注塑模具设计

山东理工大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 基于基于 UG 的线轮注塑的线轮注塑题题 目：目： 模具设计模具设计 学 院： 机机械械工工程程学学院院 专 业： 机机械械设设计计及及其其自自动动化化 学生姓名： 赵振兴赵振兴 指导教师： 翟翟晓晓庆庆 毕业设计（论文）时间：二 九年 二月 二十三 日 六 月 十 日 共 15 周 中 文 摘 要I摘 要 注射成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位。据估计，注射成型的制品约占所有模具塑料制品总产量的三分之一，注射模约占塑料成型模具数量的二分之一以上。注塑模具在模具工业中的重要性显而易见。现在，注塑模具设计和制造中的传统方法早已满足不了现代生产发展的需要。为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，模具生产必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。在计算机技术日益发达的今天，将计算机运用于注塑模具以及制造业中己迫在眉睫。本文主要研究工作及成果如下:l)本文具体地阐述了模具 CAD/CAE 的技术特点以及先进制造模式在模具行业中的应用，在分析了国际、国内模具 CAD/CAE 的研究现状和发展趋势的基础上，提出以计算机应用技术为手段的辅助模具设计的新方法。2)主要针对注塑模具常见的成型方式进行了分析研究，以达到将注塑模设计过程智能化。3)在熟悉注塑模具设计基本知识的基础上，对系统进行分析并设计出系统的总体框架，了解系统需要实现的功能，选择 UG 作为设计工具。分析论述了应用UG 和 MoldWizard 模块设计注塑模具的关键技术。4)通过对系统体系结构和功能模块具体分析，对系统进行了功能设计，划分了系统功能模块。分析了设计过程中所涉及到的具体内容，建立了系统的设计框架模型。5)运用注塑模设计模块，包括排气系统的设计、脱模机构的设计、温度调节系统的设计、成型零部件设计等;6) 运用 UG 软件 MoldWizard 模块中的自动分型、修补开口及孔洞和自动生成型芯和型腔的方法。把握好镶块、抽芯及脱模方向几个关键问题 , 即能实现较复杂塑料模具的快速设计。7)用户利用本系统进行注塑模设计时，可以方便、准确、快速地查询和计算出所有设计参数。在模具设计过程中还可以修改或增加新的内容来完善参数表中的内容，使软件具有成长性，极大限度的利用已有的知识和以往设计经验，避免重复劳动，进一步加快了对新模具进行设计。它是模具设计智能化、快速化的重要技术手段。关键词关键词：UG; MoldWizard 模块; 快速准确; 塑料模具 Abstact IIAbstractInjection forming and stamping forming plays an important role in the manufacturing business. By estimate ,product of injection forming accounts for about one third of the total output of plastics prouduced by moulding ,and injection mould accounts for moe than a half of placstic formed mould ,and blanking die account for about 50% of the gross prouduct of the die industry , therefore, the importance of the injection mouling and blanking die is obvious to see. Now, the traditional way of die designing and manufacture can hardly meet the need of the modern production. In ordre to win the competition ,occupy market and for the sake of persistent development, the industries have to change traditional manufacturing means. Introducing new tehniques and information tehnology into this field correspond with the current.With the increasing development of the comuter technology today,it is an inevitable trend to employ the computer into die designing and mnufacture.The main content nd poducts in this paper are described as follows:1. It is formulized that the technical feature of the mould CAD/CAMCAE system and the application of advanced manufacture pattem in the mould domain, in this paper. According to international, domestic present study status and development trend, a new method of mould design-aided based on computer application technology is come through. 2. In order to find the way to intelligentize the process of injection forming and blanking die designing, this article mainly discusses injection forming, and four common types of forming: blanking, bending, deep drawing and other forming. 3. The paper analyzes the whole system and figures out its frame on the basis of the fundamental knowledge of blanking die designing, Delphi is chosen to be the programming language to be the tool of building the database.The key technologies which included both Delphi is discussed in details.4. After analyzing of the systems whole framework, the functions are designed and the modules are divided. Based on the analysis of the entities and relation of them in course of design of cupola charging, information model of this system is established. According to the model, corresponding database form is designed. 5. Several modules are designed by the employment of Delphi, they are logging module, injection moulding design module, and blanking die design module. And gives the introduction of the designing methods and some notices, makes a research on the design of the management of the information and check of the products, and parameter report forms printing. 6. With the parameter table and the introducing part of main design framework, which is necessary in the designing process . 7. During the process of designing, its very convenient for the users to amplify or add some content Abstact IIIto promote the parameter form, which in turn makes the software even more complete, adequately utilizes the knowledge and experience to design. It is a very important approach for advancing the intelligence and speeding the period of engineering design.Key words：UG; MoldWizard Module; Fast and Accurate; Plastics Mold目录IV目 录第一章 绪 论 .11.1 模具技术发展趋势.11.1.1 国内模具制造概况.21.1.2 国外模具技术的现状及发展趋势.21.2 计算机技术在模具制造(CADCAMCAE)中的应用.31.3 论文课题背景、意义与主要内容.41.3.1 选题背景及意义.41.3.2 课题研究的主要内容.51.4 注塑模具概述.5第二章 注塑模具的设计步骤 .62.1 注塑模具设计的准备工作.62.2 注塑模具结构设计步骤.72.3 应用注塑模 CAD 系统进行模具设计的流程.82.4 应用 UG NX6.0/M OLD WIZAR模具设计的流程.10第三章 线轮注塑模具的方案设计 .113.1 线轮注塑模具的设计目标及要求.113.2 塑件成型工艺分析.123.3 分型面位置的确定.133.4 确定型腔数目和排列方式.133.5 注射机型号的选定.173.6 浇注系统的设计.253.7 成型零部件的设计.263.8 结构零部件设计.283.9 合模导向机构设计.313.10 推出机构设计.323.11 排气槽的设计.36目录V第四章 基于 UG NX6.0 的线轮注塑模具的系统结构设计.374.1 MOLD WIZARD模块概述.374.2 UG 中 MOLD WIZARD模块的设计流程.404.3 基于 UG 的线轮模具设计的步骤.414.3.1 项目初始化.414.3.2 定义模具坐标系.414.3.3 编辑收缩率.424.3.4 定义工件.434.3.5 型腔布局.434.3.6 分型.454.3.7 加载模架.504.3.8 浇注系统的加载.524.3.9 冷却系统的加载.544.3.10 脱模机构的加载.554.3.11 完成装配.564.3.12 导出工程图.56第五章 总结与展望.595.1 总结.595.2 展望.60致 谢 .61参考文献 .62 山东理工大学学士学位论文 第一章 绪论- 1 - 第一章第一章 绪论绪论随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。人们已经越来越清楚认识到产品质量、成本和新产品开发能力的重要性，而模具制造(CADCAMCAE)是整个链条中最基础的要素之一。模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定了企业的生存空间1。模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用【2】。现在，模具制造行业追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期，降低生产成本、最大限度提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。本文课题基于 UG 软件的注塑模具辅助设计，正是为达到上述目的而提出的。1.11.1 模具技术发展趋势模具技术发展趋势111 国内模具制造溉况我国模具设计和制造水平在最近几年中已经有了很大提高，模具生产技术也有了很大进步。在冲压模具方面，目前已能生产步距精度和成形精度达到2m 左右的多工位级进模；在大型塑料注射模具方面，已能生产汽车保险杠和整体仪表板模具，65”背投电视塑壳模具，模具最大重量已达 50t；在精密塑料模具方面，已能生产手机和照相机塑料模具，精度达 5m 的多型腔小模数齿轮模具及 2560 腔塑封模具等【3】。模具 CADCAMCAE 技术，热流道和气辅技术，快速成型技术，高速切削技术等方面也有了很大进步【4】。 虽然我国模具工业的水平有了一定的提高，但与国际先进水平相比，我国的模具制造业在发展中也存在着很多的问题。主要表现在如下几个方面：1. 设计效率低由于我国模具制造技术起步较晚，专业人员水平较低，既懂专业又熟悉CADCAMCAE 应用软件技术的人才十分缺乏，因而开发模具能力较差，自主开发的 CAD 软件质量不高，设计效率低【5】。2. 标准化程度低 由于各行业有各行业的标准，各企业有各企业的标准，各模具生产厂家之间没有形成一定的设计，制造规范，专业化分工不细，因而造成现有模具CADCAMCAE 系统的集成化程度和智能化程度都比较低。模具专业化生产水平低，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 40左右，其山东理工大学学士学位论文 第一章 绪论- 2 -余为自产自用【5】。3. 相关管理落后模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。由此造成的知识和经验的流失，投术上的停滞和断代，影响了模具工业的可持续发展。4. 模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口模具钢性能相比有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高【6】。1.1.2 国外模具技术的现状及发展趋势国际上模具工业为了适应产品和制件的轻、薄、短、小化和高精度、大型化发展的需要，以及用户的低成本、短周期的要求，必须从技术开发应用到管理、经营上来强化模具工业的本身，开展高技术的开发和应用，总的发展趋势有：1设计、制造一体化，采用 CADCAMCAE 和先进 NC,CNC 加工机床，走向 CIMS,以缩短模具交货期，保证高质量和改善国际市场竞争优势。技 CADCAMCAE术是模具生产自动化的中枢神经，是影响模具生产力和质量的重要技术，90 年代后随着软、硬件价格不断下降，专家系统和智能化系统的不断提高，CADCAMCAE 技术更广泛使用，并走向全面利用 CIMS 技术。 2开发应用各种复合的加工方式和复合加工机床。机、电复合加工机及机电、化的复合加工方法，使模具加工过程取得更佳的经济效益。 3扩大应用高效、高性能、多功能的各类模具，使单位时间内完成更多的事件、组件，不断开发能达到上百万次的铝合金压铸模，上千万次的注塑模，上亿次的级进模等长寿命模具。 4发展适应多品种少批量生产，产品开发所需的低成本、短交货期的模具及其制造技术。5不断完善钢材性能及表面处理处理工艺，开发针对性强和适应性好的高性能模具钢材，除了常用性能外还包括良好的导热性，低、微或不变形性以及抗震、低噪音性能，使钢材各种性能达到最佳匹配。6经营、管理不断完善、合理，在专业化基础上兼营别样，提高适应市山东理工大学学士学位论文 第一章 绪论- 3 -场竞争的能力。包括不断调整、扩展经营内容，充分发挥模具的设计制造技术上的优势，建立和健全从模具设计、制造到试模、修模、试产等多种服务项目有条件的还建立从产品或制品开发、设计模具设计、制造试模生产一体的经营体系。甚至机床(注射机、压铸机)与模具配套的生产体系【7】。12 计算机技术在模具制造(CAD/CAM/CAE)中的应用 (1)计算机集成化技术现代模具设计、制造系统不仅要强调信息的集成，更应强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。(2)计算机智能化技术、专家系统应用计算机人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人的智能在系统中的充分发挥。专家系统(Expen sySlem)是近几十年来人工智能领域研究开发的计算机系统，它是人类长期以来对智能科学的探索成果和实际问题求解需要相结合的必然产物。它是一个(或一组)能在某些特定领域内，以人类专家的水平去解决该领域中困难问题的计算机程序，是一种基于知识的智能系统，以求解那些人类专家才能解决的高难度问题为特征【8】。(3)计算机辅助设计、有限元分析与制造常规的模具设计通常以产品的已有设计信息为依据。这些设计信息通过工程图或一些模型来表达，然后制定加工工艺规划，最终通过工装模具和设各制造出产品。但在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物。在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD 几何模型的重新构建。建立了 CAD 几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作，如实物 CAD 模型的修改、零件的重新设计，用有限元软件分析零件的结构强度以及结构应力，模具的设计和模具开合的运动仿真，及时修改设计的不合理处，减少修模时间，最后进行数控加工制造等。数值模拟技术的出现，使注射成型与板料冲压成型技术彻底摆脱了“经验”和“定性” 的水平，进入了“科学”和“定量”的发展阶段。(4)网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目山东理工大学学士学位论文 第一章 绪论- 4 -前早已出现了通过 Internet 实现跨国界模具设计的成功例子。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。随着计算机应用的迅速发展，采用计算机技术和先进的信息管理技术是企业进行技术更新、改造、提高产品竞争力的必由之路。1.3 论文课题背景、意义与主要内容1.3.1 选题背景及意义现代制造企业将是以信息技术为主线的多学科先进技术综合应用。设计制造数据数字化、知识经验程序化、产品信息网络化(电子商务化)、制造资源社会化和信息标准化为驱动的信息源建设与实施，与网络技术、工程数据库、PDM、ERP 等构成实施先进制造模式的核心支持环境，并推动信息化制造工程的发展。改革开放以来，通过技术引进和合资经营，我国的注塑模具和冲压模具技术有了长足的进步，少数单位在该模具技术领域采用了 CAD、CAM、CAE 技术和先进制造技术，显著地缩短了模具设计和制造周期。提高了模具质量，实现了模具工作零件的互换，但是大多数企业仍然沿用传统的模具设计和制造方法，有些模具仍然依靠进口，这严重地影响了我国机电产品自主开发的能力和改型更新的速度。模具设计是一项复杂的工作，它涉及到大量的表和结构图，要设计出符合要求的模具，除了要对模具知识有较深的掌握之外，还必须具备机械设计、材料、零件加工等多方面知识和技术。为了减少模具设计对设计人员经验和专业（知识的依赖性，提高设计效率和可靠性。设计人员能方便、快速、有效的设计出符合实际要求、性能稳定的模具成为可能。同时，模具工业是国民经济的基础行业，应用计算机辅助设计的先进技术，是实现模具设计自动化的重要方法和手段，对提高国家工业水平和产品开发能力都有现实的意义。1.32 课题研究的主要内容 Mold Wizard 注塑模具设计是一个前后联系的逻辑过程，通过加载产品模型、确定顶出方向、收缩率、目前布局、分型面、型芯和型腔、滑块/抽芯、模架及其标准件、浇注系统、冷却系统等步骤的工作完成整套模具设计的流程。在开展本课题的研究过程中，本文主要探讨并研究了基于 UG/ Mold Wizard 模块的注塑模具辅助设计，如功能模块的划分、设计流程的设定等，和使用 UG NX6.0 Mold Wizard 进行注塑模具设计的基本方法。主要研究内容如下：山东理工大学学士学位论文 第一章 绪论- 5 -1. 产品初始化设置；2. 分型设计；3. 加入模架；4. 滑块设计；5. 顶针设计；6. 浇注系统设计；7. 冷却系统；8. 创建腔体。1.4 注塑模具概述塑料作为高分子化学和材料学发展的重要成果，早已成为人类不可缺少的重要生产资料。塑料制品制件在工业生产和日常生活中得到了越来越广泛的应用。现在，塑料产品一般采用模具成型方法生产，因而塑料模具作为一种重要的工艺装备，在工业生产、消费品、汽车、飞机、制造等部门中，显示出越来越重要的作用。工业产品零件粗加工的 75%，精加工的 50%及塑料零件的 90%将由模具完成。我国模具产业发展迅速，模具制造业产值念平均增长14%，2006 年增长 35%。但是，我国技术含量低的模具已供大于求。塑料模具设计和制造的传统方法早已满足不了现代生产发展的需要，对计算机在设计中的应用提出了迫切的要求。由此产生了与注塑制品设计相关的专家系统，对注塑模具设计进行前期分析，大幅度提高了设计质量和效率。塑料成型就是将各种形态的塑料原料(粉料、粒料、溶液或分散体)制成所需形状的制品或坯件的过程。塑料成型的方法很多，如注射、吹塑、挤出等。而塑料注射成型以其成型高尺寸精度、高复杂性的制品和高效率在塑料成型中占有重要一席。注射成型在整个塑料制品的生产中占有十分重要的地位。除少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可以采用注射成型的方法来生产制品。据估计，注射成型的制品约占所有模具塑料制品总产量的三分之一，注射模约占塑料成型模具数量的二分之一以上。山东理工大学学士学位论文 第二章 注塑模具的设计步骤- 6 -第二章 注塑模具的设计步骤2.1 注塑模具设计前的准备工作UG/Mold Wizard 辅助我们完成的是注塑模具的机构设计过程，是整个注塑模具设计过程的一个重要主城部分。1设计前的准备工作模具设计者应以设计任务书为依据设计模具，模具设计任务书通常由塑料制品生产部门提出，任务书包括如下内容。 （1）经审签的正规塑件图纸，并注明所用的塑料牌号，若塑件图纸是根据样品测绘的，最好能附上样品，因样品除了比图纸更为形象和直观外，还能给模具设计者许多有价值的信息，如样品所采用的浇口位置、顶出位置、分型面等。 （2）塑件说明书及技术要求。 （3）塑件的生产数量及所用的注塑机。 （4）注塑模具的基本结构。 2在模具设计前，设计者还应注意一下问题。（1） 熟悉塑件 熟悉塑件的几何形状：对于没有样品的复杂塑件图纸，要借助计算机建模方法，在头脑中建立起清晰地塑件三维图像，甚至用橡皮泥等材料制出塑件的模型，一熟悉塑件的几何模型。（2）明确塑件的使用要求：塑件的几何形状完全熟悉后，塑件的用途及各部分的作用也是十分重要的，应密切关注塑件的使用要求。同时注意为了满足使用要求而设计的塑件尺寸公差和技术要求。（3）注意塑件的原料：塑件具有不同的物理化学性能、工艺特性和成型性能，注意塑件的塑料原料。并明确所选塑料的各种性能，如材料的收缩率、流动性、结晶性、吸湿性、热敏性、水敏性等。 （4）明确注塑机的型号和规格 在设计前要根据产品和工厂的情况，确定采用什么型号和规格的注塑机，这样在模具设计中才能有的放矢，才能处理好注塑模和注塑机之间的关系。 山东理工大学学士学位论文 第二章 注塑模具的设计步骤- 7 -2.2 注塑模具结构设计步骤将准备工作完成以后，就应进行注塑模具结构设计，其步骤如下。 （1）确定型腔数目确定型腔数目的条件有：最大注塑量、锁模力、产品的精度要求和经济性等。 （2）选择分型面分型面的选择应以模具结构简单、分型容易，且不破换已成型的塑件为原则。（3）确定型腔的布置方案 型腔的布置应采用平衡式排列，以保证型腔的平衡进料。型腔的布置还应注意与冷却管道、推杆布置的协调问题。 （4）确定浇注系统 浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。浇注系统的设计应根据模具类型、型腔的数目及布置得方式、塑件的原料及尺寸确定。 （5）确定脱模方式脱模方式的设计应根据塑件留在模具的部分而不同。由于注射机推出顶杆的在动膜部分，所以，脱模推出机构一般都设计在模具的动膜部分。因此，应设计成使塑件能留在动模的部分。设计中，除了将较长的型芯安排在动模部分以外，还常设计拉料杆，强制塑件留在动模部分。但也有些塑件的结构要求，塑件在分型时，留在定模部分，在定模一侧设计推出装置。推出机构的设计也应根据塑件的不同结构设计出不同的形式，有推管、推杆和推板结构。 （6）确定调温系统结构 模具的调温系统主要由塑料种类决定。模具的大小、塑件的物理性能。外观和尺寸精度都对模具的调温系统有影响。 （7）确定凹模和型芯的固定方式 当凹模或型芯采用镶块结构时，应合理的划分镶块并同时考虑镶块的强度、可加工性及安装是否固定。 （8）确定排气方式 一般注塑模的排气可以利用模具分型面和推杆与模具的间隙；而对于大型和高速成型的注塑模具，必须设计相应的排气装置。 （9）确定注塑模的主要尺寸 根据相应公式，计算成型零件的工作尺寸，以及确定模具型腔的侧壁厚山东理工大学学士学位论文 第二章 注塑模具的设计步骤- 8 -度、动模板的厚度、拼块式型腔的型腔板厚度及注塑模的闭合高度。 （10）选用标准模架 根据设计、计算的注塑的主要尺寸，选用注塑的标准模架，并尽量选择标准模具零件。 （11）绘制模具草图 在以上工作基础上，绘制注塑模完整的结构草图，绘制模具结构图是模具设计的十分重要的工作，其步骤为先画俯视图（顺序为：画模架、型腔、冷却管道、支撑架、推出机构） ，在画出主视图。 （12）绘制模具的装配图 装配图是模具装配的主要依据，因此应清楚表明注塑模的各个零件的装配关系、必要尺寸（外形尺寸、定位圈直径、安装尺寸、活动零件的极限尺寸等） ，序号、明细表、标题栏及技术要求。技术要求的内容有以下几项。 对模具结构的性能要求，如对推出机构、抽芯机构的装配要求。 对模具装配工艺要求，如分型面的贴合间隙、模具上下的平衡度。 模具的使用要求。 防氧化处理、模具编号、刻字、油封及保管要求。 有关试模及检验方面的要求 如果凹模或型芯的镶块太多，可以绘制动模或定模的部件图，并在部件图的基础上绘制装配图。 （13）绘制模具零件图 有模具装配图或部件图拆绘部件图的顺序为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件后结构零件。 (14) 复核设计图样 注塑模设计的最后审核是注塑设计的最后把关，应多关注零件的加工、性能。2.3 应用注塑模 CAD 系统进行模具设计的流程注塑模 CAD 系统具有类似的设计流程如图 2-1 所示。制品的造型，可直接采用通用的三维造型软件。根据注塑制品采用专家系统进行模具的概念设计，专家系统包括模具结构设计模具结构设计、模具制造工艺规划、模具价格估计等模块，在专家系统的推理过程中，采用基于实例结合的推理方法，推理的结果是注塑工艺和模块山东理工大学学士学位论文 第二章 注塑模具的设计步骤- 9 -的初步方案。方案设计包括型腔数目与布置、浇口类型、模架类型、脱模方式和抽芯方式等。其过程如图 2-2 所示。在模具初步方案确定后，用 CAE 软件进行流动、保压、冷却和翘曲分析，以确定合适的浇注系统、冷却系统等。如果分析结果不能满足要求，那么可根据用户的要求修改注塑制品的结构或修改模具的设计方案。2.4 应用 UG NX6.0/M old Wizar 模具设计的流程应用 M old Wizar 模块进行模具设计基于下述的一般流程。我们可以看到，其先后次序基本上和注塑向导给你工具栏上的从左向右的次序相同。（1）调入产品，并进行项目初始化设置，M old Wizar 会自动建立设计项目的装配结构。（2）定义模具坐标系。（3）定义收缩率。（4）选择成型工件功能用于指定型腔/型芯的镶件实体。（5）定义模具型腔布局。（6）使用分型工具对产品模型存在的分模问题进行考量。（7）创建补丁实体/片体封闭区域。（8）定义模具分型线。（9）创建模具分型片体。（10）抽取模具型芯/型腔区域。（11）创建型芯和型腔。（12）编修和调入标准模架。（13）选择加入标准件并进行部分修改。（14）加入标准件建立型腔体。 （15） 模具清单导出和模具出图。山东理工大学学士学位论文 第二章 注塑模具的设计步骤- 10 - 图图 2-1 图图 2-2山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 11 -第三章 线轮注塑模具的方案设计3.1 线轮注塑模具的设计目标及要求线轮注塑模具设计要求如下：（1）塑料材料为 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物） ，收缩率 0.6%。（2）在保证模具强度和刚度的情况下，能进行大批量生产。（3）浇注系统的设计必须考虑到能够有效填充型腔，且不能够产生熔接痕。（4）冷却系统必须能够有效冷却型芯和型腔。在此产品模型中，因为在动定镶件中无法创建冷却系统，因此只能在滑块中创建冷却系统，冷却管道为 6mm。（5）结构简单，布置合理，易于维护，制造成本低。注注 ：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS) (1) 基本特性 ABS 是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广的工程塑料之一。ABS 无毒、无味，为呈微黄色或白色不透明粒料，成形的塑件有较好的光泽，密度为 1.021.05g/cm。 ABS 是由于三种组分组成的，故它有三种组分的综合力学性能，而每一组分又在其中起着固有的作用。丙烯腈使 ABS 具有良好的表面硬度、耐热性及耐化学腐蚀性，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使它有优良的成形加工性和着色性能。 ABS 的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高，尺寸稳定性较好，具有一定的化学稳定性和良好的介电性能，经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70C 左右，热变形温度约为 93C 左右。不透明，耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。 根据 ABS 三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。 （2）主要用途山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 12 - ABS 在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等；汽车工业上用ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还可用 ABS 夹层板制作小轿车车身；ABS 还可用来制作水表壳、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、食品包装餐器、农药喷雾器及家具等。 （3）成形特点ABS 易吸水，使成形塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。为此，成形加工前应进行干燥处理， 在正常的成形条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小；要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在 60C80C；ABS 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短；ABS 的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。3.2 塑件成型工艺分析该塑件是一塑料线轮，如图 3-1 所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量大，使用 ABS 材料，成型工艺好，可以注射成型。图 3-1 塑件三维图山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 13 -图 3-2 塑件工程图3.3 分型面位置的确定 根据塑件结构形式，分型面有三个 A、B、C，如图 3-3 所示。 （模架的结构设计在本章 3.7 节中有详细介绍）BACBAC图 3-3山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 14 -该模具结构的主要特点是，用锥形模套对滑块进行锁紧，紧固可靠，并使动定模板之间具有较高的同轴度：连接板与滑块用螺钉连接，加工简便；利用制品的加强筋允许有较大的拔模斜度，而采用推官推出，简化了结构。冷却系统布局觉适宜，加之可以自动脱浇口，因而可以实现全自动连续生产。此外，还巧妙利用内部空间设置了一根复位杆，解决了外部不便设置复位杆的矛盾。3.4 确定型腔数目和排列方式1.1.型腔数目的确定型腔数目的确定该塑件为大批量生产，塑件精度要求较高，初定为一模两腔的结构形式。2.2.型腔排列方式的确定型腔排列方式的确定 由于塑件外观质量、尺寸精度要求高而采用点浇口，故采用单型腔多分型面模具。因为所用材料为 ABS，材料的综合机械性能好，成型性好，故可采用浇口凝料自动脱模机构。3.5 注射机型号的选定3.5.1 注射量的计算 通过 NX UG6.0 建模分析，如图 3-4 和图 3-5 所示。塑件的质量 m1 为186.1g，塑件体积为： V1= = =194.198 1m186.11.023cm 值参照表 3-1。山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 15 - 图 3-4 图 3-5流道凝料的质量还是一个未知数，可按塑件质量的 0.6 倍来计算。从上述分2m析中确定为一腔一模，所以注射量为： m = 1.6 n m1 = 1.61186.1=317.12g。表3-1 某些塑料热塑性塑料的密度及压缩率塑料名称密度（g/cm3）压缩率Kc高压聚乙烯0.910.941.842.30低压聚乙烯0.9400.9651.7251.900聚丙烯0.90.911.921.96聚苯乙烯1.041.061.902.15硬聚氯乙烯1.351.452.3软聚氯乙烯1.161.352.3尼龙1.091.142.02.1聚甲醛1.41.82.0ABS1.01.11.82.0聚碳酸酯1.21.75醋酸纤维素塑料1.241.342.40聚丙烯酸酯塑料1.171.21.82.0山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 16 -ABS 的密度为 1.0g/cm31.1g/cm3，聚苯乙烯的密度为1.04g/cm31.06g/cm33.5.23.5.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力的计算塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力的计算 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积，在模具设计前是一个未知2A量，根据单型腔模的统计分析，是每个塑件在分型面的投影面积，所以1A2121110.351.3518041.184AnAAnAnAnAmm式中222221132201702413363.84444ADdmm18041.184 3563144mxFAPKN式中型腔压力取 35MPa（因是薄塑件，浇口，压力损失大，取大一些） 。xP3.5.33.5.3 选择注射机选择注射机根据每一生产周期的注塑量和锁模力的计算值，可选用 SZ-160/1000 卧式注射机（上海塑料机械厂），见表 3-2。表 3-2理论注射量/3cm179锁模力/KN1000螺杆直径/mm44拉杆内间距/mm460 400注射压力/Mpa132移模行程/mm280注射速率/（g/s）110模具最大厚度/mm360塑化能力/（g/s）10.5模具最小厚度/mm170螺杆转速/（r/min）10150定位孔直径/mm120喷嘴球半径/mm10喷嘴口孔直径/mm4锁模方式液压3.5.43.5.4 注塑机有关参数的校核注塑机有关参数的校核1.由注射机料桶塑化速率校核模具型腔数目 n 山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 17 -21/36000.8 10.5 3600 50/36000.6 186.12.722186.1kMtmnm型腔数目合格，所以=4。n式中 M注射机的额定塑化量（10.5 g/s）成型周期，取 50 st设备公称注射量的利用率=0.80.85 。kk2.注射压力的校核 ，01.3 100130ePk PMPa 而=132MPa ，注塑压力校核合格。eP式中塑件成型时所需的注射压力，生产实践中其值一般为0P70MPa150 MPa，在此 取 100MPa， 注射压力安全系数，一般取=1.251.4，在此取 1.3 。kk3.锁模力校核 1.2 631.441757.7292,xFKAPKN式中 K锁模力安全系数，一般取 K=1.1 1.2，在此取 1.2； 而 F=1000KN，锁模力校核合格。其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定才可以进行。3.6 浇注系统的设计浇注系统的设计3.6.13.6.1 普通浇注系统的组成普通浇注系统的组成浇注系统是指塑料熔体从注塑机喷嘴出来后，到达模腔之前在模具中流经的通道。它分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。浇注系统分主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分，是由浇口套、拉料杆和定模板上的流道组成。3.6.23.6.2 浇注系统的设计原则浇注系统的设计原则设计浇注系统应遵循如下基本原则：山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 18 - 了解塑料的成形性能； 尽量避免或减少产生熔接痕； 有利于型腔中气体的排出； 防止型芯的变形和嵌件的位移； 尽量采用较短的流程充满型腔； 流道表壁的粗糙度要低。3.6.33.6.3 流动比的校核流动比的校核流动距离比简称流动比，它是指塑料熔体在模具中进行最长距离的流动时，其截面厚度相同的各段料流通道及各段模腔的长度与其对应截面厚度之比值的总和，即 (34) niiitL1式中 流动距离比; L 模具中各段料流通道及各段模腔的长度，mm; t 模具中各段料流通道及各段模腔的截面厚度，mm; 塑料的许用流动距离比。 3.6.43.6.4 主流道的设计主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。主流道是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道尺寸在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以只有在小批量生产时，主流道才在注射模上直接加工，大部分注射模中，主流道通常设计成可拆卸、可更换的主流道浇口套。为了让主流道凝料能从浇口套中顺利拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为 26。小端直径 d 比注射机喷嘴直径大 0.51 mm。由于小端的前面是球面，其深度为 35 mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 19 -触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1-2mm。流道的表面粗糙度值 Ra 为 0.08。m主流道浇口套图 3-6 主流道浇口套及其固定形式主流道浇口套一般采用碳素工具钢如 T8A、T10A 等材料制造，热处理淬火硬度 5357HRC。主流道浇口套及其固定形式如图 3-6 所示. 该注射机选用垂直式主流道主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的圆形流动通道。主流道小端尺寸 d 应与所选注射机喷嘴尺寸相适应，喷嘴尺寸要查阅表 3-2 所示。主流道小段尺寸d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4+1=5 mm主流道球面半径为 SR=喷嘴球面半径+（12）mm=10+2=12 mm主流道长度 L60mm（选 L=50mm）主流道锥角一般在 2040 范围内选取，此处取 =3 主流道衬套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，本设计虽然是小型模具，但为了加工和缩短主流道长度，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套） ，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如T8A、TA10 等，热处理硬度为 53HRC57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式用于小型模具，中大型模具设计成分体式。在工厂设计中应选用标山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 20 -准件。主流道的凝料体积 22357.82 / 2501.62zqR Lcm主流道的剪切速率的校核主流道的剪切速率为33.3vqR式中 模具的体积流量（cm3/s） ；vq 主流道的体积流量（cm3/s） ；zq 分流道的体积流量（cm3/s） ；fq 分流道的体积流量（cm3/s） ；sq R主流道平均半径（cm） 。主流道剪切速率 = 5103s-11333.33.3 770.0222456.87524570.3205vqsR 有经验公式 =+=1.6+20.1+733.922=770.022vqzqfqsq3cm 主流道平均半径 R= 57.82 / 20.32052cm3.6.53.6.5 分流道的设计分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道作用是改变熔体流自，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 分流道的形状与尺寸分流道开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表面积(流道表面积与其体积之比)小。常用的分流道截面形式有圆形、梯形、u 形、半圆形及矩形等。梯形及 u 形截面分流道加工较容易，且热量损失与压力损失均不大，是常用的形式。山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 21 -工程设计中常采用梯形截面流道，这种流道加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均较小，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸，即 40.2654BmL23()34HB式中 B梯形大底边的宽度（mm） ；m塑件的质量（g） ；L分流道的长度（mm） ；H提醒的高度（mm） 。 梯形的侧面斜角 常取 50100，底部以圆角相连。公式的适用范围在 3.2mm 以下、塑件质量小于 200g，且计算结果23()34HBB 应在 3.29.5mm 范围才合理。按照经验，根据成型条件不同，B 可在510mm 内选取。分流道形状为圆形450.2654 186.110BL取 B=10mm分流道长度 L=45mm 2106.73Hmmmm取 。7Hmm 分流道的长度根据型腔在分型面上的排布情况，分流道可分为一次分流道、两次分流道甚至三次分流道。分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。凝料体积此处分流道长度 45Lmm分流道截面积 2108.27763.9452Amm凝料体积 363.945 452877.5252.877fqmmcm 分流道剪切速率校核山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 22 -剪切速率，131333.33.3 2.8771316.21.32 100.1992fnqssR在 =5102s-15103s-1（经验公式） 之间，分流道剪切速率33.3fnqR校核合格。式中分流道的体积流量（cm3/s）,工程中常采用经验公式来计算；fqRn分流道截面的当量半径（cm） ；223322 0.0640.19923.3nARcmL式中 Rn假想圆形流道的当量半径（cm） ；A实际流道的截面面积（cm2） ；L实际流道截面积的周边长度（cm） 。 分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度数值不能太小，一般取 0.631.6即可。我mm们取分流道表面粗糙度为 0.8m。这可增加对外层塑料熔体的流动阻力使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。 分流道的布置分流道常用的布置形式有平衡式和非平衡式两种，这与多型腔的平衡式与非平衡式的布置是一致的。3.6.63.6.6 浇口设计浇口设计 浇口的概念浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好、高质量地注射成形。 浇口的作用浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两类。非限制性浇口是整个浇注系山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 23 -统中截面尺寸最大的部位，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，其作用如下：a)浇口通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体提高注射压力，使塑料熔体通过挠口的流速有一突变性增加，提高塑料熔体的剪切速率，降低黏度，使其成为理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的。b)浇口还起着较早固化、防止型腔中熔体倒流的作用。c)浇口通常是浇注系统最小截面部分，这有利于在塑件的后加丁中塑件与浇口凝料的分离。 单分型面注射模浇口的类型单分型面注射模的浇口可以采用直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口和爪形浇口。a) 直接浇口直接浇口叉称为主流道型浇口，它属于非限制性浇口。这种形式的浇口只适于单型腔模具，直接浇口的形式见图 3-7。特点是：流动阻力小，流动路程短及补缩时间长等；有利于消除深型腔处气体不易排出的缺点；塑件和浇注系统在分型面上的投影面积最小，模具结构紧凑，注射机受力均匀；塑件翘曲变形、浇口截面大，去除浇口困难，去除后会留有较大的浇口痕迹，影响塑件的美观。 b) 中心浇口 图 3-7 直接浇口 图 3-8 中心浇口当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔时，内浇口开设在山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 24 -该孔处，同时在中心处设置分流锥，该浇口称为中心浇口，是直接浇口的一种特殊形式，如图 3-7 所示。它具有直接浇口的一系列优点，而克服了直接浇口易产生的缩孔、变形等缺陷。c) 侧浇口侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为(扁槽)，是限制性浇口。侧浇口广泛使用在多型腔单分型面注射模上，侧浇口的形式如图 3-8 所示。特点是 由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，不留明显痕迹。图 3-9 侧浇口侧浇口的两种变异形式为扇形浇口和平缝浇口。扇形浇口是一种沿浇口方向宽度逐渐增加、厚度逐渐减少的呈扇形的侧浇口， 平缝浇口又称薄片浇口，浇口宽度很大，厚度很小。主要用来成形面积较小、尺寸较大的扁平塑件，可减小平板塑件的翘曲变形，但浇口的去除比扇形浇口更困难，浇口在塑件上痕迹也更明显。d) 环形浇口对型腔填充采用圆环形进料形式的浇口称环形浇口，见图 3-10。环形浇口的特点是进料均匀圆周上各处流速大致相等，熔体流动状态好型腔中的空气容易排出，熔接痕可基本避免，但浇注系统耗料较多，浇口去除较难。山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 25 - 图 3-10 环形浇口 浇口位置的选择原则 尽量缩短流动距离 ； 考虑分子定向的影响 ； 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 ； 浇口应开设在塑件厚壁处 ； 减少熔接痕，提高熔接强度。 该模具选用点浇口 1）点浇口的尺寸确定 由点浇口直径的经验公式得2244(0.14 0.20)(0.14 0.20) 1027108.83.4dAmm22122222241322022109527108.84AddhHmm 式中 点浇口直径（）；dmm 塑件大径；1d山东理工大学学士学位论文 第三章 线轮注塑模具的方案设计- 26 -塑件小径；2d 塑件凸缘高；h 塑件桶体高；H 塑件在浇口处的壁厚； 型腔表面积() 。A2mm2）