帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模模具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）

帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模模具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,金屬,圓珠筆,注塑,模具設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙 基于Kriging模型的注射成型中的有效翹曲變形優(yōu)化方法摘要 在本文中，提出了一種使用Kriging模型的有效優(yōu)化方法，以最大限度地減少注塑成型中的翹曲變形。翹曲變形是過程條件的非線性隱式函數(shù)，通常由有限元（FE）方程的解決方案來評估，這是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，通常涉及巨大的計(jì)算量?？死锝鹉Ｐ涂梢栽诼N曲和過程條件之間建立一個(gè)近似的函數(shù)關(guān)系，在優(yōu)化中代替了昂貴的FE再分析翹曲。另外，Kriging模型的一個(gè)“空間歸檔”采樣策略被稱為矩形網(wǎng)格。 Moldflow公司的Plastics Insight軟件用于分析注塑件的翹曲變形。作為示例，研究了將模具溫度，熔融溫度，注射時(shí)間和包裝壓力視為設(shè)計(jì)變量的蜂窩電話機(jī)蓋的翹曲。結(jié)果表明，提出的優(yōu)化方法可以有效降低手機(jī)外殼的翹曲，注塑時(shí)間對所選范圍內(nèi)熱變形的影響最為顯著。關(guān)鍵詞 注塑成型。 Krigingmodel.Rectangulargrid。 修改矩形網(wǎng)格1引言翹曲是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。特別是隨著通信電子產(chǎn)品向輕，薄，短，小的設(shè)計(jì)理念的發(fā)展，減少翹曲，提高薄殼部件的質(zhì)量越來越重要。翹曲的原因歸因于零件的不均勻收縮。我們可以通過改變零件的幾何形狀、修改模具的結(jié)構(gòu)或調(diào)整工藝條件來減少翹曲。事實(shí)上，優(yōu)化工藝條件是最可行和最合理的方法。不同的工藝條件將導(dǎo)致不同的不均勻性。已經(jīng)報(bào)道的有關(guān)優(yōu)化翹曲的有效因素的一些研究1-5。根據(jù)他們的結(jié)論，包裝壓力，模具溫度和注射時(shí)間（或注射速度）對注塑件的翹曲有重要的影響。塑料注射成型中的一個(gè)重要問題是在制造前預(yù)測和優(yōu)化翹曲。有一些出版物用于翹曲優(yōu)化。Lee和Kim提出了關(guān)于翹曲變形優(yōu)化的早期文獻(xiàn)6。他們使用改進(jìn)的復(fù)合方法優(yōu)化了壁厚和工藝條件，以減少翹曲并獲得超過70的翹曲變形減少。隨后7，他們通過兩步搜索方法優(yōu)化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，包括翹曲，焊縫和打擊強(qiáng)度。Sahu等人 8使用改進(jìn)的復(fù)雜方法，Taguchi方法和遺傳算法優(yōu)化了工藝條件，并且其結(jié)果表明，復(fù)雜的方法獲得了減少翹曲的最佳結(jié)果。復(fù)雜的方法可以有效地減少翹曲，但由于執(zhí)行過多的重新分析，因此需要大量的功能評估，因此耗時(shí)費(fèi)財(cái)。使用Taguchi方法1-5減少翹曲易于執(zhí)行，可以分析有效因素，但獲得的“最佳工藝條件”在設(shè)計(jì)空間上不是最好的; 它只是因子水平的最佳組合。最近，響應(yīng)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)出現(xiàn)在翹曲優(yōu)化任務(wù)中。Shen et al。 9結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳算法來優(yōu)化過程條件，以減少最大和最小體積收縮之間的差異。Ozcelik，Erzurumlu和Kurtaran優(yōu)化的尺寸參數(shù)10和工藝條件11-13，通過將遺傳算法與響應(yīng)面法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合來減少薄殼塑料件的翹曲。從結(jié)果來看，響應(yīng)面方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都可以被認(rèn)為是降低翹曲變形優(yōu)化中高計(jì)算成本的好方法，遺傳算法可以有效地找到全局最優(yōu)設(shè)計(jì)。在這項(xiàng)研究中，包裝壓力，熔體溫度，模具溫度和注射時(shí)間被認(rèn)為是優(yōu)化翹曲的有效因素。應(yīng)用Kriging模型14,15組合改進(jìn)的矩形網(wǎng)格方法來構(gòu)建翹曲和過程參數(shù)的近似關(guān)系，優(yōu)化迭代基于降低高計(jì)算成本的近似關(guān)系。除了近似關(guān)系外，克里格模型還可以提供一些分析重要因素的信息。2抽樣策略提出了改進(jìn)的矩形網(wǎng)格（MRG）方法來提供用于構(gòu)建克里格模型的采樣點(diǎn)。我們將m個(gè)設(shè)計(jì)變量的范圍定義為ljxjuj,j=1,m; 以及第j維度的級數(shù)為qj（即采樣點(diǎn)數(shù)為j=1mqj）。然后按照以下方式執(zhí)行該方法:1. 收縮變量范圍：2. 在收縮空間內(nèi)進(jìn)行RG抽樣。 樣本點(diǎn)的分布由不同維度的所有不同數(shù)據(jù)組合定義：3. 對每個(gè)采樣點(diǎn)的每個(gè)維度添加一個(gè)隨機(jī)運(yùn)動(dòng); 隨機(jī)運(yùn)動(dòng)是：其中nj0,1來自均勻分布。與RG 14相比，MRG可以將邊界上的一些點(diǎn)移動(dòng)到內(nèi)部設(shè)計(jì)區(qū)域，為Kriging模型提供更多有用的信息，并且可以確保點(diǎn)數(shù)具有較少的重疊坐標(biāo)值。此外，可以避免采樣點(diǎn)彼此靠近的情況，這可能是使用LHS 16發(fā)生的，因?yàn)閮蓚€(gè)任意點(diǎn)之間的距離必須滿足：注塑成型。 Krigingmodel.Rectangulargrid。 修改矩形網(wǎng)格翹曲是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。特別是隨著通信電子產(chǎn)品向輕，薄，短，小的設(shè)計(jì)理念的發(fā)展，減少翹曲，提高薄殼部件的質(zhì)量越來越重要。翹曲的原因歸因于零件的不均勻收縮。我們可以通過改變零件的幾何形狀、修改模具的結(jié)構(gòu)或調(diào)整工藝條件來減少翹曲。事實(shí)上，優(yōu)化工藝條件是最可行和最合理的方法。不同的工藝條件將導(dǎo)致不同的不均勻性。已經(jīng)報(bào)道的有關(guān)優(yōu)化翹曲的有效因素的一些研究1-5。根據(jù)他們的結(jié)論，包裝壓力，模具溫度和注射時(shí)間（或注射速度）對注塑件的翹曲有重要的影響。塑料注射成型中的一個(gè)重要問題是在制造前預(yù)測和優(yōu)化翹曲。有一些出版物用于翹曲優(yōu)化。Lee和Kim提出了關(guān)于翹曲變形優(yōu)化的早期文獻(xiàn)6。他們使用改進(jìn)的復(fù)合方法優(yōu)化了壁厚和工藝條件，以減少翹曲并獲得超過70的翹曲變形減少。隨后7，他們通過兩步搜索方法優(yōu)化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，包括翹曲，焊縫和打擊強(qiáng)度。Sahu等人 8使用改進(jìn)的復(fù)雜方法，Taguchi方法和遺傳算法優(yōu)化了工藝條件，并且其結(jié)果表明，復(fù)雜的方法獲得了減少翹曲的最佳結(jié)果。復(fù)雜的方法可以有效地減少翹曲，但由于執(zhí)行過多的重新分析，因此需要大量的功能評估，因此耗時(shí)費(fèi)財(cái)。使用Taguchi方法1-5減少翹曲易于執(zhí)行，可以分析有效因素，但獲得的“最佳工藝條件”在設(shè)計(jì)空間上不是最好的; 它只是因子水平的最佳組合。最近，響應(yīng)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)出現(xiàn)在翹曲優(yōu)化任務(wù)中。Shen et al。 9結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳算法來優(yōu)化過程條件，以減少最大和最小體積收縮之間的差異。Ozcelik，Erzurumlu和Kurtaran優(yōu)化的尺寸參數(shù)10和工藝條件11-13，通過將遺傳算法與響應(yīng)面法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合來減少薄殼塑料件的翹曲。從結(jié)果來看，響應(yīng)面方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都可以被認(rèn)為是降低翹曲變形優(yōu)化中高計(jì)算成本的好方法，遺傳算法可以有效地找到全局最優(yōu)設(shè)計(jì)。在這項(xiàng)研究中，包裝壓力，熔體溫度，模具溫度和注射時(shí)間被認(rèn)為是優(yōu)化翹曲的有效因素。應(yīng)用Kriging模型14,15組合改進(jìn)的矩形網(wǎng)格方法來構(gòu)建翹曲和過程參數(shù)的近似關(guān)系，優(yōu)化迭代基于降低高計(jì)算成本的近似關(guān)系。除了近似關(guān)系外，克里格模型還可以提供一些分析重要因素的信息。提出了改進(jìn)的矩形網(wǎng)格（MRG）方法來提供用于構(gòu)建克里格模型的采樣點(diǎn)。我們將m個(gè)設(shè)計(jì)變量的范圍定義為ljxjuj,j=1,m; 以及第j維度的級數(shù)為qj（即采樣點(diǎn)數(shù)為j=1mqj）。然后按照以下方式執(zhí)行該方法:1. 收縮變量范圍：2. 在收縮空間內(nèi)進(jìn)行RG抽樣。 樣本點(diǎn)的分布由不同維度的所有不同數(shù)據(jù)組合定義：3. 對每個(gè)采樣點(diǎn)的每個(gè)維度添加一個(gè)隨機(jī)運(yùn)動(dòng); 隨機(jī)運(yùn)動(dòng)是：其中nj0,1來自均勻分布。與RG 14相比，MRG可以將邊界上的一些點(diǎn)移動(dòng)到內(nèi)部設(shè)計(jì)區(qū)域，為Kriging模型提供更多有用的信息，并且可以確保點(diǎn)數(shù)具有較少的重疊坐標(biāo)值。此外，可以避免采樣點(diǎn)彼此靠近的情況，這可能是使用LHS 16發(fā)生的，因?yàn)閮蓚€(gè)任意點(diǎn)之間的距離必須滿足：圖1顯示，MRG方法優(yōu)于RG和LHS。3克里金模型克里金模型被描述為“將功能建模為隨機(jī)過程的實(shí)現(xiàn)”的方式，因此被稱為“隨機(jī)過程模型”。事實(shí)上，Kriging模型是內(nèi)插技術(shù)，Kriging預(yù)測器是一種預(yù)測器，其可以將預(yù)期的平方預(yù)測誤差降至最低，這取決于：（i）是無偏的，（ii）是觀察到的響應(yīng)值的線性函數(shù)。3.1 Model克里金模型可以寫成：其中Xj=x1j,x2j,xmj是具有m個(gè)變量的第i個(gè)樣本點(diǎn)，y(Xi)是擬合到第n個(gè)樣本點(diǎn)的近似函數(shù)，fh(Xi)是Xi的線性或非線性函數(shù)，h是要估計(jì)的回歸系數(shù)，z(Xi)是隨機(jī)的 函數(shù)具有平均零和方差2。隨機(jī)函數(shù)之間的空間相關(guān)函數(shù)由下式給出：可以通過使樣本的可能性最大化來估計(jì)參數(shù)h，2和l。 似然函數(shù)是：在實(shí)踐中，可以通過最大化似然函數(shù)的對數(shù)來獲得，忽略常數(shù)：讓這個(gè)表達(dá)式相對于2和的導(dǎo)數(shù)等于零; 那么我們可以得到：將方程 9和10代入等式 8，我們可以得到所謂的“集中對數(shù)似然”函數(shù)：它僅依賴于R，因此取決于相關(guān)參數(shù)lS。 通過最大化我們可以獲得的功能：然后，估計(jì)值和2可以從等式 9和等式10得到。3.2預(yù)測因子函數(shù)值y(X*)可以將新點(diǎn)X*近似地估計(jì)為樣本Y的響應(yīng)值的線性組合：錯(cuò)誤是:將等式 1代入等式 14給出：其中Z=z1,z2,.zn和F=f1,f2,fn為使X*的預(yù)測值無偏，此時(shí)的平均誤差應(yīng)為零，即：然后我們得到：預(yù)測值的均方誤差（MSE）在等式 15中給出：即是：最小化（X*）與公式 17，我們可以得到：導(dǎo)出：得到：因此，我們可以預(yù)測函數(shù)值y(X*) 通過使用方程式21來計(jì)算每個(gè)新點(diǎn)X*。辛普森等人 17建議克里格模型的最佳選擇是在中等數(shù)量變量（小于50）中的確定性和高度非線性。很多研究人員在設(shè)計(jì)復(fù)雜工程時(shí)已早期應(yīng)用18-20。最近，黃等人 21已經(jīng)使用Kriging模型來最大限度地減少金屬成形工藝設(shè)計(jì)中的模具磨損。此外，Hawe和Sykulski 22已經(jīng)展示了Kriging模型在電磁裝置優(yōu)化中的應(yīng)用。4基于Kriging模型的翹曲優(yōu)化4.1優(yōu)化模型和優(yōu)化過程翹曲變形最小設(shè)計(jì)問題可以說如下：找到 最小化翹曲（x1,x2,xm）受制于xjxjxj j=1,2,m其中x1,x2,xm是表示過程條件的變量，熱變形（x1,x2,xm）是量化的熱變形值，將由基于優(yōu)化中的克里格模型的近似函數(shù)代替迭代，并且xj和xj是第j個(gè)設(shè)計(jì)變量的上限和下限?；诳死锔衲Ｐ偷膬?yōu)化算法描述如下：1. 使用MRG方法獲取一組具有n個(gè)點(diǎn)（每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)于一組過程條件）的樣本，并運(yùn)行Moldflow程序以獲取采樣點(diǎn)的翹曲值。然后，選擇與最小翹曲值對應(yīng)的一組工藝條件作為初始設(shè)計(jì)。2. 基于獲得的試樣，使用Kriging模型建立翹曲與工藝參數(shù)之間的近似關(guān)系。3. 最小化熱變化值以通過Kriging近似函數(shù)獲得修改后的設(shè)計(jì)。 然后，通過Moldflow程序計(jì)算相應(yīng)的熱變化值。4. 檢查收斂：如果滿足下一節(jié)的收斂標(biāo)準(zhǔn)，則停止; 否則，將修改后的設(shè)計(jì)添加到樣本集中，然后轉(zhuǎn)到步驟2。注意，如果修改后的設(shè)計(jì)比以前的初始設(shè)計(jì)更好，則初始設(shè)計(jì)將被更新。4.2收斂標(biāo)準(zhǔn)收斂標(biāo)準(zhǔn)用于同時(shí)滿足優(yōu)化和克里格近似的精度，即：其中k是優(yōu)化迭代指數(shù)，yk是Kriging模型的近似翹曲值。5手機(jī)蓋翹曲優(yōu)化作為示例，調(diào)查了蜂窩電話機(jī)蓋。 其長度，寬度，高度和厚度分別為130mm，55mm，11mm和1mm。蓋子由3,780個(gè)三角形元素離散化，如圖2所示。它由PC / ABS制成，其材料性質(zhì)如表1所示。 設(shè)計(jì)變量是模具溫度（A），熔體溫度（B），注射時(shí)間（C）和包裝壓力（D）。翹曲通過平面外位移來量化，該位移是Moldflow中默認(rèn)平面的最大向上變形和最大向下變形的總和。四個(gè)變量的范圍在表2中給出。我們希望在大型可行的成型窗口中找到最佳設(shè)計(jì)。因此，這些范圍可以大于實(shí)際制造中的范圍。此外，這個(gè)范圍可以避免熔體短路。 模具溫度的范圍基于Moldflow的Plastics Insight中的推薦值，該數(shù)值考慮了材料的性能。熔體溫度的范圍比Moldflow中應(yīng)使用的最小值高10C，因?yàn)檩^低的熔融溫度可能導(dǎo)致熔體短路。注射時(shí)間和包裝壓力根據(jù)制造商的經(jīng)驗(yàn)確定。 MRG方法選擇了五十四種工藝組合。在FE模擬之后，獲得試樣，然后使用DACE工具箱構(gòu)建Kriging模型。在常數(shù)回歸項(xiàng)和1=2=1.0e-3的條件下，只需要修改五個(gè)來獲得最優(yōu)解，結(jié)果如表3所示。在Intel P4處理器PC上花費(fèi)11個(gè)小時(shí)的CPU時(shí)間（運(yùn)行Moldflow并執(zhí)行優(yōu)化），優(yōu)化過程消耗的凈時(shí)間只有2.3s。 圖3顯示了蜂窩電話機(jī)優(yōu)化的迭代歷史。隨著迭代次數(shù)的增加，Kriging模型的模擬值逐漸接近Moldflow中的分析值。 圖4和圖5分別顯示優(yōu)化前后的翹曲值6結(jié)果與討論6.1優(yōu)化結(jié)果分析為了詳細(xì)分析結(jié)果，每個(gè)因素對翹曲的影響也將通過有限元模擬來研究，條件是所有其他因素都保持在最佳水平。結(jié)果如圖16所示。通常，如果模具溫度低，則會產(chǎn)生更高的殘余應(yīng)力，因?yàn)榍惑w中的熔體具有高的冷卻速率。因此，從質(zhì)量的觀點(diǎn)來看，最高的模具溫度在其范圍內(nèi)是最好的。但是， 圖6顯示，當(dāng)所有其他因素保持在其最佳值時(shí)，模具溫度對翹曲的影響非常小。這種現(xiàn)象導(dǎo)致最佳模具溫度在其范圍內(nèi)不是最高值。圖6顯示，當(dāng)熔體溫度從260變化到300時(shí)，翹曲值非線性地降低。較低的熔體溫度具有不良的流動(dòng)性，可產(chǎn)生較高的剪切應(yīng)力。如果沒有足夠的時(shí)間釋放剪切應(yīng)力，翹曲將會增加。結(jié)果表明，熔化溫度較高，使翹曲最小化，與優(yōu)化結(jié)果一致。注射時(shí)間短可以在空腔中引起快速熔融流動(dòng)，這對殘余應(yīng)力和分子取向有貢獻(xiàn)另一方面，長時(shí)間的注射時(shí)間將會導(dǎo)致鐵素體激素的上升。這將導(dǎo)致材料中更高的剪切應(yīng)力和更多的分子取向。圖6顯示后一種效應(yīng)在所選擇的范圍內(nèi)可能更為重要。包裝壓力在兩個(gè)方面影響翹曲。低填充壓力不能壓縮空腔中的塑料材料，這可能形成體積收縮并引起大的翹曲。另一方面，當(dāng)將更多的熔體轉(zhuǎn)移到空腔中時(shí)，高的填充壓力可以產(chǎn)生更高的殘余應(yīng)力引起的流動(dòng)和高壓力。圖6顯示后一種效應(yīng)在所選范圍內(nèi)更重要，因?yàn)楫?dāng)包裝壓力越來越高時(shí)，翹曲增加。6.2 Kriging模型的結(jié)果分析設(shè)計(jì)變量的兩個(gè)相關(guān)函數(shù)如圖7所示。 對應(yīng)于=1和= 5。隨著設(shè)計(jì)變量的變化，= 5的曲線下降得更快。這說明較大的使變量更活躍。因此，參數(shù)可以解釋為測量相應(yīng)變量的重要性15。對于該示例，參數(shù)ls的數(shù)量與處理參數(shù)相同，因此每個(gè)元素l反映相應(yīng)的處理參數(shù)對翹曲的影響。表4顯示，在優(yōu)化后，Kriging模型中對應(yīng)于噴射時(shí)間的l值大于其他模型，因此注射時(shí)間對翹曲的影響最大，也與圖6一致。7結(jié)論在本研究中，提出了一種改進(jìn)的矩形網(wǎng)格（MRG）。 與RG相比，MRG將邊界上的一些點(diǎn)移動(dòng)到內(nèi)部設(shè)計(jì)區(qū)域，這將為Kriging模型提供更多有用的信息。此外，它可以確保這些點(diǎn)具有較少的重疊坐標(biāo)值。通過RG的遺產(chǎn)，它可以避免這些點(diǎn)彼此靠近的情況。 基于MRG，提出了一種有效的優(yōu)化方法，使注射成型中的翹曲最小化。該方法基于Kriging模型的近似函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，而不是通過Moldflow進(jìn)行昂貴的翹曲分析。已經(jīng)使用優(yōu)化方法來最小化手機(jī)蓋的翹曲，結(jié)果表明它具有良好的翹曲優(yōu)化的精度和有效性?？死锔衲Ｐ筒粌H有助于降低優(yōu)化的計(jì)算成本，而且有利于分析過程參數(shù)對翹曲的影響，特別是反映其非線性關(guān)系。就手機(jī)蓋而言，注射時(shí)間是所選范圍內(nèi)影響翹曲的重要因素。致 謝作者衷心感謝中國國家自然科學(xué)基金重大計(jì)劃（10590354）對這項(xiàng)工作的財(cái)政支持，并感謝Moldflow Corporation（Framingham，MA）為本研究提供了仿真軟件。參考文獻(xiàn)1. Wang TJ, Yoon CK (2000) Shrinkage and warpage analysis of injection-molded parts. In: Proceedings of the SPE ANTEC Annual Technical Conference, Orlando, Florida, May 2000, pp 687692 2. Huang MC, Tai CC (2001) The effective factors in the warpage problem of an injection-molded part with a thin shell feature. J Mater Process Technol 110(1):19 3. Liao SJ, Chang DY, Chen HJ, Tsou LS, Ho JR, Yau HT, Hsieh WH, Wang JT, Su YC (2004) Optimal process conditions of shrinkage and warpage of thin-wall parts. Polym Eng Sci 44(5):917928 4. Wang TH, Young WB, Wang J (2002) Process design for reducing the warpage in thin-walled injection molding. Int Polym Process 17(2):146152 5. Dong B-B, Shen C-Y, Liu C-T (2005) The effect of injection process parameters on the shrinkage and warpage of PC/ABSs part. Polym Mater Sci Eng 21(4):232235 6. Lee BH, Kim BH (1995) Optimization of part wall thicknesses to reduce warpage of injection-molded parts based on the modified complex method. Polym Plast Technol Eng 34(5):793811 7. Lee BH, Kim BH (1996) Automated selection of gate location based on desired quality of injection molded part. Polym Plast Technol Eng 35(2):2532698. Sahu R, Yao DG, Kim B (1997) Optimal mold design methodology to minimize warpage in injection molded parts. Technical papers of the 55th SPE ANTEC Annual Technical Conference, Toronto, Canada, April/May 1997, vol 3, pp 33083312 9. Shen C-Y, Wang L-X, Zhang Q-X (2005) Process optimization of injection molding by the combining ANN/HGA method. Polym Mater Sci Eng 21(5):2327 10. Ozcelik B, Erzurumlu T (2005) Determination of effecting dimensional parameters on warpage of thin shell plastic parts using integrated response surface method and genetic algorithm. Int Commun Heat Mass Transfer 32(8):10851094 11. Ozcelik B, Erzurumlu T (2006) Comparison of the warpage optimization in the plastic injection molding using ANOVA, neural network model and genetic algorithm. J Mater Process Technol 171(3):437445 12. Kurtaran H, Ozcelik B, Erzurumlu T (2005) Warpage optimization of a bus ceiling lamp base using neural network model and genetic algorithm. J Mater Process Technol 169(10):314319 13. Kurtaran H, Erzurumlu T (2006) Efficient warpage optimization of thin shell plastic parts using response surface methodology and genetic algorithm. Int Adv Manuf Technol 27(56):468472 14. Lophaven SN, Nielsen HB, Sondergaard J (2002) DACEa Matlab Kriging toolbox, version 2. Informatics and mathematical modelling, Technical University of Denmark 15. Jones DR, Schonlau M, Welch WJ (1998) Efficient global optimization of expensive black-box functions. J Global Optimization 13(4):455492 16. Mckay MD, Beckman RJ, Conover WJ (1979) A comparison of three methods for selecting values of input variables in the analysis of output from a computer code. Technometrics 21 (2):239245 17. Simpson TW, Peplinski JD, Koch PN, Allen JK (2001) Metamodels for computer-based engineering design: survey and recommendations. Eng Comput 17(2):129150 18. Giunta AA, Waston LT (1998) A comparison of approximation modeling techniques: polynomial versus interpolating models. AIAA Meeting Papers, pp 392401 19. Simpson TW, Korte JJ, Mauery TM, Mistree F (1998) Comparison of response surface and Kriging models for multidisciplinary design optimization. AIAA Meeting Papers, pp 111 20. Lee SH, Kim HY, Oh SI (2002) Cylindrical tube optimization using response surface method based on stochastic process. J Mater Process Technol 130131:490496 21. Huang D, Allen TT, Notz WI, Miller RA (2006) Sequential Kriging optimization using multiple-fidelity evaluations. Struct Multidisc Optim 32(5):369382 22. Hawe GI, Sykulski JK (2006) A hybrid one-then-two stage algorithm for computationally expensive electromagnetic design optimization. In: Proceedings of the 9th Workshop on Optimization and Inverse Problems in Electromagnetics, Sorrento, Italy, September 2006, pp 191192Yuehua Gao & Xicheng Wang收到日期：2006年11月15日/接受日期：2007年4月5日/網(wǎng)絡(luò)發(fā)布：2007年6月15日Springer-Verlag London Limited 2007畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書題目帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模起訖日期學(xué)生姓名 專業(yè)班級機(jī)械工程132所在學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師 職稱副教授所在單位機(jī)械工程學(xué)院92017年03月27日任務(wù)及要求：1.設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求）內(nèi)容：1實(shí)習(xí)調(diào)研、收集資料2.注塑模具實(shí)體圖、裝配圖及零件圖一套3.外文文獻(xiàn)翻譯一份(不少于3000漢字)4.調(diào)研報(bào)告-份(不少于3000漢字)5.編寫設(shè)計(jì)說明書一份（1OOOO字左右)6.參考文獻(xiàn)數(shù)量不低于10篇，至少1篇外文文獻(xiàn)。要求：1.熟練掌握CAD設(shè)計(jì)技術(shù)。2.掌握模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識3.圖紙繪制準(zhǔn)確、尺寸標(biāo)注合理。4.外文文獻(xiàn)翻譯準(zhǔn)確、通順，參考文獻(xiàn)引用正確。5.說明書表述清楚，公式及計(jì)算結(jié)果正確，書寫格式規(guī)范。6.在設(shè)計(jì)工作中態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃。2.原始依據(jù)（包括設(shè)計(jì)或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等）本課題要求應(yīng)用先進(jìn)的CAD軟件，進(jìn)行面向墨盒的注塑模具設(shè)計(jì)。課題的目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握模具設(shè)計(jì)所需的基本知識與技能，包括實(shí)體建模技術(shù)、零件圖設(shè)計(jì)及配圖設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生從事模具設(shè)計(jì)工作所需的基本技能，包括科技資料查閱、CAD軟中應(yīng)用和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，為畢業(yè)后的工作打下良好基礎(chǔ)。3.主要參考文獻(xiàn)1葉久新.塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì).北京機(jī)械工業(yè)出版社2陳永輝，PROL已模具分模特訓(xùn)基礎(chǔ)與典型范例，北京電子工業(yè)出版社3徐江華.AUTOCAD 2014中文版基礎(chǔ)教程，北京中國青年出版社4張維合，注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊。北京化學(xué)工業(yè)出版社指導(dǎo)教師簽字：教研室主任簽字： 年月日參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯申請書學(xué)生姓名學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級題目帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師經(jīng)過近14周的努力，通過對注塑成型模具相關(guān)的調(diào)研以及翻閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)和資料進(jìn)行需求分析、系統(tǒng)研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終完成了帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模具的研究和設(shè)計(jì)。通過查閱相關(guān)的模具設(shè)計(jì)、國標(biāo)手冊等書籍，掌握了本系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)的基本方法，基本掌握了注塑模具設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)查閱外文資料并完成了對外文資料的翻譯工作。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我認(rèn)真學(xué)習(xí)模具相關(guān)知識以及PROE、CAD等專業(yè)軟件的操作，能夠熟練使用軟件設(shè)計(jì)模具并繪制總裝圖和零件圖。目前，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、外文文獻(xiàn)翻譯、調(diào)研報(bào)告、3張A0圖及相關(guān)資料文檔均已完成，在此向老師提出答辯申請，希望老師同意。指導(dǎo)教師對學(xué)生參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯的意見：指導(dǎo)教師：年月日摘 要塑料在當(dāng)今世界上無處不用，因此塑料模具有很大的發(fā)展前景，特別是注塑模具。由此可知，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模，即設(shè)計(jì)一個(gè)用來生產(chǎn)圓珠筆管的注塑模具。本文詳細(xì)記錄了模具的設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)過程包括塑件材料的工藝性分析、擬定模具的結(jié)構(gòu)形式、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和注塑模主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中讓我可以綜合運(yùn)用到以前的學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識，加深我對注塑模具設(shè)計(jì)原理的理解，并提高了我將理論知識與實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合的能力，為我以后走向工作崗位打下了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中除了應(yīng)用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，我還使用了Pro/E、AutoCAD軟件對設(shè)計(jì)出的模具進(jìn)行了三維建模及二維圖的繪制。關(guān)鍵詞：注塑模具 Pro/E AutoCADABSTRACT Plastic is nowhere in the world today, so the plastic mold has great prospects for development， especially the injection mold. Thus we can see, It is of great significance to study the injection molds to understand the production process of plastic products and improve the quality of the products. The subject of this graduation project is injection molded mold with ball - point pen with metal insert, that is, the design of a ballpoint pen for the production of injection mold. This paper records the design process of the mold in detail. The design process includes the technical analysis of the plastic parts, the design of the mold, the design of the pouring system and the design of the main structure of the injection mold.In this graduation design so that I can be integrated into the previous study to the professional knowledge, deepen my understanding of the principles of injection mold design, and improved my ability to combine theoretical knowledge with practical design. For me to work later laid the foundation. In addition to the application of the traditional design method, I also use the Pro / E, AutoCAD software on the design of the mold for three-dimensional modeling and two-dimensional map drawing.Key words: Injection mold Pro/E AutoCAD目 錄第一章 緒論11.1注塑模具11.2我國模具發(fā)展現(xiàn)狀41.3模具發(fā)展趨勢11.4本次課題的意義2第二章 塑件成型工藝性分析32.1塑件的分析32.2 ABS的性能分析42.3 ABS注射成型過程及工藝參數(shù)52.4 第二章小結(jié)5第三章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式63.1.1 分型面位置的確定63.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定63.2 注射機(jī)型號的確定73.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)93.3.1主流道的設(shè)計(jì)93.3.2 分流道的設(shè)計(jì)103.3.3 澆口的設(shè)計(jì)123.3.4校核主流道的剪切速率123.4冷料穴的計(jì)算133.5本章小結(jié)13第四章 注塑模主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算144.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算144.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)144.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯）144.1.3成型零件鋼材的選用154.1.4成型零件工作尺寸的計(jì)算154.1.5成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算174.2 模架的確定184.2.1 各模板尺寸的確定184.3 排氣槽的設(shè)計(jì)184.4 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)184.4.1推出方式的確定184.4.2脫模力的計(jì)算184.4.3校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力194.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)194.5.1 冷卻介質(zhì)194.5.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算194.5.3 凹模嵌件和型芯冷卻水道的設(shè)置204.6 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)204.7 本章小結(jié)21第五章 總裝圖及二維圖的繪制22謝 辭23參考文獻(xiàn)24大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1注塑模具 注塑模具是近代化發(fā)展的生產(chǎn)過程中不可或缺的一種塑膠制品生產(chǎn)的工具。它影響著塑膠制品的完整結(jié)構(gòu)和精確尺寸。注塑成型則是批量生產(chǎn)塑膠制品的一種加工的方式，即將受熱融化的塑料由注射劑射入模腔，經(jīng)冷卻固化后獲得成形品。注塑成型可以對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料制品實(shí)現(xiàn)一次成型，是一種高效率的生產(chǎn)方式。而注塑模具的好壞將直接影響注塑成型的質(zhì)量。在模具行業(yè)中，想要加工出高精度、高質(zhì)量的模具來，必須借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件，這是保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)量的有效途徑。1.2我國模具發(fā)展現(xiàn)狀 目前來說我國模具行業(yè)一直在突飛猛進(jìn)，近10年來的增長速度都達(dá)到了15%,甚至猶有過之。目前我國有3W多家模具生產(chǎn)廠商，80W人從事模具行業(yè)。出現(xiàn)了一批模具行業(yè)的領(lǐng)頭羊，如一汽、海爾、圣都等。甚至在重慶、大連等地區(qū)出臺了扶持當(dāng)?shù)啬＞咝袠I(yè)的政策。 但是我國模具行業(yè)在地域分布上純在不平衡性東南沿海快于中西部，南方的發(fā)展快于北方。1.3模具發(fā)展趨勢1、模具全球化，模具生產(chǎn)周期進(jìn)一步縮短模具市場全球化是當(dāng)今模具工業(yè)最主要的特征之一，模具的購買者和生產(chǎn)商遍布全世界，模具工業(yè)的全球化發(fā)展使生產(chǎn)工藝簡單、精度低的模具加工企業(yè)向技術(shù)相對落后、生產(chǎn)率較低的國家遷移，發(fā)達(dá)國家的模具生產(chǎn)企業(yè)則定位在生產(chǎn)高水準(zhǔn)的模具上，模具生產(chǎn)企業(yè)必須面對全球化的市場競爭，同時(shí)模具生產(chǎn)廠家不得不千方百計(jì)地加快生產(chǎn)進(jìn)度，努力簡化和廢除不必要的生產(chǎn)工序，模具的生產(chǎn)周期將進(jìn)一步縮短。2、模具產(chǎn)品將向大型、精密、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展一方面模具成型零件日漸大型化和為提高生產(chǎn)效率開發(fā)的“一模多腔”造成了模具日趨大型化，另一方面電子信息產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展帶來了零件微型化及精密化有些模具的加工精度公差就要求在1m以下另外多功能復(fù)合模具將得到進(jìn)一步發(fā)展，新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。國外發(fā)達(dá)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率一般為80左右，隨著我國模具工業(yè)的發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強(qiáng)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用和生產(chǎn)在“十一五”期間必將得到較大的發(fā)展 3、模具行業(yè)將得到政府愈來愈多的重視和支持，大力發(fā)展模具城，使模具行業(yè)進(jìn)行更快更好的發(fā)展 4模具協(xié)會承擔(dān)起模具企業(yè)與政府之間的橋梁，組織技術(shù)交流會，召開專題研討會，幫助企業(yè)尋找出路和辦法應(yīng)付市場，促進(jìn)模具技術(shù)的交流、發(fā)展，進(jìn)行數(shù)字化管理的推廣。1.4本次課題的意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是檢驗(yàn)我們在大學(xué)所學(xué)知識的一次測試，培養(yǎng)我們將理論知識與實(shí)際情況結(jié)合的能力進(jìn)一步提高我們的知識素養(yǎng)，鍛煉我們獨(dú)立處理事務(wù)的能力，為我們以后走向工作崗位打下基礎(chǔ)。第二章 塑件成型工藝性分析2.1塑件的分析（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長，適合于注塑成型，如圖2-1所示。圖2-1 帶金屬嵌件的圓珠筆管（2）精度等級 每個(gè)尺寸的公差不一樣，有的屬于一般精度，有的屬于高精度，就按實(shí)際公差進(jìn)行計(jì)算。（3）脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-1選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1。表2-1 ABS的性能與用途塑料品種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用溫度化學(xué)穩(wěn)定性性能特點(diǎn)成型特點(diǎn)主要用途ABS線型結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型小于70較好機(jī)械強(qiáng)度較好，有一定的耐磨性，但耐熱性較差，吸水性較大成型性能很好，成型前原料要干燥應(yīng)用廣泛，如電器外殼、汽車儀表盤、日用品等。2.2 ABS的性能分析（1） 使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好：易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。（2） 成型性能 1） 無定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能以及成型特點(diǎn)也有所差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。 2） 吸濕性強(qiáng)。含水量小于0.3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時(shí)間預(yù)熱干燥。 3） 流動(dòng)性中等。溢邊料0.04mm左右。 4） 模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)口料位置、形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。（3）ABS主要性能指標(biāo)如表2-2：表2-2 ABS的性能指標(biāo)密度/gcm-31.021.08屈服強(qiáng)度/MPa50比體積、cm3g-10.860.98拉伸強(qiáng)度/MPa38吸水率（%）0.20.4拉伸彈性模量/MPa1.4103熔點(diǎn)/130160抗彎強(qiáng)度/MPa80計(jì)算收縮率（%）0.40.7抗壓強(qiáng)度/MPa53比熱容/J（kg）-11470彎曲彈性模量/MPa1.41032.3 ABS注射成型過程及工藝參數(shù)（1）注射成型過程1）成型前的準(zhǔn)備。對ABS光澤、粒度和均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)該充分干燥。2）注射過程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為沖模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為6075，處理時(shí)間為1620s。（2）注射工藝參數(shù) 1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min。 2）料筒溫度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。 3）噴嘴溫度（）：170180.。 4）模具溫度（）：5080。 5）注射壓力（MPa）：60100。 6）成型時(shí)間（s）：30（注射時(shí)間取1.6，冷卻時(shí)間20.4，輔助時(shí)間8）。2.4 第二章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了塑件的簡單分析，并通過查閱相關(guān)資料了解了所選材料（ABS）的性能、注射成型工藝過程及工藝參數(shù)。 第三章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式3.1.1 分型面位置的確定 通過對塑件結(jié)構(gòu)的分析，分型面應(yīng)選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的上平面上，其位置如圖3-1所示。圖3-1 分型面的選擇3.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定（1）型腔數(shù)量的確定 該塑件采用的精度一般在2-3級之間，且為大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費(fèi)用的和各種成本費(fèi)等因素，初步定為一模四腔結(jié)構(gòu)形式。（2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設(shè)的部位對稱。由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模四腔，故采用中心對稱排列，如圖3-2所示。圖3-2 型腔數(shù)量的排列分布（3）模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面的分析可知，本模具設(shè)計(jì)為一模四腔，中心對稱排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，推出機(jī)構(gòu)擬采用推桿推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，留到采用對稱平衡式，澆口采用點(diǎn)澆口，且開設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨(dú)開設(shè)分型面取出凝料，動(dòng)模部分需要添加托板。由以上綜合分析可確定選用單分型面注射模。3.2 注射機(jī)型號的確定（1）注射量的計(jì)算 通過三維軟件建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得塑件體積：V塑=2.424cm3塑件質(zhì)量：m塑=V塑=2.4241.02g=2.472g其中參考表2-2可取1.02gcm3。（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計(jì)算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.21倍來估算。雖然本次采用的流道簡單并且較短，但因?yàn)榱慵捏w積較小，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的1倍來計(jì)算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個(gè)塑件體積之和）為V總=V塑1+14=2.42424=19.392cm3（3）選擇注射機(jī) 根據(jù)第二步計(jì)算得出一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量V總=19.392cm3，并結(jié)合式V公=V總0.8則有：V總0.8=19.3920.8=24.24cm3。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱注射量為60cm3，注射機(jī)型號為XS-ZY-60臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2-3。表2-3 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)理論注射量/cm360移模行程/mm270螺桿柱塞直徑/mmV注射壓力/MPa35最大模具厚度/mm350135最小模具厚度/mm150注射速率/gs-170鎖模形式液壓塑化能力/gs-145模具定位孔直徑/mm80螺桿轉(zhuǎn)速/rmin-10200噴嘴球半徑/mm4鎖模力/KN400噴嘴口半徑/mm10拉桿內(nèi)間距/mm330330（4）注射機(jī)相關(guān)參數(shù)的校核1）注射壓力校核。ABS所需注射壓力為80100MPa，這里取p0=100MPa，該注射機(jī)的公稱注射壓力p公=150MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.251.4，這里取k1=1.3則：k1p0=1.3100=130p公，所以這涉及合格。2）鎖模力校核塑件在分型面上的投影面積A塑，則A塑=44.52-12=60.445mm2澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A澆數(shù)值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來確定。A澆是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A塑的0.20.5倍。由于本次設(shè)計(jì)流道簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當(dāng)取小一些。這里取A澆=0.2A塑塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總，則A總=nA塑+A澆=nA塑+0.2A塑=41.2A塑=41.260.445=290.136mm2-模具型腔內(nèi)的脹形力F脹，則F脹=A總p模=290.13635=10154.76N=10.155KN式中，p模是型腔的平均計(jì)算壓力值。p模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%40%，大致范圍為2540MPa。對于粘度大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。ABS屬中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故p模取35MPa。 查表2-3可得該注射機(jī)的公稱鎖模力F鎖=400KN，鎖模力安全系數(shù)為k2=1.11.2，這里取k2=1.2，則k2F脹=1.2F脹=1.210.155=12.186F鎖，所以注射機(jī)鎖模力合格-。對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。 3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.3.1主流道的設(shè)計(jì)主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。（1） 主流道的尺寸1) 主流道的長度：小型模具L主應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。2) 主流道小端直徑：d=注射機(jī)噴嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm3) 主流道大端直徑：d=d+2L主tan（2）11.5mm，式中=3.714) 主流道球面半徑：SR0=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+12mm=10+2mm=12mm5) 球面的配合高度：h=5mm。（2） 主流道的凝料體積V主=3L主R主2+r主2+R主r主=3.143505.752+2.252+5.752.25=262.27mm3=2.67cm3（3） 主流道當(dāng)量半徑 Rn=5.75+2.252=4mm，經(jīng)主流道校核算出4mm的當(dāng)量半徑過大，故Rn取2.875mm（4） 主流道澆口套的形式 主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購。主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對材料的要求較嚴(yán)格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。設(shè)計(jì)中常采用碳素鋼（T8A或T10A），熱處理淬火表面硬度為5055HRC，如圖3-3所示。圖3-3 主流道澆口套的結(jié)構(gòu)形式3.3.2 分流道的設(shè)計(jì)（1）分流道的布置形式 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮勁量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還要考慮減小分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道。（2）分流道的長度 由于流道設(shè)計(jì)簡單，根據(jù)四個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道較短，故設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)選小一些。單邊分流道長度L分取35mm。（3）分流道的當(dāng)量直徑 因?yàn)樵撍芗馁|(zhì)量為m塑=V塑=2.4241.02=2.472g200g，根據(jù)式D=0.2654m4L，分流道的當(dāng)量直徑為D分=0.2654m4L=0.26542.47435=1.02mm選D分=4mm（4）分流道截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等，為了便于加工和凝料的脫模，分流道大多設(shè)計(jì)在分型面上。本設(shè)計(jì)采用梯形截面，其加工工藝性能好，且塑料熔體的熱量散失、流動(dòng)阻力均不大。（5）分流道截面尺寸 已知D分=4mm，可以算出H=0.76D=0.764=3.04mm與B=1.14D=1.144=4.56mm，分流道截面形狀如圖3-4所示。圖3-4 分流道截面尺寸（6）凝料體積1）分流道定的長度L分=354=140mm2）分流道截面積A分=4.56+3.723.04=12.56mm23）凝料體積V分=L分A分=14012.56=1758.4mm21.76cm2（7）校核剪切速率1）確定注射時(shí)間：t=1s。2）計(jì)算分流道體積流量:q分=V分+V塑t=1.76+2.4241=4.184cm3s3)剪切速率分=3.3q分R分3=3.310.1841033.1423=5.5103cm3s-1該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率51025103s-1之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。（8）分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra1.252.5m即可，此處取Ra1.6m。另外，其脫模斜度一般在510之間，這里取脫模斜度為8。3.3.3 澆口的設(shè)計(jì)該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和封閉時(shí)間，因此采用側(cè)澆口。其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后矯正，且開設(shè)在分型面上從型腔的邊緣進(jìn)料。（1） 側(cè)澆口尺寸的確定1） 計(jì)算側(cè)澆口的深度。側(cè)澆口的深度h=nt=0.71.5=1.05mm式中，t是塑件壁厚，這里t=1.5mm；n是塑料成型系數(shù)，對于ABS，n=0.7。 在工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，澆口深度通常先取小值，以便在今后試模時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修模處理，ABS側(cè)澆口的厚度為1.21.4mm，故此處澆口深度h取1.3mm。2)計(jì)算側(cè)澆口的寬度。 測澆口寬度B的計(jì)算公式為B=nA30=0.71859.78830=1.0061cm式中A是凹模的內(nèi)表面積（約等于塑件的外表面積）。2） 計(jì)算澆口的長度。測澆口的長度L澆一般選用0.72.5mm，這里取L澆=0.7mm。（2） 測澆口的剪切速率計(jì)算澆口的當(dāng)量半徑。由面積相等可得R澆2=Bh，由此矩形澆口的當(dāng)量半徑R澆=0.6mm計(jì)算澆口的體積流量：q澆=V塑t=2.424cm3s=2.424103mm3s計(jì)算澆口的剪切速率：澆=3.3q主Rn3=3.32.4241033.140.62=1.18104s-1該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口和分流道最佳剪切速率51035104s-1之間，所以，澆口的剪切速率校核合格。3.3.4校核主流道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積（澆口的體積太小可以忽略不計(jì)）以及主流道的當(dāng)量半徑，這樣可以校核主流道熔體的剪切速率。（1）計(jì)算主流道的體積流量：q主=（V主+V分+nV塑）/t=（2.67+1.76+42.424）/1cm/s=14.26cm/s（2）計(jì)算主流道的剪切速率 =3.3q主/R主=3.314.26/3.142.875=625s-1主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率510-510之間，所以，主流道的剪切速率校核合格。3.4冷料穴的計(jì)算冷料穴位于主流道正對面的動(dòng)模板上，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計(jì)僅有主流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕，采用推桿推出塑件，故采用與Z型拉料桿匹配的冷料穴。開模時(shí)，利用凝料對球頭的包緊力使凝料從主流道襯套中脫出。3.5本章小結(jié) 本章對模具的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)，選擇了注射機(jī)型號，并對澆注系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的計(jì)算。第四章 注塑模主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)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(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計(jì)采用整體嵌入式凹模。如圖4-1所示圖4-1 型腔鑲件4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯）凸模是成型塑件內(nèi)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(jié)構(gòu)分析，選用整體式凸模。圖4-2 型芯4.1.3成型零件鋼材的選用 根據(jù)對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型塑件要有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能。又因?yàn)樵撍芗谴笈可a(chǎn)，所以構(gòu)成腔的嵌入式凹模鋼材選用P20。4.1.4成型零件工作尺寸的計(jì)算- 表4-1 公差數(shù)值的選用材料代號塑件種類建議采用的精度高精度一般精度低精度ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物235LM=（1+Scp）ls-X+zLM凹模徑向尺寸（mm）Ls塑件徑向基本尺寸（mm）Scp塑料的平均收縮率（%）塑件公差值（mm）凹模制造公差（mm）（1）凹模徑向尺寸的計(jì)算由：Ls=9mm查表得：=0.16mmLM1=（1+Scp）ls-X+z=9.110+0.026mm（2）凹模深度尺寸的計(jì)算HM=（1+Scp）HS-X+zHM凹模深度尺寸z凹模深度制造公差由：HS1=85mm查表得=0.72mmHM1=（1+Scp）HS1-X11+z=85.760+0.12mm（3）型芯徑向尺寸的計(jì)算LM=（1+Scp）Ls-X-zLM型芯徑向尺寸z型芯徑向制造公差由Ls=85mm查表得：=0.18LM=（1+Scp）LS-X-z=60+0.18mm式中，X是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.50.7之間，此處取X=0.6。（4）型芯高度尺寸的計(jì)算HM=（1+Scp）Hs-X-zHM型芯高度尺寸（mm）z型芯高度制造公差（mm）由Hs=85mm 查表得：=0.72HM=（1+Scp）HS-X-z=85.94-0.140式中，X是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.50.7之間，此處取X=0.6。4.1.5成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算（1）凹模側(cè)壁厚度的計(jì)算 凹模側(cè)壁厚度與型腔內(nèi)壓強(qiáng)及凹模的深度有關(guān)，根據(jù)型腔的布置，模架初選355mm450mm的標(biāo)準(zhǔn)模架，其厚度根據(jù)表4-19中的剛度公式計(jì)算。 S=(3ph/2Ep）1/3=76mm式中，p是型腔壓力（Mpa）；E是材料彈性模量（Mpa）；h=W，W是影響變形嘴大尺寸，而h=45mm；是模具剛度計(jì)算許用變形量。根據(jù)注射塑料品種。+凹模側(cè)壁是采用嵌件，為結(jié)構(gòu)緊湊，這里凹模嵌件單邊厚選44.8mm。由于型腔采用直線、對稱結(jié)構(gòu)布置，故四個(gè)型腔之間壁厚滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可以了。型腔與模具周邊的距離由模板的外形尺寸來確定，根據(jù)估算模板平面尺寸選用250mm250mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全滿足強(qiáng)度和剛度的要求。4.2 模架的確定根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸，又考慮凹模最小壁厚，導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置等，再同時(shí)參考 4.12.4節(jié)中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的選型經(jīng)驗(yàn)公式和表4-38，可確定選用模架序號為6號（WL=250250），模架結(jié)構(gòu)為A1型。4.2.1 各模板尺寸的確定1）A板尺寸。A板是流道板， A板厚度取40mm。 2）B板尺寸。B板是型腔固定板，考慮到件高85mm，又考慮在模板上還要開設(shè)冷卻水道，故按模架標(biāo)準(zhǔn)板厚取100mm. 經(jīng)上述尺寸計(jì)算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架序列號為1號，板面為250mm315mm，模架形式為A1型的標(biāo)準(zhǔn)模架。其外形尺寸：寬長高=250mm315mm263mm 4.3 排氣槽的設(shè)計(jì) 該塑件由于采用中心進(jìn)料， 熔體充滿型腔， 其間使用分型面排氣方法進(jìn)行排氣，氣體會沿著分型面排出而不會產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象4.4 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.4.1推出方式的確定該模具為推桿脫模機(jī)構(gòu)，既方便推動(dòng)減少充氣吸力，又不易使塑料制品變形。在注塑成型后，定模板與動(dòng)模板分型，推動(dòng)推板23，并有連接推板上的推桿使塑料制品脫離型芯出模，并手動(dòng)取出。4.4.2脫模力的計(jì)算 型芯脫模力因?yàn)?=r/t=60/410所以，此處視塑件為薄壁塑件，根據(jù)式（4-24）脫模力為 F=8tESLcos（f-tan）/（1-）K+0.1A =8430003000.005（0.45-tan1）/（1-0.32） （1+0.45sin1cos1） =94838.8式中，F(xiàn)是脫模力（N）；E是塑料的彈性模量（MPa），查表4-24；S是塑料成型的平均收縮率（%），查表4-24；t是塑件壁厚（mm）；L是被包型芯的長度（mm）；是塑料的泊松比（查表4-24）；是脫模斜度（）；f是塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)，查表4-24；r是型芯的半徑（mm）；A是塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（mm2），當(dāng)塑件底部有通孔時(shí)，A項(xiàng)視為零。4.4.3校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力（1）推出面積 A=/4（D-d）=/4（140-120）=4082mm（2）推出應(yīng)力 =1.2F/A=1.294838.8/408227MPa =27.87MPa81MPa（抗壓強(qiáng)度）合格4.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.5.1 冷卻介質(zhì) ABS屬于中等黏度材料， 其成型溫度及模具溫度分別為200和 5080。 所以，模具溫度初步選50，用常溫水對模具進(jìn)行冷卻。 4.5.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算 （1）單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量W 1）塑料制品的體積 V=V主+nV塑=14.126cm 2）塑料制品的質(zhì)量 m=V=14.1261.02=14.41g=0.0144kg 3）塑件壁厚為1.5mm， t冷=5.7s，取注射時(shí)間t注=1s， 脫模時(shí)間t脫=8s，則注塑周期：t= t注 + t冷 + t脫 =1+5.7+8=14.7s。 由此得每小時(shí)注射次數(shù)：N=(3600/14.7)次=245次。 4）單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：W=Nm=2450.0114=3.528kg/h（2）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量 Q5 查表 4-35 直接可知 PS的單位熱流量Qs 的值的范圍在310-400 kJ/kg 之間， 故可取Qs =370kJ/kg。 （3）計(jì)算冷卻水的體積流量qv設(shè)冷卻水道入水口的水溫為=24,出水口的水溫為1=25，取水的密度=1000kg/m3，水的比熱容為 C=4.187kJ/(kg)。 則根據(jù)公式可得： qv=WQs/60c（1-2） =3.528370/6010004.187（25-24） =0.0052m/min確定冷卻水路的直徑 當(dāng)qv=0.0185m/min, 查表 4-30 可知，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)， 取模具冷卻水孔的直徑 d=0.1m。（5）冷卻水在管內(nèi)的流速v V=4qv/60d=40.0052/603.140.1=1.104m/s（6） 求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù) h， 因?yàn)槠骄疁貫?23.5， 查表 4-31可得f=6.7，則有： h0=4.187f（v）0.8/d0.2=41.9104kJ/(mh） （7）計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積A A=WQs/h=0.00293m計(jì)算模具所需冷卻水管的總長度L L=A/d=0.093m=93mm （9）冷卻水路的根數(shù)X 設(shè)每條水路的長度為l=100則冷卻水路的根數(shù)為 X=93/1001根 由上述計(jì)算可以看出，一條冷卻水道對于模具來說顯然是不合適的，因此應(yīng)根據(jù)具體情況加以修改。 為了提高生產(chǎn)效率， 凹模和型芯都應(yīng)得到充分的冷卻。4.5.3 凹模嵌件和型芯冷卻水道的設(shè)置 型芯的冷卻系統(tǒng)的計(jì)算與凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算方法基本上是一樣的，因此不再重復(fù)。尤其需要指出的是型芯的冷卻方式。由于塑件上有四條肋板，大型芯設(shè)計(jì)時(shí)要在型芯上開四條溝槽，同時(shí)考慮推桿要通過大型芯推出塑件的輪轂部分，因此給冷卻系統(tǒng)帶來了難度。設(shè)計(jì)時(shí)在型芯的下部采用簡單冷卻流道式來設(shè)計(jì)。凹模嵌件擬采用四條冷卻水道進(jìn)行冷卻。4.6 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。 按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機(jī)噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機(jī)構(gòu)則通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行合模定位。錐面定位則用于動(dòng)、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高， 因此可采用模架本身所帶的定位結(jié)構(gòu)。4.7 本章小結(jié) 本章主要對注塑模具的成型零件、模架、脫模推出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行了簡單設(shè)計(jì)第五章 總裝圖及二維圖的繪制通過使用Pro/e軟件建立三維模型如圖5-1所示，進(jìn)行零件的繪制與裝配；隨后使用CAD軟件繪制出二維圖如圖5-2所示。圖5-1 帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模具三維建模圖5-2 帶金屬嵌件的圓珠筆管的注塑模具二維圖謝 辭 光陰似箭，時(shí)光荏苒。轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)生涯已經(jīng)快要過去了。仍然記得剛來到大連交通大學(xué)時(shí)的情形，對一切都是那么的好奇。在這充實(shí)而有意義的四年里，我最想感謝的，是我的老師們。是他們教會了我各種專業(yè)知識，還教會了我做人的道理，讓我這四年里每天的生活多姿多彩。我還想感謝的，是我可愛的同學(xué)們。是他們陪著我走過青春的酸甜苦辣，陪我一起分享成功的喜悅，陪我一同分擔(dān)失敗的痛苦。在論文完成之際，謹(jǐn)向我尊敬的指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意。在學(xué)業(yè)的最后階段，指導(dǎo)老師都將他們的知識、經(jīng)驗(yàn)、心得毫無保留的傳授給我們，給我們耐心的指導(dǎo)和不懈的支持。我還想感謝的，是大連交通大學(xué)。是它給予了我發(fā)揮自己潛能的舞臺，是它給了我發(fā)展的空間，是它讓我們穿過五湖四海來到這里相聚。大學(xué)四年的生活，將是我一生中最美好的回憶。參考文獻(xiàn)1陳蓮生.關(guān)于注塑模設(shè)計(jì)方式的研究.科技信息：規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014，（09）：199-231.2苗軍偉.注塑成型和模具結(jié)構(gòu)一體化分析.鄭州大學(xué),2010.43石明洪，駱志高.注塑模CAD/CAE/CAM的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向.江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998.11（19-6）.4龍玲，彭必友.注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的發(fā)展.成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，04（VOL.22，No.2(Sum 76）5吳繼芳.注塑模典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)件庫管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用.華中科技大學(xué)，2007，056陶巖.注塑模具發(fā)展綜述.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（10）：112.7陶明康.注塑模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與實(shí)現(xiàn).華中科技大學(xué)，2012.018徐淑姣，董祥忠，林旭東.塑料注塑模CAE的現(xiàn)狀和發(fā)展前景.2002年中國工程塑料加工應(yīng)用技術(shù)研討會論文集，288-2919柯曉華.基于Pro/E的注塑模具CAD/CAM集成及應(yīng)用研究.東華大學(xué)，2009.0110張平.國際先進(jìn)注塑模具技術(shù)的發(fā)展分析.電加工與模具，2014年增刊111Heng Tan,Ze Wang,Guo Hong Dai,Xiu xiang Chen,Jianfu Zhu. The Fast Design and The Optimization of The Injection Mold Based on CAD and CAE Technology.2012.0112葉久新，王群 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1124