汽車空調(diào)TED下機殼的數(shù)值模擬與模具設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：汽車空調(diào)TED下機殼的數(shù)值模擬與模具設(shè)計學(xué)生：指導(dǎo)老師：系別：專業(yè)：班級：材學(xué)號：2009年6月本科畢業(yè)設(shè)計(論文)作者承諾保證書本人鄭重承諾：本篇畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容真實、可靠。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。學(xué)生簽名：年月日本人鄭重承諾：我已按有關(guān)規(guī)定對本篇畢業(yè)設(shè)計(論文)的選題與內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)和審核，該同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計（論文）中未發(fā)現(xiàn)弄虛作假、抄襲的現(xiàn)象，本人愿承擔(dān)指導(dǎo)教師的相關(guān)責(zé)任。指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄摘要…………………I1選題背景…………11.1選題的目的及意義…………11.2國內(nèi)外發(fā)展形式……………12數(shù)值模擬分析……………………22.1塑件分析……………………22.2Pro/E三維建?！?2.3數(shù)值模擬分析前處理………32.3.1塑件的模型導(dǎo)入……………………32.3.2塑件模型網(wǎng)格劃分…………………32.3.3塑件模型網(wǎng)格缺陷修改……………42.4數(shù)值模擬分析………………62.4.1澆口位置分析………62.4.2澆口的確定…………72.4.3澆注系統(tǒng)的建立……………………103模具設(shè)計…………133.1成型工藝規(guī)程的編制………133.1.1塑件的尺寸精度分析………………133.1.2塑件的體積和質(zhì)量計算……………133.1.3初選注射機的型號和規(guī)格…………133.2熱流道注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………143.2.1分型面的選擇………143.2.2確定型腔的排列方式………………153.2.3熱流道系統(tǒng)的設(shè)計…………………153.2.4成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………183.2.5脫模推出機構(gòu)設(shè)計…………………193.2.6合模導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計…………………203.2.7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計……………………213.2.8排氣系統(tǒng)的設(shè)計……………………223.2.9模架的選用…………223.3模具設(shè)計的有關(guān)計算………223.4注射機有關(guān)參數(shù)的校核……………………233.5繪制模具總裝圖……………244結(jié)論……………28致謝……………29參考文獻(xiàn)……………30汽車空調(diào)TED下機殼的數(shù)值模擬與模具設(shè)計摘要以汽車空調(diào)TED下機殼為例，介紹熱流道注射成型模具的設(shè)計方法和流程。首先根據(jù)塑件材料及工藝性用Moldflow軟件對零件進(jìn)行模流分析，得到分析數(shù)據(jù)。然后選擇注塑機并確定型腔數(shù)目，接著確定成型方案：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、分型面設(shè)計、熱流道系統(tǒng)設(shè)計、脫模機構(gòu)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)設(shè)計等。最后進(jìn)行注塑機工藝參數(shù)校核，包括注射量、鎖模力、注射應(yīng)力、模具厚度和注塑機閉合高度等方面。該設(shè)計對其它不同機構(gòu)產(chǎn)品的注塑模具設(shè)計有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：熱流道注射成型；Moldflow；模擬分析；熱流道系統(tǒng)；模具設(shè)計NumericalSimulationandDesignofMoldFortheAutomobileair-conditioningoftheshellAbstractChosentheautomobileair-conditioningoftheshell,paperintroducedthemethodofthehotrunnerinjectionmolddesign.Firstly,basedtheusagematerialcategoryandthecraftcharacteristic,ananalysisiscarriedoutbysoftwareofMoldflow,arrangethecombinationofprocessparamelersinorthogonalexperimentandsimulatetheprocessofflow,andthanobtaintheexperimentaldata.Secondly,selecttherightinjectionmachineandfixthenumberofcavity.Then,maketheshapescheme,thisiscontainedtotalstructuredesign,dividingadesignforface,hotrunnersystemdesign,takeoffdesignandcoolsystemdesign.Finally,checktheparametersofdesign,includingtheinjectionquantity,lockingthemolddint,injectionpressure,themoldingtoolthicknessandthemachineclisingheightetc.Themethodthisthesisintroducedcanbeusedtootherstructureproduct.Keywords:hotrunnerinjectionmolding;Moldflow;simulationanalysis;hotrunnersystem;molddesign1選題背景1.1選題的目的及意義[11]塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在7年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算已經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注塑模具。塑料產(chǎn)品從設(shè)計到成型生產(chǎn)是一個十分復(fù)雜的過程，它包括塑料制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個主要方面，它需要產(chǎn)品設(shè)計師、模具設(shè)計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成，它是一個設(shè)計、修改、再設(shè)計的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。隨著塑料制品復(fù)雜程度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，主要依靠經(jīng)驗的傳統(tǒng)模具設(shè)計方法已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術(shù)的運用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。計算機輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性。美國上市公司Moldflow公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導(dǎo)塑料成型CAE軟件市場。利用Moldflow軟件可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。本次畢業(yè)設(shè)計以《汽車空調(diào)TED下機殼注射成型工藝數(shù)值模擬與模具設(shè)計》為題，通過Moldflow通過對塑件的模擬分析并得到分析后的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行模具各個部分的設(shè)計。1.2國內(nèi)外發(fā)展形勢目前，在國內(nèi)由于中國改革開放的不斷深入發(fā)展，以及中國經(jīng)濟的高速增長，中國企業(yè)由傳統(tǒng)的制造方式向自行設(shè)計轉(zhuǎn)變，不斷向技術(shù)轉(zhuǎn)變，對質(zhì)量和成本的要求越來越高。傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計由于不能從本質(zhì)上解決問題已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，全面采用包括Moldflow技術(shù)的CAE勢在必行。通過塑料成型CAE軟件分析，可以在模具設(shè)計已完成、還沒開始制造時，就提前對設(shè)計好的模具進(jìn)行模擬分析，及時糾正模具的設(shè)計缺陷。因此使用CAE軟件對模具廠家來說是減少壞模、降低生產(chǎn)成本的重要手段，這種預(yù)先模擬檢測的方法在國外十分普及。現(xiàn)在國內(nèi)確實存在CAE軟件應(yīng)用不廣的現(xiàn)象,這是由于國內(nèi)塑料模具企業(yè)普遍存在憑經(jīng)驗生產(chǎn)的現(xiàn)象，往往是通過反復(fù)試模來修改模具。其實這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅成本高，而且不精確。Moldflow作為高科技技術(shù)在國外，尤其在歐美塑料工業(yè)行業(yè)中得到極為廣泛的應(yīng)用，成為塑料產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換交流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Moldflow軟件不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高塑件質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。目前Moldflow在全球有8000多個用戶，幾乎囊括了世界所有的知名公司，Moldflow人才是企業(yè)和科研機構(gòu)極為重要的組成部分。2數(shù)值模擬分析2.1塑件分析[16]圖2-1是汽車空調(diào)TED下機殼的三維造型圖。該制品外形尺寸為：160.1mmx74.77mmx30.35mm,最大壁厚2.0mm,最小壁厚1.8mm，制件較大、形狀較復(fù)雜且壁厚較小，無側(cè)抽。質(zhì)量要求：要求該制件的表面質(zhì)量一般，不能有內(nèi)應(yīng)力、劃痕等缺陷。塑件所用材料為PBT/PC,屬偏硬型。PBT是最堅韌的工程熱塑性材料之一，它是半結(jié)晶材料，有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、電絕緣特性和熱穩(wěn)定性，而且PBT的結(jié)晶很迅速，粘性很低，因此塑件加工的周期時間一般也較低，但同時也將導(dǎo)致因冷卻不均勻而造成彎曲變形。而PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗沖擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì)菌特性、機械特性、阻燃特性以及抗污染性，收縮率很低且流動性差，注塑過程較困難，因此將兩種材料有機的結(jié)合在一起，取長補短，就形成了一種具有兩者PC/PBT的綜合特性的材料。其注塑的工藝條件為：干燥處理：110~135℃,約4h的干燥處理，熔化溫度：235~300℃，模具溫度：37~93℃，最高注射壓力：50MPa，注射時間：4.6s，冷卻時間：10s，周期：23s，保壓壓力：21.5MPa，鎖模力：100t。2.2Pro/E三維建模通過Pro/E軟件來建立塑件3D模型，造型重點是保證塑件形狀和尺寸精度，本次設(shè)計選用的汽車空調(diào)TED下機殼造型比較困難，利用Pro/E軟件創(chuàng)建殼體，然后在不同的位置創(chuàng)建基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)面，多次拔模，拉伸，合并等，最后倒角圓角完成模型。結(jié)果如圖2-1所示。圖2-1汽車空調(diào)TED下機殼三維造型圖2.3數(shù)值模擬分析前處理[13]2.3.1塑件模型導(dǎo)入把塑件模型在Pro/E中的.prt格式轉(zhuǎn)換為.stl格式，導(dǎo)入Moldflow軟件中，選擇網(wǎng)格劃分類型（Midplane），如圖2-2所示。圖2-2模型導(dǎo)入對話框2.3.2塑件模型網(wǎng)格劃分被分析模型的網(wǎng)格劃分和修改是MPI分析前處理中最為重要，同時也是最為復(fù)雜、煩瑣的環(huán)節(jié)，需耐心仔細(xì)地進(jìn)行處理。網(wǎng)格劃分的是否合理，將直接影響到產(chǎn)品的最終分析結(jié)果。網(wǎng)格越小分析精度會越高，然而修改的復(fù)雜程度和系統(tǒng)的計算量都將大大提高。網(wǎng)格的邊長一般是產(chǎn)品最小壁厚的1.5～2倍，這樣能夠基本保證分析的精度。根據(jù)塑件壁厚取網(wǎng)格大小為3mm，如圖2-3所示。圖2-3網(wǎng)格劃分接著系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置自動完成網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2-4所示。圖2-4網(wǎng)格自動劃分結(jié)果2.3.3塑件模型網(wǎng)格缺陷修改在MPI中，系統(tǒng)自動生成的網(wǎng)格可能存在著或多或少的缺陷，網(wǎng)格缺陷不僅可能對計算結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，而且在一些網(wǎng)格缺陷比較嚴(yán)重的情況下，會導(dǎo)致計算結(jié)果根本無法進(jìn)行。所以，就要對網(wǎng)格缺陷進(jìn)行修改。在網(wǎng)格修改之前，首先要對網(wǎng)格狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，在根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對現(xiàn)有網(wǎng)格缺陷進(jìn)行修改。網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計結(jié)果如圖2-5所示。對于Fusion模型，網(wǎng)格信息必須滿足以下原則：連通區(qū)域的個數(shù)應(yīng)該為1；自由邊和非交疊邊個數(shù)應(yīng)該為0；未定向的單元應(yīng)該為0；交叉單元格式應(yīng)該為0；完全重疊單元個數(shù)應(yīng)該為0；單元縱橫比最大數(shù)值控制在10-25之間；圖2-5網(wǎng)格統(tǒng)計結(jié)果通過網(wǎng)格統(tǒng)計狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)最大縱橫比、自由邊、交叉邊不符合要求。一般情況下，要求三角形單元的縱橫比要小于20，這樣才能保證分析結(jié)果的精確性。通過網(wǎng)格診斷工具的網(wǎng)格縱橫比工具對縱橫比進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)完后再進(jìn)行網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計，如圖2-6所示。圖2-6網(wǎng)格單元的最終狀態(tài)統(tǒng)計2.4數(shù)值模擬分析2.4.1澆口位置分析澆口直接與塑件相連，把塑料熔體引入型腔，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口位置的設(shè)計直接關(guān)系到熔體在模具型腔內(nèi)的流動，從而影響聚合物分子的取向和產(chǎn)品成型后的翹曲，因此選擇合理的澆口位置在模制產(chǎn)品的設(shè)計中是十分重要的。在模具設(shè)計中，澆口位置的確定需根據(jù)以下原則：①應(yīng)開設(shè)在塑件的厚壁處②盡量縮短流動距離③減少熔接痕，提高熔接強度④要考慮分子的取向影響⑤考慮排氣問題⑥考慮制品的外觀質(zhì)量問題等。在模具設(shè)計中，澆口位置設(shè)計較困難。Moldflow軟件中MPI/GateLocation－澆口位置分析模塊可以自動分析出最佳澆口位置。如果模型需要設(shè)置多個澆口時，可以對模型進(jìn)行多次澆口位置分析。當(dāng)模型已經(jīng)存在一個或多個澆口時，可以進(jìn)行澆口位置分析，系統(tǒng)會自動分析出附加澆口的最佳位置。步驟：選擇分析序列\(zhòng)GateLocation---選擇材料\DSMEP(Americas)公司的PBT+PC---成型條件設(shè)置為默認(rèn)---立即分析最佳澆口位置分析結(jié)果以圖象的形式給出最佳澆口位置所在的區(qū)域，如圖2-7所示。圖2-7最佳澆口位置結(jié)果顯示中，藍(lán)色的區(qū)域為最佳澆口位置區(qū)域，澆口設(shè)在該區(qū)域可保證注塑過程的熔體平衡性。2.4.2澆口的確定澆口位置的選擇，通常以與實際經(jīng)驗相結(jié)合的方法來確定。作為產(chǎn)品的初步成型分析，其目的是根據(jù)最佳澆口位置的分析結(jié)果設(shè)定澆口位置，分析產(chǎn)品注塑過程中可能出現(xiàn)的問題和質(zhì)量缺陷。由于該制件采用熱流道成型，澆口直接對準(zhǔn)型腔進(jìn)行注射成型，而沒有分流道，因此在產(chǎn)品網(wǎng)格模型上設(shè)定澆口位置。根據(jù)澆口位置分析結(jié)果，結(jié)合實際經(jīng)驗及塑件的外形與機構(gòu)特征設(shè)定澆口位置，如圖2-8所示。澆口澆口圖2-8澆口位置設(shè)定接著進(jìn)行填充分析，目的是查看制件的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對制件的完全填充，避免出現(xiàn)短射以及流動不平衡等成型問題，確定澆口位置設(shè)定是否合理，為后序分析做準(zhǔn)備。使用系統(tǒng)缺省的成型條件，選定分析序列為Fill，立即分析。如圖2-9所示，制件在1.584s的時間內(nèi)完成熔體的充填。通過動態(tài)顯示，可以清晰地看到熔體在型腔內(nèi)的流動。雖然有三個地方需要較長的時間才能充填到，但是該塑件是通過熱流道成型，因此溫度上可保證能充滿型腔。而且結(jié)果也顯示無充不滿現(xiàn)象，等高線顯示流動基本平衡。圖2-9充填時間如圖2-10所示，圖中黑色線條代表熔接痕。由于塑件較大，因此熔接痕較多，但是主要分布在塑件的內(nèi)表面，對塑件外觀無影響。圖2-10熔接痕如圖2-11所示，氣穴位置多數(shù)分布在產(chǎn)品的底部邊緣，此位置在模具設(shè)計中處在分型面位置，因此氣體很容易排出，不會影響到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。圖2-11氣穴位置通過以上分析表明此澆口位置設(shè)定可行。2.4.3澆注系統(tǒng)建立在MPI系統(tǒng)中，默認(rèn)的產(chǎn)品撥模方向是沿Z軸正向，因此在多型腔布局之前，把修改好的模型旋轉(zhuǎn)到正確位置。本次設(shè)計分析采用一模兩腔，采用建模工具的型腔復(fù)制向?qū)нM(jìn)行多型腔布局，如圖2-12所示。圖2-12模腔布局結(jié)果澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿型腔深處，以獲得外姓輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制品。本設(shè)計采用熱流道系統(tǒng)，因此在建立澆注系統(tǒng)分析時需采用熱流道分析，建立熱流道澆注系統(tǒng)如圖2-13所示。圖2-13熱流道澆注系統(tǒng)接著再進(jìn)行Fill分析，使用系統(tǒng)缺省的成型條件，選定分析序列為Fill，立即分析。如圖2-14所示為體積剪切速率，其值不應(yīng)該超過材料的極限值。所用材料的最大剪切速率為400001/s，圖14中預(yù)測值的最大值為229671/s小于材料的極限值。圖2-14體積剪切速率如圖2-15所示為流動前沿溫度，也稱波前溫度。它所代表的是熔體前沿截面中心的溫度，如果流動前沿溫度高，熔體流動將更為流暢且熔接痕強度通常都較好。其溫度范圍如果與料溫較接近，則代表制件填充情況較好。由圖15知流動前沿溫度分布較均勻，溫度差距較小，而且都比較接近熔體溫度。圖2-15流動前沿溫度圖2-16所示為Bulktemperatureatendoffill平均溫度分布圖，由圖可知腔內(nèi)熔體的最高平均溫度為263.5℃。圖2-16平均溫度分布3模具設(shè)計3.1成型工藝規(guī)程的編制3.1.1塑件的尺寸精度分析[2]從零件圖與所用材料上分析，該塑件的公差等級為4級，未注公差為5級。從塑件的壁厚上來看，中間局部最大處為1.8mm，外部均勻為2.0mm，總體壁厚較均勻，有利于零件成型，如圖3-1所示。圖3-1汽車空調(diào)TED下機殼二維零件圖（具體的其他尺寸查看制件圖）3.1.2塑件的體積和質(zhì)量計算[1]利用Pro/E的模型分析功能計算制件的體積為4.0539×104mm3。結(jié)合Moldflow分析，本設(shè)計采用一模兩腔，兩件的總體積為8.1078×104mm3。由于是熱流道成型，所以無凝料體，則總體積即為8.1078×104mm3。根據(jù)設(shè)計手冊查的材料的密度為1.52g/cm3，故總質(zhì)量為m=8.1078×104mm3×1.52g/cm3=123.238g。3.1.3初選注射機的型號和規(guī)格根據(jù)V機≥V實際/0.7故所需的V機=81.078/0.7=115.82式中V機——理論注塑容量；V實際——一副模具成型產(chǎn)品所需實際注塑容量；選型號為XS-ZY-250的注射機[2]，其各參數(shù)如表3-1所示:注射裝置注塑容量/cm3250螺桿直徑/mm60注射壓力/MPa125注射行程/mm160注射時間/s2螺桿轉(zhuǎn)速/（r·min^-1)25合模裝置鎖模力/kN1800拉桿間距/mm448x370模板最大行程/mm500模具厚度/mm200-350鎖模方式液壓-機械其它機器質(zhì)量/kg4500模具定位孔徑/mmΦ125噴嘴球徑/mmR12噴嘴孔徑/mmΦ4外形尺寸/m4.7x1.0x1.815表3-1XS-ZY-250注射機的技術(shù)規(guī)范3.2熱流道注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計[21]熱流道注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括:分型面的選擇、模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列方式、熱流道系統(tǒng)的設(shè)計和冷卻水道布局以及澆口位置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、推出機構(gòu)的設(shè)計等內(nèi)容。3.2.1分型面的選擇模具設(shè)計中，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。選擇分型面時一般應(yīng)遵循以下幾項原則：a、分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處。b、塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。c、保證塑件的精度要求。d、保證塑件的外觀質(zhì)量要求。e、便于模具加工制造。f、對成型面積的影響。g、排氣效果的影響。h、側(cè)向抽芯的影響。其中最重要的是第b和第e、h點。為了便于模具加工制造，應(yīng)盡量選擇平直分型面工易于加工的分型面。綜合考慮以上因素，汽車空調(diào)TED下機殼外形靠近長方形，且沒有側(cè)向抽芯，分型面應(yīng)在最大輪廓截面上，而且由于設(shè)計的模具采用熱流道注射成型，定模部分較厚，因此設(shè)定開模后的塑件留在定模上，所以選擇A-A平面較為合理。塑件分型面設(shè)置如圖3-2所示。圖3-2分型面的選擇3.2.2確定型腔的排列方式考慮塑件的結(jié)構(gòu)和模具的復(fù)雜程度及生產(chǎn)批量，本塑件在注射時采用一模兩件，其布局見圖2-12。3.2.3熱流道系統(tǒng)的設(shè)計該熱流道系統(tǒng)屬于加熱流道澆注系統(tǒng)，即對澆注系統(tǒng)進(jìn)行加熱，使從注射機噴嘴起，到型腔入口為止的這一段流道中的塑料，在生產(chǎn)期間始終保持熔融的狀態(tài)，從而開模時只須取出塑件，不必取出流道凝料，它相當(dāng)于注射機的噴嘴一直延長到型腔。在充模過程中能將注射壓力平衡的傳遞到型腔的各個部位，以獲得殷實、完整、質(zhì)量優(yōu)良的塑件。熱流道澆注系統(tǒng)主要由熱射嘴、熱流道板、溫控電箱組成。在設(shè)計熱流道澆注系統(tǒng)時應(yīng)注意以下幾點：熱射嘴、熱流道板應(yīng)與模具面板、定模板等其他部分有較好的隔熱；熱射嘴裝配時，徑向有兩個圓柱面與模具配合，其他地方不接觸，應(yīng)盡量減少熱量傳給模具；根據(jù)已確定的進(jìn)料口位置和每模的腔數(shù)確定噴嘴的個數(shù)，根據(jù)塑件重量和噴嘴個數(shù)，確定噴嘴徑向尺寸的大小；熱流道板應(yīng)選熱穩(wěn)定性好，線脹系數(shù)小的材料，選取其形狀時應(yīng)根據(jù)型腔數(shù)量和排位情況來確定，裝配時熱流道板必須定位并且要有加熱組件和溫度控制系統(tǒng)；注意注射量，塑料流動和溫度的控制。（1）確定熱流道系統(tǒng)的噴嘴頭形式塑件材料和產(chǎn)品的使用特性是選擇噴嘴頭形式的關(guān)鍵因素，塑件的生產(chǎn)批量和模具的制造成本也是選擇噴嘴頭形式的重要因素。綜合上述分析可得出，應(yīng)采用閥澆口的噴嘴頭如圖3-3所示。圖3-3噴嘴頭（2）確定熱流道板的形式熱流道板的作用是將主流道噴嘴傳輸來的塑料熔體經(jīng)分流道均勻分配到各注射點的噴嘴，因此，要求熔體在分流道中流動阻力小，不能有停料死角，并做到平衡流動。熱流道板按其形狀可分為：Ⅰ型熱流道板、H型熱流道板、X型熱流道板和X-X熱流道板，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)型腔數(shù)量和排位情況選用。由上述分析可知，型腔數(shù)為兩腔，排位方式為對稱排列，因此選用Ⅰ型熱流道板，其簡圖如圖3-4所示。圖3-4I型熱流道板（3）定位環(huán)的形式1）定位環(huán)的形式如圖3-5所示。圖3-5定位環(huán)2）定位環(huán)的固定通過兩個螺釘固定在定模坐板上，并且定位環(huán)嵌入隔熱板來安裝。(4)熱流道結(jié)構(gòu)的設(shè)計和選用流道的布置形式與熔體的流動方式、注射點的分布和數(shù)目有關(guān)。要做到流道板內(nèi)流動平衡，一般采用自然平衡分流道，即各分流板長度、斷面形狀和尺寸完全相同。為減小流道內(nèi)的壓力損失，同時防止熔料滯留在流道內(nèi)過熱分解而影響產(chǎn)品質(zhì)量，流道轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡可能光滑過度，流道表面應(yīng)有較好的表面粗糙度，最好在Ra0.8μm以下。選用閥澆口熱流道系統(tǒng)及其配合精度如下圖：圖3-6閥澆口熱流道系統(tǒng)圖通過以上設(shè)計，最終創(chuàng)建的澆注系統(tǒng)如圖3-6所示。3.2.4成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于成型零部件直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質(zhì)量直接關(guān)系到塑件質(zhì)量，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑料的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙龋ㄒ话阍赗a≤0.4um），以保證塑料塑件表面的光亮美觀、容易脫模。一般來說，成型零件都應(yīng)進(jìn)行熱處理或預(yù)硬化處理，使其有HRC300以上的硬度。本設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但并無側(cè)抽或其他機構(gòu)，因此成型零件只需型腔、型芯即可。型腔的結(jié)構(gòu)形式型腔是成型塑件外表面的部件，其結(jié)構(gòu)形式總體上可分為整體式和鑲拼式。本模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，型腔采用整體式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-7所示。圖3-7型腔三維結(jié)構(gòu)塑件外觀質(zhì)量要求一般，因此型腔內(nèi)腔粗糙度值設(shè)置Ra0.8um即可。型芯的結(jié)構(gòu)形式塑件內(nèi)形較復(fù)雜，若做成一個整體型芯，中間部分因加工留痕及加工殘余應(yīng)力的影響，在生產(chǎn)過程中容易斷裂。因此將型芯設(shè)置為嵌套的型芯，這樣既使得型芯強度足夠，又有利于氣體的排出，且型芯可替換。又由于是熱流道澆注系統(tǒng)的設(shè)計要求，熱噴嘴和流道均設(shè)在主型芯板上。如圖3-8和圖3-9為主型芯，圖3-10和圖3-11為鑲嵌型芯的結(jié)構(gòu)形式。圖3-8主型芯三維結(jié)構(gòu)及熱噴嘴位置圖3-9主型芯二維結(jié)構(gòu)圖圖3-10鑲嵌型芯1三維結(jié)構(gòu)圖3-11鑲嵌型芯2三維結(jié)構(gòu)3.2.5塑料制品注射成型并在模腔中冷卻固化后開啟模具，將制件從模體中頂出，是靠模具的頂出機構(gòu)的動作來實現(xiàn)的。概括的說，頂出機構(gòu)的功能是，在任何正常情況下，頂出機構(gòu)都能確實可靠的將成型的塑件從模板一側(cè)頂出，并在合模時其相關(guān)的頂出零件確保不與其他模具零件相干擾地復(fù)位到原來位置。在設(shè)計頂出機構(gòu)時要注意以下幾個原則：①開模時應(yīng)使塑件留在動模一側(cè)②保證塑件外觀完整無損；③避免頂出損傷；④頂出機構(gòu)應(yīng)平穩(wěn)順暢，靈活可靠。由于該模具是采用熱流道系統(tǒng)，因此開模時可以使塑件留在定模一側(cè)。塑件所用材料為PBT+PCGF30%，可采用頂桿和頂針固定在頂出板上進(jìn)行脫模。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特性及所用材料，在頂出板上分布好頂桿和頂針的位置實現(xiàn)脫模，將復(fù)位桿固定在頂出板上，通過復(fù)位桿實現(xiàn)復(fù)位。3.2.6合模導(dǎo)向機構(gòu)合模導(dǎo)向裝置是保證動模和定模合模時正確定位和導(dǎo)向的裝置。合模導(dǎo)向裝置主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向裝置，其主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。[3]1）導(dǎo)向裝置的作用導(dǎo)向、定位和承受一定的側(cè)向壓力。2）導(dǎo)向零件的設(shè)計準(zhǔn)則：①導(dǎo)向零件應(yīng)合理的均勻分布在模具的周圍或者靠近邊緣的部位。②根據(jù)模具的大小，來定模具導(dǎo)柱的數(shù)量。③為了便于塑料塑件的脫模，導(dǎo)柱通常安裝于模具的動?；蛘叨?。④當(dāng)上模板與下模板采用合模時，導(dǎo)柱裝配處直徑應(yīng)與導(dǎo)套外徑相等。⑤為保證分型面很好地接觸，導(dǎo)柱與導(dǎo)套在分型面處應(yīng)有承屑槽。⑥各導(dǎo)柱、導(dǎo)套的軸線應(yīng)保證平行，否則將影響合模的準(zhǔn)確性，甚至損壞導(dǎo)向零件。3）導(dǎo)柱和導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)柱和導(dǎo)套已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化了，注射模常用的標(biāo)準(zhǔn)臺階式導(dǎo)柱有帶頭和帶肩的兩種，本設(shè)計采用帶肩導(dǎo)柱，設(shè)置在定模一側(cè)。導(dǎo)套也采用標(biāo)準(zhǔn)的。如圖3-12所示。圖3-12導(dǎo)柱導(dǎo)套3.2.7在塑料固化成型過程中，由熔融狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)是熔料溫度和模具的溫差來實現(xiàn)的，而一般來說，模具溫度應(yīng)在塑件熱變形溫度以下才能達(dá)到迅速固化成型的目的。因此模具溫度直接影響到塑料的充模和塑件的定型，也直接影響注塑周期和塑件的質(zhì)量，所以必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，使模具溫度保持在一定的溫度范圍內(nèi)。在設(shè)計冷卻系統(tǒng)時應(yīng)注意以下幾點：冷卻水道與成型面各處應(yīng)取相同的距離，并使冷卻水道的排列與成型面的形狀相符。冷卻水道的設(shè)計應(yīng)使成型零件冷卻均勻。冷卻水道的直徑應(yīng)在8-12。冷卻水道的距離應(yīng)適當(dāng)。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)防止漏水。在定模的型芯板和動模的型腔板上設(shè)置水路來冷卻型芯和型腔以保證制件冷卻充分，取冷卻水管直徑為8mm[1]。型芯板和型腔板冷卻水路布置簡圖如圖3-13、圖3-14所示，詳細(xì)請見總裝圖。圖3-13型芯板冷卻水路設(shè)計圖3-14型腔板冷卻水路設(shè)計3.2.8由于注塑模具的澆注系統(tǒng)和型腔中積存空氣，同時注入型腔的熔融塑料逸出揮發(fā)性氣體，必須設(shè)計排氣系統(tǒng)將氣體排出，否則將使塑件產(chǎn)生銀紋，氣孔及流動痕等缺陷。根據(jù)Moldflow分析結(jié)果，如圖2-11所示，氣泡基本上都集中在之間底部最大輪廓處，故可以利用分型面及鑲塊之間的間隙排氣。3.2.9模架的選用根據(jù)型腔布局、澆注系統(tǒng)形式、成型零件結(jié)構(gòu)、推出機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)置要求，查模具設(shè)計手冊得B×L=500mm×350mm。如圖3-15所示。圖3-15標(biāo)準(zhǔn)模架3.3模具設(shè)計的有關(guān)計算[2]型零件工作尺寸計算均采用平均法計算。材料的收縮率為0.3%—0.5%，故平均收縮率為Scp=（0.3+0.5）%/2=0.4%，模具制造公差取δZ=Δ/3。型芯型腔的工作尺寸計算如表3-2所示：類別塑件尺寸計算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔徑向尺寸160.10-0.78159.580+0.2674.770-0.4674.460+0.15R29.130-0.28R28.930+0.0929.10-0.2828.900+0.09R2.240-0.12R2.160+0.046.670+0.166.560+0.05107.680+0.58107.380+0.19154.130+0.70153.670+0.23型腔深度尺寸13.450-0.1813.340+0.0611.350-0.1811.240+0.0618.450-0.2418.300+0.0822.950-0.2422.800+0.0816.30-0.2016.170+0.0720-0.121.930+0.042.70-0.122.630+0.0411.50-0.1811.390+0.06型芯徑向尺寸25.10-0.2825.320-0.091.70+0.121.790-0.0451.30+0.4051.620-0.13R26.620-0.2826.840-0.09R7.150+0.16R7.280-0.0557.60-0.4057.920-0.13型芯高度尺寸14.550+0.2014.690-0.0611.450-0.4011.720-0.1325.650-0.2825.840-0.0930.350+0.3230.570-0.11注：表中公式按模具設(shè)計手冊查得表3-2型腔、型芯工作尺寸計算3.4注射機有關(guān)參數(shù)的校核[2]本模具的外形尺寸為500mmx350mm。XS-ZY-250注射機模板最大安裝尺寸為598mm×520mm，故能滿足模具的安裝要求。模具的閉合高度H=332mm，XS-ZY-250注射機所允許的模具的最小厚度Hmin=165mm，模具的最大厚度Hmax=350mm，即模具滿足Hmin＜H＜Hmax的安裝條件。XS-ZY-250注射機的最大開模行程S=500mm，滿足：S≥H1+H2+（5～10）mm。經(jīng)驗證，XS-ZY-250注射機能夠滿足使用要求，故可采用。3.5繪制模具總裝圖本模具的總裝圖如圖3-16、圖3-17、圖3-18、圖3-19所示。圖3-16汽車空調(diào)TED下機殼注射模主視圖1-下隔熱板2-內(nèi)六角螺釘3-內(nèi)六角螺釘4-限位塊5-定模鑲塊6-定模板7-扁頂針8--內(nèi)六角螺釘9-定位銷10-中心隔熱墊塊11-導(dǎo)正銷12-隔熱墊塊13-上隔熱板14-內(nèi)六角螺釘15-內(nèi)六角螺釘16-傳動裝置蓋板17-定位環(huán)18-一級熱射嘴19-定模固定板20-針閥傳動裝置21-開槽沉頭螺釘22-內(nèi)六角螺釘23-復(fù)位桿24-司筒針25-內(nèi)六角螺釘26-油缸27-限位釘28-限位套29-內(nèi)六角螺釘30-導(dǎo)柱31-導(dǎo)套32-頂桿33-動模鑲塊34-內(nèi)六角螺釘35-內(nèi)六角螺釘36-動模板37-復(fù)位桿38-定模嵌件139-動模固定板40-定模嵌件241-鎖緊塊42-噴嘴頭43-內(nèi)六角螺釘44-二級熱射嘴45-支撐板46-下頂出板47-上頂出板48-下固定板49-熱流道出線槽50-熱流道板固定板51-熱流道板52-內(nèi)六角螺釘53-頂針圖3-17汽車空調(diào)TED下機殼注射模俯視圖圖3-18汽車空調(diào)TED下機殼注射模左視圖圖3-19汽車空調(diào)TED下機殼注射模仰視圖本模具的工作原理：模具安裝到臥式注射機上，連接電加熱和溫度控制電源，連接冷卻循環(huán)水道。注射前先將模具的熱流道板加熱到合適的溫度，然后調(diào)整好注射成型的相關(guān)工藝參數(shù)，再進(jìn)行注射成型過程。合模時，注射機通過噴嘴將熔料經(jīng)定位環(huán)通入一級熱射嘴，再經(jīng)過分流道進(jìn)入二級熱射嘴從而進(jìn)入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時，針閥裝置開始將頂針先堵住熱射嘴，以免分模后熔料繼續(xù)射出，接著動模往下移動，由于塑件在包緊力的作用下，留在定模上，再通過固定在上頂出板上的頂針和頂桿組成的脫模機構(gòu)將塑件推出。最后在復(fù)位桿的作用下使頂出機構(gòu)復(fù)位，完成一個注射成型周期。4結(jié)論（1）熱流道系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)：本模具設(shè)計的重點就是熱流道系統(tǒng)，選擇好噴嘴，流道大小，控制裝置以及加熱裝置，然后進(jìn)行裝配。（2）汽車空調(diào)TED下機殼模具設(shè)計的總結(jié)：利用Pro/E軟件繪制出汽車空調(diào)TED下機殼的造型圖，再使用AutoCAD完成汽車空調(diào)TED下機殼塑件注塑模具設(shè)計的模具二維裝配圖和零件圖的繪制；制件的內(nèi)形采用定模鑲塊、定模小嵌件以及司筒針成型，外形采用動模鑲塊進(jìn)行成型；脫模機構(gòu)利用推桿和頂針固定在固定板上進(jìn)行推出塑件。致謝本次畢業(yè)設(shè)計是在俞芙芳教授的悉心指導(dǎo)下完成的。俞老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勤奮的工作