毕业设计论文一模多腔的注塑模具结构设计及仿真分析

毕 业 论 文（设 计）题目：一模多腔的注塑模具结构设计及仿真分析（英文）： The Design of Multi-cavity Injection Mould For Multi-way Buttons and Simulation Analysis 院 别： 机电学院 专 业：机械设计制造与其自动化(CAD/CAM) 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2011年5月 一模多腔的注塑模具结构设计及仿真分析摘要本次设计主要特点是根据MOLDFLOW软件仿真模流分析来指导模具结构的设计。MOLDFLOW软件模拟塑料熔体在整个注射过程中的充填、冷却及流动情况，确保获得高质量制件。打破传统模具结构设计的试模、修模等过程，达到降低成本，提高生产率的目的。在得到仿真分析最佳质量效果的数据、参数之后用来作为模具结构设计的依据。本次设计主要包括：（1）模流仿真分析 注射成型时熔体在型腔中的流动过程非常复杂，与许多因素如聚合物性能、制件结构、温度、压力、时间、模具结构及注射设备等有关。仿真定量地给出成型过程的成型窗口状态参数(如压力、温度、速度等)。（2）依据仿真的成型窗口状态参数进行整个注塑模具的结构设计。如注射机的选择、浇注系统、成型零件、合模机构、脱模机构和冷却系统的设计，绘制模具零件图和装配图等。关键词：仿真分析；模具设计；一模六腔；PROE建模The Design of Multi-cavity Injection Mould For Multi-way Buttons and Simulation AnalysisABSTRACTThe main features of the design is based on software simulation flow analysis MOLDFLOW to guide the design of die structure. MOLDFLOW software to simulate the injection of plastic melt in the process of filling, cooling and flow, ensuring access to high-quality parts. Breaking traditional mold structure design test mode, the process of repair molds, to reduce costs, improve productivity purposes. Obtained the best quality in the simulation results of the data, parameters after the design used as the basis for the mold. The design includes: （1）Moldflow injection molding simulation of melt flow in the cavity is very complex process with many factors. Such as polymer properties, parts structure, temperature, pressure, time, and injection mold structure and other related equipment. Quantitative simulation of the molding window molding process given the state parameters (such as pressure, temperature, speed, etc.). (2) Simulation based on the parameters of the molding window state the structural design of the injection mold. Such as the choice of injection machine, injection system, molded parts, mold bodies, stripping institutions and cooling system design, drawing die part and assembly drawings, etc. Keywords: Simulation Analysis；Mold Design ；Six-cavity Mold；Proe Modeling目录1绪论11.1 模具工业在国民经济中的地位11.2我国模具工业的现状11.3未来模具发展方向11.4论文的提出及研究意义22多向按键工艺分析及模具方案的初步确定32.1塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析42.2塑件的原材料分析42.3模具方案的初步确定62.31 模具结构各个部件的分析确定62.32 总体结构方案的论证和初步确定63运用MOLDFLOW进行模具结构有限元仿真分析73.1介绍其功能73.2 MOLDFLOW分析的流程73.3应用MOLDFLOW进行分析83.31 划分产品网格83.32 选择成型材料93.33 确定最佳浇口位置103.34 创建浇注系统及优化113.35 创建冷却系统及优化133.36 成型窗口分析163.37 选择分析类型173.38 注射工艺参数的优化204多向按键的注塑模具结构的最终确定244.1型腔数目及布局的确定244.2注塑机的选择254.3分型面的设计274.4浇注系统的设计294.41主流道的设计及计算294.42定位圈304.43分流道的设计304.5浇口的设计324.51浇口形状的分析与确定324.52浇口位置的确定334.6排气系统的设计344.7模架的确定344.8推出机构的设计344.81顶杆的设计及计算354.82复位杆的设计364.83推板和推杆固定板的设计374.9合模导向机构的设计374.10成型零件的设计394.101计算成型零件的工作尺寸404.11冷却系统424.12模具工作原理445设计总结46参考文献47致谢49附录50一模多腔的注塑模具结构设计及仿真分析1绪论1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。1.2我国模具工业的现状20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。1.3未来模具发展方向与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1） 注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2） 加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3） 推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4） 重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4论文的提出及研究意义(1)提出：在传统的模具结构设计中，塑料制件和模具都是依经验设计和试模修正进行，结果导致开发周期长、成本高。并且制件与模具质量难以得到保证。注射成型CAE技术根据塑料加工流变学和传热学的基本理论。建立塑料熔体在模具型腔中的充填、流动、冷却的数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，利用计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却过程。定量地给出成型过程的状态参数 (如压力、温度、速度等)。这就是我们进行模具、塑料仿真分析的原因所在。同时塑料产品在我们日常生活中十分常见及必不可少，通过对多向按键的现状分析，了解到多向按键的用处很广泛，不管是机械，家用，还是娱乐、工作用的都特别的多。它的用途既可以控制电流的接通或断开也可以是各种功能的实现如手机的方向键、游戏机的方向键等。它的用途很简单但它的作用却很大，它直接关系着工作能否顺利进行。目前市场上的塑料模具也非常多,设计的很有创意也非常实用.此套模具设计的着重点主要是简单实用,满足市场需求的经济型模具。(2)设计的目的与意义：在于掌握注塑模模具设计的大体思路，懂得如何着手分析和考虑问题，掌握零件的造型和加工方法，能独立的设计出一套完整的模具，且能将它应用于实际生产。通过Moldflow软件的仿真分析，不断改变注射工艺的参数，优化塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等。可以快速地设计出最优的塑料制品。(3)设计思路与创新思路：根据多向按键的工件特点进行分析设计，在设计中结合MOLDFLOW软件进行仿真分析及优化，得出各个最优参数。最终实现产品最佳效果。达到以模拟分析减少工作量，提高效率。2多向按键工艺分析及模具方案的初步确定多向按键的造型：图2.01 多向按键主视图 图2.02 多向按键俯视图 2图2.03 多向按键左视图2.1塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1）塑件的结构分析 该零件的总体形状为圆形及弧状，结构比较简单。 2）塑件尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸，如，22.70.09mm 的尺寸精度为 3 级，次重要尺寸 2.50.07mm和1.20.07mm的尺寸精度为 4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用8 级精度。 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为1.4mm，最小处为 0.7mm，壁厚差为 0.7mm，较为均匀。 3）表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外， 表面无其它特别的要求， 故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2.2塑件的原材料分析模具设计时要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标。根据塑件的使用性能上分析，必须具备有一定的综合机械性能，包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，耐磨性，化学稳定性和电绝缘性能。该塑件要求大批量生产、精度一般。根据其用途产品要求材料热稳定好，表面光洁，无毒，ABS材料完全满足这些要求，从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看，ABS比较合适。（1）基本特性 ABS 具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。（2）主要用途ABS在机械工业中用来制造齿轮、泵页轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。ABS还可以用来制作水表外壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。（3）成型特点ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，含水量应应小于 0.3%，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；流动性中等，溢边料 0.04 左右；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在 5060C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在 6080C。模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹。脱模斜度宜取 2以上。表2.21 ABS的主要技术指标密度比溶吸水率收缩率热变形温度1.02-1.050.8-0.980.2%-0.4%130-1600.3%-0.8%83-103.抗拉强度拉伸弹性模量弯曲强度冲击强度体积50Mpa1.8X10780Mpa11HB9.7HB4.9X10表2.22 ABS的注射工艺参数注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度 螺杆式50-70直通式180-190。料筒的温度模具温度注射压力保压力190-200 200-220170-19050-7060-90Mpa30-60 Mpa注射时间保压时间冷却时间成型周期3-5 S15-30 S10-30 S30-702.3模具方案的初步确定2.31 模具结构各个部件的分析确定一初步确定型腔的数量及布局 根据产品是多向按键的形状大小，表面精度不是非常高，为提高生产率，可以为一模六腔的平行排布布局，同时其形状不需要设计侧滑块。二分型面的初步确定 使用Proe的分模指令阴影曲面分模方法在产品模型的侧凸部位比较容易实现。因此初步考虑在侧凸部位作为模具动定模的分型面。三浇注系统的选择 制件产品尺寸较小，注射体积不大同时均为平行排布无需分布太多的主流道。因此采用中心主流道布置，中心主分流道和伸向侧边的次分流道与浇口相连接，主流道、分流道的形状初步考虑为圆锥形、圆形，便于实现凝料的顺利脱开定模。浇口截面形状的考虑，根据加工的经济性与方便性原则，同时产品形状特点采用圆形浇口，矩形浇口均可以。四脱模方式的实现 由于产品没有侧孔、侧凹，所以不需要侧抽芯机构。只需要上下模实现分开，实现上下模分开可以为拉料杆、推杆等方式。2.32 总体结构方案的论证和初步确定a、 第一种 该种方案采用垂直分型脱模机构，其浇口套设在定模固定板上，用顶杆实现脱模，浇口设在定模固定板上，采用圆形浇口，用垂直分型镶块来成型型腔。适合于结构相对简单的塑件。b、 第二种 采用外螺纹对合滑块模具结构，其浇口设在定模板上，用顶板实现脱模，用对合滑块来和抽芯机构来成型型腔。采用爪形浇口，使用于管状塑件，在成型时可起到定位作用，使塑件有较篙的同心度。但采用爪形浇口时，进料口越多则熔接痕数量也越多，排气性差。比较上两种方案，分析多向按键的结构较简单，成型相对容易。而第一种方案中各个机构的实现比较简单，利于实现。3运用MOLDFLOW进行模具结构有限元仿真分析3.1介绍其功能Moldflow Plastic Insight(MPI)是一个提供深入制件和模具设计分析的软件包，它提供强大的分析功能、可视化功能和项目管理工具。这些工具使客户可以进行深入的分析和优化。MPI使用户可以对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化以获得高质量的产品。共有三个分析优化模块：（1） 注塑流动模拟MPI的流动分析模拟了塑料熔体在整个注塑过程中的流动情况，确保用户获得高质量的制件。使用流动分析用户可以优化浇口位置和加工参数、预测制件可能出现的缺陷、自动确定取得流动平衡的流道系统尺寸。（2） 冷却模拟注塑和保压过程得到了优化后，可以进行冷却系统造型：包括流道、模具外形、镶块等，并进行冷却分析。（3） 结构模拟MPI的翘曲分析可以预测塑料制件的收缩和翘曲。可以使用线性和非线性方法来精确预测翘曲的变形量，并指出引起翘曲的主因。MPI的模内残余应力修正算法(CRIMS)使用户可以精确分析Moldflow数据库中500种材料的翘曲情况。MPI应力分析功能可以分析塑件的在外力状态下的结构性能，它提供一个线性分析方法在概念设计阶段，快速预测制件是否符合设计的结构要求。采用非线性方法来确定由于外载荷而导致的永久变形。3.2 MOLDFLOW分析的流程用PRO/E软件将零件转为IGES格式 用Moldflow软件读入几何模型（IGES）有限元网格划分并进行模型检查(Model Check)选择成型材料确定最佳进浇位置 创建浇注系统创建冷却系统成型窗口分析选择分析类型设置成型参数 立即分析后置处理，分析计算结果得到流动、冷却、翅曲文件夹图3.2 Moldflow软件多向按键成形分析流程图3.3应用MOLDFLOW进行分析3.31 划分产品网格划分产品网格是为了得到质量上乘的网格，才能保证分析的精度和效果好坏的前提条件。网格区配率不高将无法进行冷却及翘曲分析。同时网格中不能出现有相交单元、完全重叠单元、复制柱体以及最大纵横比不能超过16。通过细分网格及不断的网格优化如（1）修补问题网格通过合并节点来降低最大纵横比。（2）修补塌陷面、自由边、重叠单元。（3）修补零面积单元。通过网格修补、优化后得到符合分析精度的网格信息、质量。如下面是分析截图得到细分网格质量比较好用于模流分析：图3.31 网格统计3.32 选择成型材料根据前面的塑件的原材料分析，最适合选用ABS材料。因此选用GE的PC+ABS，牌号为62031。软件中选择材料品牌截图如下： 图图3.32选择成型材料3.33 确定最佳浇口位置初步确定为以下型腔数量及布局进行分析，在创建浇注系统前应先确定产品上的最佳进浇位置。浇口位置不正确导致性能不良的影响有：流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观，特别是增强纤维材料，其机械性能将会受到影响。更改加工条件对这些影响也是无济于事。如果浇口设在模制件的较薄部分，厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。尽管厚壁部分需要更长的保压时间，但由于材料在薄壁部分结晶较快(图1)，厚壁部分将不再有熔料供应。结果除了会产生光学和机械问题之外，还会在厚壁区域增大收缩量，在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。经过MOLDFLOW的模拟分析，得到以下结果： 图3.33 最佳浇口位置根据浇口选择原则及从分析图中可知最佳浇口位置在各个凸缘部分最为合适，因此选择靠近中间位置的凸缘为浇口进浇位置。3.34 创建浇注系统及优化浇注系统是熔融塑胶由机台料筒进入模具型腔的通道，将处于高压下的熔融塑胶快速、平稳地引入型腔。浇注系统设计不好将导致制品变形和翘曲，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。同时有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色。一模多腔时，应使各模腔的容积不致相差太多，否则难以保证制品质量，如圆形浇口与矩形浇口分析对比：方案一、二圆形浇口与矩形浇口的充填时间分析对比：充填时间 充满型腔的时间及到达各个部位的时间，充填时间太慢会导致生产效率降低，生产成本上升及周期提高，因此在保证产品质量的前提下尽量提高充填时间。 图图3.341 圆形浇口充填时间图3.342 矩形浇口充填时间方案一、二圆形浇口与矩形浇口浇注系统的缩痕指数分析对比：缩痕指数 指产品表面产生缩痕的概率，指数高的部位往往是在低压力或零压力状态下完成凝固，没有得到充分的补收缩和压实，出现缩水的可能性高。负缩痕指数表示那些部位存在过保压现象，在顶出过程中可能会粘模。从型腔中取出后在没有外力的约束下，收缩的指数是最高的。缩痕指数过高会导致产品在最后成型时收缩太多而产品尺寸减少，达不到理想的产品质量要求。 图3.343 圆形浇口缩痕指数 图3.344 矩形浇口缩痕指数通过对比发现充填时间圆形浇口比矩形浇口要花3倍多的时间，缩痕指数矩形浇口较好。由于圆形浇口比较难加工而且矩形浇口分析得到的制品效果更好，因此选用矩形浇口作为制品与分流道的中间连接部分。3.35 创建冷却系统及优化冷却系统对于塑料成型有着重要的影响。通过优化冷却系统的布局, 可以达到使塑件快速、 均衡冷却的目的,从而缩短注射成型的冷却时间, 提高劳动生产效率,提高制品质量，减小废品率。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，从而使产品质量达不到要求。为了分析不同冷却系统的效果，设置两道不同水路进行模拟分析对比。方案一、二交叉形冷却系统与平行冷却系统所有变形量的分析对比：变形，所有因素：变形 总变形量显示的是产品上每一点变形量。在形成最终产品时产品每个部位的变形量多少。冷却系统的好坏将会影响产品冷却不均匀，从而收缩不均匀，最终导致产品尺寸不合格，质量要求不够。在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 图3.351交叉形冷却系统的变形 图3.352 平行冷却系统的变形方案一、二交叉形冷却系统与平行冷却系统回路冷却介质温度的分析对比：回路冷却介质温度 回路冷却介质温度指冷却回路进水口和出水口的温度差。冷却回路温差不宜超过2-3度。温差过大会使模具温度不均，特别是塑件型腔和模板尺寸很大时，为使塑件的冷却速度基本一致，可以改变冷却水管排列形式。冷却管道的温差越小，说明冷却的效果越好。经过分析得出交叉形冷却系统回路介质温度温差只有0.08度，而平行冷却系统温差有0.22度。图3.353 交叉形冷却系统的回路冷却介质温度 图3.354 平行冷却系统的回路冷却介质温度对比仿真分析的充填时间、塑件所有变形因素、回路冷却介质温度，交叉排布冷却系统冷却效果相对好些，又出于成本考虑，型芯部分的冷却因为有复位杆、推杆不能与型腔上下相平行的排布冷却，又因为交叉排布的冷却回路与上下相平行的冷却效果差不多，为了模具结构的方便性制造，选用交叉排布的冷却回路。以上截图是根据冷却系统原则创建的：直径为6mm距离制品高度为10mm.以下是根据交叉排布冷却系统尺寸数据得出的分析效果截图，制品最高温度、整体温度都不会很高，说明冷却布局合理。 图3.355 交叉形冷却系统的温度与制品的关系3.36 成型窗口分析确定了矩形浇口的浇注系统、交叉形冷却系统才能进行成型窗口分析。完成以上步骤后，MOLDFLOW会根据产品的几何形状、采用的成型材料、进浇位置和设定的工艺参数范围，经过一系列的快速计算，得出不同的成型参数组合，获得产品成型效果。区域（成型窗口） 横向为系统推荐的熔温值范围，纵向为系统推荐的模温值范围，模温、熔温和注射时间对制品质量的影响有绿色区域、黄色区域、红色区域。成型参数在黄色区域内表示：（1）制品不会发生短射。（2）最高注射压力不会超过机台最高射压。图图3.361成型窗口分析结果1成型窗口日志分析结果：3.362 成型窗口分析结果2分析得出了最佳注射时间、最佳模具温度和最佳熔体温度，然后根据成型窗口的最佳成型参数进行工艺参数设置。3.37 选择分析类型（1）填充：分析熔融塑胶在注塑段的填充行为。（2）流动，即填充+保压：分析熔融塑胶在注塑段的填充行为和保压效果。（3）冷却：分析保压结束后运水管道的冷却效果。（4）冷却+流动+翘曲：分析熔融塑胶的流动和冷却管道的冷却效果得出产品收缩值。分析类型如：选择冷却+流动+翘曲进行分析：首先进行工艺参数设置选用成型窗口推荐参数进行工艺参数设置。冷却回路： 图3.371冷却回路设置流动回路： 图3.372 流动回路设置翘曲设置： 图3.373 翘曲设置完成这三步后点击立即分析、软件进行自动分析。产生分析结果：Flow Cool Warp三个分析文件夹。1 Flow文件夹：分析用于预测热塑性高聚物在模具内的流动，其分析结果主要有填充时间、熔接痕指数、体积收缩率、气穴及熔接痕等。填充时间： 充满型腔的时间及到达各个部位的时间。气穴数量： M01dflow分析结果直接给出了成型后气穴的分布及数量。在模型的上下边缘聚集着许多气穴，但这些气穴由于处于分型面位置，都会通过分型面排出；因此，不记录处于分型面处的气穴数。气穴数越小越好。缩痕指数：缩痕指数指产品表面产生缩痕的概率，指数高的部位往往是在低压力或零压力状态下完成凝固，没有得到充分的补收缩和压实，出现缩水的可能性高。负缩痕指数表示那些部位存在过保压现象，在顶出过程中可能会粘模。熔接痕： Moldflow分析结果直接给出了熔接痕数目及位置。对于处于分型面或者对实际外观基本没有影响位置的熔接痕不予记录。熔接痕当然也是越少越好。体积收缩率：是指产品在成型温度下的尺寸与产品在室温下的尺寸之差。产品的整体收缩值应趋于均匀，这样可以有效减少产品翘曲和缩水。2 Cool文件夹： 冷却分析用来分析模具内的热传递，主要包含翅件和模具的温度、冷却时间等。冷却阶段对制件质量影响非常大，冷却的好坏直接影响着制件的最终表面质量、制件残余应力和结晶度等。冷却时间的长短决定了制件脱模时的温度和成型周期的长短，直接影响到产品成本的高低。温度制品：产品不同部位的温度差异，尤其是型芯和型腔温差较大是引起产品翘曲、延长成型周期的主要原因。模具温度：模具温度显示的是和产品表面接触的模壁的温度，是显示产品整体温度均匀性的一个重要结果。3 Warp文件夹：变形，所有因素：变形。总变形量显示的是产品上每一点变形量。变形，不同的冷却：变形。是指冷却因素引起的变形量。变形，不同的收缩：变形。指收缩因素引起的变形量。变形，取向因素：变形。指分子取向因素引起的变形量。在这三项因素中，引起翘曲的主要原因是产品收缩不均。3.38 注射工艺参数的优化完成了MOLDFLOW分析的基本操作步骤后，分析引起制件注塑效果不佳的各方面因素：1熔融塑料流动的影响 注射成型最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。引起制件缺陷(如气穴、熔接痕/熔接线、短射、制件的翘曲)的原因、流动时间的长短等都与熔料在模具中的流动方式有关。因此需要不断改进浇注系统的流道、浇口的形状来达到最佳流动方式从而获得最佳制件效果。2 冷却系统的影响 冷却系统对模具和制品温度场的影响, 优化冷却系统的布局, 达到使塑件快速、 均衡冷却的目的,从而缩短注射成型的冷却时间, 提高劳动生产效率,提高制品质量，减小废品率,提高企业的经济效益。3 影响制品产生翘曲的因素主要有三个：冷却差异 由于模腔内温度分布不均匀 在公母模之间存在度差异 导致产品在厚度上有温度差异 温度高的一面冷却较慢 这收缩较大 产品会向冷的一面拱起 造成翘曲变形。收缩差异 这里指的产品不同部位的体积收缩差异 由于塑制品一般存在厚度差别 薄壁和厚壁部分的结晶度不同造成收缩不均匀 引起翘曲取向差异 取向收缩实际上是平行分子排列方向与垂直分子列方向的收缩差异，一般说来 塑料流动方向和垂直流动方向上的收缩是不一样的 特别是加入玻纤材料后造成取向上的巨大收缩差异引起翘曲。根据影响注塑效果不好的各方面因素逐一进行优化改进。由于在创建浇注系统时已对浇口形状、冷却系统的布局进行了分析优化，在此基础上再进行工艺注射参数的优化：方案一、二不同的注射工艺参数进行仿真分析对比：（1）熔接痕 Moldflow分析结果直接给出了熔接痕数目及位置。对于处于分型面或者对实际外观基本没有影响位置的熔接痕不予记录。熔接痕当然也是越少越好。在分析中方案一成型推荐注射参数的熔接痕比方案二中少，说明制品中遗留熔接痕少，产品最终外表美观，成型质量也好。成图3.381 成型推荐注射参数的熔接痕 图3.382 非成型推荐注射参数的熔接痕（2）充填时间 充填时间太慢会导致生产效率降低，生产成本上升及周期提高，因此在保证产品质量的前提下尽量提高充填时间。根据分析的结果得出成型推荐参数的充填时间远远小于非成型推荐参数的充填时间。说明成型参数的工艺参数相对合理，有助于提高产品的生产率，企业的经济效益。成 图3.383 成型推荐注射参数充填时间 图3.384 非成型推荐注射参数充填时间（3）变形，所有因素：变形 在形成最终产品时产品每个部位的变形量多少。工艺参数的模具温度、熔体温度高低不同影响冷却系统的温度高低进而影响产品冷却不均匀，从而收缩不均匀，最终导致产品尺寸不合格，质量要求不够。在注射过程中，塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 成成图3.385 成型推荐注射参数的所有变形 图3.386 非成型推荐注射参数的所有变形（4） 缩痕指数 指产品表面产生缩痕的概率，缩痕指数过高会导致产品在最后成型时收缩太多而产品尺寸减少，达不到理想的产品质量要求。在分析中成型推荐参数的缩痕指数为0.1249，非成型推荐参数的缩痕指数为0.3246。对比可以看出缩痕指数越少越好，代表产品收缩不会很大，产品尺寸最终变化误差在允许变化范围之中。图3.387 成型推荐注射参数缩痕指数 图3.388 非成型推荐注射参数缩痕指数（5）冷却变形：专指冷却系统方面对产品变形收缩的影响大小，分析得出成型推荐参数冷却变形量小些，说明成型推荐参数的模温、熔体温度合理，适合冷却系统的冷却。图3.389 成型推荐注射参数冷却变形 图3.3810 非成型推荐注射参数冷却变形通过对比成型推荐参数和其它注射参数，得出了其充填时间、缩痕指数、所有因素变形、熔接痕都比较好。分析其它参数的情况得出成型窗口的工艺参数比较合理，注塑成型的制品质量都比其它注射参数高。根据模拟仿真情况，对比不同工艺注射参数得出了制品效果，发现熔体温度为255.79度、模具温度为60度、注射时间为0.1241s、最大设计注射压力为180.00MPa、最大设计锁模力为7000.22tonne为这个制品的最佳注射工艺参数，将会得到质量比较高的塑料产品。完成以上分析后，可以从软件MOLDFLOW仿真模拟分析及优化得出了最佳浇口位置，浇注系统的主流道、分流道、浇口形状参数，冷却系统的位置及布局、尺寸，最大设计锁模力、最大设计注射压力、推荐的模具温度、推荐的熔体温度、推荐的注射时间。这些数据将用于指导实际的模具结构设计保证了产品质量。改变长期以来塑料制件和模具都是依经验设计和试模修正进行，结果导致开发周期长、成本高。并且制件与模具质量难以得到保证的问题。这是运用Moldflow进行仿真分析的最大优势。下面根据分析的最佳工艺参数进行模具结构的设计。4多向按键的注塑模具结构的最终确定4.1型腔数目及布局的确定一 其数目的决定与下列条件有关： 1）模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。 2）注塑成形的生产效益 多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 3）制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。 塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和同何形状的复杂程度。 本设计根据塑件结构小而要求大批量生产的特点，考虑型腔布局方式，采用一模六腔的模具结构，这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。二 型腔的分布 模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。从分析产品的体积、形状、尺寸均比较小，综合考虑，因此模具型腔为一模六腔，布置在模板上的位于中心位置。型腔布局如下图： 图4.1 型腔的布局4.2注塑机的选择卧式注射机较常用，根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V公 V 选用XS-ZY-60/40。它的主要参数如下：表4.2 注射机参数注塑机型号XS-ZY-60/40额定注射量60cm3螺杆（柱塞）直径35mm注射压力135Mpa注射方式螺杆式锁模力400KN模具最大厚度250mm模具最小厚度150mm喷嘴球半径R10mm顶出形式两侧设有顶杆，机械顶出动、定模固定板尺寸428X458mm注塑机的校核：(1) 模具闭合高度的校核安装模具的高度应满足： HminHHmax设计模具高度为H总=222mm由于XS-ZY-60/40型注射机所允许模具的最小厚度为Hmin150mm，最大厚度为Hmax250mm,所以，模具闭合高度能满足安装要求。（2）模具开模行程校核模具开模行程应满足：SmSz其中：Sz为最大开模行程，查注射机XS-ZY-60/40型Sz=270mm， Sm为模具的开模行程；Sm=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）mm =93mm可见SmSz ，XS-ZY-60/40满足其开模行程。4.3分型面的设计在模具设计阶段，要确定产品分型面的位置，才能进行模具的结构设计。分型面是模具结构中的基准面，直接关系到塑件质量，模具力的工艺性和注射成型效率。故确定分型面是模具设计的重要环节，选择时应考虑以下问题：1.据塑件的某些技术要求，确定成型零件在动，定模上的配置。2.塑件的生产批量。3.浇注系统的形式和位置。4.型腔的溢流和排气条件。5.模具加工的工艺性。选择分型面的原则：（1）保持塑件外观整洁（2）应利于排气：分型面尽量和物料流动的末端相重合。（3）开模时塑件留在动模一侧：以利于塑件的顶出脱模。（4）应容易保证塑件的精度要求。（5）应力求简单适用并易于加工：对开头较复杂的分型面应选择贯通的结构形式。（6）考虑侧向分型面与主分型面的协调。（7）分型面应与注射机的参数相适应。（8）考虑脱模斜度的影响。在实际设计中，对于某一塑件，以上分型面原则有时可能发生矛盾同， 不能全部符合，应根据实际情况，以满足主要要求为宜。此模具的分型面如图： 图4.31 分型面正面 图4.32 分型面反面 图4.33 镶件分型面4.4浇注系统的设计4.41主流道的设计及计算设计要点：1.为便于凝料取出，主流道采用=24的圆锥孔。流动性较差的塑料稍大些但不宜过大。2.出料端直径D尽量小，以减小与模腔的接触面积，从而减小模腔内部压力对其的反作用力。3.材质选取用优质钢T8A，并淬硬处理。其硬度应低于注射机喷嘴以防后者被碰坏。4.锥孔内壁粗糙度Ra=0.63m以增加其耐磨性并减小注射阻力，锥孔大端应有12的过渡圆角以减小料流在转向时的流动阻力。5.浇口套端面与定模相配合部分的平面高度一致。6.浇口套长度L尽量短，因为L越大，压力损失越大，物料温度越，影响注射成型。主流道尺寸的计算： （1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径+0.51 取 d =3（mm） （2）主流道球面半径 SR=10+12 取 SR=11（mm） （3）球面配合高度 h=35 取h=4（mm） （4）主流道长度 L，尽量小于 60mm，由标准模架及该模具的结构 取 L=48（mm） （5）主流道大端直径 D=d+2Ltg（/） （取 =2） 4.50 取 D=4.5（mm） 得： L总18+30 取L 总=48（mm） 4.42定位圈浇口套的结构形式有两种，一种是整体式，即定位圈与浇口套为一体，并压配于定模板内，一般用于小型模具；另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。本设计的模具为一副小型模具，故采用前一种结构形式。 图4.42 定位圈 4.43分流道的设计 分流道是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用。总原则：应使熔融的塑料在流经分流道时，压力及热量损失最小，且产生的分流道凝料最小。一 分流道的设计要点1.截面积尽量小。 (1）过小会降低注射速度，延长填充时间还可出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等缺陷； (2）过大会增大凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。设计时应采用较小的截面积，以便试模时有修正的斜地。2.分流道和型腔的分布应排列紧凑间距合理，以轴对称或中心对称而平衡，尽量缩小成型区域的总面积。并使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心与锁模力的中心重合。3.分流道的形状要考虑分流道的截面积与周长比最大为好，以减小熔料的散热面积和磨擦阻力，减少压力损失。4.分流道长度应尽量短以减少压力损失；多腔模具各腔分流道长度尽量相等；分流道较长时应在其末端设冷料穴，防止空气和冷料进入模具型腔。5.分流道上转向次数尽量小，转向处应圆角过渡，不能有尖角。6.内表面不必很光。Ra=1.6um即可。目的是使流料外层在摩擦阻力作用下流动小些，形成冷却皮层，利于对熔融塑料的保温。7.分流道在定模一侧或分流道延伸较长时，要设分流道拉料杆，以便开模时拉出分流道的凝料，并与塑件一起顶出。二 分流道的截面形状在设计时考虑到以上的原则有两种设计形式：圆形截面分流道和梯形截面分流道。下面是这两种形式的比较：圆形截面分流道：在相同截面积的情况下，其比面积最小，它的流动性和传热性都好。梯形截面分流道：在相同截面积的情况下，其比面积大，塑料熔体热量散失及流动阻力均不大。比较以上的两种形式，再考虑加工的经济性，采用圆形截面分流道更符合设计的要求，故本模具的分流道设计形式采用了圆形截面分流道的形式。常用分流道断面尺寸推荐3-10 mm综合考虑，经仿真分析效果很好，中心分流道直径为4mm、长度38mm和伸向两侧的直径为3mm、长度为10mm。4.5浇口的设计4.51浇口形状的分析与确定浇口是流道和型腔的连接部分，也是注塑模进料系统的最后部分，其基本作用为：1、 使从流道来的熔融塑料以最快的速度进入充满型腔。2、 型腔充满后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔还未冷却的塑料回流。浇口的设计和塑件的尺寸、形状模具结构,注射工艺条件及塑件性能等因素有关.因此浇口截面要小,长度要短,因为只有这样才能满足增大流料速度,快速冷却封闭,便于塑件分离以及浇口残痕最小等要求.3浇口的尺寸取决于塑件的尺寸、形状和塑料的性能；4设计多个型腔注塑模时，结合流道的平衡来考虑浇口的平衡，尽量做到熔融料同时均匀充满各个型腔；下面为常用浇口形式：1)直接浇口 料熔体由主流道的大端直接进入型腔,既因儿具有流动阻力小,流动流程短及补给时间长等特点.但是也有一定的缺点如进料处有较大的残余应力而导致塑件翘曲变形、这种形式的浇口只适合于单型腔模具。2)中心浇口 这是直接浇口的一种特殊形式,具有直接浇口的一系列优点而克服了直接浇口易产生缩孔,变形等缺陷。3)侧浇口 由于浇口截面小,减小浇注系统的浇注系统塑料的消耗量,去除浇口容易,痕迹不明显.缺点 有熔接痕存在,注射压力损失较大,使深型腔塑件的排气不利。4)环行浇口 特点进料均匀,圆周上各处流速大致相同,流动状态好,型腔中的空气容易排除,熔接痕可以避免.浇口设计在型芯上。 综合上述各种情况和仿真分析后采用矩开浇口 由模穴侧边进浇，为边浇口的一种。它的优点是：容易加工，尺寸易修改，可防止料流在成型过程中发生逆流，成型制品尺寸精确。缺点：浇口移除困难，浇口裂痕明显，压力损失大。浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.030.09。浇口截面积通常有矩形和圆形两种。浇口长度约为0.52mm左右。经综合测量、仿真分析效果很好后得出矩形浇口尺寸为长1mm高为0.5mm。4.52浇口位置的确定浇口位置选择直接关系到产品成型质量及注射过程的顺利进行，浇口位置的选择应遵循以下原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使具流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对型腔中宽畅，厚壁部位，以便于塑料顺利流入；浇口位置应开设在塑件截面最厚处；避免塑料在流下型腔时直冲型腔壁、型芯或嵌件，使塑料能尽快流入到型腔各部位，并避免型芯或嵌件变形；尽量避免使制品产生熔接痕，或使其熔接痕产生在制品不重要部位；浇口位置及其塑料流入方向，应使塑料在流入型腔时，能沿着型腔平行的方向均匀地流入，并有利于型腔内气体的排出；浇口应设置在制品上最易清除的部位，同时尽可能不影响产品外观。经过MOLDFLOW的仿真分析最佳浇口位置，以及根据浇口选择原则及从分析图中可知最佳浇口位置在各个凸缘部分最为合适，因此选择靠近中间位置的凸缘为浇口进浇位置。如下图：图4.52 浇口的位置4.6排气系统的设计排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。4.7模架的确定以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，根据PROE的EMX模块，选用模架 156L，其中 L 取196mm,可符合要求。模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与会造成动模板损坏。表4.71 模架组合尺寸 单位：mm模板宽度156模板长度196型腔模板厚度50上模座板宽度206上模座板厚度27上模座板长度196垫块宽度32垫块厚度50复位杆直径12推板厚度16推板宽度90推杆固定板厚度13导柱直径16导套直径24推杆固定板宽度9