基于PROE的果蔬篮注塑模具设计

毕业设计(论文)基于PRO/E的果蔬篮注塑模具设计THE DESIGN OF INJECTION MOULD OF FRUIT AND VEGETABLE BASKET BASED ON PRO/E SOFTWARE学生姓名 学院名称专业名称指导教师20*年5月27日 摘要塑料制品在日常生活中应用广泛，注塑模技术己成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以CAD/CAM/CAE一体化的技术得以发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，使得注塑模的发展迅猛。本文在参考大量国内外文献的基础上，对果蔬篮进行模具设计，综合运用Pro/E和MoldFlow软件设计出一套合理的注塑模具，主要做了以下几个方面的工作：运用Pro/E软件对果蔬篮进行三维模型重构；根据相关理论知识，合理选用塑件材料、注塑机，模架等，并进行了相关校核；运用模流分析软件MoldFlow，分析了塑件的最佳浇口位置，预测翘曲变形、熔接痕，气穴等缺陷，并校验冷却系统能力等；确定了型腔数目及布局，选择分型面并进行了浇注系统设计；设计型腔、型芯的结构并进行了相关尺寸计算，同时设计了侧抽芯机构及冷却系统等，最终完成整副模具的设计及装配。关键词 注塑模具；果蔬篮；Pro/E；模流分析AbstractPlastic products are used widely in our daily life, and the technique of injection mold has been one of the most important measurements of product manufacturing level for a country. When the technique of CAD/CAM is used diffusively, the technique of CAE is also used more and more popular. With the new composition, new varity, new technique and new metarial invented, the integration of CAD/CAM/CAE and injection mold is developing. This article refer to lots of literature to redesign a Fruit and vegetable basket mold, it use the softwares of Pro/E and MoldFlow to design a reasonable injection mold. Our reasearches are focus on the following aspects: The Fruit and vegetable basket 3D modeling by Pro/E. Select reasonable plastic materials and injection molding machine refer to some relevant theoretical knowledge. Use the software of MoldFlow to analysis the best gate, predict the warping deformation, welding trace, cavitation and exam the capability of cooling system .Determine the numbers of cavities and locations; choose the parting line and determine the feed system. Design cavity, cores of structure, calculate the relevant dimensions, design side core-slide and cooling system, ensure mold assemble.Keywords Injetion Fruit And Vegetable Basket Pro/E Moldflow徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 注塑模行业现状及其发展趋势11.2 本文研究内容22 塑件成型工艺性分析32.1 基于Pro/E的果蔬篮三维建模32.2 果蔬篮材料的选择及工艺性能的分析42.2.1 材料的选择42.2.2 工艺性能的分析63 注塑设备选择及校核73.1 塑件体积的估算73.2 注塑机的选择73.3 注塑机相关参数的校核83.3.1 注射压力的校核83.3.2 锁模力的校核94 分型面设计及型腔布置104.1 分型面的设计104.2 型腔布置125 基于MoldFlow的模流分析135.1 MoldFlow软件简介135.2 网格的划分与处理135.3 塑件的最佳浇口位置分析155.4 塑件的翘曲分析155.5 塑件的流动性分析165.5.1 气穴、熔接痕和分子表面取向165.5.2 充填时间分析185.5.3 锁模力和螺杆速度185.6 塑件的冷却分析196 浇注系统设计206.1 浇注系统概述206.2 普通浇注系统的设计216.2.1 主流道的设计216.2.2 分流道的设计226.2.3 浇口的设计237 成型零部件设计及模架选择247.1 成型零部件设计247.1.1 成型零件的结构设计247.1.2 成型零件工作尺寸的计算247.2 模架的选择258 相关机构设计278.1 脱模机构的设计278.1.1 脱模力的计算278.1.2 塑件脱出机构278.1.3 凝料脱出机构288.2 合模导向机构的设计298.2.1 合模导向机构的作用298.2.1 导向机构的设计298.3 注塑模侧向抽芯机构设计308.3.1 机构抽芯距和抽芯力的计算308.3.2 斜导柱的设计319 冷却系统及排气系统的设计339.1 冷却系统的设计339.1.1 冷却系统的设计原则339.1.2 冷却系统的设计339.2 排气系统的设计3510 模具的总装36结论38致谢39参考文献40441 绪论1.1 注塑模行业现状及其发展趋势模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。注塑模是其典型代表。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求。现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、对优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。可见，未来我国模具工业和技术的主要发展方向主要表现在以下几个方面。 大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。 提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模具的出口量。 在塑料注射成型模具中，积极应用热流道，推广气辅或水辅注射成型，以及高压注射成型技术，满足产品的成型需要。 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于30%，而先进国家均高于70%，每年从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的3%8%。 发展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技术，迅速制造出产品的原型与模具，降低成本，推向市场。 积极研究与开发模具的抛光技术、设备与材料，满足特殊产品的需要。 推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺，满足模具制造的需要。 开发优质模具材料和先进的表面处理技术，提高模具的可靠性。 研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程，最大限度地提高模具的开发效率与成功率。 开发新的成型工艺与模具，以满足未来多学科多功能综合产品开发设计技术。1.2 本文研究内容本文参考了大量文献，在理论基础和实践基础上主要做了以下工作：1基于PRO/E的塑件模型重构。2塑件的工艺性分析。3注射机的选择与校核。4分型面的选择与创建，型腔数目的确定。5基于MoldFlow的模流分析：包括最佳浇口位置分析、翘曲分析、流动分析和冷却分析。6浇注系统的设计。7注射模具成型零件及模具体的设计。8冷却系统及排气系统的设计。2 塑件成型工艺性分析2.1 基于Pro/E的果蔬篮三维建模Pro/E是美国PTC公司旗下产品Pro/Engineer软件的简称，是一款集CAD/CAM/CAE功能于一体的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。果蔬篮是居家生活中常见的塑料制品，对其进行三维建模设计，大致步骤如下：（1）拉伸 （2）拔模、抽壳 （4）侧孔设计 （3）扫描边缘（5）底孔设计 （6）最终产品图2-1塑件建模步骤图2.2 果蔬篮材料的选择及工艺性能的分析2.2.1 材料的选择塑件材料的选择要在保证其物理性能、力学性能、耐腐蚀性能、耐热性能和使用性能的前提下，要选择价格适中且性能优良的塑料。果蔬篮要求有较好的力学性能，它需要有足够的强度和刚度，而且屈服强度及其弯曲疲劳寿命要高；要有稳定的化学性能，果蔬篮会经常接触农药等有腐蚀性的物体，良好的耐腐蚀性显得十分重要；卫生程度要高，日常使用时安全无毒；成型工艺性要好，所选的塑料流动性要好；易于成型；有较高的光泽表面；市场价格应低廉。几种常见的塑料资料见表2-1。通过资料可以看出，ABS常用于电器外壳，因为它的机械强度较高，但由于其耐热性差，果蔬篮可能会放在室外，暴晒于日光下，会产生较大的变形。PA化学稳定性较差，且温度控制较复杂。PC价格昂贵，成本过高，化学稳定性差，不耐碱、脂等，成型工艺性好，主要用于制造工艺品。通过以上分析可以看出，PP是制造果蔬篮的最佳材料。PP塑料的相关参数见表2-2。表2-1几种常用塑料相关资料塑料品种市场平均价格使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途ABS18元/千克70较好机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性较差。ABS流动性一般，加工成型性能好， 适应挤出，吹塑、注塑、层合、热成型、发泡、焊接、印刷、电镀、金加工和抛光等类加工。应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等。PA14元/千克100不耐强酸和氧化剂，能溶于甲酚、苯酚、浓硫酸等。机械性能优越，表面硬度大，有自润滑性，摩擦系数小， 耐磨耗，有较高的韧性、耐冲击。结晶度高、熔点高，但熔融温度范围窄，热稳定性差，PA 流动性好，成型间隙为0.02mm的溢边，成型收缩率大，制品易产生缩孔和凹痕。机械零件、纺织、化工容器、电工仪表等领域。续表2-1PC20元/千克50Mpa热性能维卡软化点1kgfASTM D-1525152热变形温度4.6kg/cm2ASTM D-6481052.2.2 工艺性能的分析PP塑料的工艺性能如下：（1）结晶性好，吸料性小，可能发生熔融破裂、长期与热金属易发生分解。（2）流动性好，溢边值在0.03mm左右。（3）冷却速度快，浇注系统冷却系统应散热慢。（3）成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强。（4）注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90以上易发生翘曲变形。（5）塑件应壁厚均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中。PP塑料的注射工艺参数如见2-3。表2-3 PP塑料的注射工艺塑料名称PP干燥处理温度/80100时间/h34料筒温度后部/160180中部/180200前部/200230螺杆转速/rmin-13060喷嘴结构直通式喷嘴温度/180190模具温度/4080注射压力/Mpa70120时间/s15保压压力/Mpa5060时间/s2050降温固化时间/s2050成型周期/s40120注射机类型螺杆式3 注塑设备选择及校核3.1 塑件体积的估算该产品因大批量生产，所以设计的模具要求有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，又由于塑件比较大，因而模具可以采用一模一腔结构，综上所述可采用点浇口自动脱模结构。该产品的材料为PP，通过查阅资料得知其平均密度为0.9gcm-3，平均收缩率为1.00%。通过Pro/E建模分析计算塑件的质量属性，计算结果如图3-1所示。图3-1 塑件质量属性计算结果浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的，但是可以根据相关资料按塑件体积的0.21倍来计算。由于此设计采用直流道，结构简单，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，所以一次注入模具型腔内的塑料熔体的总体积（单个塑件的体积和浇注系统的凝料体积之和）见式（3.1）：V总=（1+0.2）V塑=(1+0.2)136.532cm3=163.839cm3 式（3.1）式中 V总表示型腔内的塑料熔体的总体积；V塑表示塑件的体积。3.2 注塑机的选择注塑机的最大注塑量应稍大于塑件的质量或体积（其中包括浇注系统的凝料）。注塑机一般的注射量最好控制在注塑机最大注射量的80%以内。注射量的校核可利用式（3.2）：KV机V总 式（3.2）式中 V机注塑机的最大注射量（cm3）；K注射机最大注射量的利用系数，K取0.8。通过计算可知最小量V总=204.799cm3，初步选定注射机型号为XS-ZY-1000，其主要参数见表3-1。表3-1 注塑机的主要技术参数型号XS-ZY-1000标称注射量/cm31000螺杆直径/mm85注射压力/MPa121注射行程/mm260合模力/N2500000模板最大行程/mm700模板最大厚度/mm700最小模板厚度/mm350喷嘴球半径/mm18孔直径/mm4拉杆空间/mm650550注射方式螺杆式电动机功率/KW403.3 注塑机相关参数的校核3.3.1 注射压力的校核塑件成型时所需的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素决定，则：k1p0=1.390=117p公=121MPa 式（3.3）式中 k1注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3；p0PP塑料所需的注射压力，这里去p0=90MPa。所以，注塑机的注射压力合格。3.3.2 锁模力的校核塑件在其开模方向的投影面积A塑，通过Pro/E软件测出的面积为A塑=303.984cm2，如图3-2所示。图3-2 塑件投影面积浇注系统在其开模方向上的投影面积，即流道凝料包括浇口在分型面上的投影面积。由于本产品流道设计简单，无分流道，因此流道凝料投影面积可以适当取小。这里取A浇=100mm2。所以 A总=A塑+A浇=30500mm2 式（3.4）模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总p胀=3050025N=762500N=762.5KN 式（3.5）式中p胀型腔的平均压力值，通常取注射压力的20%40%，范围是2540MPa， PP属于低等粘度、精度要求一般的塑件，这里取p胀=25MPa。由表3-1知该注塑机的公称锁模力F锁=2500KN，则k2F胀=1.2F胀=1.2762.5KN=915KNF锁 式（3.6）式中k2锁模力的安全系数为k2=1.11.2，这里取k2=1.2。所以注塑机锁模力合格。4 分型面设计及型腔布置4.1 分型面的设计塑件在成型模具中的位置，是由模具的分型面决定的，分型面是模具上用以取出塑件和浇注系统凝料系统可分离的接触表面。在注射模具的设计中，必须根据塑件的结构、形状，首先确定成型时塑件在模具中的位置，分型面的正确选择，对塑件的质量、工艺操作和模具制造均有很大的影响。选择分型面的基本原则是：分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模，具体归结如下：（1）为了便于塑件脱模，分型面一般是塑件在开模时留在下模（或动模）上，这是因为模具的推出机构一般都设在下模（或动模）上。（2）选择分型面时，应尽量采用一个与开模方向垂直的分型面，尽量避免侧向抽芯与侧向分型。如果塑件有侧凹或侧孔必须采用侧向抽芯或侧向分型，则最好将侧型芯设在动模上，便于抽芯，特殊情况特殊考虑。（3）对有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。另外，分型面应选择在不影响塑件外观和塑件飞边容易修整的部位。（4）分型面的选择有利于防止溢料。当塑件在分型面上的投影面积接近于注塑机的最大注射面积时，有可能产生溢料。因而要合理选择分型面。（5）分型面的选择要有利于排气。为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。（6）对较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。（7）合理安排浇注系统，特别是浇口位置。（8）有利于模具加工。如图4-1，由模具模型可以看出，此塑件料制品有一定脱模斜度，则依据塑料制品成型的原理对此产品分模，可以得出图4-2a，b，c三种分模方式。图4-1 塑件(a) (b)(c)图4-2 选取塑件不同分型面位置从理论上讲，对这三种分模方式都可以成型，没有特别大的问题。但是从模具的开模、产品的推出、产品的外观要求等方面来看这三种分模方式；图4-2a在开模时，凹模侧可能会产生一定的真空，可以通过设置型芯镶块和型芯侧不同的脱模斜度和表面粗糙度来保证塑件留在动模一侧。图4-2b在塑件推出时可能有些困难。图4-2c会在塑件的外侧表面留下分型线的痕迹，从而影响塑件的外观。所以采用方案a。通过Pro/E软件创建分型面，如图4-3所示。图4-3 分型面其凹凸模形状如图4-4所示。图4-4 凹凸模4.2 型腔布置为了使模具与注塑机的生产能力相配，提高生产效率和经济性，并保证塑件的精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般遵循以下原则：（1）型腔的数目及排列形式与浇注系统、冷却系统有关。型腔的数目及排列形式的设计要考虑到后者的结构。（2）模具加工条件好，加工精度高时可以增加型腔数目，反之应减少型腔数目。（3）型腔越多，模具加工周期越长。设计时要考虑加工周期。（4）多型腔模具的可靠性及灵活性不如单型腔。但在空间利用和能耗上优于单型腔。（5）型腔的数目与塑件外形尺寸有关。一般尺寸较小的塑件采用多型腔，尺寸较大的塑件采用少型腔，甚至单型腔。（6）模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度将降低4%。型腔数目的确定要考虑到塑件精度。置物架的外形尺寸较大，有侧向分型机构，考虑到模具结构形式和模架的结构尺寸，以及制造费用和各种成本费等因素，应采用一模一腔。5 基于MoldFlow的模流分析5.1 MoldFlow软件简介MoldFlow是决定产品几何造型及成形条件最佳化的模流分析软件。从材料的选择、模具的设计暨成形条件参数设定，以确保在射出成型过程中塑料在模具内的充填行为模式，以获得高质量产品。MoldFlow能分析模拟塑料流动形态、产品体积收缩、冷却时间、纤维配向性、产品翘曲等，并且加强了塑料材料的使用。此外MoldFlow还能分析模拟气体辅助射出及热固性成型。 MoldFlow模拟分析减少生产周期时间。我们通过电脑模拟分析能确定和修改潜在问题。并帮助模具设计人员预测常碰到的问题并加以修正设计。其它的效益是改变材料材质以节省材料费用及烦琐的射出成形条件设定，以达到降低成本之目的。5.2 网格的划分与处理将使用Pro/E创建的塑件模型另存为STL文件，然后导入MoldFlow，之后进行网格划分。网格的划分与处理是模流分析最重要、最复杂的环节。网格划分与处理是否合理将影响到后续分析的准确性，所以要细致地修改网格。网格类型选择Fusion，即双层有限元网格，它创建在模型的上下两层表面上。划分的网格边长越小分析精度越高，但是后续分析的计算量将大大增加，运算时间将会延长。在本设计中，网格边长采用6mm，对于曲面和圆弧区域，系统将根据实际情况自动调小网格边长。对于排水孔附近区域，应当进行网格局部细化。网格划分完毕后要进行网格统计，网格统计结果如图5-1所示。图5-1 网格统计（修改前）如图5-1所示，有8个相交单元，需要对模型进行修改，采用自用修复功能，结果如图5-2a、b所示：（a） （b）图5-2 网格统计（修改中）如图5-3所示，不理想之处为最大纵横比，其值不应超过20，对相关区域进行处理，处理方法有节点的插入、合并、移动等。处理结果如图5-4所示。图5-3 纵横比诊断（修改前）图5-4 纵横比诊断（修改后）5.3 塑件的最佳浇口位置分析浇口位置的不同，不仅影响流程长短，而且影响熔接痕的方位和熔接的强度，直接影响塑件制造质量和模具制造成本。使用MoldFlow对浇口位置进行分析，结果见图5-5。可以看出该塑件的最佳浇口位置在底部几何中心处。图5-5 浇口匹配性分析5.4 塑件的翘曲分析PP属于易变形材料，最大形变量应小于2mm。分析结果如图5-6所示，翘曲变形为1.474mm，合格。图5-6 翘曲变形分析5.5 塑件的流动性分析5.5.1 气穴、熔接痕和分子表面取向气穴是指熔体前沿将型腔或塑件内的空气包覆形成的孔洞。表现形式为空洞、气泡、表面缩孔等。它发生在熔体从不同方向流动的交汇处，以及空气无法从排气孔或模具缝隙溢出时。如图5-7所示，气穴大多在孔附近，气体可以从分型面排出，故符合要求。图5-7 气穴分析熔接痕是由两股或多股熔体的流动前沿交汇在一起形成的。熔接痕会影响外观质量，一般来说，塑件的外观面应没有熔接痕或熔接痕较少。产生熔接痕的主要原因有以下几点：塑件有孔等局部结构；因壁厚变化产生竞流效应；料筒温度过低或材料粘度过大；注射压力过低；排气不畅。熔接痕不易避免，但可以采用以下措施调整和减少：调整浇口位置和尺寸，将熔接痕转移到非外观面；在一定范围内提高熔体和模具温度，使熔体前沿融合时不产生熔接痕，见图5-8。图5-8 熔接痕分析熔接痕的产生也可由图5-9来解释，因为不同液体分子的流动，必然会产生交汇，在其交汇处，波峰波谷的叠加，冷却后会产生熔接痕。图5-9 表层取向5.5.2 充填时间分析塑件填充时间的分析结果见图5-10，可以看出，塑件完全填充，填充时间为1.722s，时间较短，左右两侧对称填充，填充效果良好。图5-10 充填时间分析5.5.3 锁模力和螺杆速度锁模力的分析结果见图5-11，可以看出，最大锁模力小于注射机对应的最大锁模力1500KN。这里根据模流分析结果数据对注射机进行了再次校核，校核合格，符合生产要求。图5-11 锁模力分析推荐的螺杆转速见图5-12，实际生产时可参考推荐转速曲线对注射机进行调速。图5-12 推荐螺杆速度5.6 塑件的冷却分析冷却分析的目的是通过模拟模具内热量传递的情况，优化管道的设置或检验既成设计，提高产品成型的质量。冷却系统性能的高低决定了冷却的效果和产品最终的质量。影响冷却系统性能的主要因素有塑料熔体与模具间的热传导速率和模具与冷却剂间的传导速率。冷却系统的性能决定于冷却管道的设置和冷却时间的长短。如图5-13所示，可以看出，冷却液进口温度为25.01，出口温度为27.28，温差较低，说明冷却能力没有问题。图5-13 回路冷却介质温度分析6 浇注系统设计6.1 浇注系统概述1. 浇注系统的作用浇注系统的作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到型腔中去，且把压力充分地传递到型腔的各个部分，以获得组织致密、外形清晰、美观的塑件。2. 浇注系统的组成浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统两大类。浇注系统按工艺的用途可分为冷流道浇注系统和热流道浇注系统。普通流道浇注系统属于冷流道浇注系统，应用广泛。本设计采用的是此浇注系统。无流道浇注系统属于热流道浇注系统，应用日益扩大。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成。主流道又称主浇道，是有注塑机喷嘴与模具主流道衬套接触的部位起到分流道为止的一段总流道，它是熔融塑料进入模具是最先经过的部分。分流道又称分浇道，它是主浇道与浇口之间的过渡段，能使熔融塑料的流向得到稳定的转换。对于多型腔模具，分流道还起着向各型腔分配塑料的作用。浇口又称进料口，它是分流道与型腔之间狭小通口，也是最短的部分。其作用是熔融塑料在进入型腔是产生加速，有利于迅速充满型腔；成型后浇口处得塑料首先冷却凝固，封闭型腔，防止熔融塑料倒流，避免型腔压力下降过快，甚至在塑件上产生缩孔或凹陷；成型后便于使浇注系统凝料与塑件分离。冷料穴又称冷料井，它是储存两次注射间隙产生的冷料头，防止冷料头进入型腔造成塑件熔接不牢，影响塑件质量，甚至堵住浇口造成成型不良。冷料穴通常设在主流道末端，当分流道较长时，分流道的末端也应开设冷料穴。3. 设计原则（1）能顺利地引导熔融塑料充满型腔，不产生涡流，又有利于型腔内气体的排出。（2）在保证成型和排气良好的前提下，选取短流程，少弯折，以减小压力损失，缩短填充时间。（3）尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯位移或变形及金属嵌件偏移。（4）浇口料易清除，整修方便，无损塑件的外观和使用。（5）浇注系统流程较长或需要开设两个以上的浇口时，由于浇注系统的不均匀收缩导致塑件翘曲变形，应设法予以防止。（6）在一腔多模时，应使各个型腔同步连续充浇，以保证各个塑件的一致性。（7）合理设计冷料穴、溢料槽，使冷料不直接进入型腔及减少毛边的负作用。（8）在保证塑件质量良好的前提下，浇注系统的断面和长度应取最小值，以减小对塑件的占用量，从而减少回收料。6.2 普通浇注系统的设计6.2.1 主流道的设计主流道与注塑机喷嘴在同一轴心线上。在卧式或立式注塑机用模具中，主流道垂直于分型面。主流道的结构形式与注射机喷嘴的连接关系如图6-1所示。图6-1 主流道形状及其注射机喷嘴的关系（简图） 其设计要点如下：（1）主浇道一般设计设计成圆锥形，其锥角一般为=24，内壁表面粗糙度Ra0.8um，以便于浇注系统凝料从其中顺利拔出。（2）为使塑料熔融体完全进入主流道而不溢出，主流道与注塑机喷嘴的对接处应做成球面凹坑，同时为便于凝料的取出，其半径R=r+（12）mm，其小端直径D=d+（0.51）mm。凹坑深度取38mm。图6-2 主流道衬套的结构形式（简图）（3）由于主流道与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套（俗称浇口套），衬套一般选用碳素结构钢。主流道衬套的结构形式如图6-2所示。用螺钉把定位圈与定模板连接，将主流道衬套压住，防止主流道衬套因受熔体的反压力而脱出。主流道衬套与定模板的配合可采用H7/m6或H9/m9。（4）为减少塑料熔融体充模时的压力损失和塑料损耗，应尽量缩短直流道的长度。为减小料流转向时的阻力，主流道的出口端应做成圆角，圆角半径r=0.53mm。主流道的设计尺寸如图6-3：1）主流道上部的长度：取L1=40mm。2）主流道上部小端直径：d1=注塑机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4mm+0.5mm=4.5mm 式（6.1）3）主流道上部大端直径：d2=d1+2L主tan/24.5240tan28mm 式（6.2）式中=4。4）主流道球面半径： SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=18mm+2mm=20mm 式（6.3）5）球面配合高度h=3mm。6）主流道下部的长度：L2=40mm7）小端口直径d3=1mm。8）主流道的当量直径为： R主=4.777mm 式（6.4）图6-3 主流道的设计图（简图）6.2.2 分流道的设计由于采用的是一腔一模式的注塑方法，故没有分流道。6.2.3 浇口的设计注射模的浇口形式较多，按照浇口的形状、大小、位置不同的浇口形式也多种多样，其种类大致可以分为：直接浇口、中心浇口、点浇口、侧浇口、潜伏式浇口、护耳形浇口等。这里我采用的是点浇口，它适用于壳、盒类塑件，应用非常广泛。点浇口的优点是：充模速度快，可使塑件外表清晰有光泽；熔体流过点浇口时，由于摩擦阻力，部分能量转换为热能，熔体温度升高，粘度下降，流动性好；冷凝快，缩短了成型周期；可以自动拉断凝料，凝料脱出方便。所以本设计中应用点浇口，其形式和尺寸见图6-3。6.2.4 校核主流道的剪切速率通过Pro/E软件绘制主流道凝料，并分析，见图6-4a、b，可知V主=1.74cm3。（a）凝料 （b）分析结果图6-4 凝料与分析结果主流道的体积流量为：q主=（V主+V塑）/t=81.03cm3/s 式（6.5）式中V主表示主流道中的凝料体积；V塑表示塑件的体积；t 表示注射时间，由模流分析中的充填分析知t=1.722s。主流道的剪切速率为：主=3.3q主/(R主3)=781.2s-1 式（6.6）主流道的最佳剪切速率为51025103s1，所以主流道的剪切速率校核合格。7 成型零部件设计及模架选择注塑模的成型零部件是指构成模具型腔的零件，通常包括型腔（凹模）、型芯（凸模）和成型镶块。按功能划分，成型零部件可分为安装部分和工作部分。安装部分起安装和固定成型零件的作用；工作部分与塑件直接接触，用来成型塑件。成型零部件工作部分和尺寸决定塑件的形状和尺寸。7.1 成型零部件设计7.1.1 成型零件的结构设计注进行成型零部件的结构设计时，既要考虑保证获得合格的塑件，又要注意尽量节约贵重的模具材料，以降低模具成本。1.凹模的结构设计凹模也称型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外观轮廓。按结构形式的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶拼式和四壁拼合式四种类型。本设计采用的是整体嵌入式凹模，凹模与模板采用最小间隙配合或过度配合。如图7-1所示。2.凸模的结构设计凸模又称型芯，是用以成型塑件内表面的零部件。通常可以分为整体式和组合式两种类型。本设计采用的是整体式，如图7-2所示，模板与底板做成一体的凸模，其优点是结构牢靠、不易变形、塑件无拼缝的溢料痕迹。图7-1 整体嵌入式凹模（简图） 图7-2 整体式凸模（简图）7.1.2 成型零件工作尺寸的计算本设计中计算成型零件的尺寸采用平均尺寸法。计算中采用的塑件尺寸公差为塑件零件图中标注的公差。1.型腔的工作尺寸计算（1）型腔径向尺寸：LM长=(1+Scp)ls1-x11=(1+1%)250-0.60.2mm=252.38mm 式（7.1）LM宽=(1+Scp)ls2-x22=(1+1%)190-0.60.2mm=191.78mm 式（7.2）式中 LM长表示型腔的径向长尺寸；LM宽表示型腔的径向宽尺寸；x1表示系数，随塑件精度和尺寸变化，这里取0.6；Scp表示塑件的平均收缩率，PP的平均收缩率为1%；z表示凹模的制造公差，这里取z=/4。（2）型腔的深度尺寸：HM=(1+Scp)Hs-x33=(1+1%)130-0.60.2mm=131.18mm 式（7.3）式中 HM表示型腔的深度尺寸。2. 型芯的工作尺寸计算（1）型芯径向尺寸：lM长=(1+Scp)ls3+x44=(1+1%)236+0.60.2mm=238.48mm 式（7.4）lM宽=(1+Scp)ls4+x55=(1+1%)178+0.60.2 mm=179.9mm 式（7.5）式中 lM长表示型芯径向长尺寸；lM宽表示型芯径向宽尺寸。（2）型芯的高度尺寸：hm=(1+Scp)hs+x66 =(1+1%)168.5+0.60.2mm=170.305mm 式（7.6）式中 hm表示型芯的高度尺寸。7.2 模架的选择模架是模具的骨架和基体，模具的每个零件都要置于模架之中。模架一般包括定模座板、定模板、动模板、动模垫板、垫块、动模座板、推板、推板固定板、导柱、导套、复位杆等。我国的注射模架已经标准化，选取模架时要根据模具特点选择标准模架。中小型模架选择的经验公式 WW2-10mm 式（7.7）式中W表示塑件在分型面上的投影宽度；W2表示推板宽度。 Llt-d-30mm 式（7.8）式中 L表示塑件在分型面上的投影长度；lt表示复位杆在长度方向上的间距；d表示复位杆直径。塑件在分型面上的投影长度为250mm，投影宽度为190mm，由式7.7和7.8计算得推板宽度应大于200mm，复位杆在长度方向上的间距应大于340mm。在本该设计中，采用点浇口，一模一腔，推板推出塑件的方式。又因为有顺序脱模机构和侧向分型机构选定模架为P3型。P3型模架由A2型模架去掉定模座板上的固定螺钉派生而来，在定模侧多了一个分型面，方便凝料取出，多用于点浇口模具。模架规格为WL=500mm500mmm。查阅塑料注射模中小型标准模架的尺寸组合来确定它的有关尺寸。导柱直径为40mm，间距为414mm440mm，定模座板的厚度为40mm，垫块的高度为200mm，定模板的厚度为170mm，动模板的厚度为40mm，推板的厚度为40mm，模板的螺钉数量规格为4M12，间距为420320，推板的螺钉数量规格为4M12，间距为312476mm。 （1）模具的平面尺寸500mm500mm550mm650mm（拉杆间距），校核合格。（2）模具的高度尺寸为530mm，300mm530mm700mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。（3）模具的开模行程S = H1+H2+a+(510)mm =135+135+70+(510)mm=350mm700mm 式（7.9）式中 H1表示塑件脱模所需要的推出距离；H2表示塑件的高度；a表示型腔板与定模底板分开的距离，为模具第二次开模行程。校核合格。8 相关机构设计8.1 脱模机构的设计8.1.1 脱模力的计算果蔬篮的外形近似矩形，所以塑件计算脱模力时可以按照矩形塑件脱模力公式近似计算。首先确定此塑件是薄壁塑件，只用薄壁塑件脱模力计算公式计算脱模力。F=(N) 式（8.1）式中S表示塑件的平均壁厚（m）；Q塑件成型平均收缩率，取Q=1%；E表示弹性模量,E=1300MPa；l 表示被包型芯的长度（m）；表示脱模斜度, = 3；表示塑料的泊松比， =0.32；f 表示塑料与钢材之间的摩擦系数，f =0.15；A表示塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，底部有通孔时为零；K表示由f和决定的无因次数， K =1+ f sincos ；F表示脱模力。由上述公式通过计算可得脱模力F=5546N。8.1.2 塑件脱出机构因为此塑件是薄壁塑件，所以采用脱模板推出机构比较合适。脱模板又称推件板。推板推出机构是在型芯的根部安装一块与之相配的推板，在塑件的整个周边端面上进行推出，其工作过程与推杆推出机构类似。图8-1 推板与凸模锥面的配合形式（简图）这种推出机构作用面积大，推力大而且均匀，运动平稳，在塑件上无推出痕迹，且塑件不易变形。为减少推板与型芯的摩擦，可采用如图8-1所示的结构，推板与型芯间留有0.20.25mm的间隙，并用锥面配合，以防止推板因偏心而溢料。图8-2所示的是三维图。1.导柱 2.推板 3 型芯板 4 推杆图8-2 推板与凸模的配合形式（3D）8.1.3 凝料脱出机构本设计的模具浇注系统采用点浇口形式，由于浇口与塑件的连接面积较小，在开模时易在浇口处拉断，而使浇口与塑件分离，因此浇注系统的凝料必须单独从模具中脱出，所以设置的点浇口流道的脱落机构如图8-3所示。图8-3 模具二维图开模时，由于弹簧的作用，A-A分型面先分型，由于凝料下端体积大于上端体积，凝料留在动模上。当定距螺钉下端的螺母受到模板限位时，定模停止运动，动模继续运动，模具在B-B处分型。之后推板将塑件推出，同时手工取出凝料。8.2 合模导向机构的设计8.2.1 合模导向机构的作用注塑模合模导向机构，主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠地分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。合模导向机构的主要形式有导柱导向机构和锥面定位两种。8.2.1 导向机构的设计导柱、导套的设计原则如下:（1）导柱应合理分布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够高的距离，以保证模具的强度。（2）导柱一般设在有型芯的一侧，可以保护型芯不受损伤；导柱设在动模一侧，便于塑件脱模。对于脱模机构为推板推出的模具，有推板的一侧一定要设有导柱。对于点浇口三板模、斜导柱和滑块均在定模的侧向抽芯模具，导柱一般设在定模一侧。（3）导柱长度应比凸模断面的高度高出68mm，以保证在导柱伸入到导套后型芯才进入型腔，从而避免型芯与型腔发生碰撞。对于脱模机构为推板推出的模具，导柱长度应大于推板的推出距离，以保证推板在推出塑件的过程始终处于被导向状态。（4）为使导柱能顺利进入导套，导柱端面应做成锥形或半球形。导套的前端也应倒角。（5）导柱导套应有足够的耐磨性，它多采用渗碳钢（如20钢、20Cr等）经渗碳淬火处理，其表面硬度为4855HRC，也可采用T8或T10经淬火处理。导柱导套配合部分的表面粗糙度要求为Ra=0.8um。（6）导柱直径按模具尺寸选取，选取时参考国内外注射模架标准数据。导柱、导套的组合形式如图8-4所示。图8-4 导柱、导套的组合形式8.3 注塑模侧向抽芯机构设计斜导柱抽芯机构是最常用的一种侧向抽芯机构，它具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点。斜导柱抽芯机构的主要工作零件是轴线方向与开模方向成一定角度的斜导柱和滑块，斜导柱伸入滑块的斜孔中。其工作原理是：开模时，开模力通过斜导柱作用于滑块，迫使滑块带动侧型芯在模板内的外侧移动，当侧型芯完全从塑件中抽出，便完成了侧向抽芯；然后，塑件有顶出机构顶出。8.3.1 机构抽芯距和抽芯力的计算1. 抽芯距的计算将侧型芯从成型位置抽至不妨碍塑件的脱模位置所移动的距离，称为抽芯距，用S抽表示。一般情况下，侧向抽芯距通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大23mm，即S抽=h+(23)mm=40mm 式（8.2）式中h表示塑件侧孔或凸台的深度，h=37mm。2. 侧向抽芯力的计算塑件在型腔内冷凝收缩时对型芯侧壁产生包紧力，称为侧向分型抽芯机构的抽芯力。其受力如图8-5所示。当把侧型芯由塑件侧孔中开始抽出时所需的抽拔力称为起始抽芯力F。以后继续把侧型芯抽至不妨碍塑件推出的位置所需的抽拔力称为相继抽芯力。由于起始抽芯力大于相继抽芯力，故在计算时，只要计算起始抽芯力即可。图8-5 塑件抽芯起模力的分析抽芯力的计算如下所述：F抽= 式（8.3）式中脱模斜度，=12；f摩擦系数，f=0.121.0；Fy对型芯的正压力（Pa）Fy=pA 式（8.4）式中p塑件收缩时对型芯单位面积的正压力（Pa），取p=19.6MPa；A塑件包紧型芯的侧面积（m2），通过软件分析A=2019mm2。通过计算得F抽=5230.6N。8.3.2 斜导柱的设计1.斜导柱所受弯曲力计算斜导柱受力如图8-6所示。斜导柱受到抽拔力F2、弯曲力Fw和开模力F。弯曲力计算公式为Fw=(N) 式（8.5）式中 F2抽拔阻力（与F抽大小相等，方向相反）（N）；斜导柱的倾斜角，这里去=20。通过计算得Fw=5566.N。图8-6 斜导柱受力分析2.斜导柱直径的确定根据材料力学理论，可推导出斜导柱直径d的计算公式为d= 式（8.6）式中Fw最大弯曲力（N）；Lw斜导柱的弯曲力臂（mm）；w斜导柱的许用弯曲应力，这里可取w=137Mpa。Lw= 式（8.7）通过计算得d=31mm。3. 斜导柱长度的计算斜导柱长度根据抽芯距s、斜导柱直径d、斜导柱固定部分的大端直径d2、倾斜角以及安装导柱的模板厚度h来确定，如图8-8所示。Lz=L1+L2+L3+L4+L5 = 式（8.8）式中d2斜导柱固定部分的大端直径（mm）； h斜导柱固定板厚度（mm）；s抽芯距（mm）；d斜导柱直径（mm）；斜导柱的倾斜角。计算结果Lz=200mm。图8-7 斜导柱长度的计算（简图）9 冷却系统及排气系统的设计9.1 冷却系统的设计9.1.1 冷却系统的设计原则模具冷却剂可以用水，压缩空气和冷却水冷却，而水冷最为普遍。所谓水冷，即在模具腔周围和型芯内开设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温。水的热容量大，导热系数大，成本低。有时为了满足加速冷却，也可采用冷却水冷却。冷却水道设计原则：（1）实验表明冷却水孔的数量越多，对塑件的冷却越均匀。因此冷却水孔因尽量多、孔径应尽量大；（2）冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等，一般取1215mm；（3）对热量积聚大、温度上升高的部位应加强冷却；（4）进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度，避免产生过大的压力