塑料滑板的注塑辅助工艺分析及注塑模具设计

摘 要 本文主要通过使用 moldflow 软件进行了塑料滑板塑料件的浇口位置、成型 窗口、填充、流动、冷却等方面的模拟分析，从而确定了成型方案。在此基础 上完成了塑料滑板注塑模具设计的所有内容，其中包括模架的选择、注射机的 选择、必要的工艺计算、模具各部分结构的的设计、模具总装图、零件工程图 的绘制等。 关键词： moldflow 软件；塑料滑板；模拟分析；模具设计 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 录 第一章 概 论 .1 1.1 课题来源、目的、意义 .1 1.2 塑料模具的现状及塑料模具的发展趋势 .1 1.2.1 塑料模具的现状 .1 1.2.2 注塑模具的发展趋势 .2 第二章 塑件工艺分析 .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 塑件模拟分析 .6 3.1 建立分析模型 .6 3.2 确定浇口位置 .7 3.3 一模两腔 MOLDFLOW 分析 .8 3.3.1 填充分析 .8 3.3.2 冷却分析结果 .12 3.3.3 成型工艺条件 .13 第四章 注塑模设计 .14 4.1 整体设计 .14 4.1.1 分型面的设计 .14 4.1.2 模架结构设计 .14 4.1.3 注塑机的选择 .15 4.2 系统设计 .16 4.2.1 浇注系统设计 .16 4.2.2 排气系统设计 .19 4.2.3 冷却系统的设计 .19 4.3 零件设计 .22 4.3.1 上下型腔设计 .22 4.3.2 浇口套的设计 .23 4.3.3 脱模机构的设计 .23 4.3.4 合模导向机构的设计 .25 4.3.5 复位机构的设计 .26 4.3.6 侧抽芯机构的设计 .26 4 .4 注射机校核 .27 4.4.1 最大注射量校核 .27 4.4.2 最大锁模力校核 .27 4.4.3 注射压力的校核 .28 4.4.4 模具闭合高度校核 .28 4.4.5 开模行程的校核 .29 第五章 总装配图 .30 5.1 二维装配图 .30 5.2 三维图 .31 结 论 .32 参考文献 .34 1 第 1 章 概 论 1.1 课题来源、目的、意义 (1) 课题来源 本课题来源于中日龙电气制品有限公司。 (2) 目的 塑料滑板注塑工艺分析及模具设计的毕业设计可以使我综合运用 本专业所学的专业基础理论和专业知识，让我能独立解决和分析问题的能力。 (3) 意义 由于模具设计对于制造业的有重大的意义，通过本课题的的研究， 让我对注塑模具有一个系统性的了解，另一方面对于课本上学的也有一个实践 的过程，相信在以后的工作当中会有更好的发展，从而达到本课题需要达到的 目标。 1.2 塑料模具的现状及塑料模具的发展趋势 1.2.1 塑料模具的现状 塑料模具现在主要有注射模，压缩模，压注模，挤出模，气动成形模。根 据我国模具业协会经营管理委员会编制的全国模具专业厂基本情况统计， 我国模具以平均15%以上的速度增长，高于国内GDP的平均增值一倍多。其中， 塑料模具约占各类模具总产值5%，每年增长速度高达25%，发展十分活跃。 我国模具产业的发展给予制造业以有力支撑,同时,制造业的发展也推动了 模具产业的发展。我国也成为模具生产大国,国内的模具生产厂家已增至2万余 家,从业人员大约100万人,模具年产总值已达到550亿元人民币。但是，我国的 模具机床业产业仍“大而不强”。虽然目前我国模具行业以每年巨大的进出口 总额被誉为全球“制造大国”，但由于技术人才等因素的制约，都相对集中在 中低端领域，因而高端市场对国内模具企业而言，经济诱惑力无疑是巨大的。 行业协会是相关的企业为了自身发展而建立起来的一种经济性的社团组织。 在市场经济条件下，作为一个重要的中间组织，行业协会具有协调市场主体利 益、提高市场配置效率的功能。因此，推动行业协会的建设，成为一个不可忽 视的课题。模具行业要获得长足的发展，推动模具行业协会的建设必不可少。 一些高水平的模具所占比重已达40%左右,这些模具的特点是复杂、精密、大 型、长寿命。例如,有的模具单套重量可以达到125t。有的精密多工位注塑模寿 2 命长、0.001mm的精度随着模具零件行业精度化要求的不断增加和科学技术的进 步,有些零件的加工精度会达到lm以内。企业的创新、研发能力得到提高,新 技术、新工艺得到了广泛推广。例如模具的自加工技术以及模具的柔性、集成 技术。模具的结构设计系统、大型注塑模、先进模具制造技术和三维设计技术 的研发。注塑工艺设计系统、逆向工程和车身模具数字化制造系统等,这些都离 不开数字化、信息化技术的大力发展和推广。 增长据统计，2013年上半年湖北省模具产量为16388套，增长率3.43%；其 中6月产模具4181套，6月增长率78.6%。2013年1-6月广西模具产量为34344套， 1-6月增长率6.09%。2013年上半年重庆市模具产量为7365套，增长率 1.43%。2013年上半年四川省模具产量为921682套，1-6月增长率660.94%。 在模具设计制造中将全面推广技术有 CAD/CAM/CAE，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。现在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技术已基本成熟。由于 模具 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的 普 及应用，更为广大模具企业普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好的条伯。随着 微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具 CAD/CAM 技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。加大技术 培训和技术服务的力度。应时一步扩大 CAE 技术的应用范围。对于已普及了模 具 CAD/CAM 技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具 CAD/CAM 技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从 CAPPPDMCIMSVR ， 逐步深化和提高。 1.2.2注塑模具的发展趋势 （1）塑料及塑料工业的发展趋势 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，塑料大多采用合成树脂，树 脂可分为天然树脂和合成树脂俩大类。在一定温度和压力下，塑料具有可塑性， 各种合成树脂都是将低分子化合物的单体通过合成的方法生产出的高分子化合 物，可以利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。 一般 相对分子质量都大于一万，有的甚至可达到百万级。 3 塑料工业是新兴的产业，即新的工业领域，是随着石油产业的发展从而应 运而生的，目前塑料制品几乎已经进入一切的工业部门以及人们日常生活的各 个领域。世界塑料工业从二十世纪三十年代前后开始研制到目前的塑料产品系 列化、生产工艺自动化、连续化以及不断开拓功能塑料新领域，它经历了初始 阶段（三十年代以前）、发展阶段（三十年代）、飞跃发展阶段（五十至六十 年代）和稳定增长阶段（七十年代至今）等这样几个阶段。随着工业塑料的制 件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品的更新换代的周期愈来 愈短，因此对塑料的品种、产量和质量都提供了越来越高的要求。 塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用和塑料成型模具的开发 与制造都在飞速发展。 （2）塑料模大力发展快速原型制造 在现代制造模具技术中，可以不急于直接加工难以测量和加工的模具凹模 和凸模，而是采用开苏原型制造技术，先制造出与实物相同的样品，看该样品 是否满足设计要求和工艺要求，然后在开发模具。 该项技术在国内少数的塑料企业已经开始得到应用，并且正在大力的推广 中。 （3）发展优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术 模具材料的选在模具研发中是设计模具加工工艺、模具使用寿命、塑料制件 成型质量和加工成本等重要问题。因此开发研制出具有良好实用性和加工性能 好的、热处理变形小、抗热疲劳性能好的新型模具有非常重要的意义。在未来， 模具的发展方向是采用真空热处理，国内许多热处理中心和有些大型模具其一 已经得到应用并且正在进一步推广。目前的研究和开发工作除了常用的表面处 理方法，还应大力发展设备昂贵、工艺先进的气相沉积、等离子喷涂等技术。 （4）模具的复杂化。精密化与大型化 模具技术正朝着复杂化、精密化、与大型化方向发展，面对激烈的市场竞 争，必须提高我国模具企业的自主开发能力，我国要从模具大国迈向模具强国， 应调整产品的结构，增强大型复杂、精密模具的自主开发能力，以提高产品的 市场竞争能力。 4 第 2 章 塑件工艺分析 2.1 塑件分析 如图 2-1 所示，塑件为壳体，外状规则且对称，有圆角过渡，这些因素都有 利于注射成形。其内部形状有正四面体的凹陷，脱模有一定的困难。该塑件有 侧抽芯机构。塑件的外观要有光滑，无明显外观缺陷。 图 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。这三种组分的各自特性使 ABS 具有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，坚韧，良好的加工性和染色性能等 一系列良好的综合性能。 ABS 无毒、无味、呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，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、耐油性、 耐水性、化学稳定性和电器性能,其工艺参数如表 2-1 所示。 ABS 的主要成型特点是：成型压力较高；塑料上的脱模斜度宜稍大；成型 加工前应进行干燥的处理；模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力； 要求塑件精度高时，模具温度可控制在 4060 ，要求塑件光泽和耐热时， 应控制在 60 80 。 材料：ABS 壁厚 1.5 5 塑件的设计随塑料品种、性能和成型方式的不同而有所差异。高质量的塑 件需要优秀的产品设计、高水平的模具和优化的成型工艺三者有机的结合。但 是在实际塑件设计时，多数是根据经验进行设计，往往造成产品在某些性能上 不能满足使用要求，导致成型模具不适用，从而产生极大的浪费。因此，在进 行塑件设计时，对塑件及其成型工艺条件进行优化设计，使发现的问题在塑件 设计完成之前即得到解决，以缩短产品开发周期、提高产品质量并减少浪费。 表 2-1 ABS 注射成型的工艺参数表 2.3 塑件的表面分析 塑件的用途可知，其外表面要求光洁,故采用点浇口，同时设置好参数，来实 现提高塑件的表面质量。 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，采用本标准 的 8 级精度。 塑料 ABS 注射成型机类型 螺杆式 密 度(g/cm 3) 104 后段 180200 中段 200210料 筒 温 度 )(c 前段 210230 模具温度 )(c 5070 注射压力/MPa 7090 注射时间 330 保压时间 1530 冷却时间 1530 成型时间（s） 成型时间 4070 6 第三章 塑件模拟分析 这里主要用到塑料模流分析软件 Moldflow，通过 Mold flow 模流分析不仅 能够模拟分析塑料熔体进入模具的流动过程，而且可以对塑料的浇口位置、压 力分布、冷却过程以及注塑工艺条件等进行模拟分析。从而得到最佳浇口位置 和浇口的个数以及预测可能会出现的缺陷，只有好的网格才能真正的模拟实际 产品的各个问题，这样可以得到及时的改进，达到缩短模具的制造周期。 3.1 建立分析模型 由于塑件的内部有很多的自闭合环路，导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 网格，塑件材料为 ABS。图 3-1 为塑件处理后的 3D 实体 模型的有限元网格模型。这次分析的有限元数据如图 3-2。 图3-1 塑件有限元网格划分图 7 图3-2 有限元分析模型数据 3.2 确定浇口位置 浇口位置的好坏，不仅影响到产品的外观，而且影响到产品的质量。 Moldflow 可以根据模型几何形状及相关材料参数、工艺参数分析出最佳浇口位 置。从而避免由于开设浇口位置的不当产生缺陷。 选择 Moldflow 中的浇口位置项进行优化分析（如图 3-3 所示），蓝色为最 佳浇口位置，由塑件的尺寸分析，故采用一模两腔，浇口为点浇口。 图3.3 塑件浇口位置 8 3.3 一模两腔moldflow分析 3.3.1 填充分析 由图3-4 的填充时间可以看出，浇口位置设在此位置的填充时间只需要 1.966s，并且到达两塑件的时间相近，说明交口设在此处可行。 图 3-4 浇口位置的填充时间 从图 3-5 得知，气穴位置都在侧成型位置和分型面附近，可以从滑块和动 定模的空隙中排出。这样出现气泡、焦痕的可能性较小。 9 图 3-5 气穴分布 如图3.6所示，速度/压力切换时的压力为23.35，也就是速度控制向压力控 制转换时的最高射压值。当前所有已填充部分，也就是着色部分，均是在速度 控制下完成填充的。图中没有灰色区域，即没有未填充部分。 图 3-6 速度/压力切换时的压力图 流动前沿温度，即熔融塑胶流经不同位置时的温度显示，如图 3-7 所示。 塑胶经流较薄的区域，会因流动受阻、流速下降而加剧温度下降，如果温度下 降的幅度比较大，可能会产生滞流：如果温度降到凝固点以下，就会出现短射。 10 所以应使熔融塑胶的温度一直处于“加工工艺”推荐温度的范围之内。从右侧 的显示可以看出，最高温度为 240.8。 C，最低温度为 239.7。 C，在成型参数中 的熔温 240.。 C 说明塑胶在流动的过程中未出现大的温度波动和局部过热现象， 充填比较顺利。 图 3-7 温度分布图 图 3-8 显示的是在整个成型过程中需要的锁模力值。从图上可以看出在 1.966s 时锁模力值最高为 5.2 吨，锁模力的显示结果为选择注塑机提供了很好 的参考。 11 图 3-8 浇口位置的锁模力 图 3-9 所示为注塑浇口的压力曲线。注塑压力是成型过程中的重要参数， 直接决定了注塑机能够提高压力值大小的下限。本模型压力最大值为 23MPa。 图 3-9 注塑口压力曲线 图 3-10 所示为推荐螺杆速率曲线。很多成型缺陷都是由于塑胶在型腔内 流动不平稳造成的。推荐的螺杆速度曲线图可以为调机有很高的参考价值，有 助于获得平稳的料流前沿，避免参与应力过高，改善翘曲，同时这些曲线可以 用于设定注塑机的螺杆在注塑过程中的运动。 12 图 3-10 螺杆速率曲线 3.3.2 冷却分析结果 图 3-11 所示为平均温度结果图。制品的平均温度显示的是冷却结束时，制 品厚度上的平均温度值。该塑件选择的材料的顶出温度为 82。 C，从图中可以看 出制品的绝大部分区域的温度在 82。 C，即可开模顶出，不会延长成型周期，提 高生产效率。 图 3-11 平均温度 13 图 3-12 所示为回路冷却液温度结果图。回路冷却液的温度变化幅度不应超 过 23，由图可知各管道冷却液温度变化值为 0.45，符合要求。 图 3-12 回路冷却液温度 图 3-13 所示为冷管道管壁温度的结果。冷却管道的管壁温度与模壁温度的 差值应控制在 5之内，本模型的差值在 2.66，符合要求。 图 3-13 冷却管道管壁温度 3.3.3 成型工艺条件 Moldflow 成型窗口会显示成型工艺条件。推荐最大填充压力 110 MPa，推 荐的模具温度为 45，推荐的熔体温度 240。 14 第4章 注塑模设计 4.1 整体设计 4.1.1 分型面的设计 根据塑件的结构，通过 UG 软件做出的分型面如图 4.-1 所示。 图 4-1 分型面 4.1.2 模架结构设计 根据前面的模拟分析的最佳浇口位置，适合一模两腔，采取的是点浇口， 有双分型面，由于该塑件结构比较简单，形状也比较规则，有侧向抽芯机构。 所选的模架如图4-2所示。根据塑件的尺寸初选300300的标准模架。 15 图4-2 P 4型模架 4.1.3 注塑机的选择 根据 moldflow 对塑件的属性分析，测得其体积 V 为 23.4812 3；浇注系 统的体积通过按塑件体积的百分之二十估算，可以得到塑件及浇注系统的体积 之和 V 总 ，如下： （4.1）2.1总 由上式得 V 总的值为 28.177 3。 注塑机的注射量表示法是用注射机一次注射塑料的最大容量，螺杆式注射 机是以体积表示最大注射量，以塑件小于标准螺杆式注射机最大注射量的百分 之八十理论注射量表示。该塑件的注塑机理论注塑量应大于 35.221 3；由第 三章的 Mlodflow 分析推荐的注塑压力不能小于 110MPa 。初选国产 XS-ZY- 125 卧式塑料注塑成型机，其主要技术参数如表 4.1。 表4.1 XS-ZY-125主要技术参数 额定注射量/ 3 125 螺杆直径/ 42 注射压力/ MPa 119 注射行程/（mm） 120 锁模力/（kN） 900 最大注射面积/（mm2） 320 16 电动机功率/KW 11 最大开合模行程/ 300 最大模具厚度/ 300 最小模具厚度/ 200 合模方式 液压机械 喷嘴球半径/ 12 喷嘴孔直径/ 4 4.2 系统设计 4.2.1 浇注系统设计 通常把注射模中从注射机喷嘴到型腔之间的塑料流动通道称为浇注系统。 浇注系统是注射模具中的一个重要部分，作用是将注射机注射出的塑料熔体平 稳而均衡的引进型腔，并在熔体冲模和固化定型过程中，将注射压力和保压力 充分传递到型腔的各个部位，以获得组织致密。轮廓清晰。表面光洁。尺寸精 确的塑料制品，浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。 浇注系统的设计原则： （1）应与塑料的成型特性相适应， （2）应有利于排气和补缩 （3）应使熔体的流程尽量短 （4）应避免塑料熔体直接冲击型芯和嵌件 （5）流道凝料和塑件易于分离 （6）要保证塑件的外观质量 （7）应防止制品变形和翘曲 （8）合理设计冷料穴 （9）尽量减少浇注系统的用料量 （10）应同时考虑型腔布局 4.2.1.1 浇注流道的设计 17 主流道的几何形状和尺寸如下图所示： 图 4-3 主浇道各部尺寸 （1）主流道锥角 主流道锥角太小会是塑料模脱模困难，太大会产生涡流现象， 通常锥角 =2-6。本模具设计的锥角 =6。 （2）主流道入口直径 d1，d 1 应比注射机喷嘴直径 d0 大 0.5-1mm，防止凝料的 脱出障碍，由注射机参数表知 d0=12，取 d1=4.5 （3）与注射机喷嘴相接触部分尺寸 为了防止溢料，故在对接处设计成了球形 凹坑，球面半径 SR1 比喷嘴半径 SR0 大 1-2mm，所以 SR1=13m。 （4）主流道长度 L ，一般按照模板厚度决定，为减少压力损失、热能损失、 和废料量，所以其长度应尽量短，一般 L60，本设计的 L=42.6mm。 4.2.1.2 分流道的设计 分流道是指连接主流道和交口之间的熔体流动通道，适用于多腔模和一腔 多浇口模具，分流道长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。分流道 的设计应考虑塑件的材料、体积、壁厚、形状复杂度、型腔数量合理设计。分 流道截面尺寸取决于多种因素，其选择应从压力传递、热量损失、加工与脱模 考虑。考虑到了机加工和出模的容易性，同时交口为点浇口，采用的是双分型 面，从加工的成本，配合精度要求等，最终确定为采用横截面为梯形，如图 4- 4 所示。 18 图 4-4 分流道横截面 分流道的尺寸的计算，根据梯形分流道参数表可知 =5 （4.2） DH32 式中：D- 梯形的大底边宽度（）； H-梯形高度（）。 根据塑件采用的材料为 ABS，所以根据塑料长度推荐为 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。用来增大外层的流动阻力，使外层与心部的熔体之间残生一定的速 度差，增加流动性。同时还有利于保温 4.2.1.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。浇口是浇注系统非常重要 的部分。浇口的位置、形状数量、尺寸大小对塑料熔体的流动阻力、流动速度、 流动状态都有直接的影响，同时对塑件的性能和质量的影响很大。 根据要求塑件表面要尽量光滑， 同时是一模两腔，且从上表面注射，故采 用点浇口。点浇口又称针点式浇口，是一种尺寸很小的圆形浇口，便于修整。 点浇口为限制型的浇口，同时是从制件的顶部进料因而具有直接浇口的特性， 由于前后两端存在较大的压力差，能有效地增大熔体的剪切速率，使非牛顿体 塑料熔体的表现粘度降低，流动性进一步提高，有利于性强的充填。对于薄壁 塑件或带有精细花纹塑件和对于剪切速率敏感的塑料 ABS 的成型有利。 点浇口的设计主要是引导锥和浇口部分的设计，点浇口的的直径一般在 0.3-2.0mm 左右，点浇口圆柱孔的长度约为 1-3mm，太长会增大压力损失。取点 浇口的直径 d=1.2mm,长度 l=3.0mm. 19 图 4-5 点浇口的结构和尺寸 4.2.1.4 冷料穴设计 冷料穴是浇注系统的结构组成之一，多型腔模具冷料穴设在分型面上，它的 作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料进入型腔，这些冷 料既影响熔体的充填速度，又影响成型塑件的质量。 图 4-6 冷料穴的结构 4.2.2 排气系统设计 从第三章的分析可以看出，气穴位置都在侧成型位置和分型面附近，可以 从滑块和动定模的空隙中排出。这样出现气泡、焦痕的可能性较小。,同时利用 配合间隙排气其间隙为0.030.05来实现排气。 4.2.3 冷却系统的设计 由 moldflow 分析得到的模具脱模温度为 45 摄氏度，所以不用设置加热装 置。 4.2.3.1 模具系统的热平衡计算 在注塑模成型的工艺中，模具的温度对冲模和塑件定形有一定的影响，从而 影响了塑件的质量，所以必须对模具进行有效的冷却，使其温度控制在一定范 围内。并且冷却介质的回路必须畅通，无停留部位。通过对模具的热量的注入 20 及输出的计算可以获得冷却剂需要带走的热量。 根据热平衡原理，单位时间内塑料熔体凝固释放的热量应等于冷却水所带走 的热量。 于是有： 塑料传给模具的热量 Qm= （4.3）nGmp11 Qin 塑料传给模具的热量（KJ）； n每小时注射次数 G 每次的注射量（Kg）； mp每小时注射的塑料量（ Kg/h） 塑料的热焓量之差（ KJ/Kg），取 =400KJ/Kg。11 设注射周期为 60s,则：n=360060=60 .由 moldflow 分析得 G=0.03021 代入数据计算，即 Qin=400600.03021=725.04KJh-1 （4.4）)(TinoutmCwn 式中：Qn 冷却水每小时从模具携走的热量（ KJ/h）； m冷却水每小时的用量（kg/h）； Cw冷却水的比热容 4.187KJKg-1C； 由 moldflow 分析所得 Tout模具的出水温度 C 取为 25.75C； Tout模具的进水温度 C，取为 25.1C 由热平衡条件： 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 冷却水体积流量的计算 体积流量公式： （4.6）)(6021cMqv 式中： 冷却水体积流量vq 21 M单位时间注射入模具内的树脂质量 Q单位时间内树脂在模具内释放的热量 C冷却水的比热容 冷却水的密度 1冷却水出口处温度 1冷却水入口处温度 =234.006x3.5/(60 x0.7x4.178x103)=4.85x10-3(m3/min)vq 查塑料模具设计手册可知：取冷却管道直径 d=10mm 就可以满足要求。 4.2.3.3 冷却回路所需要的总面积的计算 冷却回路总面积计算公式： （4.7）)(360wmaMqA 式中： A冷却回路的总面积，m 2; M单位时间内注入模具中树脂的质量， ；hkg/ q单位质量树脂在模具内释放的热量， J a冷却水的表面传热系数，W/(m 2.K); m 模具成型表面的温度，C。 w冷却水的平均温度，C。 取 M=4.1x10-6 q 值由塑料材料为 ABS，取 q=3.5 由 moldflow 分析知 m=45C w=25.4C。 冷却水的表面传热系数 a 可用如下公式计算： 22 （4.8）2.0 8)(da 式中 a-冷却水的表面传热系数， )/(KmW 冷却水在该温度下的密度，kg/m 2 冷却水的流速，m/s 与冷却水温度有关的物理系数， 通过查表得 =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 冷却回路总长度 冷却长度计算公式： L= （4.9）dA10 式中 L冷却回路总长度 A冷却回路总表面积 d冷却水孔直径 L=1000X750.75X10-4/ 10=1.5m 同时通过 Moldflow 分析，采用冷却道直径 10，管道数为 6，其分布采用 直通式水道，长度为 1.8m，上下模采用局部 对称布置，能够很好的满足要求。 4.3 零件设计 4.3.1 上下型腔设计 本塑件采用动定模两板式结构，根据分型面的开设，由于本模型已经对尺 寸进行 0.5%收缩，故直接利用 UG 的模具模块对模型进行分模。如图 4-6 ，4- 7 所示。 23 图 4-7 型芯 图 4-8 型腔 4.3.2 浇口套的设计 浇口套的结构形式如图所示，浇口套与模板间的配合采用 H7/m6 的过度配 合，浇口套与定位圈采用 H9/h9 的配合。定位圈在磨具安装调试时应插入注射 机的定位孔内，用于磨具与注射机的安装定位。定位圈未经比注射机定模板上 的定位孔径小 0.2mm 以下。 24 图 4-9 浇口套 4.3.3 脱模机构的设计 简单机构脱模通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、推件板脱模机构、 推块脱模机构、螺旋脱模机构、气动脱模机构和联合脱模机构等。 脱模机构可 分为一次脱模、定模脱模、双脱模、顺序脱模、二次脱模等。按推出零件的类 别，则可分为推杆推出、推管推出、推件板推出。按脱模动作动力来源可分为 手动脱模、机动推出、液压或气压推出。本设计选用推杆推出设计，脱模力的 来源为液压。 推出机构设计原则： （1）保证塑件不变形损坏 （2）塑件应滞留于动模 （3）保证良好的塑件外观 （4）脱模机构应动作灵活可靠 （5）合模时应正确复位 （6）脱模行程应适当 4.3.3.1 脱模力的计算 塑件注射成型后，塑件在莫内冷却定型，由于体积收缩，对型芯产生包紧 力，当其从模具中推出时，就必须先克服包紧力而产生摩擦力。型芯的成型端 部，一般要设计脱模斜度，由于塑料件表面凸凹不平，故脱模斜度尽量大些， 本设计取 1。 脱模力的计算公式为： 25 Ft= （4.10）)sinco(aunAp 式中 ：Ft 脱模力（推出力）： 型腔数量；n 型芯的脱模斜度（ ）；a0 塑件对型芯单位面积上的包紧力之积(Pa/m 2)；一般情况下，模外p 冷却的塑件，p 取 Pa，取模内冷却的塑件 约77109.34.2p Pa，本塑件取 p=1x107Pa;7710.8.0 塑件包容型芯的面积（m 2）；通过 UG 测量 为 0.0072m2A A 塑件对钢的摩擦系数，约为 0.1-0.3，实取 0.2；u 代入数据计算，即 F=20.00721107（0.2 cos1 -sin1 ）=26282.5N0 4.3.3.2 推杆的设计 推杆的自由度大，而且推杆截面大都为圆形，制造的方便，容易达到推杆与 模板或型芯上推杆孔的搭配精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠。 本设计采用的推杆形状为直通式， 推杆接触塑件的顶推段，与模板上相应孔的配合间隙，应以不超过塑件的 溢料间隙为限，一般情况下 H8/f7 或 H7/f7 就可以满足这一要求。本模具采用 H8/f7 配合。 推杆的直径 d： （4.11）4 132)6(EnlFd 式中：F 总脱模力（N）； 推杆长度系数； =0.7 推杆长度（cm）； n推杆数量；l E推杆材料的弹性模量（N/cm ）； =2.1 X10 N/cm3E 7 3 代入数据计算，即 =1.37mm4 132)21068.67.584(d 而实取推杆的直径 d=.1.49mm1.37mm ,故满足要求。 26 图 4-10 顶杆设计图 4.3.4 合模导向机构的设计 合模导向机构是保证动、定模或上、下模合模时，准确无误的定位和导向的 零件。合模机构主要有导柱导向和锥面定位两种，通常采用导柱导向定位，导 向机构的作用：定位作用、导向作用、承受一定的侧向压力。 4.3.4.1 合模系统的导向 模具的闭合准确性通过合模装置（导柱，导套）之间的配合来进行导向。 4.3.4.2 顶出系统的导向 顶出装置在模具内往复运动，主要靠推杆和型芯固定板之间的配合，以及 型芯和推件板的配合来进行导向。 4.3.5 复位机构的设计 复位机构的有 2 种形式，即复位杆和复位弹簧。由于受模具结构和侧向分 型及推推机构的影响，故采用复位弹簧的形式，通过复位弹簧装配在复位杆上， 开模后通过在复位杆上加弹簧来使推出机构的复位。 4.3.6 侧抽芯机构的设计 当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况 下可以强制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构， 在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活 动型芯的抽出和复位的这种机构就叫做侧向抽芯机构。 根据本塑件的特点，采用写到注释侧向抽芯机构，斜导柱式侧向抽芯机构 27 利用斜导柱等零件将开模运动传递给侧向型芯，使之产生侧向运动完成抽芯动 作。结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便，是最常用的注射模侧向抽芯机 构，但其抽芯力和抽芯距受到模具结构的限制，一般适用于抽芯力不大及抽芯 距离小于 60-80mm 的场合。 本模具侧抽芯的斜导柱安装在定模，滑块安装在动模，需要侧抽的横向距 离为 1mm 左右，故设计斜导柱的倾斜角为 =20，斜导柱的长度为 L=50mm， 侧抽芯时斜导柱出斜滑块的纵向距离为 h=19.98mm,斜导柱的直径为 5mm。滑 块的横向移动距离为 s= . （4.12）sinh s=19.98 =7.27mm1mm 符合要求20ta 本设计采用的定位装置的作用是使滑块停留在余斜导柱分离是的位置而不 发生侧向移动，以保证塑料件脱模及再次合模时斜导柱能顺利导入滑块的导柱 孔，本设计所采用的是利用滑块停留在限位挡块上，结够简单。 图 4-11 侧抽芯机构 4 .4 注射机校核 4.4.1 最大注射量校核 最大注射量是值注射机一次注射塑料的最大容量。设计模具时，应保 证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即： 28 nv+v1Kmp （4.12 ） 式中 n型腔的数量； V单个塑件的体积； V1浇注系统的体积； K注塑机最大注射量的利用系数，一般取 0.8； Mp注射机允许的最大注射量； 该型号注射机的理论注射量为 125cm3,又已知所需的单个塑件的体积 为 12.513，浇注系统的体积为 5.074。有： 212.513+5.074=28.1771250.8=100cm3， 满足要求。 4.4.2 最大锁模力校核 当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力， 这个里的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔 的压力，它应小于注射机的额定锁模力 Fp，才能保证注射是不发生溢料 现象，即： Fz=p(nA=A1)Fp （4.13） 式中： Fz熔融塑料在分型面上的涨开力，N； P型腔的压力； n 型腔的数量； A塑件在分型面上的投影面积； A浇注系统在分型面上的投影面积； Fp注射机的额定锁模力 型腔内的压力通常在 2040MPa，取 30MPa。塑件在分型面上的投 影面积 35.175c，浇注系统的投影面积为 0.0175c。 Fz=30(235.175+0.0175）=211.05KNFp=900KN 通过校核确定，满足要求。 29 4.4.3 注射压力的校核 塑料成型所需要的注射压力是有塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件 形状和浇注系统的压力损失等因素决定的。注射压力的校核是核定注射机的额 定注射压力大于成型时所需的注射压力。 根据 Moldflow 分析得到注塑需要的注塑压力为 110MPa，该型号注塑机额 定的注塑压力为 119MPa，符合要求。 4.4.4 模具闭合高度校核 由于注射机可安装模具的厚度有一定限制，所以设计模具的闭合厚度 Hm必 须在注射机允许安装的最大模具厚度 Hmax及最小模具厚度 Hmin之间，即 maxmin （4.14） 代入数据得： Hm=定模座板 45mm+定模板 50mm+动模板 50mm +支撑板 45mm+垫块 90mm+动模座板 45mm=300mm 有：H min=200mmH m=300mmH max=300mm，符合要求。 4.4.5 开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须 小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法取出， 双分型面分型面注射模 maHs)105(21 （4.15） 式中 s注射机动模板的开模行程（mm）； H1塑件顶出距离（mm）； H2包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）； a定模板与中间板之间的分开距离 a； 30 通过 UG 容易测得，H 1大约为 35，H 2为 40a 为 60mm。该模具开模行程 为 145。 代入数据得： H =300mm35+40+60+10=145mm，符合要求。 第五章 总装配图 5.1 二维装配图 31 图 5-1 二维装配图 图 5-2 二维装配图 32 图 5-3 二维装配图 1、动模座板 2、推件板 3、推杆固定板 4、垫块 5、复位弹簧 6、推杆 7.支撑板 8、动模 板.9、定模板 10、上模座板 11、定位圈 12、14、24、27、30、螺钉 13、浇口套 15、型芯 16、型腔 17、动模板导套 18、水嘴 19、29、导套 20、23、28、导柱 21、弹簧 22、限位拉 杆 25、冷却水道 26 复位杆 31、垫块固定螺栓、32、斜导柱 33、侧型芯滑块 5.2 三维图 图 5-4 模具三维图 结 论 33 借用计算机软件辅助工艺分析以及模具设计，可以大大缩短由模型到模具， 由模具到产品的周期，从而能够更好的满足市场的需求。具体体现以下两点： 1、使用 Moldflow 软件，可以实现塑件的流动模拟分析。在优化浇道口的 摆放位置后，通过可能产生气泡的位置来确定排气孔的位置。根据分析结果为 注塑模具设计提供了许多重要的数据，并且还可以预测注塑模具设计结果可能 产生的各类缺陷 。 2、使用 UG 软件，可以实现塑件的分模及模具结构的设计。 致 谢 本文是在 XXX 和 XXX 指导老师的悉心指导下完成的。几个月来，导师丰 34 富的学识、严谨的治学态度、以及他给予支持和鼓励使我受益匪浅，使我能够 顺利地完成所有设计任务，当中所取得的每一点成绩都与导师的热情关怀和精 心指导是分不开的，值此论文完成之际，特别向导师致以衷心的感谢和崇高的 敬意。 这次毕业设计可以说是对自己四年来最全面的一次课程实践，它从各个方 面检验了我实际设计的能力。这次的设计是第一次独立完成的一套较为专业的 模具，设计过程中，从选材到确定模板尺寸到螺钉的选用，均为个人完成，真 正做到了将理论知识与实践相结合，让我对模具设计进一步有了较为系统的了 解，这对我即将参加工作起了很大的帮助。 但是在本次毕业设计期间，