收音機后蓋注塑模設計與CAE分析

編號：畢業(yè)設計說明書題目：收音機后蓋注塑模設計與CAE分析學院：材料科學與工程學院專業(yè)：材料成型及控制工程學生姓名：莫忠文學號：0801020222指導教師：廖宏誼職稱：教授題目類型：理論研究實驗研究√工程設計工程技術研究軟件開發(fā)2012摘要本課題以收音機后蓋為例子，在傳統(tǒng)模具設計的根底上，利用UG輔助設計軟件完本錢產品實體模型的建立。通過注射模CAD/CAE相結合的技術，運用Moldflow對設計的注塑模具進行澆口、溫度、壓力、冷卻、填充、流動等分析，將分析結果結合現實模具設計的經驗和實際要求對設計的模具進行修改，找出最正確的模具設計方案，完善設計參數，然后在UGMOLDWIZARD(專家模架系統(tǒng))模塊下進行產品的模具結構設計。本設計過程著重于塑件的工藝性分析、澆注系統(tǒng)的設計、成型零件的設計、各參數的校核，CAE(Moldflow)分析，標準模架選擇等。最后通過AutoCAD軟件繪制產品圖，模具裝配工程圖及主要零件工程圖。注射成型方法可直接一次成型形狀復雜的塑料產品，是一種高效率、大批量的生產方式。注射成型模具是這種生產方式中的關鍵工藝設備。注塑模CAE技術，作為提升模具設計效率和質量的手段，也就日漸受到重視。關鍵詞：注塑模；Moldflow軟件；CAE模擬分析；注射成型AbstractThistopictotheradiobackcoverforexample,inthetraditionalmolddesign,andonthebasisofusingUG4.0aideddesignsoftwarethisproductentitymodel.Injection-CAD/CAEintegrationoftechnology,usedofMoldflowdesignfortheinjectionmoldgate、temperature,pressure,cooling,filling,flowanalysisandso.Throughtheanalysisofmolddesignandpracticalexperiencerequirementstomodifythedesignofthemoldtofindthebestmolddesign,improveandperfectthedesignparameters.AndthenundertheUG5.0MOLDWIZARD(expertDie-system)moduleaddedproductsstructureofmolding,thedesignprocessfocusesontheplasticpartsoftheprocessofanalysis,thegatingdesignofsystem,formingpartofthedesignparametersoftheverification,CAE(Moldflow)analysis,choicethestandard-mode.Thenproductplans,moldassemblyprojectplansandmajorpartsofplansbydrawingAutoCADsoftware.Theinjectionmoldingmethodcanbedirectlyshapeoncecomplexshapeofplasticproducts,itisakindofhighefficiencyandmassproduction.Injectionmoldingisthekeyprocessequipmentproductionmode.AsascendingCAE,injectionmoldingmoulddesignefficiencyandquality,alsoincreasinglyattention.Keywords：InjectionMolding；CAEsimulationanalysis；Moldflowsoftware；InjectionMolding目錄引言 11緒論 2我國塑料工業(yè)的現狀和開展趨勢 21.2塑料注射成型及其工藝的概述 41.2.1注射成型工作原理 41.2.2注射成型的必要條件 41.2.3注射成型工藝過程 41.3注塑模的概述 61.3.1注塑模的結構組成 61.3.2注塑模的分類 71.4注塑模CAE技術的開展和在注塑模設計中的應用 71.4.1注塑模CAE技術的開展 71.4.2注塑模CAE技術在注塑模設計中的應用 82塑件三維實體設計及其成型工藝確實定 82.1塑件模型建立 82.2分型面設計 102.3初步確定型腔數量以及排列方式 123塑件模流分析 133.1導入要分析文件和模型網格處理 143.2網格統(tǒng)計與修復 14Mlodflow結果分析 143.3.1最正確澆口位置分析 153.3.2速度/壓力切換時的壓力的分析 15Flow流動分析 16Cool冷卻系統(tǒng)的分析 193.3.5Warp翹曲分析 203.4基于Moldflow的CAE分析總結 213.5總體分析結果數據 214注塑設備和模架選擇 244.1注塑設備選擇 24注塑機重要參數校核 254.3模架選擇 275澆注系統(tǒng)設計 285.1分流道設計 285.2澆口設計 295.3冷料穴和拉料桿設計 306成型零件設計 316.1型腔型芯的設計 316.2成型零件鋼材的選用 326.3成型零件工作尺寸的計算[6] 326.3.1各尺寸計算結果 346.3.2滑塊、導滑槽及定位裝置的設計 356.4塑模抽芯油缸的選取和使用 377冷卻系統(tǒng)的排氣系統(tǒng)設計 397.1冷卻系統(tǒng)設計的原那么 397.2冷卻系統(tǒng)參數確實定和管道的布置 397.3排氣系統(tǒng)的設計 408脫模推出機構的設計 418.1脫模力的計算 418.2頂桿推管脫模機構 428.3導向和定位機構的設計 439結論 44謝辭 45參考文獻 46引言

模具行業(yè)是機械制造的主要產業(yè)之一，也是國家鼓勵外商投資的一大產業(yè)。模具工業(yè)是國民經濟的根底工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視，由于模具制造的多樣性、復雜性和廣泛的適用性，故而模具工業(yè)被稱之為“帝王工業(yè)〞。受益全球經濟復蘇和國內經濟快速開展，我國塑料行業(yè)持續(xù)增長，注塑模具工藝空前開展，依靠人工經驗來設計模具已經不能滿足需要，企業(yè)越來越多地利用注塑模流分析技術來輔助塑料模具設計。注塑模CAE技術，作為提升模具設計效率和質量的手段，也就日漸受到重視。利用CAE技術，設計人員可以仿真出塑料成型過程中的充填、保壓、冷卻及脫模后的翹曲變形等過程，準確預測塑料熔膠在模腔內的流動狀況，溫度、壓力、剪切應力、體積收縮等變量在整個充填工程中某瞬間的分布情況。利用注塑模流分析分析技術，能預先分析模具設計的合理性，減少試模次數，加快產品研發(fā)，提高產業(yè)效率。因此在注塑模中CAE技術的應用將是我們進行模具設計的開展趨勢。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化、網絡化方向開展。進入二十一世紀以后，模具根本上全部采用計算機輔助設計和制造。用戶設計的零件圖形從互聯(lián)網輸出，先進塑件分析，再進行三維模具設計。設計時根據用戶的設備條件和成型工藝，協(xié)商討論確定模具方案。CAD結束之后，使用moldflow軟件進行計算機模擬分析(CAE)，該軟件可以模擬注射過程，并在計算機顯示器上用不同的顏色顯示出注射時物料流動速度、溫度、壓力變化，由此判斷模具設計的合理性。由于采用CAE技術大大減少了制造過程中模具的修整和試模的工作量。設計的模具確定之后，使用CAM軟件為CNC機床或加工中心編制加工用的數控程序。數控程序編制好后，可先在計算機上模擬加工過程，以檢驗數控程序的正確性。在確認數控程序沒有問題時，可通過與廠內局域網連接的直接數控(DNC)計算機將數控程序傳送至選定的CNC機床或加工中心，在毛坯準備和裝卡完畢之后，便可以進行加工。因此模具企業(yè)應大力普及、廣泛應用CAD/CAE/CAM技術，逐步走向模具軟件功能集成化，模具設計分析制造的三維化，模具軟件應用網絡化，同時還應強調信息的集成，強調技術、人和管理的集成。1緒論我國塑料工業(yè)的現狀和開展趨勢〔1〕我國塑料模具工業(yè)的開展現狀80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)開展迅速，年均增速均為14%，1999年我國模具工業(yè)產值為245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約35%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。我國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大開展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電和煙臺北極星Ⅰ.K模具制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都到達了國外同類產品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，到達了標準漸開線齒形要求。還能生產厚度僅為的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達～μm，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具、天津通信播送公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的開展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大開展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。近年來，國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已到達70%～80%相比，仍有差距?！?〕我國塑料模具工業(yè)和今后的主要開展方向將包括：①提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產率要求而開展的一模多腔所致。②在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已開展成為一項比擬成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。〔3〕推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高質量的元器件，是開展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下，大幅度降低本錢。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。〔4〕開發(fā)新的成型工藝和快速經濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式?！?〕提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的開展，為提高模具質量和降低模具制造本錢，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產，提高商品化程度、提高標準件質量、降低本錢；再次是要進一步增加標準件的規(guī)格品種?！?〕應用優(yōu)質材料和先進的外表處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要?！?〕研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的檢測設備是實現逆向工程的必要前提。1.2塑料注射成型及其工藝的概述注射成型又稱注射模塑或者注塑。它是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。也已成功地用于成型某些熱固性塑料制品。起加工的制品在塑料制品總量中約占20%-30%。制品的用途已擴大到各個領域。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內，塑料在其中固化成型。注射成型工作原理注射成型過程是指將顆粒或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體后，由注射機柱塞或螺桿以一定的壓力與速度推動，以很大的流速通過噴嘴和模具的澆道注入溫度較低的閉合的模具型腔各處，經一定時間的保壓冷卻、硬化定型得到所需形狀的塑料制品。然后開模，由頂出桿頂出制品，完成一個注射成型周期。注射成型的必要條件注射成型必須滿足以下三個必要條件[3]：〔1〕塑料必須以熔融的狀態(tài)被注入到模具的型腔中；〔2〕注入的塑料熔體必須具有足夠的壓力和流動速度以完成充滿模具模腔；〔3〕需要有符合制品形狀和尺寸并滿足成型工藝要求的模具。注射成型工藝過程注射成型工藝過程包括注射前的準備、注射過程和制品的后處理三個主要階段，各個階段又可分為多個小階段，如圖1-1所示[3]。圖1-1注射成型工藝過程首先是注射前的準備階段，為了使注射成型順利進行，保證塑件質量，一般在注射之前要進行原料預處理、清洗料筒、預熱嵌件和選擇脫模劑等準備工作。原料的預處理包括原料的檢驗、著色和預熱枯燥等過程。生產中如果需要改變塑料品種、更換物料、調換顏色，或者發(fā)現成型過程中出現勒熱分解或降解反響，均應對注射機的料筒進行清洗。注射成型前對嵌件進行預熱可以防止嵌件周圍塑料層強度下降而出現裂紋缺陷，不過對于小嵌件在模內易被塑料熔體加熱，所以可不預熱。選擇脫模劑是為了便于脫模，常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油。其次是注射過程階段，完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。所謂塑化是指塑料在料筒中經加熱到達粘流狀態(tài)并具有良好可塑性的全過程。塑化之后熔體內的組分、密度、粘度和溫度分布都比擬均勻，這樣才能保證塑料熔體在下一注射充型過程中具有良好的流動性。注射充型過程是指是指柱塞或螺桿從料筒內的計量位置開始，通過注射液壓缸和活塞施加高壓，將塑化好的塑料熔體經過噴嘴和澆注系統(tǒng)快速進入封閉型腔的過程。如圖1-2所示是注射成型周期內用壓力傳感器測得的壓力隨時間變化的曲線圖。曲線1是料筒計量室中注射壓力隨時間變化的曲線；曲線2是噴嘴末端的壓力曲線；曲線3是型腔始端〔澆口處〕的壓力曲線；曲線4是型圖1-2注射成型壓力隨時間變化的曲線腔末端的壓力曲線。圖中CD時間段是保壓階段，在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力之下，熔體會繼續(xù)流入型腔內以彌補熔體因冷卻收縮而產生的空隙。EF時間段是冷卻定型階段，在模具冷卻系統(tǒng)的作用下制品逐漸冷卻到具有一定的剛度和強度時脫模，脫模時制品內存在著剩余壓力，假設剩余壓力過大，會造成制品開裂、損傷和卡模等弊病。最后是制件的后處理階段，塑件成型過程中，由于塑化不均勻，或由于塑料在型腔中的結晶、定向以及冷卻不均勻而造成塑件各局部收縮不一致，或因其他原因使塑件不可防止地存在一些內應力而導致在使用過程中變形或開裂，因此應該設法消除掉。消除內應力的方法有退火處理和調濕處理。注塑模的概述注塑模的結構組成注塑模是指注塑成型所有的模具。注塑模的結構是由注塑機的形式、制品的復雜程度及模具內的型腔數目所決定的，所以注塑模的結構形式多種多樣，但大體上都是由定模和動模兩大局部組成的，定模安裝在注塑機的固定模板上，動模安裝在注塑機移動模板上。本文主要介紹的是典型的單分型面注塑模結構，如圖1-3所示[6]。圖1-3典型單分型面注塑模結構a)合模b)開模1-定位圈；2-澆口套；3-凹模；4-型芯；5-推桿；6-拉料桿；7-推桿固定板；8-推板；9-動模座板；10-復位桿；11-動模墊板；12-動模板；13-導柱；14-導套；15-冷卻通道；16-定模板；17-定模座板根據模具中各零件所起的作用，又可細分為以下根本的組成局部：〔1〕定模機構。定模機構是安裝在注射機的固定模板上的局部型腔。由定位圈1、澆口套2、定模座板17、定模板16和凹模3組成一體，在注射機上固定不動。澆口套入口與注射機的噴嘴相聯(lián)，引入熔融塑料?！?〕動模機構。動模機構是安裝在注射機的動模板上的局部型腔。由型芯4、動模板12、導柱13、動模座板9和動模墊板11等組成一體，在注射機的鎖模裝置的驅動下往復運動?！?〕澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是將熔融塑料引向閉合模腔的通道。通常由主流道、冷料穴、分流道和澆口等組成。〔4〕導向裝置。導向裝置是用以保證動模和定模閉合時位置準確。它由導柱13和導套14組成?！?〕頂出機構。頂出機構是實現制品脫模的裝置。常見有頂桿式、頂管式和推板式等。〔6〕抽芯機構。當制品上帶有側孔或側凹結構時，在頂出機構工作前，先要將作側向運動的型芯從制品中抽出，該側向運動是由抽芯機構實現的。該機構只在局部注塑模中才有設置?！?〕冷卻和加熱裝置。加熱是為滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，冷卻為使熔料能在模具內冷卻定型。一般凹模、型芯中通冷卻水、熱水、熱蒸汽等。〔8〕排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)是為了把型腔內原有的空氣以及塑料受熱過程中產生的氣體排出，而在模具分型面〔凹模、型芯相配合的接觸面又稱合模面〕處開設排氣槽。注塑模的分類注塑模的分類方法很多，按所用注塑機的類型可分為臥式〔或立式〕注塑機用注塑模和直角式注塑機用注塑模；按模具型腔數目可分為單型腔和多型腔注塑模；按模具總體結構特征分類，通常分為單分型面、雙分型面、帶活動鑲件、帶側向抽芯、自動脫螺紋、推出機構在定模一側以及熱流道凝料等注塑模，本課題采用的是帶內側向抽芯的注塑模。1.4注塑模CAE技術的開展和在注塑模設計中的應用注塑模CAE技術的開展80年代注塑模CAE技術開始從理論研究進入實用化階段，開展了三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預測等領域。進入90年代后開展了流動、保壓、冷卻和應力分析等注塑工藝全過程的集成化研究。CAE技術的出現，為注塑模設計提供了可靠的保證。傳統(tǒng)的注塑模具設計主要依靠設計人員的經驗，而注塑成型過程非常復雜，塑料熔體的流動性能千差萬別，制品和模具的結構千變萬化，工藝條件各不相同，成型缺陷各式各樣，模具設計往往需要反復的試模、修模才能投入生產，很少有一次成功的，發(fā)現問題后，不僅要重新調整工藝參數，甚至要修改塑料制品和模具，不但費時費力，而且降低了產品的開發(fā)速度。利用注射模CAE技術可在模具制造之前,在計算機上對模具設計方案進行分析和模擬來代替實際的試模,預測設計中潛在的缺陷,突破了傳統(tǒng)的在注塑機上反復試模、修模的束縛，為設計人員修改設計提供科學的依據。隨著人們對塑料制品的需求范圍不斷擴大，各種大型的高精度、形狀復雜塑料制品在生產過程中也出現了反復試模、修模各種問題，這就需要我們不斷的開展CAE技術，用CAE技術來解決在分模過程出現的問題，提高生產效率，減少廢品率。注塑模CAE技術是根據塑料加工流變學和傳熱學的根本理論，建立熔體在模具型腔中的流動、傳熱的物理、數學模型，利用數值計算理論構造其求解方法，利用計算機可視化技術形象、直觀地模擬出實際成型中熔體的動態(tài)填充、冷卻過程的一門分析技術。利用注塑模CAE技術可以在模具制造前，模擬注塑過程〔包括充填、保壓及冷卻〕并及早發(fā)現問題，優(yōu)化模具設計和工藝條件設定，減少試模次數以提高生產效率，現已成為注塑加工技術的一個重要開展方向。注塑模CAE技術在注塑模設計中的應用注塑模CAE技術借助于有限元法、有限差分法和邊界元等數值計算方法，分析型腔中塑料的流動、保壓和冷卻過程，計算制品和模具的應力分布，預測制品的翹曲變形，由此分析工藝條件、材料參數及模具結構對制品質量的影響，到達優(yōu)化制品、模具結構、優(yōu)選成型工藝參數的目的，如通過對澆注系統(tǒng)的平衡、澆口的數量和位置、澆口的大小、熔接痕位置的預測，根據型腔各局部溫度變化差異，測定注塑時的注塑壓力以及塑料在充填型腔時的壓力損失、熔料的溫度變化、注塑變化、剪切應力、剪切速率等系列參數。注塑模的CAE分析在注塑模設計中可應用于型腔設計、澆口設計、流道設計、制品變形預測和冷卻系統(tǒng)設計，實現優(yōu)化塑料制品設計、塑料模具設計和注塑工藝參數等功能。Moldflow軟件在注塑模設計中的作用主要表達在以下三個方面，首先可以優(yōu)化塑料制品，得到制品的實際最小壁厚，從而優(yōu)化制品結構，降低材料本錢，縮短生產周期，保證制品能全部充滿。其次可以優(yōu)化模具結構，可以得到最正確的澆口數量與位置、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，提高模具質量，減少修模次數；最后優(yōu)化注塑工藝參數，確定最正確注射壓力、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，注塑出最正確的塑料制品。本課題采用Moldflow軟件對外殼制件進行流動模擬分析，預測存在氣泡的位置、熔接線位置以及鎖模力的大小，分析出澆口的最正確位置。2塑件三維實體設計及其成型工藝確實定2.1塑件模型建立本畢業(yè)設計的塑料件設計原型是空氣過濾器蓋板，通過UG4.0并且繪制出這個零件的3D圖和2D圖。制件3D模型的創(chuàng)立：模型繪制采用UGS公司的產品UG4.0,最終繪制出來的3D結構圖如圖2-1所示:圖2-1 塑件3D圖本模型2D圖由UG3D圖轉換而來,并在軟件AutoCAD2007上進行整理繪制出來的，2D圖如圖2-2所示：圖2-2塑件2D圖塑件成型材料確實定及其收縮率確實定1塑料選擇ABS〔1〕ABS的注塑工藝參數如表2-1所示：表2-1ABS的注塑工藝參數1、注塑機類型：螺桿式7、保壓力50~70MP2、噴嘴形式直通式8、注射時間3~5s3、螺桿轉速〔r/min〕30~609、保壓時間15~30s4、噴嘴溫度180~190C10、模具溫度50~70C5、成型溫度C料筒：前150~170中165~180后180~20011、冷卻時間15~30s6、注射壓力60~100MP12、成型周期40流道和澆口：對于冷流道，典型的流道直徑范圍是4~7mm。建議使用的通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是1~，但也可以使用小到的澆口。對于邊緣澆口，最小的澆口深度應為壁厚的一半；最小的澆口寬度應至少為壁厚的兩倍。ABS材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)?；瘜W和物理特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學腐蝕性及外表硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件較好的光澤。密度為。ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大局部醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料外表受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70度左右，熱變形溫度約為93度左右。耐氣侯性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。根據ABS中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應各種不同的應用。根據應用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。其主要用途有ABS在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池、冷藏庫和冰霜襯里等。汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調節(jié)管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制作水表殼、紡織器材、電器零部件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器、農藥噴霧器及家具等。ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應進行枯燥處理；易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60度，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在60~80度。查資料得ABS04～1.006，這里選取1.005。2.2分型面設計分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可別離的接觸面。在模具設計階段，應首先確定分型面的形狀和位置，然后才能選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對制品質量、工藝操作難易程度和模具設計制造都有很大的影響。分型面的選擇原那么除了必須開設在制件界面輪廓的最大的地方才能使制件順利地從型腔中脫出外，還應考慮以下因素：(1)因為分型面處不可防止的會在塑件上留下溢料痕跡或拼合不準確的痕跡，故分型面最好不選在制件光亮平滑的外外表或帶圓弧的轉角處。從制件的推出裝置設置方便考慮，分型時要盡可能的使制件留在動模一邊，當制件上有多個型芯或形狀復雜、錐度小的型芯時，制件對型芯的包緊力特別大，這種型芯應設在動模一邊，而將凹模放在定模一邊。(2)從保證制件相關部位同軸度的角度出發(fā)，同軸度要求高的塑件，取分型面時最好把要求同軸的局部放在模具分型面的同一側。當制件上要求互相同軸的部位不便設在分型面的同一側時，那么應設計特殊的定位裝置，提高合模時的對中性。(3)有側凹或側孔的制件，當采用自動側向分型抽芯時，除了液壓抽芯能獲得較大的側向抽拔距離外，一般分型抽芯機構側向抽拔距離都較小。取分型面時應首先考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模的方向上，而將短的一邊作為側向分型或抽芯。對有頂出機構的模具，采取動模邊側向分型抽芯，模具結構較簡單，能獲得的抽拔距離也比擬長，應選分型面時應優(yōu)先考慮把制件的側凹或側孔放在動模邊。假設設在動模邊，那么模具結構較復雜。此外當分型面作為主要排氣面時，料流的末端應在分型面上以利排氣。綜合考慮分型面的選擇受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件的位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此我們在選擇分型面時應該綜合分析比擬，然后再選出正確的分型面。根據各個制約因素，最終確定分型面如圖2-3所示圖2-3實際分型面2.3初步確定型腔數量以及排列方式模具中每增加一個型腔，制品的尺寸精度要降低4％，但該產品對外觀的質量沒有太高的要求，再就是為了提高生產效率，本次模具設計采用的是一模兩腔，型腔的分布如圖2-4所示:圖2-4型腔排列3塑件模流分析MoldflowPlasticsInsight注塑流動模擬MPI的流動分析模擬了塑料熔體在整個注塑過程中的流動情況，確保用戶獲得高質量的制件。使用流動分析用戶可以優(yōu)化澆口位置和加工參數、預測制件可能出現的缺陷、自動確定取得流動平衡的流道系統(tǒng)尺寸。新建工程導入或新建CAD文件 網格劃分新建工程導入或新建CAD文件 網格劃分網格檢查與修復選擇分析類型選擇成型材料創(chuàng)立澆注系統(tǒng)創(chuàng)立冷卻系統(tǒng)設定分析工藝參數分析計算查看分析結果圖3-1Moldflow分析流程圖結構模擬MPI的翹曲分析可以預測塑料制件的收縮和翹曲?？梢允褂镁€性和非線性方法來精確預測翹曲的變形量，并指出引起翹曲的主因。MPI的模內剩余應力修正算法〔CRIMS)使用戶可以精確分析Moldflow數據庫中500種材料的翹曲情況。MPI應力分析功能可以分析塑件的在外力狀態(tài)下的結構性能，它提供一個線性分析方法在概念設計階段，快速預測制件是否符合設計的結構要求。采用非線性方法來確定由于外載荷而導致的永久變形。纖維取向分析塑料的纖維取向對注塑制件的機械和結構性能有著重大影響，MPI先進的可視化工具使客戶可以清晰的看到纖維取向在制件的各個部位的分布，從而獲得制件的剛度信息。注塑參數優(yōu)化MPI的注塑工藝優(yōu)化功能對于每一特定制件，自動確實定其最優(yōu)加工工藝參數和注塑機參數。它的分析結果可以作為MPX的輸入參數使試模快捷高效。氣輔工藝模擬使用MPI可以模擬體積控制和壓力控制氣程輔工藝。它首先模擬聚合物在模具中的流動，然后模擬氣體在型腔內的穿透情況。熱固性材料注塑模擬MPI提供工具進行熱固性塑料成型的模擬：如注塑成型、IC卡成型、樹脂模塑成型、BMC材料模塑成型和反響注塑成型等。MPI的分析步驟:如以下的流程圖如圖3-1所示。3.1導入要分析文件和模型網格處，如圖3-2圖3-2網格劃分圖3-2網格劃分3.2網格統(tǒng)計與修復修復參數全部為系統(tǒng)默認值，修復有關信息如圖3-3所示。圖圖3-3網格統(tǒng)計數3.3Mlodflow結果分析在進行分析結束后將有大量的有關流動、冷卻和翹曲等的分析過程和分析結果的息，這些信息包括文字、圖片和動畫。在分析結果中可分為三大局部，一局部是Flow流動分析結果，一局部是Cool冷卻分析結果，另一局部是Warp翹曲分析結果。分析前的一些工藝和設置：材料選擇：種類：ABS;牌號：HAG5210FR;制造商：東莞市鑫煜塑膠；工等級：注射；典型特征：流動性好、高剛性、抗沖擊;主要用途：電子用品殼體。流道直徑6mm，冷卻水道直徑為10m；下面分析中沒具體說明的為設置為軟件默認設置值。最正確澆口位置分析通常情況下，分析所得的最正確澆口位置不是我們所要的位置，我們只是通過分析所得云圖來考慮實際的澆口位置時盡量靠近最正確澆口位置,如圖3-4所示。圖3-4最正確澆口位置速度/壓力切換時的壓力的分析 各方案的速度/壓力切換時的壓力分析結果如圖3-5所示。圖3-5壓力分析Flow流動分析充填時間如圖3-6所示。圖3-6充填時間圖3-7制件平均溫度制品的流動前沿處的平均溫度如圖3-7所示。鎖模力：XY圖比擬制品的鎖模力XY圖的分析結果如圖3-8所示。圖3-8鎖模力XY〔4〕氣穴的分布分布在分型面處較合理的，有些許氣困在孔處，這時我們只需在此設置排氣槽即可。要盡量防止在零件內部產生集氣。通過改變產品壁厚、澆口位置和填充速度可以有效的防止集氣的發(fā)生。如圖3-9所示。圖3-9氣穴的分布〔5〕熔接痕熔接線發(fā)生在兩個料流前鋒相遇的地方，或者是料峰分開又集合的地方，例如有孔的位置。有時熔接線會在跑道效應產生時形成，材料在厚的地方流的快，薄的地方流的慢，厚薄相接的地方就形成了熔接線，熔接線對網格密度很敏感，有時會出現在實際并不存在的地方，有時實際存在，而又顯示沒有。熔接線應該和填充時間一起使用來確定熔接線是否存在，和溫度、壓力結果結合起來確定熔接線的質量。減少澆口的數量可以防止熔接線，改變澆口的位置或改變產品的壁厚能夠移動熔接線的位置。從本制品來看，溫度低對熔接痕影響較大，低溫熔料的分流集合性能較差，容易形成熔接痕。如果說塑件的內外外表在同一部位產生熔接細紋時，往往是由于料溫太低引起的熔接不良。對此，可適當提高料筒及噴嘴溫度或者延長注射周期，促使料溫上升。同時，應節(jié)制模具內冷卻水的通過量，適當提高模具溫度。一般情況下，塑件熔接痕處的強度較差，如果說對模具中產生熔接痕的相應部位進行局部加熱，提高成型件熔接部位的局部溫度，往往可以提高塑件熔接處的強度。本設計的模具熔接痕分析如圖3-10所示。圖3-10熔接痕分析〔6〕縮痕指數比擬縮痕指數給出了制件上產生縮痕的相對可能性，其值越高，說明縮痕或縮孔出現的可能性越大。本制件的縮痕指數如圖3-11所示。圖3-11縮痕指數〔7〕頂出時的體積收縮率比擬制品的頂出時的體積收縮率如圖3-12。出時的體積收縮率，該結果為單一數據結果，顯示在頂出時刻的體積收縮。整個產品的收縮應該均勻一致。但通常收縮都是不一致的，整個制品來說，影響不大，可以接受。圖3-12體積收縮率圖3-12體積收縮率Cool冷卻系統(tǒng)的分析影響冷卻系統(tǒng)的因素很多，除了塑料制品的幾何形狀、冷卻介質、流量、溫度、冷卻水路的布置、模具材料、塑料熔體溫度、模具溫度、塑件頂出溫度外，還涉及塑料與模具之間非穩(wěn)態(tài)熱循環(huán)交互作用。這些參數之間是互相聯(lián)系、互相影響的,唯有這些參數的合理組合才能獲得理想的效果。Moldflow分析軟件可以對冷卻系統(tǒng)作優(yōu)化設計，通過分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響，優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件，從而產生均勻的冷卻，并由此縮短成型周期，減少產品成型后的內應力?！?〕回路冷卻介質溫度、回路管壁溫度的比擬方案中的回路冷卻介質溫度、回路管壁溫度如圖3-13所示；回路冷卻介質溫度的溫差和回路管壁溫度的溫差分別為0.25℃、℃；一般冷卻介質及管壁溫差不超過3度，所以冷卻系統(tǒng)設計滿足制品冷卻要求。圖3-13回路冷卻介質溫度、回路管壁溫度Warp翹曲分析引起翹曲的原因主要有收縮不均勻、冷卻不均勻和分子取向不均勻等，在Moldflow分析軟件中這三種原因對翹曲的影響值都可以分析出來。在Moldflow分析軟件中這些值通常有總體翹曲值和X、Y、Z軸方向的翹曲值，如圖3-14。而通常Z軸方向的變形被視為翹曲，其他兩個方向視為收縮，因此在分析結果中關鍵是要查看Z軸方向上的變形量。圖3-14翹曲值3.4基于Moldflow的CAE分析總結利用Moldflow進行模擬分析,我們可以知道，通過對塑件在填充過程中的分析、冷卻系統(tǒng)中的分析、翹曲分析，有利于我們對塑件的型腔排布形式的優(yōu)化分析之外，還可以優(yōu)化模具結構,得到最優(yōu)的澆口數量與位置、合理的流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，并且還可以對澆口、流道、以及冷卻系統(tǒng)等尺寸進行優(yōu)化分析，確定并優(yōu)化注塑工藝參數，最終減少了試模、修模的次數，縮短了模具設計與制造周期,保證制品完全填充。3.5總體分析結果數據制品經分析后，確定的成型工藝參數、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)后的總體分析結果如下：表3-1總體分析數據表成型工藝參數：模具外表溫度60熔體溫度180開模時間5s注射+保壓+冷卻時間方式自動充填控制自動速度/壓力切換總體參數：材料牌號HAG5210FR材料供給商東莞市鑫煜塑膠最大注射壓力80MPa模具溫度60熔體溫度180材料性能流動性好、機械強度高，常用于薄制件、收錄機外殼填充分析：充填結束時間2.2119s總重量(制品+流道)14.5016g制品總重量(不包括流道)13.4715g最大鎖模力-在充填期間1.8931tonne保壓分析：保壓結束時間30.1773s總重量(制品+流道)14.5016g制品總重量(不包括流道)13.4715g鎖模力-最大值2.5485tonne冷卻分析：型腔外表溫度-最大值38.7334型腔外表溫度-平均值32.5814平均模具外部溫度27.0356循環(huán)時間37.2119s4注塑設備和模架選擇4.1注塑設備選擇選取寧波海天國際集團股份〔haitian/〕生產的HTF120J/TJ注塑機。如圖4-1所示為注塑機的圖片。如圖4-2所示為注塑機的模板尺寸圖圖4-1 注塑機的外形圖圖圖4-2注塑機的模板尺寸圖表4-1注塑機的一些參數理論容量ShotSize(Theoretical)cm3173注塑重量InjectionWeight(PS)g157注塑速率InjectionRateg/s41塑化能力PlasticizingCapacityg/s4.6注塑壓力InjectionPressureMpa197合模力ClampTonnageKN1200移模行程ToggleStrokemm350最大模厚Max。MoldHeightmm430最小模厚Min。MoldHeightmm150頂出行程EjectorStrokemm120頂出力EjectorTonnageKN334.2注塑機重要參數校核〔1〕注塑容量校核國產標準注塑機的標準規(guī)定，以注塑聚苯乙烯時在對空注塑的條件下，注塑機螺旋桿或柱塞做一次最大行程時所能到達的最大容量()。注塑容量是選擇注塑機的重要參數。它在一定的程度上反映了注塑機的注塑能力，標志著注塑機能成型最大體積的注塑制品[22]。以容量計算時，必須使得在一個注塑成型周期內所需的注塑塑料熔體的容量在注塑機額定注塑量的80%內，也就是式中 為注塑機最大注塑容量，； 為成型塑件與澆注系統(tǒng)體積的總和，； 0.8為最大注塑容量的利用系數。通過三維軟件UG的建模設計分析計算得塑件體積=，因為澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定具體數值的，但是可以根據經驗按照塑料件體積的0.2～1倍來估算。本次模具設計中，計算如下:=×2+×=式中， 為成型塑件的體積，乘以2是因為本次的模具是一模四腔；為澆注系統(tǒng)的體積和，包括主流道，分流道，澆口，冷料穴的體積和。所以，而注塑機的注塑容量為173cm3，所以注塑機的注塑容量符合要求〔2〕注塑壓力校核注塑壓力的校核是校驗注塑機的最大注塑壓力能否滿足制品成型的需要。只有在注塑機額定的注塑壓力內才能調整出某一制件所需的要的注塑壓力，因此注塑機的最大壓力要大于該制件所要求的注塑壓力。制件成型時所需的注塑壓力，與塑料的品種，注塑機的類型，噴嘴形式，制件的復雜程度以及澆注系統(tǒng)等因素有關。在本次模具設計中，參考了制件的材料ABS一些參數以及Moldflow分析的結果，確定制品所需的注塑壓力為10.7292MPa。而注塑機的注塑壓力可以到達197MPa，也就是注塑機的注塑壓力符合要求。〔3〕鎖模力校核當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注塑機軸向的很大的推力，其大小等于制件與澆注系統(tǒng)在份型面上的垂直投影之和乘與型腔內塑料熔體的平均壓力。該推力應該小于注塑機額定的鎖模力，否那么在注塑成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現象。型腔內塑料熔體的推力(N)可按下式計算式中 型腔內塑料熔體沿注塑機軸向的推力，N； A 塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，； 型腔內塑料熔體的平均壓力，； P 型腔內塑料熔體的壓力， 注塑壓力；K～0.4的范圍選取。查常用塑料推薦選用的型腔壓力表取=25MPa。計算如下，在UG中注塑模向導中，塑料與澆注系統(tǒng)在分型面XOY平面投影面積為，所以因為那么=25×=KN式中也就是型腔內的塑料熔體沿注塑機軸向的推力為16.6KN，而注塑機的鎖模力為1200KN，所以，注塑機的鎖模力符合要求?！?〕開模行程校核模具開模后為了能取出塑膠件，要求有足夠的開模距離，本次模具使用的注塑機的開模行程是給定的，不受模具厚度的影響，當模具的厚度變化時，可由其調模裝置調整。只要使得注塑機最大開模行程大于模具所需的開模距離就符合注塑的要求。即:Smax≥S式中 Smax 為注塑機最大開模距離，mm； S 為模具所需的開模距離，mm；因為H側≤H1+H2=13.5+82.6192所以S=13.5+82.6192+5=101.Smax=350即是Smax≥S所以開模行程滿足要求。4.3模架選擇根據型腔排列的方式以及初步確定的壁厚，選擇龍記模架，型號為LKMAI5560，A板壁厚為70mm，B板厚度為70mm圖4-3模架5澆注系統(tǒng)設計分流道設計〔1〕分流道的長度分流道是將熔融塑料從主流道中通過流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或從主流道進入多腔模的各個型腔的澆口的通道，一般設在分型面上。它是主流道與澆口的中間連接局部，起分流和轉換方向的作用。在分流道設計時要考慮盡量減小在流道內的壓力損失和能量損失，同時還要考慮減小流道的容積，在滿足注射工藝條件下，分流道的截面積應盡量要小一些。在流道設計中要減小在流道內的壓力損失，那么流道的截面積要大一些；而要減小傳熱損失，流道的外表積要小一些，因此可用流道的截面積與其周邊長度的比值表示流道的效率，該比值愈大那么流道的效率愈高。而圓形流道的這個比值是最高的，具有最小的壓力降和熱損失，即效率最高，且凝料易推出，所以本課題采用的是圓形流道。因為各種塑料的流動性有差異，所以可以根據塑料的品種來粗略地估算分流道的直徑，常用塑料的圓形截面分流道直徑推薦見表5-1[4]。表5-1局部塑料常用圓形截面分流道尺寸推薦范圍塑料名稱分流道截面直徑/mm塑料名稱分流道截面直徑/mmABS，AS聚苯乙烯3.5~10聚乙烯軟聚氯乙烯3.5~10尼龍類硬聚氯乙烯6.5~16聚甲醛3.5~10聚氨酯丙烯酸塑料8~10熱塑性聚酯抗沖擊丙烯酸塑料聚苯醚6.5~10醋酸纖維素5~10聚砜6.5~10聚丙烯5~10離子聚合物2.4~10異質同晶體8~10聚苯硫醚~13根據分流道的布局,大概的可以測量出分流道的長度總長L=；〔2〕分流道的直徑對于壁厚小于3mm,質量200g以下的塑料制品,可以采用如下的經驗公式確定分流道的直徑(該公式的分流道直徑僅限在3.2～9.5mm以內)式中 D 流道的直徑，mm； m 制品的質量，g； L 分道的長度。根據以上模型分析的得出的結果,塑料制件的質量=48g，×2。根據塑料的品種為PP,其常用的分流道直徑為5～10mm，這里選6mm為分流道的直徑。設計中在多型腔模具中,各型腔的分流道長度應該盡量相等,以到達注塑時壓力傳遞的平衡。分流道的布局如圖5-1所示,分流道對稱分布。圖5-1分流道分布澆口設計本次設計采用的澆口為側澆口。側澆口就是模具中流道的末端，最接近模具型腔的窄小局部〔遠遠小于流道平均直徑〕，塑料通過這個小孔進入型腔。由于這一段很細，到脫模的時候可以很方便的把零件與流道中的材料扯斷。側澆口尺寸確實定計算側澆口的深度。側澆口的深度計算公式為×3mm=mm式中，t是塑件壁厚，這里t=3mm，n是塑料成型系數，對于PP，成型系數n=0.7。在工廠進行設計時，澆口深度常常先取最小值，已便在今后的試模時發(fā)現問題進行修模處理，根據經驗取PP的側澆口深度為0.6～0.9.，本設計中先取0.7。計算側澆口的寬度。側澆口的寬度計算公式為B=n=×=〔A取2〕側澆口的長度一般選取0.7～2.5mm，這里選取L澆=。冷料穴和拉料桿設計冷料穴位于主流道出口一端，即主流道正對面的動模板上或處于分流道的末端。對于直角式注射機用模具，冷料穴是主流道的自然延伸。冷料穴的作用是存放熔料流前端的“冷料〞，這種冷料實際上是少量溫度低于熔體溫度的熔料，這種溫度低的冷料如果進入型腔，會形成冷接縫，從而大大影響了制品的質量。對于主流道冷料穴，開模時應將流道中的冷凝料拉出，所以冷料穴直徑應大于主流道大端直徑，其長度約為主流道的大端直徑。除此之外，拉料桿與冷料穴，通過合理的設計，在成型、冷卻后和在開模時還可以其道將主流道和分流道凝料勾住、使其保存在動模一側、便于脫模的作用。冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上塑料流動的轉向處。其直徑與主流道大段直徑相同或略大一點，深度為直徑的1～1.5倍，從理論上那么要求其體積大于冷料體積。當分流道較長時，還可在分流道的盡頭沿前進方向稍微延長的局部作為冷料穴。冷料穴主要包括構型〔Z〕形拉料桿、球形拉料桿、圓錐形拉料桿和起拉料作用的冷料穴。本設計采用Z形拉料桿，因為開模時主流道凝料被拉料桿拉出，便于生產。尺寸確定：用軟件分析得主流道末端直徑為8mm，比其略大，本設計我們取D=9mm。深度確定：L常為其直徑的1.5倍，得L=9×我們取L為13mm時，冷料穴設計的頂桿能夠順利地將冷料穴中的凝固塑料順利地強行推出。6成型零件設計6.1型腔型芯的設計〔1〕型腔的結構設計采用整體式型腔，也就是由整塊材料加工而成的型腔。整體式型腔的優(yōu)點是，強度和剛度相對較高，且不易變形，對塑件的上外表不會產生拼?？p的痕跡，缺點為切削量大，模具本錢高，同時給熱處理和外表處理帶來一定的困難，型腔的3D圖如圖6-1所示。凹模是成型制品的外外表的成型零件。按照凹模結構的不同可以將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。整體式具有較高的強度和剛度，但加工較困難，需用電火花、立式銑床加工，僅適用于結構簡單的中小型塑件。而整體嵌入式凹?？梢允褂靡话銠C加工方法加工各凹模，由于容易測量，也能保證一致性，它能節(jié)省優(yōu)質模具鋼，嵌入模板后具有足夠的剛度和強度，使用可靠且置換方便，適用于小塑件的多型腔模。組合式凹模在切削加工、線切割、磨削、拋光及熱處理加工時較為方便，但其剛度和強度差。根據對塑件的結構及對凹模剛度和強度的要求分析看，本課題中采用的是采用整體式型腔。圖6-1動模型腔〔2〕凸模的設計凸模也成為型芯，是成型塑件內外表的成型零件，通常可分為整體式和組合式兩種類型。通過對塑件的分析可以知道這里采用的是整體裝配式凸模，這種方式屬于組合式的一種。如圖6-2所示。圖6-2定模型芯6.2成型零件鋼材的選用對于成型零件材料的選用要求材料高度純潔，具有良好的冷、熱加工性能，拋光性能要優(yōu)良，淬透性要高，而且要有足夠的剛度、強度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，具有耐腐蝕性和一定的耐熱性。根據對塑件的綜合分析，這里的凹、凸模的鋼材我們可以選用P20。6.3成型零件工作尺寸的計算[6]成型兩件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成型腔的尺寸，它通常包括凹模和凸模的徑向尺寸、高度尺寸以及位置尺寸。影響工作尺寸的因素一般有模具的制造精度、磨損量和塑件的成型收縮率。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；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的。前一種方法比擬簡單，但不適用于精密塑件的模具設計；后一種方法能保證所成型的塑件在規(guī)定公差范圍內，但計算比擬復雜。由于本課題中塑件要求的精度是中等偏高一點的等級，采用第一種計算方法已經能滿足精度要求了，所以這里我們采用平均值法對成形零件的工作尺寸進行計算?！?〕型腔徑向尺寸的計算模具的型腔內徑尺寸是由制品的外徑尺寸所決定。設制品的外徑名義尺寸為是最大尺寸，其公差為負偏差。制品的平均徑向尺寸取〔〕。考慮到收縮，其收縮量為。設型腔內徑名義尺寸是最小尺寸，其公差為正偏差，那么其平均值?？紤]到型腔工作過程中最大磨損量，取平均值為，那么有〔〕對于中、小制品，可取，，代入上式，得〔〕〔〕因為與其它各項相比很小，可略去，加上制造偏差，那么模具型腔內徑計算公式為〔〕〔〕式中——型腔的內徑尺寸〔〕；——制品的最大尺寸〔〕；——塑料的平均收縮率〔〕；——制品公差；——系數，可隨制品精度變化。一般取之間。假設制品偏差大那么取小值，假設制品偏差小那么取大值；——模具制造公差，一般取?！?〕型芯徑向尺寸的計算模具型芯徑向尺寸是由制品的內徑尺寸所決定，其公差取正偏差?？捎蒙鲜鲂颓粡较虺叽缦囝愃频耐茖Х椒?，可得型芯的徑向尺寸計算公式，即〔〕〔〕式中——型芯外徑尺寸〔〕；——制品內徑最小尺寸〔〕；其余符號含意同式〔6.〔3〕、型腔深度尺寸的計算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所決定。設制品高度名義尺寸為最大尺寸，其公差為負偏差。型腔深度名義尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差。由于型腔底面或型芯端面的磨損很小，可略去磨損量，故可參照式〔6.3.1〕有取，略去，加上制造偏差有：〔6.3式中——型腔深度尺寸〔〕；——制品高度最大尺寸〔〕。〔4〕型芯高度尺寸的計算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所決定。設制品深度尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差。型芯高度尺寸為最大尺寸，其公差為負偏差。用式〔6.3.5〕相類似的分析方法，推導出〔6.3式中——型芯高度尺寸〔〕；——制品深度最小尺寸〔〕?！?〕中心距尺寸計算模具型腔〔孔〕或型芯〔軸〕的中心距尺寸是由制品的型芯或型腔的中心距尺寸所決定。設制品和模具中心距的公差均采用雙向等值公差。又不考慮磨損量，故它們的名義尺寸均為平均尺寸，即〔〕〔6.3.7式中——模具中心距尺寸〔〕；——制件中心距尺寸〔〕；——模具中心距制造公差，可取制品公差的。各尺寸計算結果平均值法計算塑件的收縮率通常有如下公式對于PP6一般收縮率為〔0.3～0.7〕%，所以得到其平均收縮率為因此結合圖2-2的塑件工程圖中尺寸和公差要求代入上一小節(jié)的公式得到成形零件各工作尺寸的計算結果列見表6-1。表6-1成型零件工作尺寸的計算結果尺寸類型適用公式制品尺寸D〔制品公差模具制造公差及收縮率Q計算結果〔型腔內徑(公式6.3對于中小型塑件取，收縮率Q為%16.2R2R3R5尺寸類型適用公式制品尺寸〔制品公差模具制造公差及收縮率Q計算結果〔型芯外徑(公式6.3取，收縮率Q為0.5%9尺寸類型適用公式制品尺寸〔制品公差模具制造公差及收縮率Q計算結果〔型腔深度尺寸〔公式6.33取，收縮率Q為0.5%2.2滑塊、導滑槽及定位裝置的設計活動型芯與滑塊的連接形式以及導滑槽與滑塊的配合方式分別有很多種，這些配合方式不是哪種都適用的，得根據滑塊和型芯的結構綜合考慮來選擇。滑塊在模具中的抽出與復位必須正確靈活，因此在選擇滑塊的導滑形式是必須保證滑塊在導滑槽種的活動能順利平穩(wěn)，不發(fā)生卡滯、跳動等現象，在這里我們選擇的分別都是最常用的形式，如圖6-3所示。圖6-3滑槽與滑塊的配合滑塊的導滑長度L應大于滑塊寬度B的1.5倍，并保證在導滑槽內的長度不小于滑塊全長的2/3。對于滑塊的設計如圖6-14所示，其尺寸見表6-5[7]，由于我們設計的B值小于30mm，所以選擇的C值為mm，D值選6mm?；瑝K的材料為T8A，滑動局部全部為淬硬40～45HRC。圖6-4滑塊的設計表6-2滑塊的參考尺寸B<3030~4040~5050~6565~100100~160CD6810101215為了保證合模時滑塊在抽芯后的終止位置必須定位，常見的形式有彈簧鋼球式、外置彈簧式、彈簧球頭銷定位、滑塊自重式以及內置彈簧式等。這里選擇外置彈簧式，這種定位方式具有結構簡單、安裝調試方便等特點，彈簧的彈力必須是滑塊自重力的1.5倍以上。6.4塑模抽芯油缸的選取和使用油缸因其結構緊湊，工作時直線運動平穩(wěn)，輸出力大，在注塑模模具中得到越來越廣泛的應用；但又因其工作效率低、控制繁瑣，使其應用受到了一定的限制。但本設計中的抽芯距離較長，滑塊行程較大時，采用斜導柱抽芯，因斜導柱受力狀況較差，容易損壞，并且模具體積較大，增加本錢；用油缸代替斜導柱可以改善受力狀況，確保抽芯動作平穩(wěn)實現，并且可以減少模具體積，降低本錢。但需要注意動作順序的控制和滑塊鎖緊，以免動作錯亂損壞模具或油缸鎖緊力缺乏而無法封料，抽芯力缺乏而抽不動滑塊。一般情況下，在模具設計時通過類比的方法來選擇油缸，對油缸驅動力不進行計算。但如果沒有類比對象或在一些不常見的場合選用油缸時，必須對油缸驅動力進行正確的計算，才能選擇適宜大小的油缸。油缸驅動力計算：建立油缸力學模型圖6-5。圖6-5油缸力學模型由力的計算公式可知：F=PS式中：P——壓強，Pa；S——受壓面積，cm。從上面公式可以看出，由于油缸推動和拉動時受壓面積不同，故所產生的力也不同，其力學公式如下：推力：F1=P×π〔D/2〕2=P×πD2/4拉力：F2=P×π[〔D/2〕2-〔d/2〕2]=P×π〔D2-d2〕/4式中：D—油缸內徑，mmd—活塞桿直徑，mm而在實際應用中，由于受運行效率的影響，還需加上一個負荷率。因為油缸所產生的力不會100％用于推或拉，常選0．8，故公式變?yōu)椋和屏Γ篎1=0.8×P×πD2/4拉力：F2=0.8×P×π〔D2-d2〕/4從以上公式可以看出，只要知道油缸內徑D和活塞直徑d以及壓強P(一般為常數)就可以算出該型號油缸所能產生的力。當油缸用于抽芯塑件時，油缸產生的力可理解為克服工件的包緊力。包緊力可按下式計算：F—LhFo(μcosθ-sinθ)cosθ式中：F——抽芯力，Nμθμ——塑料對鋼的摩擦系數，一般為0．15-0．2；θ——脫模斜度；Fo——單位面積包緊力，一般可取7．85—11．77MPa；L——活動型芯被塑件包緊局部斷面形狀平均周長，cm；H——活動型芯被塑料包緊局部長度，cm；抽拔力可按計算的1／8選取，經實踐驗證，可順利抽芯。7冷卻系統(tǒng)的和排氣系統(tǒng)設計在注塑成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不同。對于PP6樹脂一般注射到模具內的塑料熔體的熔化溫度是260~290，熔體固化成為塑件后從60左右的模具中脫模，其過程中所釋放的熱量中約有