择.4 2.7 型腔数目.6 3 理论分析及设计计算 .7 3.1 浇注系统的设计.7 3.2 脱模机构的设计.8 3.3 复位机构的设计.11 3.4 排气系统.12 3.5 导向机构的设计.12 3.6 定位圈的设计.13 3.7 成形零件的结构设计.13 3.8 成型零件工作尺寸的计算.14 3.9 冷却系统的设计.16 3.10 模具总装图和爆炸图.17 4 塑料注射机的校核 .20 4.1 最大注射量的校核.20 4.2 最大注射压力校核.20 4.3 锁模力的校核.21 4.4 模具厚度 H 与注射机闭合高度的校核21 4.5 开模行程校核.21 5 制造工艺分析 .23 5.1 最佳浇口地位置.23 5.2 MPI 的 FLOW 仿真分析 23 5.2.1 填充时间 23 VI 5.2.2 最大压力 23 5.2.3 平均速度 24 5.2.4 熔料的最高温度 24 5.2.5 体积收缩率 24 5.3 MPI 的 COOL 仿真分析.24 5.3.1 冷却管道的液流量 24 5.3.2 冷却管道的最高温度 .25 5.3.3 模腔平均温度和冷却时间 25 5.4 翘曲（Warp）分析结果25 6 结论与展望 .26 致 谢 .27 参考文献 .28 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 1 1 绪论绪论 1.1 设计目的与意义设计目的与意义 此次设计的目的： （1） 加深对 PROE 软件的理解和应用； （2） 了解塑料的组成、特性及其成型的基本原理，学会分析成型工艺对注塑模具 的要求； （3） 掌握注塑模具的特点和技术要求； （4） 可以具有初步分析和解决有关注塑模具方面问题的能力。 此次设计的意义： 注塑模设计是一门实践性很强的学问，若想对其有更深层次的了解和运用，需要长 期的生产实践经验。在毕业设计中，需要对大学期间所学的专业知识进行巩固和综合应 用，这样不仅可以加深对已学知识的理解，又可以从中发现自己的不足，同时也可以加 强创新和实践能力的培养，加强独立分析和解决问题的能力，所以综上所言，此次 PROE 水果篮注塑模设计具有非常重要的现实意义。 1.2 塑料制品的发展前景塑料制品的发展前景 塑料制品已经成为人们的一个生活必须品中的重要部件的材料选择，塑料材料的选 择会降低产品的重量，增加产品外观多样型！且由于塑料制品自身的特殊性，其具有很 好的回收性能，进过各种程序的处理之后就会被再次利用。不仅能降低成本，还可以减 少对坏境的污染！ 由于现在工艺的发展，对塑料制品的研制加深，工业上逐渐展现出代钢伐木，代替 传统建材等趋势。这将使得塑料制品的需求大大增加！故塑料制品发展前景无限！ 1.3 我国模具的发展现状我国模具的发展现状 模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能 成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽 车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具 备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度 上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。 在改革开放以后, 我国模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展, 年模具生产总 量仅次于日、美之后位居世界第三位。但目前我国模具生产厂点多数是自产自用的工模 具车间(分厂),商品化模具仅占 1/3 左右。从模具市场来看, 国内模具生产仍供不应求, 约 20%左右靠进口, 特别是精密、大型、复杂和长寿命的高档模具进口比例高达 40%。由 此可见, 虽然我国模具总量目前已达到相当规模,模具水平也有很大提高, 但在不管在数 量还是质量上我们与发达国家的水平还相差甚远, 主要表现在模具精度、寿命、复杂程 度、设计、加工、工艺装备等方面与发达国家有较大的差距。国内模具的使用寿命只有 国外发达国家的 1/2 至 1/10, 甚至更短, 模具生产周期却比国际先进水平长许多。此外, 无锡太湖学院学士学位论文 2 模具的标准化、专业化、商品化程度低, 模具材料及模具相关技术比较落后, 也是造成与 国外先进水平差距大的重要原因。这造成我国每年都需要花费大量资金从发达国家引进 各种先进模具及其生产技术，所以模具发展对我们而言任重而道远！ 1.4 采用注射模成形产品的优点采用注射模成形产品的优点 （1） 注射成形工艺可由机床自动按照一定的程序完成，便于实现自动化，生产效 率较高，适于大批量生产。 （2） 注射一般可一次成形，减少了制品再加工程序。 （3） 可以制作形状较复杂的塑料制品。 （4） 模具通用简单，制品成本较低。 （5） 注射成形后的废品及废料可以重新加热注射，故节约材料。 （6） 操作易于掌握，不需要等级较高的技术操作。 1.5本次设计需达到的要求：本次设计需达到的要求： （1） 熟悉注塑模具发展历程，以及当前模具制造行业的发展现状。 （2） 能综合运用所学专业知识进行中等复杂程度模具的设计和计算。 （3） 熟练掌握 CAD/CAM 软件 Pro/E 的三维造型、模具设计的原理和方法。在 Pro/E 的模具设计模块中设计成型零件。 （4） 熟练掌握利用专家系统 EMX 设计整套标准模架的流程和方法。 （5） 根据三维模架生成水果篮塑件注塑模的二维工程图。 （6） 论文依据充分，论证正确，文字通顺，条理清楚，格式符合要求。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 3 2 总体方案的确定总体方案的确定 2.1 塑塑件的选择件的选择 本设计所选择的中型的水果篮。 2.2 尺寸精度尺寸精度 塑件尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获得塑件尺 寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素蛇粉复杂，首先模具制造的精度和塑料收缩率的 波动，其次是模具的磨损程度。另外在成型时工艺条件的变化、塑件飞边等都会影响塑 件精度。因此，塑件尺寸精度的确定应该合理选择，尽可能选择低精度等级。11 2.3 尺寸计算尺寸计算 （1） 主体直接使用 Pro/E 的测量功能，测出体积 V18.35cm3 重量 M=18.351.1521.1g （材料采用 PC/ABS，查找网页得知其密度为 1.15cm3。12） 图 2.1 水果篮三维图 2.4 塑件的材料性能塑件的材料性能 PA66 应用领域主要用于汽车工业,电气电子工业,交通运输业,机械制造工业.制造各 种轴承,齿轮,圆齿轮、凸轮、伞齿轮、输油管,储油器,保护罩,支撑架,车轮罩盖,导流板,风 扇,空气过滤器外壳,散热器水室,制动管,发动机罩,车门把手.轴承、齿轮、滑轮泵叶轮、 叶片、高压密封圈、垫、阀座、衬套、输油管、贮油器、绳索、传动带、砂轮胶粘剂、 电池箱、电器线圈、电缆接头各种滚子、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、蜗轮、推进器、螺 无锡太湖学院学士学位论文 4 钉、螺母、耐油密封垫片、耐油容器、外壳、软管、电缆护套、剪切机、滑轮套、牛头 刨床滑块、电磁分配阀座、冷陈设备、衬垫、轴承保持架、汽车和拖拉机上各种输油管、 活塞、绳索、传动皮带，纺织机械工业设备零雾料等等。 PA66 在聚酰胺材料中有较高的熔点，在较高温度也能保持较强的强度和刚度。PA66 对许多溶剂具有抗 溶性，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。PA66 广泛应用于汽 车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲 击性和高强度要求的产品。 PA66 成型前如果加 工前材料是密封的，可以不要干燥。如果储存容器被打开，建议在 90干燥 10 小 时。 PA66 的流动性很好，它的粘度对温度变化很敏感。PA66 的收缩率在 1%-2%之间，加 入玻璃纤维-可以 将收缩率降低到 0.2%-1% 。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方 向上的相异是较大的。PA66 熔化温度 约 260-290，对玻纤增强的产品为 275-280， 熔化温度应避免高于 300C。模具温度约 80。 PA66（聚酰胺 66 或尼龙 66） ，同 PA6 相比，PA66 更广泛应用于汽车工业、仪器壳 体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。 PA66 又称尼龙 66，俗称尼龙双 6；聚己二酰己二胺；英文名：Polyamide 66，缩写 nylon 66。 CAS 编号：32131-17-2 2.5 注塑机的确定注塑机的确定 本设计中，产品的体积为 18.35 cm3，确定注塑机如下表： 表 2-1 注射机技术参数 模具厚度 /mm 型号柱塞 直径 /mm 注射 容量 /cm3 注射 压力/ 105Pa 锁模 力/ 104N 最大 注射 面积 /cm2 最大最小 模具 行程 /mm 喷嘴 (球半 径) /mm 定位孔 直径 /mm Xs- zy1000 /120 851000118450012070030070018150 2.6 塑件分型面的选择塑件分型面的选择 遵循确定分型面的一般原则： （1） 分型面应选择在制品的最大截面处。 （2） 尽可能使制品留在动模一侧。 （3） 有利于保证制品的尺寸精度。 （4） 有利于保证制品的外观质量。 （5） 尽可能满足制品的使用要求。 （6） 有利于排气。 （7） 尽量减少制品在合模方向上的投影面积。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 5 （8） 长型芯应置于开模方向。 （9） 有利于简化模具结构。 （10）在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。 要满足制品的主要要求，为保证工件的表面精度要求，以及简化模具设计，便于脱 模等要求，把分型面设置为如图 2.2（a）和 2.2（b）所示位置。 图 2.2 （a）分型面 图 2.2 （b）分型面 由以上的图可以看出分型面方法，都是由一个主分型面组成。该产品侧面孔利用斜 面分型来解决产品合模及脱模，这样的分型面的选择可以去掉抽芯的结构设计加大了设 计和模具制造周期，提高生产效率。节约模具材料成本！在模具设计中广泛使用！ 2.7 型腔数目型腔数目 此设计为单型腔设计，主要优点有：塑件的形状和尺寸始终一致，单型腔模具机构 简单紧凑，设计自由度大，工艺参数易于控制，分型面设计较方便，制造成本低，制造 无锡太湖学院学士学位论文 6 简单。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 7 3 理论分析及设计计算理论分析及设计计算 3.1 浇注系统的设计浇注系统的设计 注射模的浇注系统是指塑料溶体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止，所流经的 通道。它的作用是将溶体平稳地引入模具型腔，并在填充和固化定型过程中，将型腔内 气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密，外形清晰，表面光 洁和尺寸稳定的塑件。 该产品壁薄。所以采用点胶口系统。 主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，是指从注射机喷嘴与模具接 触处开始，到有分流道支线为止的一段料流通道，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入 分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺 利地拉出来，锥角通常取 24，在此取 2。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反 复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套(即是浇口套) 镶入定模板内。 浇口套的计算: 进料口直径：D=d+(0.51)mm=2.50.53mm 式中 d 为注塑机喷嘴口直径。 球面凹坑半径：R=r+(12)mm=9+211mm 式中 r 为注塑机喷嘴球头半径。 主流道长度 L 根据定模座板厚度确定，在能够实现成型的条件下尽量短，以减少压 力损失和塑料耗量。 本设计取 L=95mm 。 主流道大端与分流道相接处又过度圆角，以减小料流转向时的阻力，其圆角半径取 r=2 mm。 所选浇口套的立体图如图 3.1 所示。 图 3.1 浇口套及其二维图 无锡太湖学院学士学位论文 8 分流道是主流道与型腔进料口之间的一段流道，主要起分流和转向作用，是浇注系 统的断面变化和溶体流动转向的过渡通道。 分流道截面采用最常用的梯形截面形状，优点为热量损失较少，加工比较容易，流 动阻力较小，属于比较常用的截面形式。 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，是整个浇注系统的最 薄弱点和关键环节。 一般情况下，浇口采用长度很短而截面很窄的小浇口。当熔融塑料通过狭小的浇口 时，流速增高，并因摩擦使料温也增高，有利于填充型腔。同时，狭小的浇口适当保压 补缩后首先凝固封闭型腔，使型腔内的熔料即可在无压力状态下自由收缩凝固成型，因 而塑件内残余应力小，可减小塑件的变形和破裂。狭小的浇口便于浇道凝料与塑件的分 离，便于修整塑件，成型周期较短。但是，浇口截面尺寸不能过小。过小的浇口，压力 损失大，冷凝快、补给困难，会造成塑件缺料、缩孔等缺陷，甚至还会产生熔体破裂形 成喷射现象，使塑件表面出现凹凸不平。 此设计采用 ，它是一种尺寸很小截面为圆形的直接浇口的特殊形式。特点是进料口 小，去浇口后残留痕迹小，可减少熔接不良现象，浇口可自动拉断，塑件光泽，表面清 晰。适用于成型熔体粘度随剪切速度提高而明显降低的塑料和粘度较低的塑料，如各种 塑料的壳、盒、盖等塑件。 3.2 脱模机构的设计脱模机构的设计 在注射成型的每一循环中，塑件必须由模具的型腔或型芯上脱出，脱出塑件的机构 称为推出机构，也常称为脱模机构。 该模具我们用点胶口的结构设计，它的注射及脱模，顶出如图 3.2 所示。 （该图仅供 参考） 图 3.2 （a） 顶出图 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 9 图 3.2 （b）顶出图 脱模机构的设计原则: （1） 尽量使塑件留在动模一边。 （2） 保证塑件不因推出而变形和损坏。 （3） 保证塑件外观良好。 （4） 结构可靠。 脱模力是指将塑件从动模一侧的主型芯上脱出时所需要的外力，是设计推出机构的 主要依据之一。 塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小而将型芯包紧而产生的力， 叫做型芯包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时所要克服大气压力，叫做真空吸 力。此外，还要克服机构本身运动的摩擦阻力及塑料与钢材之间的粘附力。 开始脱模的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力，以后脱模所需的力称为相 续脱模力，后者要比前者小。所以在计算脱模力的时候，总是计算初始脱模力。影响脱 模力大小的因素很多，如型芯成型部分的表面积及其形状；塑料的收缩率以及对于型芯 的摩擦系数；塑件的壁厚及同时包紧型芯的数量；成型时的工艺参数等。根据这些因素 来精确计算脱模力是相当困难的，所以下面根据主要影响因素进行粗略计算。 当塑件包紧型芯时，由于型芯一般具有脱模斜度，故在脱模力的作用下，塑件 脱 F 对型芯的正压力降低了sin，这时摩擦阻力为： 脱 F = ( -sin ) 摩 F c f 正 F 脱 F 无锡太湖学院学士学位论文 10 式中 摩擦阻力（N） ； 摩 F 摩擦系数,查表得 = 0.6 ； c f c f 因塑件收缩产生对型芯的正压力（N） ； 正 F 脱模力（N） ； 脱 F 脱模斜度，因为材料是 PC/Abs，所以取 =2 根据受力图列出力的平衡方程式为： = 0 Y F 图 3.3 零件脱模的受力图 即 cos-sin= 0 摩 F 脱 F 正 F 将上式代入= ( -sin ) 可得： 摩 F c f 正 F 脱 F = 脱 F aaf afaF cossin1 )tan(cos 正 其中 因塑件收缩产生对型芯的正压力（N） ，=p A 正 F 正 F P 因塑件收缩对型芯产生的单位正压力（MPa）,一般 p=1220MPa,薄壁件 取小值，厚壁件取大值，所要生产的塑件比较薄，故取 p=14MPa； A 塑件包紧型芯侧面积。 （1）直接使用 Pro/E 的测量功能，测出塑件包紧型芯侧面积 A6984 mm2 所以，=6926.79 N 脱 F 本设计采用顶杆脱模机构，选用了直径为 10 的顶杆，如图 3.4 所示： 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 11 图 3.4 顶杆 计算公式如下： 推杆直径计算 直径确定公式： d=K(l2Qe/nE)1/4 直径校核公式：sc=4 Qe/nd2ss 式中 d推杆的直径(mm) ； K安全系数； l推杆长度(mm) ； Qe脱模阻力(N) ； E推杆材料的弹性模量(Mpa) ； n推杆的数目； sc推杆所受的压应力(Mpa) ； ss推杆材料的屈服点(Mpa) ； 查（塑料模具设计师手册 2008 版）1得： K=1.6 l=215.6 Qe=6.283103N E=209203MPa ss=453MPa 将数据代入公式得：d=10mm 用公式 sc=4 Qe/nd2 校核得：sc=31.25MPss=353MP，故 d=10mm 符合要求。 3.3 复位机构的设计复位机构的设计 为了使推出零件在合模后能回到原来的位置，推杆推出机构中通常还设有复位机构。 本设计采用弹簧复位，利用弹簧的弹力使脱模机构复位。由于本设计中的模具尺寸较大， 故所使用的弹簧应为弹力较强的方弹簧。如下图所示： 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 3.5 复位杆与复位弹簧 3.4 排气系统排气系统 型腔内气体的来源，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低 分子挥发气体。塑料溶体向注射模型腔填充过程中，必须要考虑把这些气体顺利排出， 否则，不仅会引起物料注射压力过大，溶体填充型腔困难，造成充不满模腔，而且，气 体还会在压力作用下渗进塑料中，使塑件产生气泡，组织疏松，熔接不良。 由于该产品比较大，所以它们都采用排气槽排气，排气槽一般开设在型腔最后被填 充的地方，同时也利用型芯、顶杆、镶拼件、分型面等的间隙排气，达到充分排气的目 的。 3.5 导向机构的设计导向机构的设计 合模导向装置是保证动模和定模合模时正确定位和导向的装置，本设计采用导柱导 向装置，主要零件为导柱和导套。 导向机构的作用 （1）导向作用。 （2）定位作用。 （3）承受一定的侧压力。 （4）承载作用。 （5） 持机构的运动平稳。 导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动模和定模的相对位置，保证 模具运动导向精度的圆柱形零件。 导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动模和定模的相对位置，保证 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 13 模具运动导向精度的圆套形零件。 因为前盖与后盖的体积相差不大，所以它们采用相同的模架，因此，它们采用相同 的导向机构。由于模架的尺寸为 600550，所以本设计选用直径为 40 的导柱，然后选用 相对应的导套，其结构如图 3.6 所示。 图 3.6 导柱与导套 3.6 定位圈的设计定位圈的设计 为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位，应在模 具上（通常在定模上）安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除了完成浇口套 与喷嘴孔的精确定位之外，还可以防止浇口套从模内滑出。 3.7 成形零件的结构设计成形零件的结构设计 凹模的结构设计： 由于产品面积大，在注射过程中要承受较大的注射压力故选用整体式，这种结构的 凹模是将直接数控加工和采用电火花，可以直接成型。其结构如图 3.7 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 14 图 3.7 凹模 凸模的结构设计: 对于形状复杂的凸模，为了便于机加工，也可采用整体嵌入式结构，这种结构的凸 模是将四壁分别加工研磨后压入到模板之中，侧壁都是利用 CNC 数控加工直接数铣成型 保证连接的准确性。其结构如图 3.8 所示。 图 3.8 凸模 3.8 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算 所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型 腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度尺寸或型芯的高度尺寸等等。 成型零件工作尺寸的计算方法一般按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进 行计算。 成型零件的公差等级越低，其制造公差也越大，因而成型的塑件公差等级也就是越 低。实验表明，成型零件的制造公差，一般可取塑件总公差的 1/3，即是/3。 z z 查表得 PA66 的平均收缩率为=1.15%。13 cp S 由于在成型过程中的磨损，型腔尺寸将变得越来越大，型芯或凸模尺寸越来越小。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 15 对于中小型塑件，最大磨损量可取塑件总公差的 1/6，即是/6。 c c (1) 型腔径向尺寸 对于中小型塑件，计算公式为： =+ - M L s L s L cp S 4 3 式中 型腔径向尺寸； M L 塑件尺寸； s L 平均收缩率； cp S 塑件公差。 标注制造公差后得： = M L z cpss SLL 0 4 3 (2) 型芯径向尺寸 对于中小型塑件，计算公式为： =+ M l s l s l cp S 4 3 式中 型芯径向尺寸； M l 塑件尺寸； s l 平均收缩率； cp S 塑件公差。 标注制造公差后得： = M l 0 4 3 z cpss Sll (3) 型腔深度尺寸 = M H z cpss SHH 0 3 2 式中 型腔深度尺寸； M H 塑件尺寸。 s H (4) 型芯高度尺寸 无锡太湖学院学士学位论文 16 = M h z z cpss Shh 0 3 2 式中 型芯高度尺寸； M h 塑件尺寸。 s h 根据如上几个公式，得表如下： 表 3-1 水果篮的工作尺寸 尺寸计算公式工作尺寸 长 300303.45 宽 189.1191.27 上圆弧 44.38 = M L z cpss SLL 0 4 3 44.89 深度 74.7175.57 型腔 凸起 7.2 = M H z cpss SHH 0 3 2 7.28 长 300303.45 宽 189.1191.27 上圆弧 42.9 = M l 0 4 3 z cpss Sll 43.39 总高度 73.7173.94 分型面以上的高度 65.83 66.62 型芯 分型面以下的高度 8.14 = M h z z cpss Shh 0 3 2 8.23 3.9 冷却系统的设计冷却系统的设计 在注射过程中，开始注射时模具是冷的，由于注入型腔内的塑料温度的影响，模具 温度逐渐升高。根据注射的成型材料不同，模具的温度也不同。由于成型要求模具有一 定的温度，模温过高或过低都会影响塑件质量，产生缩孔，变形等缺陷。所以，模具设 计时必须考虑冷却或加热装置来调节模具的温度。成型时若料温不足，为了使模具达到 成形要求的模温，一般应考虑加热装置；当料温使模温超过成形要求时，则应考虑冷却 装置。 在模具设计中，设置冷却装置的目的，一是防止塑件脱模变形；二是缩短成型周期； 三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性、扰曲性、伸长率较好的塑件。 冷却形式一般在型腔、型芯等部位合理地设置通水冷却水路，并通过调节冷却水流 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 17 量及流速来控制模温。 本设计采用直通式冷却水路，对型腔和型芯的冷却。由于模板和模仁以及顶杆孔的 限制所以我们尽量的把水孔位置放置在中间，因为如果距离太近的话冷却不易均匀，太 远的话效率就近。水孔直径设计为 8mm。计算如下： 根据热平衡计算： 在单位时间内熔体凝固时放出等热量等于冷却水所带走的热量，故有公式 qvWQ1/rc1（q1-q2） qv冷却水的体积流量（m3/Min） ； W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量（Kg/Min） ； Q1单位的重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（KJ/kg） ； r冷却水密度； c1冷却水的比热容； q1冷却水出口温度； q2冷却水入口温度； （1）求塑料制品在固化时每小时释放的热量 Q 设注射时间为 2s，冷却时间为 20s，保压时间为 15s，开模取件时间为 3 s.，得注射 成型周期为 40S。 设用 20的水作为冷却介质，其出口温度为 28，水呈湍流状态， 一个小时成型次数 n3600/4090 WMn66.64905997g/h=6Kg/h 查手册得 PP 单位重量放出的热量 Q15.9102KJ/h 故 Q=WQ165.9102KJ/h3.54103KJ/h （2）水的体积流量 由公式 qvWQ1/rc1（q1-q2）(3540/60)/（1034.187(28-20)）m3/Min1.810- 3m3/Min （3）求冷却水道直径 d 根据水的体积流量查手册得 d=8mm14 3.10 模具总装图和爆炸图模具总装图和爆炸图 模具总装图如图 3.9 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 18 图 3.9 模具三维图 模具爆炸图如图 3.10 所示。 图 3.10 爆炸图 模具平面装配图如图 3.11 所示 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 19 图 3.11 模具总装图 无锡太湖学院学士学位论文 20 4 塑料注射机的校核塑料注射机的校核 4.1 最大注射量的校核最大注射量的校核 塑件的体积（包括浇注系统在内）应小于注射机的最大注射容量，其关系按下式校 核： VV g 件 塑件和浇注系统的体积总和（cm3） V件 注射机最大注射量（cm3） Vg 计算出注射机的最大注射量 VVg 理 式中 注射机理论注射量（cm3） V理 射出系数，实际生产中常取 0.70.9，本设计取 0.8。 所以， cmVVg 3 80010008.0 理 塑件的体积：18.35cm3 V塑 浇注系统的体积等于浇口套里面的浇道体积加上型腔内的浇道体积。 因为浇口套式由一个短圆柱和一个长圆柱组成的，所以很容易算得两个圆柱得体积 总和为 11.97 cm3，利用 Pro/E 的测量功能，测得浇口套的体积为 11.52 cm3，所以浇口套 里面的浇道体积为10.38.6 1.7cm3。 V1 型腔内的体积可以由铸模的体积减去塑件的体积，所以，算得体积为 85.32.7 cm3 V2 则浇注系统体积+1.72.74.44 ， VV1V2 3 cm 所以塑件和浇注系统的体积总和22.79 V件V塑V 3 cm 4.2 最大注射压力校核最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为它的最高压力，应该大于注射机成形时所需调用的 Pmax 注射压力，即 ， P0 Pmax K P0 式中，注射机的额定注射压力，查表得，1500Mpa PmaxPmax 5 10 塑件成形时所需的注射压力，查表得，900Mpa P0P0 5 10 安全系数，一般取1.251.4，本设计取1.3。 K K K 代入数字，算得 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 21 1500Mpa 9001.31170Mpa Pmax 5 10 K P0 5 10 5 10 所以，最大注射压力符合要求。 4.3 锁模力的校核锁模力的校核 锁模力是注射机的合模装置对模具的最大锁紧力，其作用是防止注射成形时，模具 分型面张开。 注射机的锁模力应大于模腔内塑料熔体的压力产生的张开模具的力，即 1000/ApF q 式中 F锁模力，其大小为 F4500 KN； 模腔内熔体的压力（MPa） ，一般取 4050MPa a p A所有塑件及浇注系统在模具分型面上的投影面积之和。利用 Pro/E 的测量 功能，测得面积 A2167.52 mm2， 所以 NApqk26.4301062001050 66 NApqk86.703108643.2561050 66 均小于注射机锁模力 4500kN，所以符合要求。 4.4 模具厚度模具厚度H与注射机闭合高度的校核与注射机闭合高度的校核 可按下式校核： H max H min H 式中 注射机允许最大模厚（=700mm） ； max H max H 注射机允许最小模厚（=300mm） 。 min H min H 其中， HHHHHH H 654321 60+40+120+120+120+35495mm 式中 为定模板厚度， 为定模套板厚度 ， 为动模套板厚度 H1H2H3 为动模支撑板厚度， 为垫块厚度， 为动模板厚度 H4H5H6 因为 700495 300，所以能满足要求。 4.5 开模行程校核开模行程校核 注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距，即满 足下式： 无锡太湖学院学士学位论文 22 +（510）S 1 H 2 H 式中 注射机模板行程（=700mm） ；SS 脱模距离；=76mm ； 1 H 1 H 包括流道凝料在内的制品高度，前盖和后盖均约为=60mm 。 2 H 2 H 则 +10=76+60+10=136700，所以能满足要求。 1 H 2 H 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 23 5 制造工艺分析制造工艺分析 本设计使用 Moldflow Plastics Insight 5.0 对塑件进行注塑工艺仿真。MPI 是一款应用 广泛的模拟仿真软件，使用该软件可以全面模拟注塑成型过程，并以图形的方式直观地 显示分析结果，为设计参的确定和优化提供理论依据，可以帮助设计者进一步修改模具 设计方案。其结果如下： 5.1 最佳浇口地位置最佳浇口地位置 使用 MPI 这个软件，我们可以很容易就找出最佳浇口地位置。 蓝色位置就是浇口的最佳位置，如图 5.1 所示。 图 5.1 浇口最佳位置 5.2 MPI的的FLOW仿真分析仿真分析 5.2.1 填充时间填充时间 填充时间为 t1.03s； 5.2.2 最大压力最大压力 查看仿真结果可知型腔压力随填充体积的增加而变化，填充完成后，压力的最大值 为：135.7MPa，如图 5.2 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 24 图 5.2 型腔仿真结果 5.2.3 平均速度平均速度 由仿真结果可知，注射的平均速度为； V96cm/s 5.2.4 熔料的最高温度熔料的最高温度 查看仿真结果可知，无论是前盖，还是后盖，熔料在成型过程中的最高温度均为 240.02。C 图 5.3 仿真结果 5.2.5 体积收缩率体积收缩率 收缩不均匀是制品变形的一个重要原因，由仿真结果可知以下数据： （1） 收缩率的最大值为 10.73 （2） 收缩率的最小值为 0.1080 （3） 收缩率的平均值为 5.420 5.3 MPI的的COOL仿真分析仿真分析 5.3.1 冷却管道的液流量冷却管道的液流量 冷却液流量的大小（即雷诺数）应大于或等于 10000，以保证液流为絮流。查看仿真 结果可知，前后盖的冷却管道的液流量均为 4.234L/min，雷诺数均为 10000，所以，流体 在管道中的流动状态是絮流，因而冷却管道设置效果良好。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 25 5.3.2 冷却管道的最高温度冷却管道的最高温度 由仿真结果得出，冷却管道的最高温度为 30。C 5.3.3 模腔平均温度和冷却时间模腔平均温度和冷却时间 由仿真结果得出： 模腔内的最高温度为 55.43。C 模腔内的最低温度为 25.31。C 模腔内的平均温度为 40.37。C 完全冷却时间为 5.230s。 5.4 翘曲（翘曲（Warp）分析结果）分析结果 如图 5.4 所示，由仿真结果可以看出： 前盖：总体变形量：0.1235mm0.8673mm X 方向变形量：-0.2507mm0.2958mm Y 方向变形量：-0.4499mm0.5831mm Z 方向变形量：-0.4191mm0.7934mm 后盖：总体变形量：0.1471mm0.7628mm X 方向变形量：-0.2840mm0.2487mm Y 方向变形量：-0.4557mm0.5383mm Z 方向变形量：-0.4091mm0.6320mm 图 5.4 翘曲分析结果 无锡太湖学院学士学位论文 26 6 结论结论与展望与展望 本设计针对塑料模具的设计，展示了塑料模具设计个整个流程。其中包括了利用力 学原理建立的斜分型面，省去了抽芯的机构。运用了 proe 进行模具的 3D 分型装配！又 使用了 Moldflow Plastics Insight 5.0 对注塑过程进行仿真分析。 只有综合使用这些软件，才能快速地，提高设计工作，提高生产效率，降低模具的 设计周期，在软件的辅助下，加上我们的创新能力会有更多了新模具结构技术出现，这 是现代模具设计的必然趋势。 今后的模具从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回 收和利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展 这一方向。 基于 Pro/E 的水果篮注塑模具设计与仿真 27 致致 谢谢 本次毕业设计是在导师曹亚玲老师的精心指导之下完成的。在毕业设计期间，从资 料的收集，水果篮的模具设计，到最后的毕业论文的完成，无不凝聚着曹老师的心血。 在我碰到困难的时候，老师的细心开导和指引，让我很快就找到解决问题的方法。如果 没有老师的指导，我的毕业设计就不会那么顺利的完成。同时，曹老师严谨的工作态度， 平易近人的性格，让我从中学到了很多做人的道理，同时也为即将走进社会的我树立了 一个好榜样。在此，谨向导师曹亚玲老师致以最真诚的感谢。 在整个毕业设计的过程中，我碰到了许许多多的问题，除了老师们的指导之外，同 组的同学们也给予了我很多帮助。虽然他们也在努力地做着他们地毕业设计，但是每当 我向他们求助地时候，他们总会积极地帮助我。所以，在此对那些无私帮助过我的同学 们致以崇高的敬意。 由于知识水平的关系，设计中必然会存在着很多的不足之处，在此希望各位老师同 学们给予批评指导!最后，再次感谢在设计过程中帮助过我的每一位老师和同学。谢谢！ 无锡太湖学院学士学位论文 28 参考文献参考文献 1 李德群，黄志高.塑料注射成型工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,2009. 2 陈剑鹤.模具设计基础M.北京：机械工业出版社.2007. 3 李德群，唐志玉.中国模具工程大典J.电子工业出版社.2007(3). 4 黄荣学.我国模具工业发展概述及展望M.中文科技期刊数据库.2007. 5 肖辉，白峥，张鹏.2007.精通 Pro/ENGINEER 中文野火版M.北京：中国青年出版社,2008. 6 彭建生.模具设计与加工速查手册M.北京：机械工业出版社，2005. 7 彭建生.秦晓刚.模具技术问答J.机械工业出版社.2003(5). 8 谭雪松，钟廷志，甘露苹.Pro/ENGINEER Wildfire 中文版M.北京：人民邮电出版社，2005. 9 梅伶.模具课程设计指导M.北京：机械工业出版社，2011. 10 李力，崔红红，肖庆和，胡纪云M.北京：塑料模具设计，2007. 11屈华昌.塑料成型工艺与模具设计（修订版）高等教育出版社.2007. 12美国 GE 公司网页 13中国收缩率测试网 14王鹏驹，塑料模具设计师手册.机械工业出版社.2008 15 R.J. Crawford, Rubber and Plastic Engineering Design and Applica- tion, Applied Publisher Ltd., 1987,p 110. 16 B.H. Min, A study on quality monitoring of injection-molded parts, J. Mater. Process. Technol. 136 (200) 17 K.F. Pun, I.K. Hui, W.G. Lewis, H.C.W. Lau, A multiple-criteria envi- ronmental impact assessment for the plastic injection molding process: a methodology, J. Cleaner Prod. 11 (2002) 41. 18 A.T. Bozdana, O . Eyercog lu, Development of an Expert System for the Determination of Injection Moulding Parameters of Thermoplastic Materials: EX-PIMM, J. Mater. Process. Technol. 128 (2002) 113. 19 A. Watson, Nickel Sulphamate Solutions, Nickel Development Institute (1989).