多用角架擱板的注塑模具設計及其仿真加工設計

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1、 畢業(yè)設計(論文) 多用角架擱板注塑模具設計及其仿真加工 THE DESIGN OF INJECTION MOULD OF MULTI-PURPOSE HORN WEAR SHELF AND SIMULATION PROCESSING 學生姓名 學院名稱 專業(yè)名稱 指導教師 20**年 5月 27日 摘要 注射模具是模具工業(yè)的重要發(fā)展方向，也是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。模具 CAD/CAE/CAM 技術的應用從根本上改變了傳統(tǒng)的產品開發(fā)和模具生產方式，大大提高了生產效率、產

2、品品質以及企業(yè)自身的競爭力。 本文根據多用角架擱板實物模型進行了模型特征重構，在此基礎上基于 PRO/E軟件設計出一套合理的注射模具。首先分析了多用角架擱板制件的工藝特點，包括材料性能、結構工藝性、成型特性與條件等，并選擇了成型設備。然后介紹了香皂盒注射模的分型面選擇、型腔數目及布置形式，重點介紹了澆注系統(tǒng)、成型零件、冷卻系統(tǒng)、脫模機構的設計。然后選擇模架，并對注射機的工藝參數進行了校核。在此基礎上，本文講訴了如何運用Mastercam軟件對多用角架擱板凸模進行仿真加工。 關鍵詞 注射模具；PRO/E；Mastercam；仿真加工

3、 Abstract Injection molding is an important direction of development of mold industries, it also is an important indicator of the level of one country’s industry. The application of molding CAD/CAE/CAM fundamentally changed the way of traditional product development and manufacturing

4、 method, improved production efficiency, the quality of products and competitiveness of interprises. The model was reconstructed based on the real multi-purpose horn wear shelf. Appropriate injection mold was designed based on PRO/E. First, the technological characteristics of the multi-purpose hor

5、n wear shelf were analyzed, including material properties, the process of the structure, forming characteristics and conditions, and the forming equipment were selected. Then the parting line was selected, the number of cavity and layout were determined. A specific introduction was made on the gatin

6、g system, the cooling system, the forming parts and the stripping institutions. Then the standard mould bases were selected, and checked the technological parameters of the forming equipment. On this basis, this paper also tells about how to use the Mastercam to complete the simulation processing of

7、 multi-purpose horn wear shelf. Keywords Injection mold PRO/E Mastercam simulation processing 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文) 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1模具工業(yè)的地位和發(fā)展前景 1 1.2課題內容和意義 1 2塑件成型工藝性分析 3 2.1塑件結構分析 3 2.2塑件的工藝性分析 3 2.2.1塑件材料的選擇 3 2.2.2 塑件的壁厚 5 2.2.3 塑件的表面質量 5 2

8、.2.4 塑件的精度等級 6 2.2.5 塑件的脫模斜度 6 2.3 PP塑件的注射工藝 7 3 分型面的選擇 9 3.1 分型面位置的確定 9 3.2 型腔數目的確定 10 4 注射機型號的選擇 11 4.1 體積質量的計算 11 4.2 注射機的選擇 11 4.3 注射機相關參數的校核 12 5 注射過程與模流分析 14 5.1 MoldFlow分析軟件簡介 14 5.2 網格劃分 14 5.3 塑件的最佳澆口位置分析 15 5.4 塑件的流動性分析 16 5.4.1 氣穴和熔接痕 16 5.4.2 注射位置處壓力 17 5.4.3充填時間 17 5.4

9、.4 鎖模力 18 5.5塑件的冷卻分析 18 5.6 MoldFlow分析總結 19 6 澆注系統(tǒng)的設計 20 6.1 澆注系統(tǒng)的設計原則 20 6.2 主流道的設計和計算 20 6.3 澆口的設計 21 6.4校核主流道的剪切速率 21 7注塑模具成型零件及模具體的設計 22 7.1成型零件的結構設計 22 7.2成型零件鋼材的選用 22 7.3成型零件工作尺寸的計算 22 7.3.1凹模徑向尺寸的計算 22 7.3.2凹模深度尺寸的計算 23 7.3.3凸模徑向尺寸的計算 23 7.3.4 凸模高度尺寸的計算 23 7.4 合模導向機構的設計 23 7.

10、5 脫模機構的設計 24 7.5.1脫模力的計算 24 7.5.2塑件脫出機構 25 7.6 模架的確定 26 7.7模架各尺寸的校核 26 8冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)設計 27 8.1 冷卻系統(tǒng)的設計 27 8.1.1 模具溫度調節(jié)的必要性 27 8.1.2 冷卻系統(tǒng)的設計原則 27 8.1.3 冷卻水道的設計 27 8.2排氣和引氣系統(tǒng)的設計 29 9模具的裝配與調試 31 10 基于Mastercam X2的仿真加工 33 10.1 Mastercam X2軟件簡介 33 10.2 多用角架擱板凸模加工 34 10.2.1 加工坯料及對刀點的確定 34 10.2

11、.2規(guī)劃曲面挖槽粗加工刀具路徑 34 10.2.3 工件參數設置 35 10.2.4 曲面挖槽粗加工實體加工模擬 35 10.2.5規(guī)劃分型面淺平面精加工刀具路徑 36 10.2.6分型面淺平面精加工實體加工模擬 36 10.2.7規(guī)劃等高外形精加工刀具路徑 37 10.2.8 曲面等高外形精加工實體加工模擬 37 10.2.9 規(guī)劃3圓鼻刀曲面平行精加工刀具路徑 38 10.2.10曲面平行精加工實體加工模擬 39 10.2.11 規(guī)劃頂面平行銑削精加工刀具路徑 39 10.2.12 頂面平行銑削精加工平行銑削實體加工模擬 40 10.3生成加工NC代碼 40 結論

12、42 致謝 43 參考文獻 44 45 1 緒論 1.1模具工業(yè)的地位和發(fā)展前景 塑料注射成型所用的模具稱為注射成型模，簡稱注射模。它是實現注射成型工藝的重要工藝裝備。塑料模具為模具總量近 40％，而且這個比例還在不斷上升。這類模具主要是兩類：一類是大型模具，一類是精密模具。大型模具主要是以汽車儀表板，保險杠和家電產品模具為代表的成型模具。精密模具是以集成電路、塑封模具為代表的成型模具。注射模具被歐美等發(fā)達國家譽為“磁力工業(yè)”。很大部分工業(yè)產品依賴注射模具才得以規(guī)模生產、快速擴張，由于注射模具對社會生產和國民經濟的巨大推動作用和自身的高附加值，世界模具工業(yè)，尤其是注射模具工業(yè)發(fā)

13、展較快，當前全球模具工業(yè)的產值已經達到 600 億~650 億美元，是機床工業(yè)產值的兩倍，其中注射模具工業(yè)的產值已經達到 240 億至 260 億 。 縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術水平的高低，決定著產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術和產品，現代模具是多學科知識集聚的高新技術產業(yè)的一部分，是國民經濟的裝備產業(yè)，其技術、資金與勞動相對密集。目前，我國模具工業(yè)的當務之急是加快技術進步，調整產品結構，增加高檔模具的比重，質中求效益，提高模具的

14、國產化程度，減少對進口模具的依賴。 現代模具技術的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標準化、優(yōu)質模具材料的研究、先進的設計與制造技術、專用的機床設備，更重要的是生產技術的管理等。21世紀模具行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網絡化。追求的目標是提高產品的質量及生產效率，縮短設計及制造周期，降低生產成本，最大限度地提高模具行業(yè)的應變能力，滿足用戶需要。 在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重人才的培養(yǎng)，實現產、學、研相結合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術創(chuàng)新，提高模具設計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現實技術，逐步走向網絡化、智能化環(huán)境，實現模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯盟與系

15、統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。 1.2課題內容和意義 本次設計的課題設計內容主要包括以下幾點： 1.進行多用角架擱板塑件的三維造型設計； 2.從塑料品種、塑件形狀、尺寸精度、表面粗糙度等方面考慮注塑成型工藝的可行性和經濟性，進行塑件成型的工藝性分析； 3.根據塑件的質量和模具型腔數大致確定模具的結構，初步確定注射機型號，了解注射機與模具有關的技術參數； 4.考慮塑件成型位置及分型面選擇，模具型腔數，型腔的排列，流道布局及澆口位置設置來進行凸、凹模零件設計； 5.將模具三維模型導入CAM軟件中，進行注塑成型模具三維型面的數控仿真

16、加工； 6.由模具三維結構圖繪制出二維裝配圖，依據裝配圖完成模具主要零件的設計和圖樣繪制。 本次畢業(yè)設計通過對注塑成型模具的設計，可了解常用塑料的性能、塑料制品的設計原則及方法，掌握注射模具常用結構的組成、特點及應用場合，并由此熟悉注射成型工藝及仿真加工的全過程。通過學習現代化的設計制造方法，積極開展CAD/CAM技術在注射模具設計中的推廣應用, 從而提高自己進行模具設計的工作能力。 2塑件成型工藝性分析 2.1塑件結構分析 在家居用品中，擱板的使用越來越受歡迎，各式各樣的擱板既可用作廚房碗碟的收納工具、客廳的CD架、臥房床頭的書架

17、等實用工具，還可以是一件靚麗的裝飾品，倘若使用得當，擱板可以瞬間為家居增色。本設計中的多用腳架擱板能夠用來放置塑料盆一類的日用品。其結構外形如下圖2-1所示，其橢圓形凸臺是用來使得相同的擱板豎直連接在一起，方便您裝拆且為您節(jié)省空間的同時，也已成為一件靚麗的裝飾品。 正面 反面 圖2-1 多用角架擱板外形 2.2塑件的工藝性分析 2.2.1塑件材料的選擇 塑件的材料要在保證產品的使用性能、物理性能、力學性能、耐腐蝕性能和耐熱性能

18、的前提下，盡量選用價廉且成型性能又好的塑料。該產品用于承載物品，要求有較好的力學性能，有較大的強度和剛性，屈服強度高，彎曲疲勞壽命要高；有穩(wěn)定的化學性能，對接觸物（水、洗化用品）有很好的耐腐蝕性，衛(wèi)生程度較高，日常使用時無毒安全，成型工藝性較好，所選的塑料流動性好，易于成型，有較高的表面光澤；市場價格盡量低，產品有較大的利潤空間和市場競爭力。ABS 常用作電器外殼，機械強度較高，但是耐熱性差，洗浴時的較高溫度會使該材料產生較大變形。PA 化學穩(wěn)定性較差，注射成型時熔融溫度范圍窄，熱穩(wěn)定性差，溫度控制較復雜。PC 價格昂貴 ，成本太高，化學穩(wěn)定性差，不耐堿、酮、脂等，成型工藝較復雜，常用來制造光

19、學零件。PP價格低廉，化學穩(wěn)定性好，機械強度較高，成型工藝性較好，主要用來制造日用品。通過以上分析可以看出，PP 是制造塑料置物架的最佳材料，幾種常用塑料相關資料見表 2-1。 表2-1 幾種常用塑料相關資料 塑件品種 結構特點 使用溫度 化學穩(wěn)定性 性能特點 成型特點 主要用途 ABS 線型結構 非結晶型 小于 70℃ 較好 機械強度較好，有一定的耐磨性。但耐熱性較差，吸水性較差 成型性能好,成型前原料要干燥 應用廣泛，如電器外殼、汽車儀表盤、日用品等 聚

20、酰胺(尼龍) 線型結構結晶型 小于 70℃(尼龍6) 較好,不耐強酸和氧化劑,能溶于甲酚,苯酚,濃硫酸等 抗拉強度,印度,耐磨性,自潤滑性突出,吸水性強 熔點高,熔融溫度范圍較窄,成型前原料要干燥.熔體黏度低,要防止溢料,制品易產生變形等特點 耐磨零件及傳動件,如齒輪,凸輪等,電氣零件中的骨架外殼,閥類零件 聚碳酸酯(pc) 線型結構非結晶型 小于130℃耐寒性好,脆化溫度-100℃ 有一定的化學穩(wěn)定性,不耐堿,酮,酯等 透光率較高,介電性能好,吸水性小,力學性能好,抗沖擊,抗蠕變性能突出,但耐磨性較差 熔融溫度高,熔體粘度大,成型前原料需干燥,粘度

21、對溫度敏感,制品要進行后處理 在機械上用作齒輪,凸輪,蝸輪,滑輪等,電機電子產品零件,光學零件等 聚丙烯(pp) 線型結構結晶型 10-120℃ 較好 耐寒性差,光養(yǎng)作用下易降解老化,力學性能比聚乙烯好 成型時收縮率大,成型性能較好,易產生變形等缺陷 板,片,透明薄膜,繩,絕緣零件,汽車零件,閥門配件,日用品等 PP 塑料的相關參數見表 2-2。 表2-2 PP塑料相關參數 性能項目 試驗條件 測試標準 測試數據 數據單位 基本性能 熔體流動速率 23℃,2.16kg ASTM D-1238 30 g/10min 密度 --- A

22、STM D-1505 0.9 g/cm3 機械性能 拉伸屈服強度 50mm/min ASTM D-638 270 Kg/ cm2 彎曲模量 --- ASTM D-790 6000 Mpa 續(xù)表2-2 性能項目 試驗條件 測試標準 測試數據 數據單位 機械性能 洛氏硬度 --- ASTM D-785 100 R標尺 彎曲強度 --- GB 9341 >50 Mpa 熱性能 維卡軟化點 1kgf ASTM

23、D-1525 152 ℃ 熱變形溫度 4.6kg/ cm2 ASTM D-648 105 ℃ 2.2.2 塑件的壁厚 塑件的壁厚對其質量有很大的影響，壁厚過小不能滿足使用強度和剛度的要求，而本產品對強度和剛度的要求較高。壁厚太大則浪費原材料，在大批量生產時造成生產成本提高，利潤空間降低；注射成型時則易造成塑件內部產生氣穴，外部產生凹陷；冷卻時需要更長的冷卻時間，增加了冷卻系統(tǒng)設計和加工的難度。從以上諸方面考慮，應在滿足使用的前提下對塑件進行最大限度的薄壁化。同一塑件的壁厚應當盡可能一致，塑件壁厚不同將導致收縮不同，最終導致變形或開裂。 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚見表 2-5

24、。 表 2-5 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚 塑件材料 最小壁厚 小型零件推薦壁厚 中型零件推薦壁厚 大型零件推薦壁厚 PP 0.85 1.45 1.75 2.40—3.20 本產品屬于中型塑件，推薦壁厚為 1.75mm，但是考慮到塑件的力學要求，應使用較大壁厚，這里取壁厚為 2mm。 2.2.3 塑件的表面質量 塑件的表面粗糙度和外觀質量決定了塑件的表面質量。一般來說，原材料的質量、成型工藝和模具表面粗糙度都會影響到塑件的表面粗糙度，尤其是以型腔壁的表面粗糙度影響最大。因此，模具的型腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素。產品的外觀面應有很好的光澤度且非常光滑

25、，對表面粗糙度要求較高，應不大于 1.60，產品的內表面與使用無關且不影響外觀，對表面粗糙度無太高要求，為了降低模具制造成本 ，凸模成型表面的粗糙度設計為 3.20。PP 材料通過注射成型所能達到的表面粗糙度范圍是0.10~1.60，滿足塑料角架擱板的表面粗糙度要求。使用注射成型時幾種常用材料所能達到的塑件表面粗糙度見表 2-3。 表 2-3 使用注射成型時幾種常用材料所能達到的塑件表面粗糙度 材料 Ra 參數范圍/um 0.025 0.05 0.10 0.20 0.40 0.80 1.60 3.20 6.30 ABS ----- ----- -

26、---- ----- ----- ----- ----- PC ----- ----- ----- ----- ----- ----- PA ----- ----- ----- ----- ----- PP ----- ----- ----- ----- ----- PE ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 2.2.4 塑件的精度等級 影響塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損程度，塑料收縮率的波動，成型工藝條

27、件的變化等。在一般生產過程中，為了降低模具的加工難度和模具的生產成本，在滿足塑料使用要求的前提下將盡可能地把塑件尺寸精度設計得低一些。目前我國頒布了工程塑料模塑塑料件尺寸公差的國家標準 GB/T14486-1993。該標準將塑件分成 7 個精度等級，MT1的精度要求最高，一般不采用。見表2-4 表 2-4 PP 材料模塑件公差等級 材料代號 模具塑料 公差等級 標注公差尺寸 未注公差尺寸 高精度 一般精度 PP 聚丙烯 MT3 MT4 MT6 MT2 MT3 MT6 MT2 MT3 MT5 根據此表和塑件的設計使用要求，塑件的精度選用MT3。

28、2.2.5 塑件的脫模斜度 塑件冷卻后產生收縮時會緊緊包在凸模上，或由于粘附作用緊貼在型腔內。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時出現頂白、頂傷、劃傷等，在塑件設計時應使其表面有合理的脫模斜度。脫模斜度的選擇要遵循以下原則： （1）塑件精度要求高時，應采用較小的脫模斜度； （2）較高較大的塑件尺寸，應選用較小的脫模斜度； （3）形狀復雜的、不易脫模的，應選用較大的脫模斜度； （4）塑件的收縮率大的應選用較大的脫模斜度值； （5）塑件壁較厚時，會使成型收縮增大，脫模斜度應采用較大數值。 常用塑料的脫模斜度見表 2-6。由于 PP 塑料的收縮率很大，所以應選擇較大的脫模斜度，選擇脫模斜

29、度為3。。 表 2-6 常用塑件的脫模斜度 塑料名稱 脫模斜度 型腔 型芯 PE PP PA 25’—45’ 20’—45’ HPVC 35’—40’ 30’—50’ PS ABS POM 35’—1/30’ 30’—40’ 熱固性塑件 25’—40’ 20’—50’ 2.3 PP塑件的注射工藝 PP塑件的注塑工藝參數如下表2-7 表2-7 PP塑件的注塑工藝參數 預烘干 不需要,如貯藏條件不好,在80℃下烘干1小時 溫度 喂料區(qū)溫度/℃ 30～50 料筒/℃ 后段 160～180 中段 1800～200

30、0 前段 200～230 噴嘴/℃ 220～300 熔料/℃ 220～280 模具/℃ 40～80 壓力 注射/Mpa 70～120 保壓/Mpa 50～60 背壓/Mpa 5～20 續(xù)表2-7 預烘干 不需要,如貯藏條件不好,在80℃下烘干1小時 時間 注射/s 1～5 保壓/s 20～50 冷卻/s 20～50 成型周期/s 40～120 螺桿轉速/ 30～60 3 分型面的選擇 3.1 分型面位置的確定 分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可

31、分離的接觸表面。一副模具根據需要可能有一個或兩個以上的分型面。它的合理選擇是塑件能夠完好成型的條件，不僅關系到塑件的脫模，而且涉及模具結構和制造成本。合理的分型面不但能滿足制品各方面的性能要求，而且使模具結構簡單，也會有令人滿意的成本。在選擇分型面的時候，應該遵循以下幾個原則： （1）符合塑件脫模的基本要求，就是能使塑件從模具內取出，分型面位置應設在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位； （2）分型線不影響塑件外觀，即分型面應盡量不破壞塑件光滑的外表面； （3）確保塑件留在動模一側，利于推出且推桿痕跡不顯露于外觀面； （4）應盡量避免形成側孔、側凹，若需要滑塊成型，力求滑塊結構簡單，盡量避免

32、定?；瑝K； （5）確保塑件質量，例如：將有同軸度要求的塑件部分放到分型面的同一側等； （6）滿足模具的鎖緊要求，將塑件投影面積大的方向放在定、動模的合模方向上，而將投影面積小的方向作為側向分型面； （7）合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置； （8）有利于模具加工。 從塑件模型可以看出，將塑件周邊把手的最下端側面作為分型面。分析本產品的結構特點和使用要求，選擇主分型面為塑件的上表面。見圖3-1。 圖3-1 分型面示意圖 分型面設計方法有陰影曲面分型面、裙邊分型面、側面影像曲線分型面、復制曲面、延伸曲面、合并曲面等設計方法。在主分型面的設計中，采用復制塑件上表面的方法，并進行相關的

33、編輯。具體設計過程為： （1）復制塑件上表面。 （2）延伸塑件分型面邊至工件表面。 （3）合并曲面，使分型面為一個整體。 應用Pro/e創(chuàng)建出的分型面見圖 3-2。 正面 反面 圖3-2 主分型面 3.2 型腔數目的確定 為了使模具與注射機的生產能力相配，提高生產效率和經濟性，并保證塑件的精度，模具設計時應確定型腔數目。型腔數目的確定一般遵循以下原則： （1）型腔的數目及排列形式與澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)有關。型腔的數目及排列形式的設計要考慮到后者的結構； （2）模具加

34、工條件好，加工精度高時可以增加型腔數目，反之應減少型腔數目； （3）型腔越多，模具加工周期越長。設計時要考慮加工周期； （4）多型腔模具的可靠性及靈活性不如單型腔。但在空間利用和能耗上優(yōu)于單型腔； （5）型腔的數目與塑件外形尺寸有關。一般尺寸較小的塑件采用多型腔，尺寸較大的塑件采用少型腔，甚至單型腔； （6）模具中每增加一個型腔，制品尺寸精度將降低 4%。 型腔數目的確定要考慮到塑件精度。多用角架擱板的外形尺寸較大，考慮到模具結構形式和模架的結構尺寸，以及制造費用和各種成本費等因素，應采用一模一腔。 4 注射機型號的選擇 4.1 體積質量的

35、計算 通過 PRO/E 建模設計分析計算塑件的質量屬性，計算結果見圖 4-1。 圖4-1 塑件質量屬性的計算 根據經驗，澆注系統(tǒng)的凝料體積按照塑件體積的0.2~1倍來估算。在該設計中，采用直流道，其結構簡單，因此澆注系統(tǒng)的凝料按照塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔內的塑料熔體的總體積（單個塑件的體積和澆注系統(tǒng)的凝料體積之和）為 V總 =（1 + 0.3）V塑 = 1.3 313 .333 cm3 =407.333 cm3 式(4.1) 式中 V總 ——表示型腔內的塑料

36、熔體的總體積； V塑 ——表示塑件的體積。 4.2 注射機的選擇 根據塑件體積估算注射機的公稱注射量，計算如下： V公 = V塑 / 0.8 = 407.333 / 0.8 = 509.1 cm3 式(4.2) 式中 V公 ——表示注射機的公稱注射量。 根據以上計算，并考慮到模具尺寸和開模行程較大，初步選定公稱注射量為1000 cm3 ，型號為 XS-ZY-1000 的注射機，其主要參數見表 4-1。 表4-1 注塑機主要技術參數 理論注塑容量/cm3 1000 注射方式 螺桿式 螺桿柱塞直

37、徑/mm 85 注射行程/mm 260 注射壓力/Mpa 121 模板最大厚度/mm 700 螺桿轉速/(r/min) 21-83 模板最小厚度/mm 300 鎖模力/KN 4500 電機功率/KW 40 模板最大行程/mm 700 拉桿空間/mm 650550 4.3 注射機相關參數的校核 （1）注射壓力的校核 由表2-2可知，PP塑料所需的注射壓力為70~120MPa，該注射機的公稱注射壓力為121MPa，則： k 1p 0 = 1 .3 90 = 117＜121 MP a 式

38、(4-3) 式中 k1 ——表示注射壓力安全系數 k1 =1.25~1.4，取 k1 =1.3； p0——表示 PP 塑料所需的注射壓力，取 p0=90Mpa。 所以，注射機注射壓力合格。 （2）鎖模力的校核 塑件在分型面上的投影面積A。應用PRO/E創(chuàng)建塑件在分型面方向上的投影面，并測量投影面積，見圖 4-2。A =103502mm2 。 圖 4-2 塑件投影面積的計算 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為A澆 ，即流道凝料包括澆口在分型面上的投影面積，是塑件在分型面上的投影面積A的 0.2~0.5 倍。由于本產品流道設計簡單，無分流道，因此流道凝料投影面積可以適當取小。

39、A澆 =0.2 A =0.2 103502 mm2 =20700.4 mm2 式（4.4） A總 = A澆 + A =20700.4 mm2 +103502 mm2 =124202.4 mm2 式（4.5） F脹 = A總 p模 =124202.4 mm2 22Mpa=2292.45KN 式（4.6） 式中 F脹 ——表示模具型腔內的脹型力； p模 ——模具型腔內的壓力，通常取注射壓力的 20%~40%，范圍是 20~40Mp。 對于粘度較大的精度較高的

40、塑料制品應取較大值，PP 屬于低等粘度、精度要求一般的塑件，因此取 22MPa 作為p的值。 由表 4-1 可知注射機的公稱鎖模力F鎖 =4500KN。鎖模力安全系數k2 =1.1~1.2，這里取k2 =1.2， k2F脹 =1.2F脹 =1.22292.45KN=2750.94KN

41、著塑料CAE軟件市場。MPI全稱為Moldflow Plastic Insight，是用于注塑模流分析的強大CAE軟件，是目前公認的模流分析最佳軟件，包括以下幾個模塊：填充保壓(Flow)、冷卻(Cool)、翹曲(Wrap)、纖維取向(Fiber)、結構應力(Stress)和收縮(Shrink)、氣體輔助成型分析(Gas)等。運用MoldFlow軟件,可以得到制品的實際最小壁厚,優(yōu)化制品結構,降低材料成本,縮短生產周期,保證制品能全部充滿,可以得到最佳的澆口數量與位置,合理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng),并對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸進行優(yōu)化，在計算機上進行試模、修模，大大提高模具質量，

42、減少修模次數。運用MoldFlow軟件也可以確定最佳的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓時間和冷卻時間，以注塑出最佳的塑料制品。 5.2 網格劃分 用MoldFlow軟件進行分析前，首先用Pro/E將設計好的三維圖轉換成STL格式，然后導入MoldFlow中進行網格劃分。 圖5-1所示為多用角架擱板導入MoldFlow后進行網格劃分后的結果。 圖5-1 多用角架擱板網格劃分結果 模流分析的第一步是網格劃分，網格質量的好壞會直接影響后面的諸多分析，又由于此塑件有許多散熱孔，縱橫比肯定會很大，所以劃分網格之后要仔細的對網格進行修改。網格劃分的結果將直接影響

43、最終分析數據的準確性。本次分析采用雙層面網格，經修整網格后，網格單元數為5792個，匹配率為88.6%，最大縱橫比為15.256，基本符合MoldFlow分析所要求的網格質量標準。 對處理后的網格統(tǒng)計結果再次分析，可以看出自由邊、交叉邊、相交單元數目均為零，最大縱橫比小于20，匹配百分比大于85%，網格符合后續(xù)分析的要求。再次進行網格統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見圖5-2。 圖5-2處理后的網格統(tǒng)計結果 5.3 塑件的最佳澆口位置分析 澆口位置的不同，不僅影響流程長短，而且影響熔接痕的方位和熔接的強度，直接影響塑件制造質量和模具制造成本。使用MoldFlow對澆口位置進行分析，結果見圖5-3?？?/p>

44、以看出該塑件的最佳澆口位置在幾何中心處。 圖5-3最佳澆口位置 5.4 塑件的流動性分析 5.4.1 氣穴和熔接痕 氣穴的出現有可能導致短射的發(fā)生，造成填充不完全和保壓不充分，形成最終制件的瑕疵，甚至可能由于氣體的壓縮產生熱量出現焦痕，嚴重影響注塑產品的內部力學性能，不能保證制品的整體質量，所以應該盡量消除和改善氣穴。 氣穴形成的原因分成兩類： 1) 由于熔體冷卻固化時體積收縮，產生在制品厚壁或凸臺、加強筋等壁厚不均勻出的氣穴。 2) 由于排氣不良等原因，造成熔體中水分或需揮發(fā)成分被封閉在成型材料中所形成的起泡。 本產品的氣穴分析結果見圖5-4。圖中粉紅色圈表示氣穴，可

45、以看出氣穴存在于塑件的側壁上且數量很少，結果理想。 圖5-4氣穴分析 熔接痕是由兩股或多股熔體的流動前沿交匯在一起形成的。熔接痕會影響外觀質量，一般來說，塑件的外觀面應沒有熔接痕或熔接痕較少。產生熔接痕的主要原因有以下幾點：塑件有孔等局部結構；因壁厚變化產生競流效應；料筒溫度過低或材料粘度過大；注射壓力過低；排氣不暢。 熔接痕不易避免，但可以采用以下措施調整和減少：調整澆口位置和尺寸，將熔接痕轉移到非外觀面；在一定范圍內提高熔體和模具溫度，使熔體前沿融合時不產生熔接痕。 本產品的熔接痕分析結果見圖5-5?？梢钥闯鋈劢雍鄢霈F在橢圓孔的周圍和側壁上。其中孔周圍的熔接痕不可避免，側壁上的

46、熔接痕不在主外觀面上，不影響外觀，總體結果良好。 圖5-5熔接痕分析 5.4.2 注射位置處壓力 如圖5-6所示為制品進料口位置的壓力在填充、保壓、冷卻一系列過程中的變化圖，可以看出最大注射壓力為46MPa，小于注塑機的注射壓力，所以選用的注塑機滿足設計要求。隨后壓力迅速降到37MPa，為保壓壓力，一直持續(xù)12s左右，12s以后，壓力下降為0。 圖5-6 注射位置處壓力XY圖 5.4.3充填時間 塑件填充時間的分析結果見圖5-7，可以看出，塑件完全填充，填充時間為1.725s，時間較短，左右兩側對稱填充，填充效果良好。 圖5-7填充時間分析 5.4.4 鎖模力 鎖

47、模力的分析結果見圖5-8，可以看出，速度壓力轉換后的最大壓力小于270t即2700KN，小于注射機對應的最大鎖模力4500KN。這里根據模流分析結果數據對注射機進行了再次校核，校核合格，符合生產要求。 圖5-8鎖模力 5.5塑件的冷卻分析 冷卻分析的目的是通過模擬模具內熱量傳遞的情況，優(yōu)化管道的設置或檢驗既成設計，提高產品成型的質量。冷卻系統(tǒng)性能的高低決定了冷卻的效果和產品最終的質量。影響冷卻系統(tǒng)性能的主要因素有塑料熔體與模具間的熱傳導速率和模具與冷卻劑間的傳導速率。冷卻系統(tǒng)的性能決定于冷卻管道的設置和冷卻時間的長短。 冷卻系統(tǒng)的設計和分析結果見圖5-9?？梢钥闯觯鋮s液進口溫度為

48、26.85，出口溫度為28.70。 圖5-9冷卻分析 5.6 MoldFlow分析總結 應用MoldFlow軟件對最佳澆口位置、流動性以及冷卻進行分析，發(fā)現澆口位置選擇正確；氣穴存在于塑件的側壁上且數量很少，結果理想;熔接痕出現在橢圓孔的周圍和側壁上,其中孔周圍的熔接痕不可避免，側壁上的熔接痕不在主外觀面上，不影響外觀，總體結果良好；看出最大注射壓力為46MPa，小于注塑機的注射壓力，所以選用的注塑機滿足設計要求;塑件完全填充，填充時間為1.725s，時間較短，左右兩側對稱填充，填充效果良好；速度壓力轉換后的最大壓力小于270t即2700KN，小于注射機對應的最大鎖

49、模力4500KN。然而冷卻液進口溫度為26.85，出口溫度為28.70，溫差為1.85，說明冷卻系統(tǒng)的冷卻能力有待提高，可以采取適當增加冷卻水道的方法來解決這一問題。 6 澆注系統(tǒng)的設計 6.1 澆注系統(tǒng)的設計原則 澆注系統(tǒng)是熔融塑料從注射機噴嘴到型腔的通道，關系到成型的質量。澆注系統(tǒng)應當能把注射機的壓力充分、平穩(wěn)、均勻地傳遞到型腔的各個部分，這樣才能獲得較高的表面質量。 澆注系統(tǒng)的設計原則為： （1）能順利地使熔融塑料充滿型腔，可以順利排氣，防止渦流產生； （2）盡量縮短流程，少折彎，從而減小壓力損失； （3）澆口凝料應易去除； （4）一模多腔

50、時，應使各個型腔同步澆注，保證各個塑件一致； （5）澆注系統(tǒng)的斷面和長度應盡量取小值，減小凝料體積； （6）澆注系統(tǒng)開設兩個及以上澆口時，應當防止?jié)沧⑾到y(tǒng)的不均勻收縮導致的塑件翹曲變形。 6.2 主流道的設計和計算 主流道是塑料熔融體進人模具型腔時最先經過的部位，它將注射機噴嘴注出的塑料熔體導人分流道或型腔．其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來。另外，由于澆口套與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。 （1）主流道的計算 1) 主流道的尺寸：在Pro/E創(chuàng)建的模架上通過測量可得主流道的長度L=113mm。 2)

51、 主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+（0.5~1）mm=（7.5+0.5）mm=8mm。 3) 主流道大端直徑： 式（6.1） 式中。 4) 主流道球面半徑： SR0=注射機噴嘴球頭半徑+(1~2)mm=（18+2）mm=20mm 式（6.2） 5) 球面的配合高度：h=3mm。 （2）主流道的凝料體積 式（6.3） （3）主流道的當量半徑 式（6.4） （4）主流道澆口套的形式：主流道澆口套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射

52、機噴嘴反復接觸，易磨損，對材料要求嚴格，所以設計中采T8A，熱處理淬火表面硬度為50~55HRC。并且主流道球面需進行硬化處理。 6.3 澆口的設計 澆口是連接流道和型腔的進料通道。澆口的作用是：塑料熔體通過澆口時剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；注射完畢后，塑料熔體會在澆口處凝固，防止熔體倒流；開模時使塑件和凝料易分離。澆口的形式和澆口位置對塑件的質量影響很大。最佳澆口位置已在第五章模流分析中論述過，在此不再分析。澆口分為直接澆口、側澆口、點澆口、潛伏式澆口、耳形澆口等 。其中，點澆口適用于殼、盒類塑件，應用非常廣泛?？紤]到本設計零件高度小，采用大水口澆注對零件表面質量影響不大，且模架

53、設計變得簡單，故采用大水口澆注。 6.4校核主流道的剪切速率 主流道體積流量： 式（6.5） 剪切速率： 式（6.6） 該主流道內熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5102~5103S-1之間，所以，主流道的剪切速率合格。 7注塑模具成型零件及模具體的設計 7.1成型零件的結構設計 (1) 凹模的結構設計 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結構的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據對塑件的結構分析，本設計采用嵌入式凹模。

54、(2) 凸模的結構設計 凸模是成型塑件內表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。通過對塑件的結構分析，選用嵌入式凸模。 7.2成型零件鋼材的選用 成型零件材料選用的要求如下： 1) 材料高度純潔； 2) 良好的冷、熱加工性能； 3) 拋光性能優(yōu)良； 4) 淬透性高； 5) 耐磨性和抗疲勞性能好； 6) 具有耐腐蝕性和一定的耐熱性； 7) 在這里采用廣泛用于制造塑料和壓鑄模型腔的45鋼，45鋼調質處理后有較好的綜合力學性能。 7.3成型零件工作尺寸的計算 成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；

55、另一種是按極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量進行計算。前一種計算方法簡便，但不適用于精密塑件的模具設計；后一種計算方法能保證所成型的塑件在規(guī)定的公差范圍內，但計算比較復雜。 因為本設計的塑件精度要求只需一般精度等級就能滿足要求，所以采用平均值法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計算。 7.3.1凹模徑向尺寸的計算 塑件尺寸的轉換： ，相應的塑件制造公差； ，相應的塑件制造公差； 式(7-1) 式(7-2) 式中 LM1 ——表示凹模對應于ls1的徑向尺寸； LM2 ——表示凹模對應于ls2 的徑向尺寸； x1x2——

56、表示系數,隨塑件精度和尺寸變化，這里取 0.7； Scp ——表示塑件的平均收縮率,PP 的收縮率為 1%~3%,平均收縮率為 2%； ——是塑件上相應尺寸制造公差，對于中小型零件取 7.3.2凹模深度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換： ，相應的塑件制造公差。 式(7-3) 式中 x ——數，隨塑件精度和尺寸變化，一般在 0.5-0.7 之間,這里取0.6。 7.3.3凸模徑向尺寸的計算 塑件尺寸的轉換： ，相應的塑件制造公差； 式(7-4) 式中 lM1——表示凹模對應于ls1的徑向尺寸； x1——表示系數,隨塑件精度和尺寸變化，

57、這里取 0.7； Scp——表示塑件的平均收縮率,PP 的收縮率為1%~3%,平均收縮率為 2%； ——是塑件上相應尺寸制造公差，對于中小型零件取 7.3.4 凸模高度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換： ，相應的塑件制造公差。 式(7-5) 式中 x ——表示系數，隨塑件精度和尺寸變化，一般在 0.5~0.7 之間,這里取 0.6。 7.4 合模導向機構的設計 每套塑料模具都要設有導向機構,在模具工作時,導向機構可以維持動模與定模的正確合模,合模后保持型腔的正確形狀。同時，導向機構可以引導定模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞，并能承受一定的側向力。對于三板模式

58、結構模具，導柱可以承受卸料板和定模型腔板的重載作用。對于大型模具的脫模機構，或者脫模機構中有細長推桿時，需要導向機構來維持機構運動的平穩(wěn)。 導向機構有兩類：導柱導向機構、面和合模銷精定位裝置。本設計采用的是導柱導向機構。導柱主要有兩種結構形式，一種是帶頭直通式導柱，另一種是有肩導柱，本設計選擇直通式導柱。導套可分為直導套、帶頭導套。導向孔通常需要打通，使導柱進入時氣體逸出，不產生反向壓力，本設計選擇的導套為帶頭導套。 導柱導套間經常有相對滑動，采用間隙配合（常用H7/f7或H8/f8）；導柱導套與模板間無相對滑動但是要準確定位，采用過渡配合（常用H7/k6或H7/m6），形式和配合見圖7-

59、1。 圖7-1導柱導套的形式和配合 7.5 脫模機構的設計 從模具中推出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的機構稱為脫模機構，也稱為推出機構或頂出機構。脫模機構設計時要遵循以下原則： （1） 脫模機構通常設置在模具的動模一側，因為脫模機構的動力來自于注射機的推 出機構，這樣動力可以直接傳遞到脫模機構。 （2） 脫模機構應保證塑件在推出過程中不產生變形或頂白，頂桿的布置要正確。 （3） 推出位置應盡可能選在塑件的非外觀面或表面質量要求較低的面，保證推出痕 跡不影響外觀。 （4） 脫模機構的行程要合適，不能過大或過小。 （5） 脫模機構在模具閉合時應能正確復位。 7.5.1脫模力的計算

60、 多用角架擱板的脫模力 塑件內壁長寬尺寸與壁厚之比，所以此塑件為薄壁矩形塑件。 脫模時所需的脫模力： 式(7.6) 式中 E ——表示彈性模量,E=1500MPa； L ——表示被包型芯的長度； S ——表示塑料成型的平均收縮率,S=0.02； ——表示脫模斜度,=； ——表示塑料的泊松比,=0.32； F ——表示塑料與鋼材之間的摩擦系數， f =0.5； A ——表示塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積，底部有通孔時為零； K ——表示由 f 和?決定的無因次數， K1=f sincos； F ——表示脫模力。 7.5.2塑件脫出機構

61、（1）推桿推出裝置 推桿的截面形狀有圓形、方形、半圓形等。為了便于推桿和推桿孔的加工，應盡可能采用圓形截面的推桿。使用歐拉公式計算圓形推桿的直徑： 式（7.7） 式中d——表示推桿直徑； L——表示推桿長度； n——表示推桿數量； k——表示安全系數，取k=1.1。 由計算結果知，推桿的直徑應取12mm。推出面積為 式（7.8） 推出應力為 <50（抗壓強度） 式（7.9） 脫模力和推桿校核合格。 推桿的布置原則為： （1）推桿應盡可能布置在塑件較低處，這樣可以

62、減小推桿長度。 （2）推桿可根據需要布置在塑件的拐角處。 （3）推桿應盡可能對稱布置，均勻分布，這樣塑件在頂出時受力平衡，頂出效果好。 （4）在保證塑件成型質量和順利脫模的前提下應盡可能減少推桿數量。 考慮多用角架擱板的對稱性以及受力對稱，分析得出可使用6根推桿，左右對稱分布。 7.6 模架的確定 模架是模具的骨架和基體，模具的每個零件都要置于模架之中。模架一般包括定模座板、定模板、動模板、動模墊板、墊塊、動模座板、推板、推板固定板、導柱、導套、復位桿等。我國的注射模架已經標準化，選取模架時要根據模具特點選擇標準模架。 中小型模架選擇的經驗公式 W≤W2?10mm

63、 式(7-10) 式中 W——表示塑件在分型面上的投影寬度； W2——表示推板寬度。 L≤lt?d?30mm 式(7-11) 式中 L——表示塑件在分型面上的投影長度； lt——表示復位桿在長度方向上的間距； d ——表示復位桿直徑。 塑件在分型面上的投影長度為 495mm，投影寬度為343mm，由式(7-6) 和式(7-7)計算得推板寬度應大于353mm，復位桿在長度方向上的間距應大于 550mm。在本該設計中，采用大水口，一模一腔，推桿推出塑件的方

64、式。選定模架為A2型。選取大模架，模架規(guī)格WL=710mm710mmm。查閱塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合來確定它的有關尺寸。導柱直徑為 40mm，間距為 474mm650mm，定模座板的厚度為 50mm，墊塊的寬度為 100mm，定模板的厚度為 140mm，動模板的厚度為 60mm，動模支承板的厚度為 43mm，動模底板的厚度為 40mm，推板的厚度為 40mm，推桿固定板的厚度為 25mm，模板的螺釘數量規(guī)格為16M16，間距為460510mm，推板的螺釘數量規(guī)格為 4M12，間距為330686mm。 7.7模架各尺寸的校核 （1）模具平面尺寸：343mm495mm＜630mm71

65、0mm（拉桿間距），校核合格。 （2）模具的高度尺寸為483mm，300mm＜483mm＜700mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。 （3）對于單分型面注塑模，模具的開模行程 式(7-12) 式中 H1——表示塑件塑件脫模所需要的推出距離； H2——表示包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度。 S＜700mm（模板最大行程），校核合格。 8冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)設計 8.1 冷卻系統(tǒng)的設計 8.1.1 模具溫度調節(jié)的必要性 不同塑料的性能和工藝要求不同，所以對模具溫度的要求是不同的。常用塑料注射成型時所需的模溫見表8-1。 表8-1常用塑料注射成型時所需的模溫() 塑料 模

66、溫 塑料 模溫 聚丙烯 50~60 聚甲醛 50~90 聚苯乙烯 20~70 聚碳酸酯 80~100 ABS 40~70 聚苯醚 100~120 由上表中可以看出，PP材料要求較低的模溫。由于注入的熔融塑料不斷地加熱模具，模溫升高，模具的自然散熱不能保持最佳溫度。所以必須設置等卻系統(tǒng)。對于所有塑件，模具溫度不能波動過大。模溫過高會使塑件翹曲變形增大，模溫過低會使塑料流動性變差，易產生熔接痕。通過冷卻系統(tǒng)可以調節(jié)模溫到一恒定范圍。 8.1.2 冷卻系統(tǒng)的設計原則 冷卻系統(tǒng)的設計要遵循以下原則： （1）動定模要分別冷卻，注意冷卻平衡； （2）冷卻水道布置得越密，模具內溫度梯度越小，冷卻效果越好。但是應當考慮到實際需要，太多的管道會增加制造成本并且可能會與模具的其它機構發(fā)生干涉； （3）冷卻水道可以穿過模板與鑲件的交界面，但是不能穿過鑲件與鑲件的交界面，此處易漏水； （4）盡可能使冷卻水道至塑件表面的距離相等，使冷卻均勻； 8.1.3 冷卻水道的設計 本產品的壁厚為2mm，選擇回路直徑為8mm，冷卻水道距