畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-端蓋薄殼件的模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).doc

工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文端蓋薄殼件的模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Mold CAD of Plastic Cover Shell佳木斯大學(xué)2015年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文端蓋薄殼件的模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)本 科 生：導(dǎo)師：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)學(xué)士工程領(lǐng)域：機(jī)械工程所在單位：機(jī)械工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：佳木斯大學(xué)佳木斯大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，使用CAD技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)研究已經(jīng)成為注塑模具發(fā)展的必然要求。使用CAD技術(shù)可以有效地提高注塑模具的設(shè)計(jì)水平、提高模具的制造質(zhì)量、縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、減少設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等，CAD技術(shù)在注塑模具行業(yè)應(yīng)用必將受到越來(lái)越多的重視。該設(shè)計(jì)介紹了國(guó)內(nèi)外注塑模具的研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，闡述和分析了注塑模具CAD技術(shù)應(yīng)用情況。以端蓋薄殼件注塑模具為實(shí)例，對(duì)注塑模具CAD技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，主要研究?jī)?nèi)容：（1）結(jié)合薄殼件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行選材，確定澆注材料。（2）通過(guò)相關(guān)書籍文獻(xiàn)進(jìn)行理論計(jì)算，完成對(duì)塑件型腔型芯、斜導(dǎo)柱分型抽芯、斜頂、澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)的計(jì)算后并簡(jiǎn)單校核并初步選擇模架。（3）使用Creo軟件的模具設(shè)計(jì)模塊對(duì)實(shí)例進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容具體包括：模具型芯型腔設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、EMX標(biāo)準(zhǔn)模架的調(diào)用以及注塑模具輔助零件設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵字：注塑模具；CAD；Creo；EMXAbstractWith the continuous development of science and technology and computer technology matures, for mold design using CAD technology research has become the inevitable requirements of injection mold. Using CAD technology can effectively improve the level of injection mold design, improve the manufacturing quality of mould, shorten the development cycle, reduce the production cost, reduce the labor intensity of designer, CAD technology applied in injection mould industry will be more and more attention.This design introduces the domestic and foreign research present situation and future development trend of injection mold, expounds and analyzes the injection mold CAD technology application situation. To end cover shell injection mould as an example, the injection mold CAD technology has carried on the detailed research, the research content mainly has the following three aspects:(1) With the structure characteristics of a thin shell parts for material selection, determine the pouring material.(2) Through the books on literature theory calculation, complete the mould cores and inclined guide pillar parting core-pulling, inclined top, gating system and cooling system of institutions such as computation and simple after checking and preliminary choose die set.(3) Using Creo software of mold design, the die structure design module for instance design content including: mold core mold design, the design of gating system and cooling system, EMX standard mould base calls and injection mold auxiliary parts design, etc.Keywords:Injection mould; CAD; Creo; EMX目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 注塑模具的背景及研究的意義11.2 注射模具的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況11.3 注射模具的國(guó)外發(fā)展概況21.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容2第2章塑件工藝性分析42.1 明確塑件設(shè)計(jì)選用的材料42.2 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量42.3 確定注塑工藝參數(shù)52.4 本章小結(jié)6第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算73.1 塑件成型位置及分型面的選擇73.2 模具型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.2.1 型腔數(shù)目及排列方式73.2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.3 模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.3.1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算103.3.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算113.4 脫模、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)123.4.1 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)123.4.2 斜頂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)133.4.3 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)153.5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)163.6 模具加熱、冷卻系統(tǒng)的確定163.7 校核計(jì)算183.7.1 最大注射量的校核183.7.2 鎖模力的校核193.7.3 模具閉合高度的校核193.7.4 開(kāi)模行程的校核193.7.5 注射壓力的校核203.8 計(jì)算模具總體尺寸和工作尺寸203.9 選擇注塑機(jī)和模架203.10 本章小結(jié)21第4章基于Creo模具CAD224.1 型腔設(shè)計(jì)224.1.1 建立文件夾，設(shè)置工作目錄224.1.2 新建模具型腔設(shè)計(jì)文件224.1.3 設(shè)置模具型腔布局224.1.4 創(chuàng)建工件234.1.5 設(shè)置收縮率234.1.6 創(chuàng)建分型面234.1.7 分割體積塊254.1.8 抽取模具元件254.1.9 創(chuàng)建澆注系統(tǒng)254.1.10 鑄模264.1.11 定義開(kāi)模動(dòng)作264.2 基于EMX模架設(shè)計(jì)與仿真274.2.1 新建EMX項(xiàng)目274.2.2 定義模架274.2.3 裝配模具型腔284.2.4定位環(huán)、主流道襯套和垃圾釘?shù)膭?chuàng)建284.2.5 側(cè)面鎖模器的創(chuàng)建304.2.6 滑塊的創(chuàng)建304.2.7 斜頂?shù)膭?chuàng)建314.2.8 頂桿的創(chuàng)建324.2.9 裝配模架相關(guān)元件324.2.10 模具開(kāi)模運(yùn)動(dòng)仿真324.3 本章小結(jié)33結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄1 中文譯文37附錄2 外文原文4144第1章緒論1.1注塑模具的背景及研究的意義塑料，作為現(xiàn)代四大工業(yè)基礎(chǔ)材料之一已經(jīng)在21世紀(jì)已經(jīng)被運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)，而其中的注塑成型在所有塑料成型技術(shù)中所占的比例越來(lái)越大1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)行條件下工業(yè)零件70%的粗加工和50%的精加工都是由注塑模具成型來(lái)完成的。最重要的是，我們?nèi)粘Ｊ褂玫南匆聶C(jī)、照相機(jī)、電話、電視、電扇等各種家電和通信工具中大約有90%的零件都需要用注塑模具成型工藝來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)2。注塑有“生產(chǎn)周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制品”，“對(duì)所有原料的適應(yīng)性強(qiáng)”，“生產(chǎn)效率高、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)”等一系列的優(yōu)越性3。因此，模具是一種先進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的成型技術(shù)。但是，注塑模具一般投資較大，設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備的維修和保養(yǎng)困難等因素都在阻礙著現(xiàn)階段阻礙其發(fā)展。所以，完善和改進(jìn)注塑模具設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)成為注塑模具行業(yè)發(fā)展的重中之重。1.2注射模具的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況我國(guó)模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距。但在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)的模具行業(yè)也得到了快速的發(fā)展。20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)的模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年來(lái)，不僅國(guó)有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三字模具企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個(gè)體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。目前，我國(guó)的模具工業(yè)已初具規(guī)模，全國(guó)共有模具生產(chǎn)企業(yè)（長(zhǎng)、點(diǎn)）約3萬(wàn)個(gè)，從業(yè)人員近100萬(wàn)人。1984年10月在成都成立了中國(guó)模具協(xié)會(huì)，現(xiàn)有團(tuán)體成員1500多個(gè)。從20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)以每年15%以上的增速快速發(fā)展。1984年我國(guó)模具工業(yè)的總產(chǎn)值不到20億元，到2006年已達(dá)到720億元，2007年達(dá)870億元。其中，模具出口以43%的年增長(zhǎng)速度高速發(fā)展，2007年達(dá)14.13億美元4。近年來(lái)我國(guó)模具行業(yè)的增長(zhǎng)勢(shì)頭良好，模具產(chǎn)量已僅次于日本、美國(guó)，位居世界第三，已進(jìn)入模具生產(chǎn)大國(guó)的行列。從總體上看，雖然我國(guó)模具工業(yè)已得到較大的發(fā)展，但與很多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的模具行業(yè)特別是注塑模具設(shè)備不夠精良、技術(shù)較為落后、管理水平都比較低。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)注塑模具的設(shè)計(jì)與制造很多依賴于國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生產(chǎn)的模具只能滿足國(guó)內(nèi)需求的60%5左右，而其中低檔模具供過(guò)于求，中高檔模具仍遠(yuǎn)不能自給，很多精密復(fù)雜的模具需要進(jìn)口。從整個(gè)模具市場(chǎng)看，我國(guó)進(jìn)口模具總量約占市場(chǎng)總量的20%左右，其中，中高檔模具進(jìn)口比例占到40%以上，可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)的模具生產(chǎn)不能完全滿足其經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。此外，我國(guó)模具行業(yè)所存在的問(wèn)題還表現(xiàn)為4：（1）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)不盡合理；（2）模具開(kāi)發(fā)能力差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳，管理落后；（3）模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；（4）工藝裝備水平低，切配套性不好，利用率低；（5）專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差；（6）模具材料及相關(guān)技術(shù)落后；（7）人才嚴(yán)重不足，科研開(kāi)發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少。1.3注射模具的國(guó)外發(fā)展概況模具行業(yè)的高新技術(shù)一直在掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家的手中，不過(guò)隨著世界各國(guó)對(duì)模具行業(yè)的愈加重視，使得模具行業(yè)和模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面4：（1）模具制造技術(shù)向高速、高效、高精、復(fù)合化方向發(fā)展；（2）開(kāi)發(fā)精密、復(fù)雜、大型、長(zhǎng)壽命模具；（3）全面推廣CAD/CAE/CAM等先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)、分析與制造技術(shù)，使其向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；（4）優(yōu)質(zhì)模具材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視；（5）加強(qiáng)模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化和現(xiàn)代化管理；（6）快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)前景廣闊；（7）開(kāi)發(fā)先進(jìn)的模具加工和專有設(shè)備，使成型表面的加工和光整加工向精密、自動(dòng)化方向發(fā)展；（8）提高模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件、重要輔件的標(biāo)準(zhǔn)化及模具生產(chǎn)企業(yè)專業(yè)化程度。由于注射模具處于整個(gè)模具行業(yè)中非常重要的地位，國(guó)外先進(jìn)的注塑成型模具正在向高精度、復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展，例如：組合模、多色注塑等；向高效率、高自動(dòng)化和節(jié)約成能源降低成本的方向發(fā)展，例如：疊模的大量制造和應(yīng)用，裝夾的自動(dòng)化，取件全部自動(dòng)化等。節(jié)能降耗目前已經(jīng)成為注塑機(jī)最主要的發(fā)展趨勢(shì)，多工位、高效率、自動(dòng)化、連續(xù)化、低成本將會(huì)是未來(lái)注塑成型技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)的主流。1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文通過(guò)對(duì)端蓋薄殼件的整個(gè)澆注過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)（包括對(duì)其型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開(kāi)模輔助件設(shè)計(jì)以及模架設(shè)計(jì)），完整的還原了一個(gè)簡(jiǎn)單的小型塑料模具在加工之前的設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下3點(diǎn)：（1）塑件體積、質(zhì)量、尺寸及材料的確定（詳見(jiàn)第2章塑件工藝性分析）；（2）型腔結(jié)構(gòu)、開(kāi)模輔助件設(shè)計(jì)（詳見(jiàn)第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算）；（3）端蓋薄殼件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（詳見(jiàn)第4章基于Creo模具CAD）。第2章塑件工藝性分析2.1 明確塑件設(shè)計(jì)選用的材料塑件的材料選用的是ABS塑料，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，ABS樹(shù)脂是五大合成樹(shù)脂之一，其性能主要表現(xiàn)為：（1）使用性能綜合性能良好，沖擊強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性，電性能良好。適于制作一般機(jī)械零件、減摩耐磨零件、傳動(dòng)零件和電訊結(jié)構(gòu)零件；（2）成型性能1）無(wú)定性料，流動(dòng)性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為0.4mm左右。2）吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱干燥。3）成型時(shí)宜取高料溫、高模溫，但料溫過(guò)高易分解（分解溫度為250C）。（3）ABS的主要性能指標(biāo)6ABS的主要性能指標(biāo)如表2-1所示。表2-1 ABS的主要性能指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目值1密度/(g/cm3)1.021.162屈服強(qiáng)度/(MPa)983質(zhì)量體積/(cm3/g)0.860.984拉抗強(qiáng)度/(MPa)805吸水率24h/(%)0.20.46拉伸彈性模量/(GPa)1.87玻璃化溫度/(C)901088抗彎強(qiáng)度/(MPa)1269熔點(diǎn)/(C)13016010彎曲彈性模量/(GPa)2.811計(jì)算收縮率/(%)0.40.712抗壓強(qiáng)度/(MPa)719813比熱容/(J/(kgK)168014抗剪強(qiáng)度/(MPa)752.2 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量在計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量之前需確定塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量：（1）結(jié)構(gòu)分析從塑料薄殼件Creo立體圖上可以看出，該薄殼件總體可歸為長(zhǎng)方體，總體長(zhǎng)度為234mm，寬度為182.72mm，高度為28.5mm，中間為兩個(gè)直徑為50mm的孔，另外，在薄殼件側(cè)面有一個(gè)寬度為25mm、高度為10mm的小凹坑，此處在開(kāi)模時(shí)需要使用側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)；在薄殼件內(nèi)部的Z軸方向左右分別有一個(gè)小凹坑，這里需要使用斜導(dǎo)柱分型。制件壁厚為2.5mm。除此之外再無(wú)需設(shè)置其他特殊的分型機(jī)構(gòu)。（2）尺寸精度分析由于該零件屬普通零件，對(duì)制件的精度等級(jí)無(wú)特別要求，根據(jù)ABS塑料的成型性質(zhì)，選制件的精度等級(jí)為MT3級(jí)（GB/T14486-1993），后面會(huì)對(duì)塑件的主要尺寸及尺寸公差進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。由以上分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度中等偏上，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。從塑件的壁厚上來(lái)看，塑件各處壁厚均為2.5mm，壁厚均勻，有利于零件的成型。 （3）表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒(méi)有缺陷、毛刺，內(nèi)部不得有導(dǎo)電介質(zhì)外，沒(méi)有特別的質(zhì)量要求，一般比較容易實(shí)現(xiàn)。綜上分析可以看出，注塑時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量：由于塑件是Creo實(shí)體建模而成，故體積可用Creo軟件直接分析得出。塑件體積為：V=101344mm3根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)6可查得ABS塑料的密度為1.021.1g/cm3，暫取1.1g/cm3，故塑件的質(zhì)量為：W=V=111.48g采用一模兩穴的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸、注塑時(shí)所需的壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注塑機(jī)為XZY-2000型7。2.3 確定注塑工藝參數(shù)查找相關(guān)文獻(xiàn)和參數(shù)工廠實(shí)際使用的情況，ABS塑料的成型工藝參數(shù)可作如下選擇（見(jiàn)表2-2）：（試模時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整）表2-2 ABS塑料的成型工藝參數(shù)項(xiàng)目值注射機(jī)螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)2050料筒溫度/(C)后段：8580中段：165180前段：180200噴嘴溫度/(C)170180噴嘴形式：直通式模具溫度/(C)5080注射壓力/(MPa)60100保壓壓力/(MPa)60100成型時(shí)間/(s)注射：2090保壓：05冷卻：20150成型周期：601002.4本章小結(jié)塑料制件主要是根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，是在保證其使用性能、物理性能、力學(xué)性能、電氣性能、耐化學(xué)腐蝕性能和耐熱性能等的前提下，盡量選用價(jià)格低廉和成形性能好的材料，還應(yīng)考慮其總體結(jié)構(gòu)，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 塑件成型位置及分型面的選擇為了塑件及澆注系統(tǒng)凝料的脫模和安放嵌件的需要，將模具型腔適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或更多部分，這些可以分離部分的接觸表面，通稱為分型面8。選擇分型面分一般原則：（1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量；（2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處；（3）盡可能使塑件在動(dòng)模一側(cè)；（4）有利于保證塑件的尺寸精度；（5）盡可能滿足塑件的使用要求；（6）盡可能減少塑件在合模方向的投影面積；（7）長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開(kāi)模方向；（8）有利于排氣；（9）有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上原則并結(jié)合設(shè)計(jì)件的外形特征，將主分型面確定在塑件最大外圍輪廓平面處，側(cè)面設(shè)計(jì)有側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，另外，塑件內(nèi)側(cè)左右小凹坑分別加設(shè)斜頂機(jī)構(gòu)。具體分型面設(shè)計(jì)情況詳見(jiàn)Creo三維設(shè)計(jì)圖。3.2 模具型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 型腔數(shù)目及排列方式在模具生產(chǎn)制造業(yè)上，通常將構(gòu)成產(chǎn)品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產(chǎn)品外表面的（模具）零件稱為型腔8。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的零件或大批量生產(chǎn)時(shí)常采用一模多穴的方式，而對(duì)于復(fù)雜的零件或生產(chǎn)批量不太大時(shí)常采用一模一穴的方式。本次設(shè)計(jì)根據(jù)所選設(shè)計(jì)件的實(shí)際情況來(lái)看，最終確定為一模兩穴的設(shè)計(jì)方式（如圖3-1所示），排列形式為左右并排，這樣可以便于兩個(gè)側(cè)滑塊完成側(cè)向分型抽芯，而且也可以保證在設(shè)計(jì)件內(nèi)側(cè)小凹坑處設(shè)計(jì)斜頂機(jī)構(gòu)在分型時(shí)兩個(gè)設(shè)計(jì)件的斜導(dǎo)柱的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生干涉。由于設(shè)計(jì)件的排列方式?jīng)Q定澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)位置，本文將澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)在兩設(shè)計(jì)件中間位置，這樣做可以保證在澆注時(shí)熔料進(jìn)入型腔后能更加均勻流到型腔的各個(gè)部位，缺點(diǎn)是這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)致澆注系統(tǒng)的分澆道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，影響熔料在進(jìn)入型腔時(shí)的初始溫度，但因本設(shè)計(jì)件屬于中小型設(shè)計(jì)件，所以該問(wèn)題對(duì)最終成型無(wú)明顯影響。圖3-1型腔的排列方式3.2.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開(kāi)始到型腔為止所流經(jīng)的通道8。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接影響注射成型的效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循以下基本原則：（1）必須了解塑料的工藝特性；（2）排氣良好；（3）防止型芯和塑件變形；（4）減少熔體流程及塑料耗量；（5）修整方便，并保證塑件的外觀質(zhì)量；（6）要求熱量及壓力損失最小。3.2.2.1主澆道的設(shè)計(jì)主澆道是指從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開(kāi)始，到有分澆道支線為止的一段料流通道，熔融塑料進(jìn)入模具時(shí)最先經(jīng)過(guò)它9，起到將熔體從噴嘴引入模具的作用，軸線一般位于模具中心線上，與注射機(jī)噴嘴軸線重合，型腔也以此軸線為中心對(duì)稱布置。主澆道垂直于分型面，斷面形狀為圓形，為了便于凝料從直澆道中拔出，主澆道設(shè)計(jì)成圓錐形，錐度=24，流動(dòng)性差的塑料取=36，進(jìn)口端直徑根據(jù)注射機(jī)噴嘴孔直徑及熔料注射量確定。最終根據(jù)主澆道截面直徑的推薦值確定進(jìn)口端與出口端直徑如表2-3所示。表2-3 主澆道進(jìn)口端與出口端直徑項(xiàng)目值進(jìn)口端直徑D1/(mm)4.5出口端直徑D2/(mm)73.2.2.2分澆道的設(shè)計(jì)分澆道是主澆道與型腔進(jìn)料口之間的一段流道，主要起分流和轉(zhuǎn)向作用，一般將分澆道設(shè)置在分型面上，多型腔模具必須設(shè)計(jì)分澆道。分澆道的設(shè)計(jì)要求是：塑料熔體在流動(dòng)中的熱量和壓力損失最小，同時(shí)使流道中的塑料量最??；塑料熔體能在相同的溫度、壓力條件下，從各個(gè)澆口盡可能同時(shí)進(jìn)入并充滿型腔；從流動(dòng)性、傳熱性等因素考慮，分澆道的比表面積（分澆道側(cè)表面積與體積之比）應(yīng)盡可能小8。常見(jiàn)的分澆道截面形狀有圓形截面、梯形截面、拋物線形截面、半圓形和矩形截面等，由于本設(shè)計(jì)所選零件形狀的特殊性及其一模兩穴的型腔排列方式，最終確定分澆道截面形狀為圓形。圓形截面的優(yōu)點(diǎn)是比表面積最小，因此阻力小，壓力損失小，冷卻速度最慢，流道中心冷凝慢有利于保壓，缺點(diǎn)是同時(shí)在兩半模上加工圓形凹槽，難度大，費(fèi)用高。由于一模兩穴的設(shè)計(jì)，分澆道只需要設(shè)計(jì)在一條直線上，所以加工難度上可大大減小。在分澆道的末端需要設(shè)計(jì)澆口，而分澆道和澆口之間還需要設(shè)置圓弧過(guò)渡來(lái)便于熔料的流動(dòng)及填充，所以將分澆道的末端設(shè)計(jì)為圓形，主澆道與分澆道結(jié)合處應(yīng)有圓角過(guò)渡，以減小料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。尺寸方面，圓形截面分澆道直徑一般在范圍內(nèi)變動(dòng)，流動(dòng)性較好的塑料可設(shè)計(jì)成較小的直徑，對(duì)流動(dòng)性差的塑料應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成大的直徑。分澆道的長(zhǎng)度根據(jù)型腔布置適當(dāng)加長(zhǎng)或縮短。最終本設(shè)計(jì)分澆道的尺寸為如表2-4所示。表2-4 分澆道尺寸項(xiàng)目值分澆道直徑d/(mm)12分澆道長(zhǎng)度L/(mm)112分澆道末端球形半徑r/(mm)6主澆道與分澆道結(jié)合處圓角R/(mm)23.2.2.3澆口的設(shè)計(jì)澆口是指料流進(jìn)入型腔前最狹窄的部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段，其尺寸狹小且短，目的是使料流進(jìn)入型腔前加速，便于充滿型腔，其又利于封閉型腔口，防止熔體倒流，也便于成型后冷料與塑件分離。澆口的形式有：直接澆口、盤形澆口或中心澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、側(cè)澆口或邊緣形澆口、扇形澆口、薄片澆口、點(diǎn)澆口或菱形澆口、潛伏式澆口或剪切澆口及護(hù)耳式澆口或分接式澆口8。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)件屬于薄殼件，故選擇直接澆口的形式，斷面形狀一般為圓形和矩形。澆口的位置根據(jù)設(shè)計(jì)件的實(shí)際情況，這里將澆口設(shè)計(jì)為矩形，并將矩形的底面與分型面重合。澆口截面的厚度通常取塑件澆口處壁厚的1/32/3（或0.52mm），寬度上，對(duì)于中小型塑件常取b=（510）h，對(duì)于大型塑件常取b10h，長(zhǎng)度上，澆口的長(zhǎng)度L盡量短，對(duì)較小塑料熔體流動(dòng)阻力和增大流速均有利，通常取L=0.52mm。最終本設(shè)計(jì)澆口的尺寸如表2-5所示。表2-5 澆口尺寸項(xiàng)目值澆口截面厚度h/(mm)1澆口截面寬度b/(mm)10澆口長(zhǎng)度L/(mm)2根據(jù)主澆道、分澆道及澆口的設(shè)計(jì)情況，該塑料模具的澆注系統(tǒng)最終形式如圖3-2所示圖3-2 澆注系統(tǒng)3.3 模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于在設(shè)計(jì)模具型腔時(shí)將設(shè)計(jì)件近似為矩形，所以我們?nèi)≡O(shè)計(jì)件的最大三圍尺寸作為型腔設(shè)計(jì)的基本尺寸參照，所以基本尺寸為長(zhǎng)度234mm，寬度182.72mm，高度28.5mm。3.3.1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算型腔和型芯工作尺寸計(jì)算如表3-1所示。表3-1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算項(xiàng)目模具零件名稱塑件尺寸/(mm)計(jì)算公式型腔或型芯的工作尺寸/(mm)型腔的計(jì)算矩形凹模型腔234182.7228.5型芯的計(jì)算矩形凹模型芯234182.7228.53.3.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算3.3.2.1凹模型腔側(cè)壁厚度計(jì)算凹模型腔為矩形型腔，所以在計(jì)算時(shí)采用矩形型腔的壁厚計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：式中：p型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，選定值20MPa；h型腔深度，取21mm；l型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，取233.59mm；E彈性模量，取1.8103MPa；H側(cè)壁全高，初選值50mm；許用變形量，取2.106。所以：mm3.3.2.2凹模型腔底板厚度計(jì)算根據(jù)矩形型腔底板厚度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：式中：p型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，選定值30MPa；b地板受壓寬度，取182.7mm；B地板總寬度，根據(jù)外形尺寸確定，取318mm；許用應(yīng)力，地板料選定為45鋼，取300MPa。所以：mm在塑料模塑過(guò)程中，型腔所承受的力是十分復(fù)雜的，在注射模上，型腔所受的力就包括塑料熔體的壓力、合模時(shí)的壓力、開(kāi)模時(shí)的拉力等，其中最主要的就是塑料熔體的壓力，當(dāng)模具型腔工作時(shí)，在熔料壓力的作用下，型腔會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形，如果型腔的側(cè)壁和底板厚度不夠，就會(huì)導(dǎo)致成型零件尺寸受到影響，成型精度低或者脫模困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致型腔破壞等。但是如果型腔側(cè)壁和底板厚度過(guò)大的話，不僅浪費(fèi)制作模具的材料，還會(huì)使脫模力變大，影響工作效率等。由于模具型腔的設(shè)計(jì)除了相應(yīng)的計(jì)算之外還需考慮實(shí)際情況，比如模仁上需加設(shè)水道、滑塊或斜頂機(jī)構(gòu)等。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)件本身的特點(diǎn)，初步確定模具型腔尺寸如表3-2所示。表3-2 模具型腔尺寸項(xiàng)目值高/(mm)上模：48.5下模：50總：98.5寬/(mm)370長(zhǎng)/(mm)5083.4 脫模、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)件由于側(cè)面存在有小凹坑所以需要設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，在實(shí)際生產(chǎn)中，斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的一種形式，它是利用斜導(dǎo)柱等零件把開(kāi)模力傳遞給側(cè)型芯，使之產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)來(lái)完成抽芯動(dòng)作的。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作安全可靠、加工制造方便，但它的抽芯距和抽芯力受到模具結(jié)構(gòu)的限制，一般適用于抽芯力及抽芯距不大的場(chǎng)合。斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于模具制造業(yè)，所以市場(chǎng)上也已經(jīng)出現(xiàn)了很多生產(chǎn)該組件的廠家，知名廠家如meusburger、hasco生產(chǎn)的斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)可直接導(dǎo)入模具設(shè)計(jì)素材中10，只需修改主要的尺寸即可完成對(duì)該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，省去了復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。（1）斜導(dǎo)柱的傾斜角：從斜導(dǎo)柱的抽拔效果考慮，希望傾斜角值大一些好；而從斜導(dǎo)柱受力情況考慮，希望傾斜角值小一些好。一般在設(shè)計(jì)時(shí)取216.222，符合上述公式。規(guī)定當(dāng)注射機(jī)的最大注射量以最大注射容積標(biāo)定時(shí)，若計(jì)算值符合上述公式則認(rèn)為所選注射機(jī)合格。在XZY-2000型注射機(jī)的參數(shù)中，最大注射量標(biāo)定值為注射容量，即規(guī)定的注射容積，且經(jīng)計(jì)算符合公式，可以確定初步選定的注射機(jī)合格。3.7.2 鎖模力的校核當(dāng)高壓塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，會(huì)在型腔內(nèi)產(chǎn)生很大的力，迫使模具沿分型面漲開(kāi)，這個(gè)力等于塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和與型腔內(nèi)熔體壓力的乘積。因此注射機(jī)鎖模力的叫和關(guān)系是應(yīng)為：式中：F注射機(jī)的公稱鎖模力（N）；A塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（m2）；Pq型腔內(nèi)熔體的壓力（MPa），常取Pq=2040MPa。在上述公式中，型腔內(nèi)熔體的壓力在前文計(jì)算型腔壁厚及底板厚時(shí)已經(jīng)確定為30MPa，為了統(tǒng)一計(jì)算結(jié)果這里的Pq=30MPa，XZY-2000型注射機(jī)的鎖模力為4500kN，塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和可在Creo軟件中直接測(cè)量，測(cè)得A=49697.2mm2，經(jīng)計(jì)算F遠(yuǎn)大于PqA，所以該注射機(jī)的鎖模力符合要求，初步選定注射機(jī)合格。3.7.3 模具閉合高度的校核由于注射機(jī)可安裝模具的厚度有一定的限制，所以設(shè)計(jì)模具的閉合厚度Hm必須在注射機(jī)允許安裝的最大模具厚度Hmax和最小模具厚度Hmin之間，即XZY-2000型注射機(jī)的允許最大摸具厚度Hmax=700mm，允許最小模具厚度Hmin=300mm，而在本設(shè)計(jì)中模具的總厚度為Hm=98.5mm，顯然不符合要求。所以當(dāng)出現(xiàn)HmHmin即可。所以墊板厚度H=300-98.5=201.5mm。3.7.4 開(kāi)模行程的校核開(kāi)模行程是指模具開(kāi)合模過(guò)程中，注射機(jī)移動(dòng)模板的移動(dòng)距離。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)，所以在開(kāi)模時(shí)不但要滿足取出塑件，還要滿足完成側(cè)向抽芯距離L所需的開(kāi)模距離HC的要求。計(jì)算塑件脫模所需的距離H1+H2，這里H1是塑件脫模所需的推出距離，H2是塑件高度，所以塑件脫模所需距離H1+H2=18.5+48.5=67mm。因?yàn)镠cH1+H2，所以校核公式為：SH1+H2+(510)XZY-2000型注射機(jī)的開(kāi)模行程為700mm，符合上述公式，所以初步選定注射機(jī)合適。3.7.5 注射壓力的校核注射機(jī)的最大注射壓力應(yīng)大于或等于塑件成型時(shí)所需的注射壓力，即XZY-2000型注射機(jī)的最大注射壓力Pma=121MPax，塑件材料為ABS，其注射壓力為60MPa100MPa，符合上述校核公式，所以初步選定的注射機(jī)合適。3.8 計(jì)算模具總體尺寸和工作尺寸模具的總體尺寸可分為上下模仁的尺寸加和或帶模架的模具總體尺寸，上下模仁尺寸如表3-4所示。表3-4 模具型腔尺寸項(xiàng)目值高/(mm)上模：48.5下模：50總：98.5寬/(mm)370長(zhǎng)/(mm)508帶模架的模具總體尺寸可見(jiàn)Creo掛EMX設(shè)計(jì)圖。模具工作尺寸即型腔型芯的尺寸及斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)、斜頂?shù)墓ぷ鞒叽?，詳?jiàn)前文模仁設(shè)計(jì)和斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)、斜頂設(shè)計(jì)部分。3.9 選擇注塑機(jī)和模架在校核計(jì)算時(shí)，初步選定XZY-2000型注射機(jī)，其符合所有校核計(jì)算，所以最終確定選用該注射機(jī)。XZY-2000型注射機(jī)技術(shù)參數(shù)如下表3-5所示。表3-5 XZY-2000型注射機(jī)部分技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目值1螺桿直徑/(mm)852注射容量（理論）/(mm3)10003注射壓力/(MPa)1214鎖模力/(kN)45005允許最大摸具厚度/(mm)7006允許最小模具厚度/(mm)3007開(kāi)模行程/(mm)7008鎖模形式雙曲肘9定位環(huán)直徑/(mm)15010螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)025011注塑速率/(g/s)8012塑化能力/(g/s)65模架的選取主要考慮上下模仁閉合時(shí)總尺寸，在將模仁導(dǎo)入模架時(shí)A板不但要完全容納模仁，而且還要有足夠的空間放置導(dǎo)向系統(tǒng)。結(jié)合上述條件，最終選定模架供應(yīng)商為futaba_s，尺寸為700700mm。3.10 本章小結(jié)注塑模具型腔設(shè)計(jì)的最主要的部分是分型面的設(shè)計(jì)。對(duì)于稍復(fù)雜的澆注件，在確定主分型面后，在根據(jù)澆注件的外形結(jié)構(gòu)加設(shè)側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)以及斜頂機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行模具型腔設(shè)計(jì)時(shí)，要保證在模具型腔不因?yàn)榧釉O(shè)的機(jī)構(gòu)而發(fā)生改變、澆注成型后塑件的外觀不發(fā)生明顯缺陷的前提下，塑件能順利脫模，并方便二次合模，才為型腔設(shè)計(jì)的正確方式。第4章基于Creo模具CAD4.1 型腔設(shè)計(jì)在進(jìn)行模架設(shè)計(jì)仿真之前，需要對(duì)設(shè)計(jì)件進(jìn)行型腔的設(shè)計(jì)。型腔設(shè)計(jì)時(shí)最重要的部分是分型面的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，分型面包括主分型面、側(cè)抽芯分型面以及底部的斜頂分型面。下面即整個(gè)型腔的設(shè)計(jì)過(guò)程。4.1.1 建立文件夾，設(shè)置工作目錄Step1：在任意磁盤新建文件夾，命名為cover-molding。Step2：雙擊Creo Parametric快捷方式，打開(kāi)軟件。Step3：點(diǎn)擊“選擇工作目錄”，選擇剛剛創(chuàng)建的文件夾，點(diǎn)擊確定，完成工作目錄的設(shè)置。4.1.2 新建模具型腔設(shè)計(jì)文件Step4：點(diǎn)擊“新建”，選擇“制造模具型腔”，輸入文件名稱，取消使用缺省模板前面的小勾，點(diǎn)擊確定；Step5：選擇“mmns_mfg_mold”，以此來(lái)確定公制尺寸，點(diǎn)擊確定按鈕來(lái)完成新文件的創(chuàng)建。4.1.3 設(shè)置模具型腔布局Step6：點(diǎn)擊“參考模型”按鈕，在彈出的對(duì)話框中選擇“cover.prt”，點(diǎn)擊打開(kāi)，在彈出的“創(chuàng)建參考模型”對(duì)話框中點(diǎn)擊確定。點(diǎn)擊“參考模型起點(diǎn)與定向”選項(xiàng)中的黑色箭頭，在“菜單管理器”中“獲得坐標(biāo)系類型”里選擇“動(dòng)態(tài)”，這時(shí)應(yīng)用界面會(huì)彈出參考模型方向?qū)υ捒?。在“坐?biāo)系移動(dòng)/定向”中選擇“旋轉(zhuǎn)”，“軸”設(shè)置為x，并將值設(shè)置為90，點(diǎn)擊確定。Step7：在“布局”對(duì)話框中，將“布局”設(shè)置為“可變”，在“可變”欄中，先點(diǎn)擊“添加”，設(shè)置第一個(gè)參考模型旋轉(zhuǎn)量為0，x增量為-100，y增量為0，設(shè)置第二個(gè)參考模型旋轉(zhuǎn)量為180，x增量為-100，y增量為0，點(diǎn)擊確定，完成模具型腔布局的設(shè)置。最終的布局情況如圖4-1所示圖4-1 參照零件4.1.4 創(chuàng)建工件Step8：點(diǎn)擊