本科畢業(yè)論文-兒童早教機(jī)模具的建模及裝配有附錄

山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文PAGEPAGE79摘要傳統(tǒng)的模具設(shè)計與加工方法，是以二維工程圖為依據(jù)進(jìn)行的，對設(shè)計者以及工人的經(jīng)驗有較高的要求，不僅周期長，需要反復(fù)試模，并且加工出來的模具成型質(zhì)量較低。本論文所研究課題是借助于三維設(shè)計軟件Pro/e，對兒童早教機(jī)模具進(jìn)行設(shè)計、建模以及裝配，在總體上實現(xiàn)了模具的結(jié)構(gòu)合理性。然后通過對塑件的成型過程進(jìn)行計算機(jī)有限元模擬分析，有效地預(yù)測了實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題，確定了產(chǎn)品的最佳成型工藝參數(shù)。通過對相關(guān)工藝參數(shù)的調(diào)整，改善了原有模具設(shè)計方案中的不足之處。利用CAD/CAE技術(shù)對兒童早教機(jī)模具進(jìn)行設(shè)計與計算機(jī)模擬分析，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期、模具設(shè)計周期和加工周期,提高了一次試模成功率。關(guān)鍵詞：注塑模具；成型；模具設(shè)計；有限元模擬分析ABSTRACTThetraditionalmethodofmolddesignandmanufactureisbasedontwo-dimensionalengineeringdrawings;ithashighdemandontheexperienceofdesignersandworkers.Notonlyitscycleislong,requirestestingmoldsrepeatedly,andalsowithalowformingquality.Thetopicresearchedinthispaperisbymeansof3DdesignsoftwarecalledPro/e,whichcandesign,mouldandassembleforkid-learningmold;italsocanrealizetherationalityofmoldingstructureonthewhole.Thenthroughthecomputerizedfiniteelementsimulationanalysisfortheplasticpartsformingprocess,wecanpredictthepossibleproblemsofactualproductioneffectivelyandalsomakesureofthebestparametersofmoldingprocess.Throughtheadjustmentofrelatedparameters,wecouldimprovethedefectsoforiginalmoulddesignproject.TheusingofCAD/CAEtechnologyforkid-learningmolddesignandcomputersimulationanalysis,notonlyshortenstheproductdevelopmentcycle,molddesigncycleandprocessingcycleeffectively,butalsoimprovesthesuccessfulrateofoncemoldtesting.Keywords：Injectionmold;Forming;Moulddesign;Finiteelementsimulationanalysis目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 11.1我國注塑模具發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 11.2課題研究的目的與意義 42兒童早教機(jī)前殼模具設(shè)計 52.1塑件成型工藝性分析 52.2模具型腔與分型方案設(shè)計 82.3注塑機(jī)的初選型與校核 102.4澆注系統(tǒng)設(shè)計 132.5推出機(jī)構(gòu)設(shè)計 192.6成型零部件設(shè)計 212.7結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計 252.8冷卻系統(tǒng)設(shè)計 302.9本章小結(jié) 333模具三維實體造型 343.1塑件三維造型 343.2實體分模 343.3模架的創(chuàng)建 363.4本章小結(jié) 374塑件成型過程的計算機(jī)模擬分析 384.1有限元分析方法的基本思想和特點 384.2MOLDFLOW簡介 394.3模擬分析計劃與前處理 394.4最佳澆口位置分析 414.5現(xiàn)有方案的充填和流動分析 424.6產(chǎn)品成型分析 444.7本章小結(jié) 505總結(jié)與展望 516參考文獻(xiàn) 527致謝 538附錄一 549附錄二 671緒論1.1我國注塑模具發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢模具被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母，是現(xiàn)代工業(yè)必不可少的工藝裝備。模具工業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。根據(jù)塑料成型工藝方法的不同，通常將塑料模具分為注塑模具、壓縮模具、傳遞模具、擠出模具、中空吹塑模具、熱成型模具等。目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右，而在整個塑料模具市場中注塑模具的需求量最大。近年來國內(nèi)注塑模具在質(zhì)與量上都有了較大的提高，但是與國外的先進(jìn)技術(shù)相比，我國的模具業(yè)還存在著精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等一系列不足，許多企業(yè)依然處于需要技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)量、加強(qiáng)現(xiàn)代化管理以及體制轉(zhuǎn)軌的關(guān)鍵時期。從全國塑料行業(yè)的區(qū)域分布上看，珠三角、長三角的塑料制品加工業(yè)位居前列，浙江、江蘇和廣東三省的塑料模具產(chǎn)值在全國模具總產(chǎn)值中的比例也占到70％?，F(xiàn)在，這3個省份的不少企業(yè)已意識到塑料模具行業(yè)的無限商機(jī)，正積極組織模具產(chǎn)品的開發(fā)制造。目前，我國模具生產(chǎn)廠點約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)100多萬人。2007年銷售額365億人民幣，同比增長26%，出口9.78億美元，同比增長33.4%，均居世界前列。在我國，廣東、上海、浙江、江蘇、安徽是主要的注塑模具生產(chǎn)中心，其中廣東占我國模具總產(chǎn)量的四成，注塑模具比例進(jìn)一步上升。從近幾年的發(fā)展情況來看,我國注塑模具市場發(fā)展前景十分樂觀。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展,增大了用于模具技術(shù)研發(fā)的投資,現(xiàn)今從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已有30余家，從事模具技術(shù)教育培訓(xùn)的院校已超過50家。我國最大的注塑模具單套重量己超過60噸，最精密的注塑模具精度己達(dá)到0.5微米。制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模。模具壽命有了很大提高，己可以達(dá)到100萬模次以上。高速模具方面也有較大發(fā)展。在CAD/CAM技術(shù)得到普及的同時，CAE技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣，以CAD/CAM/CAE為核心的一體化技術(shù)得到了很大發(fā)展。模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，特別是汽車、家電等工業(yè)快速發(fā)展，使得注塑模的發(fā)展迅猛。從整體上來看我國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等各方面都有了很大的進(jìn)步，但是與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，以及世界先進(jìn)水平相比，差距仍然很大。一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。在總量供不應(yīng)求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。

模具是工業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電訊、汽車、摩托車、電機(jī)、電器、儀器、家電、建材等產(chǎn)品中，80%以上都要依靠模具成形，用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。因此，我們應(yīng)該認(rèn)清形勢，認(rèn)準(zhǔn)方向加快發(fā)展速度，而不是永遠(yuǎn)依靠進(jìn)口產(chǎn)品。當(dāng)然，近年來我國的注塑模行業(yè)發(fā)展速度也不可小覷，塑料模具也已顯示出一些新的發(fā)展趨勢：

1、大力提高注塑模開發(fā)能力將開發(fā)工作盡量往前推，直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去，甚至在尚無明確用戶對象之前進(jìn)行開發(fā)，變被動為主動。目前，電視機(jī)和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法，手機(jī)和電話機(jī)模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同，才能根據(jù)用戶要求進(jìn)行模具設(shè)計的被動局面。

2、注塑模具從依靠鉗工技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽楷F(xiàn)代技術(shù)隨著模具企業(yè)設(shè)計和加工水平的提高，注塑模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽楷F(xiàn)代技術(shù)。這不僅是生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變，也是生產(chǎn)方式的和觀念的轉(zhuǎn)變。這一趨勢使得模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產(chǎn)周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進(jìn)了模具工業(yè)整體水平不斷提高。3、模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展在信息化社會中，作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其它先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為整個模具行業(yè)的共識。4、注塑模向更廣的范圍發(fā)展隨著市場的發(fā)展，塑料新材料及多樣化成型方式今后必將不斷發(fā)展，因此對模具的要求也越來越高。為滿足市場需要，未來的塑料模具無論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工都必將有較快發(fā)展。超大型、超精密、長壽命、高效模具；多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補(bǔ)和研磨等新工藝也會得到不斷發(fā)展。由于塑料模具零配件形狀復(fù)雜、設(shè)計靈活，對模具材料、設(shè)計水平及加工設(shè)備均有較高要求，并不是人人都可以輕易涉足的。專家認(rèn)為，目前中國與國外水平相比還存在較大差距，眼前需盡快突破制約模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大瓶頸：一是加大塑料材料與注塑工藝的研發(fā)力度；二是塑模企業(yè)應(yīng)向園區(qū)發(fā)展，加快資源整合；三是模具試模結(jié)果檢驗等工裝水平必須盡快跟上，否則塑料模具發(fā)展將受到制約。1.2課題研究的目的與意義本課題的任務(wù)是設(shè)計一套兒童早教機(jī)前殼用注塑模具，并制定相應(yīng)的產(chǎn)品成型工藝方案。模具要求結(jié)構(gòu)合理，動作準(zhǔn)確可靠，能夠保證產(chǎn)品的尺寸精度及表面質(zhì)量。然后根據(jù)設(shè)計結(jié)果繪制產(chǎn)品和模具的三維實體模型，并對塑件的成型過程進(jìn)行計算機(jī)有限元模擬分析，找出設(shè)計方案中的不足之處予以改善。此次畢業(yè)設(shè)計實踐過程旨在：綜合運(yùn)用大學(xué)四年來所學(xué)知識，鍛煉提高自身分析和解決實際問題的能力；進(jìn)一步鞏固有關(guān)注塑成型的專業(yè)基礎(chǔ)知識，加深對注塑模具設(shè)計過程的體會和了解；在模具設(shè)計過程中適當(dāng)運(yùn)用CAD軟件進(jìn)行建模和CAE軟件進(jìn)行有限元分析，鞏固和提高自身應(yīng)用軟件的能力；適當(dāng)查閱有關(guān)注塑模具的外語文獻(xiàn)，了解國外模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提高自身的英語閱讀水平和查閱外文文獻(xiàn)的能力。為幾個月后正式走上工作崗位做好鋪墊。早教機(jī)是專門為兒童提供早期教育，促進(jìn)孩子學(xué)習(xí)興趣的教育類電子產(chǎn)品，兼具娛樂和學(xué)習(xí)雙重功能。全方位訓(xùn)練兒童學(xué)習(xí)能力，幫助孩子培養(yǎng)興趣，增加潛能，對幼兒注意力、思維能力等方面的提升有很大幫助。既能開啟孩子內(nèi)在潛能，又能教孩子挖掘自身愛好。中國有句諺語，“三歲看大，七歲看老”，這強(qiáng)調(diào)的就是兒童早期教育的重要性。在這個很重視兒童早期教育的時代，外形和功能各異的早教機(jī)無疑是一個潛力巨大的市場。但對于我們這些從事設(shè)計的人員來說，如何把產(chǎn)品和模具設(shè)計好，改善其缺陷，使其在市場競爭中占有一席之地才是最關(guān)鍵的，從這個角度看，這必然又是一個巨大的挑戰(zhàn)。2兒童早教機(jī)前殼模具設(shè)計2.1塑件成型工藝性分析2.1.1塑件要求及結(jié)構(gòu)工藝性分析1．塑件名稱兒童早教機(jī)前殼2．塑件材料ABS工程塑料3．生產(chǎn)類型大批量生產(chǎn)4．精度等級一般精度MT3級（GB/T14486-93）5．外觀要求產(chǎn)品外觀精美，盡量不要有影響外觀的痕跡6．塑件結(jié)構(gòu)及工藝性分析兒童早教機(jī)外殼是典型的一般精度電子玩具類產(chǎn)品塑件，零件的正反面三維外觀圖分別如圖2.1與圖2.2所示：圖2.1塑件正面圖圖2.2塑件反面圖塑件的長寬最大尺寸均在220mm左右，屬于中等尺寸產(chǎn)品。精度方面因為無特殊要求，產(chǎn)品采用一般精度等級MT3。塑件的精度雖然不高，但要與下殼體配合組裝成完整產(chǎn)品，因此應(yīng)該嚴(yán)格控制塑件相關(guān)尺寸的變形量，塑件的最大尺寸為225mm，查閱標(biāo)準(zhǔn)GB/T14486-93可知，為滿足產(chǎn)品的精度要求，必須控制塑件在最大尺寸方向上的最大變形量不超過0.92mm。塑件的壁厚較為均勻，平均在2mm左右。塑件形狀整體呈方形，雖然沒有側(cè)孔、凸臺等結(jié)構(gòu)，但塑件的曲面較多，屬于中等復(fù)雜程度產(chǎn)品。表面質(zhì)量方面，由于其內(nèi)表面為非工作面，故無特殊要求，只要求外表面光滑無痕即可。綜上所述，兒童早教機(jī)前殼屬于電子玩具產(chǎn)品中尺寸精度要求、外觀結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量要求都不太高的中型薄壁注塑件。但在模具設(shè)計過程中，也應(yīng)綜合考慮塑件要求與產(chǎn)品生產(chǎn)類型之間的關(guān)系，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡量降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。2.1.2產(chǎn)品材料特性分析產(chǎn)品原材料采用ABS（非結(jié)晶性）通用熱塑性工程塑料，其全稱為丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，顧名思義它是丙烯腈（15%~35%）、1,3-丁二烯（5%~30%）、苯乙烯（40%~60%）三種單體的接枝共聚物，ABS是其英文名稱AcrylonitrileButadieneStyrene的首字母縮寫。ABS共聚物中三種單體的最常見比例為A:B:S=20：30：50，只要改變?nèi)叩谋壤?、聚合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強(qiáng)度、流動特性的ABS品種。ABS樹脂的三種單體分別具有不同的作用，丙烯腈為其提供硬度、耐熱性、耐酸堿鹽等化學(xué)性質(zhì)；丁二烯為其提供低溫延展性和抗沖擊性；苯乙烯為其提供硬度、加工的流動性及產(chǎn)品表面的光潔度等性質(zhì)。ABS樹脂的使用性能和成形性能如下：1．綜合性能較好，化學(xué)穩(wěn)定性和電性能良好。2．沖擊韌度、機(jī)械強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定性好。廣泛用于電子產(chǎn)品外殼、玩具以及日常塑料用品的成形。3．易于成型和機(jī)械加工，于372有機(jī)玻璃的熔接性良好，可作雙色成形塑件，且表面可鍍鉻。4．無定型料，流動性中等，比聚苯乙烯差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為0.04mm左右。5．吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經(jīng)長時間預(yù)熱干燥。6．熱穩(wěn)定性好，成形時宜取高料溫、高模溫。其成形溫度為180~250℃，但不宜超過240℃，因為料溫過高易分解（分解溫度為250℃）。ABS的流動特性屬于非牛頓流體，其熔體粘度對加工溫度和剪切速率都有關(guān)系，但對剪切速率更為敏感，ABS的熔體冷卻固化速度較快。ABS的主要性能指標(biāo)見表2.1。表2.1ABS樹脂主要性能指標(biāo)密度g/cm31.02~1.16線膨脹系數(shù)/（×10-5K-1）9.5~10.5彎曲強(qiáng)度/Mpa80抗拉屈服強(qiáng)度/MPa50吸濕率/%0.2~0.4洛氏硬度/R121R收縮率/%0.4~0.7熱變形溫度（1.85MPa）/℃83~1032.1.3注塑工藝參數(shù)的確定塑件采用螺桿式注塑機(jī)，其詳細(xì)成型工藝參數(shù)如下：預(yù)熱干燥：時間2~3h；溫度80~85℃溫度：（1）噴嘴溫度：180~190℃，直通式（2）料筒溫度：前段200~210℃，中段210~230℃，后段180~200℃（3）模具溫度：60~80℃壓力：（1）注射壓力：70~90Mpa（2）保壓壓力：50~70Mpa時間：（1）注射時間：3~5s，取3s（2）保壓時間：15~30s，取20s（3）冷卻時間：15~30s，取20s成型周期：3+20+20=43s2.2模具型腔與分型方案設(shè)計2.2.1注塑模具的結(jié)構(gòu)組成注塑模具可以分型面為界分為動模和定模兩大部分，定模安裝在注塑機(jī)的固定模板上，動模安裝在注塑機(jī)的移動模板上，注射時動模和定模閉合構(gòu)成澆注系統(tǒng)和型腔，開模時動模和定模分開，推出機(jī)構(gòu)工作推出塑件。注塑模的設(shè)計應(yīng)包括以下部分的設(shè)計、校核與優(yōu)化：澆注系統(tǒng)的設(shè)計、成型零部件設(shè)計、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計、排氣系統(tǒng)設(shè)計、模架設(shè)計、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計等，由于塑件不存在側(cè)孔和凸臺等結(jié)構(gòu)，故無需設(shè)計側(cè)向抽芯與分型機(jī)構(gòu)。2.2.2分型面選擇與型腔型腔數(shù)目的確定相比于多型腔模具，單型腔模具確實具有塑件制品形狀和尺寸一致性好，成型工藝條件易于控制，模具結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，模具制造成本低，制造周期短等一系列優(yōu)點。但是在實際生產(chǎn)中除了大型塑件以外，均采用一模多腔的模具結(jié)構(gòu)，因為在大批量生產(chǎn)的情況下，多型腔模具可以顯著地提高生產(chǎn)效率，降低塑件的整體成本。實踐證明，每增加一個型腔，塑件的尺寸精度約降低4%，因此型腔的數(shù)目也不宜過多，因為型腔數(shù)目越多，就越難以保證各型腔的成型條件一致。本課題所研究的兒童早教機(jī)殼體屬于中等尺寸產(chǎn)品，尺寸精度和表面質(zhì)量并無太高要求，塑件生產(chǎn)批量也較大；但塑件終為薄壁制品，且非細(xì)長件，若型腔數(shù)目太多一方面降低塑件的尺寸精度，另一方面也會給注塑機(jī)的選型帶來難度。綜合考慮各方面因素，擬采用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)。型腔的布局對于多型腔模具，由于型腔布置與澆注系統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)，在模具設(shè)計時應(yīng)盡量平衡布置型腔，即應(yīng)使每個型腔都能通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體能同時均勻地充滿每一個型腔，從而使每一個型腔中的塑件內(nèi)在質(zhì)量均勻穩(wěn)定。本方案所采用的型腔布局方式如圖2.3所示，該圖只表示模具型腔的布局方式，并不代表澆口形式以及注塑機(jī)的形式（臥式與立式）。圖2.3模具型腔布局示意圖分型面的選擇分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝有關(guān)，不僅直接關(guān)系到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，也關(guān)系到塑件的成型質(zhì)量。由于分型面受塑件在模具中的成型位置、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、塑件的推出和排氣等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，選出較為合理的方案。選擇分型面時，通常應(yīng)遵循以下幾項基本原則：分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；分型面的選擇應(yīng)有利于塑件順利脫模；分型面的選擇應(yīng)保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量；分型面的選擇應(yīng)有利于模具的加工；分型面的選擇應(yīng)有利于排氣。在本課題中，由于塑件的特殊形狀，最大輪廓出現(xiàn)在上下殼體配合的端面處。綜合考慮上述各因素，兒童早教機(jī)前殼塑件的分型面就選在此處，如圖2.4所示：圖2.4產(chǎn)品分型面位置2.3注塑機(jī)的初選型與校核模具設(shè)計時，設(shè)計者必須根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點、塑件的技術(shù)要求確定模具結(jié)構(gòu)，模具的結(jié)構(gòu)與注塑機(jī)之間有著必然的聯(lián)系，模具定位圈尺寸、模板的外圍尺寸、注射量的大小、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)置及鎖模力的大小等必然參照注塑機(jī)的類型及相關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計，否則模具就無法與注塑機(jī)匹配，注射過程就無法進(jìn)行。2.3.1初選注塑機(jī)由于早教機(jī)外殼的形狀較為復(fù)雜，要手工精確計算塑件體積比較困難，但三維軟件Pro/e有計算塑件體積的功能，對塑件的三維實體模型進(jìn)行體積分析得到單個塑件的體積=98.5cm3，按單個塑件體積的1/4粗略估算澆注系統(tǒng)凝料的體積=25cm3。由于采用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)，所以塑件和澆注系統(tǒng)凝料的總體積為=2+=222cm3?？紤]到實際注射量為額定注射量的80％，所以所選注塑機(jī)的額定注射量要大于277.5cm3，所以本課題擬選型號為XS-ZY-500的注塑機(jī)。設(shè)備的主要技術(shù)規(guī)范如表2.2所示：表2.2XS-ZY-500注塑機(jī)額定技術(shù)參數(shù)注射裝置額定注射量/cm3500螺桿直徑/mmφ65注射壓力/MPa145注射行程/mm200注射方式螺桿式最大成形面積/cm21000噴嘴孔直徑/mmφ7.5噴嘴球半徑/mm18合模裝置鎖模力/kN3500最大開合模行程/mm500模具最大厚度/mm450模具最小厚度/mm300拉桿空間/mm540440動定模固定板尺寸/mm700850合模方式液壓-機(jī)械其他電動機(jī)功率/kW22加熱功率/kW14定位孔直徑/mmφ150中心孔徑/mmφ150頂出形式中心液壓頂出，兩側(cè)頂桿機(jī)械頂出2.3.2注塑機(jī)有關(guān)工藝在多型腔模具的實際設(shè)計中，有的是首先確定注塑機(jī)的型號，再根據(jù)注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)和塑件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，計算出要求選取型腔的數(shù)目；也有先根據(jù)生產(chǎn)效率以及制件精度要求確定型腔數(shù)目，然后再選擇注塑機(jī)或?qū)ΜF(xiàn)有的注塑機(jī)進(jìn)行校核。本課題正是采用了后一種方案，既然型腔的數(shù)目已確定，就可據(jù)此校核注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)。按型腔數(shù)量校核注塑機(jī)的最大注射量nm+m≤km式2.1式中n模具型腔數(shù)量，n=2；m單個塑件的體積（=98.5cm3）；m澆注系統(tǒng)凝料的體積（m=25cm3）；m注塑機(jī)的最大注射量（m=500cm3）；k注塑機(jī)最大注射量利用系數(shù)，一般取0.8。把上述參數(shù)全部代入式2.1中，2×98.5+25=222≤500，所以注塑機(jī)的最大注射量符合要求。按型腔數(shù)量校核注塑機(jī)的鎖模力（n+）p≤式2.2式中注塑機(jī)的額定鎖模力（F=3500kN）；單個塑件在模具分型面上的投影面積（不超過50000mm2）；澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（最大為500）；p塑料熔體對型腔的成型壓力，對于ABS其值取p=30Mpa。把上述參數(shù)代入式2.2中，（2×50000+500）×30=3015kN≤3500kN上述計算中，值是按單個塑件在分型面上最大投影面積代入的，其實際值是小于50000的，所以注塑機(jī)的鎖模力也符合條件。注塑機(jī)的注射壓力校核塑料成型時所需的注射壓力是由塑料品種、注塑機(jī)類型、噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。按照經(jīng)驗ABS塑料成型時所需的注射壓力為30Mpa，小于注塑機(jī)的額定注射壓力145Mpa，因此注塑機(jī)的注射壓力也是符合要求的。注塑機(jī)的開模行程校核由于注塑機(jī)是液壓和機(jī)械聯(lián)合作用的開合模機(jī)構(gòu)，所以注塑機(jī)的最大開模行程與模具厚度無關(guān)，其校核方法如下：s≥++（5~10）mm式2.3式中s注塑機(jī)的最大開模行程（s=500mm）；推出距離（=24+6mm）；包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度（=130mm）。把所有參數(shù)代入式2.3中，500≥30+130+10=170，所以注塑機(jī)的最大開模行程也是符合要求的。2.4澆注系統(tǒng)設(shè)計2.4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則澆注系統(tǒng)的設(shè)計是模具設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，設(shè)計合理與否對塑件的性能、尺寸、內(nèi)在質(zhì)量、外在質(zhì)量及模具的結(jié)構(gòu)、塑料的利用率等有較大影響。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。對澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，一般應(yīng)遵循以下幾個原則：了解塑料的成型性能；盡量避免或減少產(chǎn)生熔接痕；有利于型腔中氣體的排出；防止型芯的變形和嵌件的位移；盡量采用較短的流程充滿型腔；流動距離比的校核。2.4澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計與位置的選擇恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到塑件能否被完好高質(zhì)量地注塑成型。澆口的設(shè)計主要包括澆口形式的選擇和澆口位置的確定兩部分內(nèi)容。從塑件的結(jié)構(gòu)特征可知，適用于該塑件的澆口形式有點澆口和側(cè)澆口。選擇澆口位置時，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝性和成型質(zhì)量要求，并結(jié)合塑料原材料的特性與塑料熔體在模內(nèi)的流動狀態(tài)等，綜合進(jìn)行考慮。由于塑件整體處在定模部分，因此澆口位置只能選在塑件的外表面。但無論采用點澆口還是側(cè)澆口，都難免產(chǎn)生澆注痕跡，從產(chǎn)品的美觀性要求考慮，澆口位置的選擇應(yīng)盡量減少澆注痕跡的影響。綜合各方面因素，如圖2.4所示，現(xiàn)有兩種澆口位置選擇方案：1.可以將澆口選在圖中的A位置，因為塑件出廠時要在此處貼上一層動畫紙，它可以覆蓋住澆口痕跡，因此澆口去除后不會影響產(chǎn)品的外觀。理論上此處可以設(shè)計點澆口或直接澆口，但塑件壁厚太薄，若采用直接澆口不僅去除澆口困難，還容易損壞塑件。因此最佳的澆口形式為點澆口，去除容易，痕跡小。2.還可以把澆口選在圖中所示的B位置，因為此處為塑件側(cè)面，只要控制好澆口大小，也不會對塑件外觀造成太大影響。理論上此處也可以有潛伏澆口和側(cè)澆口兩種選擇，但采用潛伏澆口無疑會增加模具復(fù)雜程度，給加工帶來困難。因此最佳的澆口形式為側(cè)澆口。采用第一種方案，具有不影響塑件外觀的優(yōu)點，但要使用三板式注射模，而且會增加分流道長度；采用第二種方案，則相對縮短了熔體流程，對后期沖模有利，但塑件尺寸較大，若澆口太小，則把手位置可能會產(chǎn)生澆不到缺陷。兩種澆口形式的優(yōu)缺點還可以通過計算機(jī)有限元模擬分析來比較，我們可以更加直觀的觀察到產(chǎn)品可能產(chǎn)生氣穴和熔接痕的位置，從而為澆口形式的選擇提供更為充分的參考。本步驟的工作將在第4章中詳細(xì)闡述。綜合對比點澆口和側(cè)澆口各自的優(yōu)缺點，本課題擬采用第二種方案，并選用側(cè)澆口中的扇形澆口，以加大澆口尺寸，以免充填不足現(xiàn)象的發(fā)生。圖2.5扇形澆口示意圖如圖2.5所示為扇形澆口結(jié)構(gòu)簡圖，澆口長l=1.2mm，深t=1.8mm，寬b=10mm，整個扇形澆口的長度L=8mm。2.4分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體流動通道，其作用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔。設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失。分流道可開設(shè)在分型面的兩側(cè)或任意一側(cè)，其截面形狀應(yīng)盡量使其比表面積（流道表面積與其體積之比）小，使溫度較高的的塑料熔體和溫度相對較低的模具之間提供較小的接觸面積，以減少熱量損失。常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等幾種形式。本課題采用半圓形截面分流道，如圖2.6所示，由于塑件面積較大，屬于薄壁制品，且ABS樹脂的熔體流動性亦屬中等，故分流道的截面半徑應(yīng)取得略為大些，R=4mm。分流道平衡式布置，如圖2.7所示，由于只有兩個型腔，故只有一次分流道，其長度L=10mm；為了使靠近流道的熔體迅速冷卻成絕熱層，分流道的表面粗糙度值不可太低，取Ra=1.6um。圖2.6分流道截面示意圖圖2.7分流道布局2.4主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具澆口套接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分，它的形狀尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。在臥式或立式注塑機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型面。主流道通常開設(shè)在模具的澆口套中，為了使主流道凝料能順利從澆口套中拔出，主流道設(shè)計成圓錐形，錐角為。澆口套有多種結(jié)構(gòu)形式，本課題擬采用貫穿式澆口套，其結(jié)構(gòu)形式如圖2.8所示：圖2.8澆口套結(jié)構(gòu)形式圖中各參數(shù)確定方法如下：R=R+（1~2）mm；d=d+（0.5~1）mm；R注塑機(jī)噴嘴頭部球面半徑，R=18；d注塑機(jī)噴嘴前端孔徑，d=7.5mm（R、d為注塑機(jī)參數(shù)，詳見2.3節(jié)）。所以澆口套始端球面半徑R=20mm，小端直徑d=8mm，取主流道大端直徑D=20mm。澆口套的長度L是由定模板厚度、定模座板厚度以及進(jìn)入定位圈的長度（9mm）三部分組成的，L=134mm，詳見2.7節(jié)。由此便可計算主流道的圓錐角=2.64°，在2°~6°范圍之內(nèi)。澆口套采用優(yōu)質(zhì)碳素具鋼T10A制造，熱處理硬度53-55HRC，主流道表面粗糙度。澆口套以基孔制H7/m6與定模板過渡配合，以基孔制H9/f9與定位圈間隙配合。根據(jù)主流道和分流道的設(shè)計結(jié)果可計算出澆注系統(tǒng)凝料總體積=21.7cm3,由此可見2.3節(jié)的估算結(jié)果也在合理范圍之內(nèi)。2.4.5拉料桿和冷料穴主流道拉料桿有兩種基本形式，一種是推桿式的拉料桿，固定在推桿固定板上，其中Z字形拉料桿是典型的結(jié)構(gòu)形式，工作時依靠Z字形鉤將主流道凝料拉出澆口套，推出時，推出結(jié)構(gòu)帶動拉料桿將主流道凝料推出模外，推出后由于鉤子的方向性而不能自動脫落，需要人工取出，其結(jié)構(gòu)形式如圖2.9a所示。還可以在動模板上開設(shè)反錐度冷料穴，它的后面設(shè)有推桿，分型時靠動模板上的反錐度穴的作用將主流道凝料拉出澆口套，推出時靠后面的推桿強(qiáng)制將其推出，其結(jié)構(gòu)如圖2.9b所示。另一種是僅適用于推件板脫模的拉料桿，固定在動模板上。其典型結(jié)構(gòu)有球字頭拉料桿和菌字頭拉料桿兩種，分別如圖2.9c、d所示。他們是靠頭部凹下去的部分將主流道凝料從澆口套中拉出來，然后推件板推出時，將主流道凝料從拉料桿上強(qiáng)制脫出。本課題采用圖2.9c所示的球頭拉料桿。（a）Z型（b）倒錐形（c）球頭形（d）菌頭形圖2.9主流道拉料桿和冷料穴的形式冷料穴是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔，既影響熔體的填充速度，又影響塑件的成型質(zhì)量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，還便于在該處設(shè)置主流道拉料桿，注射結(jié)束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套被拉出，然后推出機(jī)構(gòu)開始工作，將塑件和澆注系統(tǒng)凝料一起推出模外。本課題采用圖2.9c所示的球頭冷料穴形式。2.5推出機(jī)構(gòu)設(shè)計每次注射成型后把塑料制件及澆注系統(tǒng)凝料從模具中脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動作通常是由安裝在注射機(jī)上的頂桿或液壓缸完成的。推出機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性與可靠性直接影響到塑件的質(zhì)量，因此推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計也是注射模設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。2.5.1推出機(jī)構(gòu)推出機(jī)構(gòu)一般由推出、復(fù)位和導(dǎo)向等三大元件組成。推出元件是與塑件和澆注系統(tǒng)凝料直接接觸并將其推出模外的元件，像推桿、推件板、推管、拉料桿均屬于這類元件；復(fù)位元件是為了使推出機(jī)構(gòu)能回復(fù)到塑件被推出時的位置而設(shè)置的，復(fù)位桿就是典型的復(fù)位元件；導(dǎo)向元件是對推出機(jī)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)向，使其在推出和復(fù)位的過程中平穩(wěn)地運(yùn)動的元件，同時它還對推板和推桿固定板等零件起到支承作用，推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套即為典型的導(dǎo)向元件。推出機(jī)構(gòu)通常按推出元件分為推桿推出、推件板推出、推管推出等幾種典型結(jié)構(gòu)形式。推出機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計通常有以下幾點要求：1.推出機(jī)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量使塑件留于動模一側(cè)。由于推出機(jī)構(gòu)的動作是通過注射機(jī)動模一側(cè)的頂桿或液壓缸驅(qū)動的，所以推出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置在動模一側(cè)。2.塑件在推出過程中不發(fā)生變形和損壞。由于塑件屬于薄壁制品，而且成型面積較大，若采用推桿推出機(jī)構(gòu)則需要設(shè)置6根以上推桿，而且容易頂壞塑件，從這一點考慮比較適合采用推件板推出機(jī)構(gòu)。3.不損壞塑件的外觀質(zhì)量。即推出位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件的內(nèi)表面，結(jié)合2.2節(jié)的分型方案，塑件的內(nèi)表面應(yīng)向動模一側(cè)，方能符合要求。若采用推件板推出機(jī)構(gòu)則不需要考慮這一點。4.合模時應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)正確復(fù)位。當(dāng)采用推件板推出機(jī)構(gòu)時，推桿可起到復(fù)位桿的作用，因此無需再設(shè)置復(fù)位桿。5.推出機(jī)構(gòu)應(yīng)動作可靠。這就要求在設(shè)計推出機(jī)構(gòu)時應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向元件。綜合考慮上述各種因素，本研究課題擬采用推件板推出機(jī)構(gòu)。2.5塑件成型后在模內(nèi)冷卻定型時，由于體積收縮，對型芯產(chǎn)生包緊力，要把塑件推出模外就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦力。由于塑件的尺寸較大，且形狀復(fù)雜，因此塑件的脫模力不可忽略，需要進(jìn)行計算。為保證塑件能夠順利脫模，通常在設(shè)計模具時在成型零件上沿脫模方向設(shè)計一定的脫模斜度。其大小與塑件的收縮率、形狀、結(jié)構(gòu)、壁厚及成型工藝條件有一定關(guān)系，通常取30′~1°30′。本方案根據(jù)經(jīng)驗取型腔脫模斜度=45′，取型芯脫模斜度=40′。脫模力的計算方法如下：式2.4式中脫模力（推出力）；A塑件包絡(luò)型芯的面積，A≈42000mm2；塑件對型芯單位面積上的包緊力，對模內(nèi)冷卻的塑件，p取（0.8~1.2）×Pa，此處取p=Pa；塑件對鋼的摩擦系數(shù)，一般為0.1~0.3，此處取=0.2；脫模斜度，=40′；塑件脫模推出時要克服的大氣壓阻力，由于塑件上有四個孔，所以無需克服大氣阻力，=0。把相關(guān)參數(shù)代入式2.4中可計算出塑件所需的脫模力約為79.1kN。2.5推件板推出機(jī)構(gòu)是由一塊與型芯按一定配合精度相互配合的模板和推桿所組成的，其中推桿亦可起到復(fù)位桿的作用。本方案擬采用整塊模板作為推件板，推出后推件板底面與動模板分開一段距離，清理較為方便，且利于排氣。由于型芯形狀不規(guī)則，所以推件板的配合輪廓就非規(guī)則形狀，因此其加工有一定難度。推件板與型芯可采用H8/f7的間隙配合。另外，在設(shè)計模具時必須在動模部分設(shè)置導(dǎo)柱，用于對推件板的支承和導(dǎo)向。2.6成型零部件設(shè)計成型零部件是決定塑件幾何形狀和尺寸的零件，它是模具的主要部分，主要包括凹模、凸模及鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。設(shè)計注射模的成型零件時，應(yīng)根據(jù)成型塑件的塑料性能、使用要求、幾何結(jié)構(gòu)，并結(jié)合分型面和澆口位置的選擇、脫模方式和排氣位置等因素來確定型腔結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)塑件的尺寸計算成型零件的尺寸。由此可見注射模的成型零部件設(shè)計是注射模設(shè)計的一個重要組成部分。2.6凹模亦稱型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按結(jié)構(gòu)不同主要可分為整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)形式：整體式凹模結(jié)構(gòu)、組合式凹模結(jié)構(gòu)。在本研究課題中，由于要加開冷卻水道，因此采用整體式凹模，即直接在定模板上通過電加工方式加工出兩個型腔。這種結(jié)構(gòu)形式具有牢固、不易變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡的優(yōu)點，符合兒童早教機(jī)外觀精美的設(shè)計要求；而且還有利于型腔定位精度的保證，也提高了模具的裝配效率和精度，以及塑件的成型精度和生產(chǎn)效率。凹模擬采用SM1（Y55CrNiMnMoV）鋼制造，先油冷淬火，再高溫回火，熱處理硬度55~58HRC。SM1屬于易切削調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼，具有良好的切削和鍛造性能，綜合力學(xué)性能優(yōu)于45鋼，使用壽命長。由于該種模具鋼的易切削性，而且塑件高度不大，型腔較淺，正好彌補(bǔ)了整體式凹模的難加工特點。2.6.凸模亦稱型芯，是成型塑件內(nèi)表面的主要零件，同樣可以分為整體式凸模和組合式凸模兩種結(jié)構(gòu)形式。其中組合式凸模又可分為整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁拼合式幾種結(jié)構(gòu)形式。本方案擬采用整體嵌入式的組合式凸模，這種凸模又有多種結(jié)構(gòu)形式，這兒采用通孔臺肩式凸模，即把凸模從下面嵌入動模板，再用支承板和螺栓緊固。其結(jié)構(gòu)形式如圖2.10所示：圖2.10凸模結(jié)構(gòu)形式示意圖型芯擬采用P20（3Cr2Mo）鋼制造，P20屬于預(yù)硬型塑料模具鋼，出廠供貨時已經(jīng)處于預(yù)硬狀態(tài)，無需在進(jìn)行預(yù)硬熱處理，可直接進(jìn)行成形切削加工。型芯加工成形后需進(jìn)行滲碳處理，表面硬度55~58HRC，然后再經(jīng)油冷淬火和高溫回火處理。2.6影響塑件尺寸精度的因素很多，概括地說，有塑件原材料、塑件結(jié)構(gòu)和成型工藝、模具結(jié)構(gòu)、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素。所以，塑件在成型過程中產(chǎn)生的尺寸誤差是上述各種誤差的總和：式2.5式中——塑件的成型誤差；——模具成型零件制造誤差；——模具成型零件的磨損引起的誤差；——塑料收縮率波動引起的誤差；——模具成型零件配合間隙變化誤差；——模具裝配誤差。生產(chǎn)大型塑件時，由于收縮率波動對塑件尺寸公差的影響較大，僅僅依靠提高模具制造精度等級來提高塑件精度是困難和不經(jīng)濟(jì)的，所以應(yīng)穩(wěn)定成型工藝條件和選擇收縮率波動較小的塑料；生產(chǎn)小型塑件時，模具制造公差和成型零件的磨損是影響塑件尺寸精度的主要因素，因此，應(yīng)提高模具制造精度等級和減少磨損。型腔徑向尺寸的計算式2.6式中—塑料平均收縮率，=0.55；—模具制造公差；—模具型腔徑向基本尺寸；—塑件外表面的徑向基本尺寸；—塑件外表面徑向基本尺寸的公差；—修正系數(shù)，一般為0.5～0.75，塑件尺寸較大、精度級別較低時取小值，反之取大值。由于塑件尺寸較大而精度不高，、可忽略不計，x=0.5。型芯徑向尺寸的計算式2.7式中—模具型芯徑向基本尺寸；—塑件內(nèi)表面的徑向基本尺寸；—塑件內(nèi)表面徑向基本尺寸的公差；其他參數(shù)同上。型腔深度尺寸計算式2.8式中—模具型腔深度基本尺寸；—塑件凸起部分高度基本尺寸；—塑件凸起部分高度基本尺寸的公差；—修正系數(shù)，一般為1/2~2/3，塑件尺寸較大、精度級別較低時取小值，反之取大值。由于塑件尺寸較大而精度不高，x=0.5；其他參數(shù)同上。型芯高度尺寸計算式2.9式中—模具型芯高度基本尺寸；—塑件孔或凹槽深度尺寸；—塑件孔或凹槽深度尺寸的公差；其他參數(shù)同上。中心距尺寸的計算式2.10式中—模具中心距基本尺寸；—塑件中心距基本尺寸；其他同上。以上即為模具成型零件工作尺寸的計算方法，由于塑件形狀較復(fù)雜，尺寸太多，此處不再一一代入計算。相關(guān)結(jié)果都以二維圖的形式表現(xiàn)在模具總裝配圖和零件圖中。2.7結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計注塑模具是由成型零部件和結(jié)構(gòu)零部件組成的，結(jié)構(gòu)零部件雖然不直接參與塑料制品的成型，但卻起著對成型零部件進(jìn)行支承、導(dǎo)向、定位以及固定的重要作用，因此結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計也是注射模設(shè)計中的重要組成部分。這兒只對基本結(jié)構(gòu)零部件：支承零部件和合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，兩者組合起來可構(gòu)成注射模的標(biāo)準(zhǔn)模架。2.7模架是注射模的骨架和基體，通過它將模具的各個部分有機(jī)地聯(lián)系成一個整體。標(biāo)準(zhǔn)模架一般由定模座板、定模板、動模板、動模座板、墊塊、支承板、推桿固定板、推板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套及復(fù)位桿等組成。按照國標(biāo)中小型模架有四種基本類型：A1、A2、A3、A4，其中前兩種適用于推桿推出機(jī)構(gòu)，后兩種適用于推件板推出機(jī)構(gòu)。由于本課題方案采用的是推件板推出機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)從A3、A4兩種模架中選擇，型芯為通孔臺肩固定方式，需有支承板加以固定，因此選擇動定模均為兩板的A4型標(biāo)準(zhǔn)模架。其結(jié)構(gòu)形式如圖2.11所示：圖2.11A4型標(biāo)準(zhǔn)模架結(jié)構(gòu)示意圖由于所選注塑機(jī)的動定模固定板尺寸為700mm×850mm，因此標(biāo)準(zhǔn)模架的動定模座板尺寸要小于該尺寸，以便對模具進(jìn)行固定。查閱模架標(biāo)準(zhǔn)擬采用尺寸為B×L=500mm×710mm的標(biāo)準(zhǔn)模架。2.7合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要用來保證動模和定模能準(zhǔn)確地對合，以確保塑件的形狀和尺寸精度。主要由導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和錐面定位機(jī)構(gòu)兩種形式，本方案擬采用較為常用的導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題方案擬采用帶頭導(dǎo)柱的形式，其結(jié)構(gòu)如圖2.12所示。導(dǎo)柱端面制成半球形先導(dǎo)部分，以使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔。由于半球形加工困難，所以導(dǎo)柱端面形式以錐臺形為多。導(dǎo)柱長度應(yīng)比凸模端面高出6~8mm，以免導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔與其相互碰撞而損壞。圖2.12帶頭導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)柱的表面應(yīng)具有較好的耐磨性，而芯部堅韌、不易折斷，本方案擬采用碳素工具鋼T8A制造，經(jīng)淬火處理硬度為55~57HRC。導(dǎo)柱固定部分的表面粗糙度為Ra=0.8，導(dǎo)向部分的表面租糙度為Ra=0.8~0.4。本方案擬采用四個導(dǎo)柱，均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度。導(dǎo)柱固定端與模板之間采用H7／k6的過渡配合。理論上導(dǎo)柱可以設(shè)置在任意一側(cè)，但由于采用了推件板推出機(jī)構(gòu)，所以導(dǎo)柱必須設(shè)置在動模一側(cè)。導(dǎo)套結(jié)構(gòu)設(shè)計由于產(chǎn)品要求大批量生產(chǎn)，所以采用帶頭導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)形式，如圖2.13所示。為使導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)套的前端要倒圓角R。為了便于排出孔內(nèi)的空氣，導(dǎo)向孔做成通孔。圖2.13帶頭導(dǎo)套結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)套采用與導(dǎo)柱相同的材料制造，但其硬度要略低于導(dǎo)柱，以減輕磨損，防止導(dǎo)柱或?qū)桌?，其硬?3~55HRC。導(dǎo)套與模板采用H7／m6的過渡配合。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合導(dǎo)柱固定于動模板，導(dǎo)套固定于定模板，兩者采用H7/f7的間隙配合。2.7.由于采用B×L=500mm×710mm的標(biāo)準(zhǔn)模架，各模板尺寸如下：定模座板（500mm×710mm、H=45mm）定模座板是模具與注射機(jī)固定模板連接的底板，材料為55鋼。通過4個M18的普通螺栓與定模板連接；定位圈通過4個M8的普通螺栓與其連接；澆口套與定模座板為H7/m6過渡配合。定模板（450mm×660mm、H=80mm）由于型腔要開設(shè)在定模板上，所以采用SM1（Y55CrNiMnMoV）鋼制造，熱處理硬度60~63HRC。SM1屬于易切削調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼，具有良好的切削和鍛造性能。另外需在定模板上開設(shè)冷卻水道，詳見2.8節(jié)。推件板（450mm×660mm、H=27mm）材料為45鋼，熱處理硬度40~42HRC。由于推件板要靠導(dǎo)柱支承和導(dǎo)向，所以應(yīng)開設(shè)四個直徑25mm的導(dǎo)向孔，以H8/f7與導(dǎo)柱間隙配合。另外還需開設(shè)直徑18mm的拉料桿孔和球形冷料穴。動模板或型芯固定板（450mm×660mm、H=48mm）材料采用45鋼，熱處理硬度42~45HRC。由于型芯、導(dǎo)柱、拉料桿都固定在動模板上，而且推桿也穿過此板，所以要加工出相應(yīng)的臺肩孔和導(dǎo)向孔；推桿與導(dǎo)向孔采用H8/f7間隙配合。支承板（450mm×660mm、H=57mm）支承板墊在動模板下面，承受固定部件傳遞的壓力，因此須有較高的平行度、剛度和強(qiáng)度。材料采用45鋼，熱處理硬度45~46HRC。墊塊（450mm×660mm、H=120mm）墊塊的主要作用是在動模座板與支承板之間形成推出機(jī)構(gòu)所需的動作空間，另外也起到調(diào)節(jié)模具的總厚度的作用。有平行墊塊和拐角墊塊兩種結(jié)構(gòu)形式，本方案采用平行墊塊，墊塊材料選用45鋼。動模座板（500mm×710mm、H=48mm）材料采用55鋼，其上須開設(shè)螺栓的臺肩孔、支承柱和推板導(dǎo)柱的安裝孔以及注塑機(jī)的頂桿中心孔。推板（420mm×485mm、H=25mm）材料采用45鋼，用4個M8的內(nèi)六角螺釘與推桿固定板固定。其上需開設(shè)推板導(dǎo)套的安裝孔。推桿固定板（420mm×485mm、H=25mm）材料也采用45鋼，其上須開設(shè)推桿和推板導(dǎo)套的臺肩孔。2.7模具厚度H應(yīng)滿足由注塑機(jī)參數(shù)得=450mm，=300mm，把各個模板的厚度值加起來得到模具厚度：H=45+80+27+48+57+120+48=425mm<H<，QUOTE符合要求。2.8冷卻系統(tǒng)設(shè)計注射模具的溫度對塑料熔體的充模流動、固化定型、生產(chǎn)效率、塑件的形狀和尺寸精度都有重要的影響。注射模具中設(shè)計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，是通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)力。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，由于要求的模具溫度不高，所以無需設(shè)計加熱系統(tǒng)。2.8模具冷卻裝置的設(shè)計與使用的冷卻介質(zhì)和冷卻方法有關(guān)。因為水的比熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，所以本方案用水作為冷卻介質(zhì)。水冷就是在模具型腔周圍開設(shè)冷卻水道，利用水循環(huán)帶走熱量，維持所需溫度。冷卻回路所需的總表面積式2.11式中A—冷卻回路總表面積，m2；M—單位時間內(nèi)注入模具中的樹脂質(zhì)量，kg/h；q—單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量（q=4×J/kg）；—冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2K；—模具成型表面的溫度（60℃）；—冷卻水的平均溫度（30℃）。冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可用下式計算：式2.12式中—冷卻水的密度，取1000kg/m3；v—冷卻水的流速，取1.5m/s；d—冷卻水孔直徑，取推薦值d=10mm；—與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)，=8.4。所以=7330W/m2K。設(shè)注射時間為1s，塑件與冷卻系統(tǒng)總體積為222cm3，塑件密度為1.08g/cm3，則單位時間內(nèi)注入模具的塑料質(zhì)量為=280kg/h把以上個參數(shù)代入式2.11，得到冷卻回路所需總表面積：=0.141m2。冷卻回路的總長度式2.13式中L—冷卻回路總長，m；d—冷卻水孔直徑，d=10mm。所以冷卻回路總長度L=4.49m。冷卻管道數(shù)目的計算由于冷卻回路的總長度為4.49m，而定模板的寬度為450mm，所以冷卻管道的總數(shù)目為：n=4.49/0.45≈10由于冷卻回路只設(shè)置在定模板上，模具又采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)，因此可在每個型腔周圍適當(dāng)位置分別開設(shè)5條冷卻管道。冷卻水體積流量的計算式2.14式中—冷卻水體積流量，m3/min；—冷卻水的比熱容，c=4200；—冷卻水的出口溫度（30℃）；—冷卻水的進(jìn)口溫度（25℃）；其他參數(shù)同上。所以=8.89×m3/min2.8冷卻系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)能使冷卻介質(zhì)及時有效地帶走熱量，實現(xiàn)均一的快速冷卻，否則模內(nèi)就不能維持周期性熱平衡，會使塑件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致產(chǎn)品的變形或開裂。因此應(yīng)根據(jù)塑件的形狀、壁厚及塑料的品種等因素設(shè)計出能實現(xiàn)高效、均一冷卻的回路。冷卻水回路的布置冷卻回路的布置應(yīng)遵循冷卻水道盡量多、水孔盡量大；冷卻水道至型腔表面的距離應(yīng)盡量相等；澆口處加強(qiáng)冷卻；冷卻水道出入口的溫差盡量?。焕鋮s水道應(yīng)沿著塑件收縮的方向設(shè)置；冷卻水道的布置應(yīng)避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位等幾個基本原則。冷卻水道至型腔表面的距離應(yīng)在12~15mm左右。冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計常用的冷卻系統(tǒng)有直流式、直流循環(huán)式、循環(huán)式和噴流式等多種結(jié)構(gòu)形式。由于循環(huán)式冷卻水道加工費(fèi)時，難度較大；而直流循環(huán)式冷卻效果又較差，所以本課題方案擬采用直流式冷卻水道結(jié)構(gòu)，如圖2.14所示：圖2.14直流式冷卻水道2.9本章小結(jié)本章通過傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法，首先對兒童早教機(jī)前殼塑件進(jìn)行了工藝性分析，然后根據(jù)選定的注塑機(jī)對兒童早教機(jī)模具的成型零部件和結(jié)構(gòu)零部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計計算，并對澆注系統(tǒng)、推出機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行了具體設(shè)計。通過這些相關(guān)工作，確定了兒童早教機(jī)前殼模具的整體設(shè)計方案，并繪制了模具的二維總裝配圖和定模板、主型芯以及動模板等幾個重要零件的零件圖。為后續(xù)的三維建模工作奠定了理論基礎(chǔ)。3模具三維實體造型本章內(nèi)容就是介紹如何借助于Pro/e軟件對模具進(jìn)行三維實體造型。主要分為以下三部分內(nèi)容：塑件三維造型、實體分模、創(chuàng)建模架完善模具。3.1塑件三維造型由于早教機(jī)外殼形狀十分復(fù)雜，若直接建模則不僅要分別創(chuàng)建成型零件的復(fù)雜外形，還必須考慮到塑件的收縮以及成型零件的尺寸變化，過程很繁瑣，而且還難以保證型芯和型腔成型形狀的一致性。如果先對塑件產(chǎn)品進(jìn)行三維實體造型，再借助于Pro/e軟件的分模功能創(chuàng)建成型零件，則相對會簡單許多。如上所述，正因為塑件形狀的復(fù)雜性，尤其是一些曲面根本無法測量，僅僅依靠現(xiàn)有的工具就難以保證塑件模型和產(chǎn)品實體吻合一致。因此在實際造型時只能盡量向產(chǎn)品實體靠攏，但這并不影響我們對模具的三維造型。另外由于在Pro/e分模方面的知識有限，因此在產(chǎn)品的造型過程中也對塑件進(jìn)行了適當(dāng)簡化，以減小造型和分模難度。上一章的圖2.1和圖2.2就是產(chǎn)品的三維模型效果圖。3.2實體分模完成了塑件的三維造型，接下來就是模具分模工作了，這兒只對一個型腔進(jìn)行分模，另外一個型腔可以在后續(xù)的工作中通過鏡像等工具加以補(bǔ)充。分模的步驟如下：導(dǎo)入塑件參照模型選擇模具模型>裝配>參照模型，把塑件的三維模型導(dǎo)入進(jìn)去，約束方式選擇缺省，其余接受默認(rèn)設(shè)置。創(chuàng)建模具工件選擇創(chuàng)建>工件>手動，創(chuàng)建選項選擇創(chuàng)建特征>加材料，其余默認(rèn)。然后借助于拉伸工具創(chuàng)建模具工件，長度為定模板的一半（330mm），高度為定模板和推件板厚度之和（107mm），寬度和定模板相同（450mm）。塑件在工件中位置如圖3.1所示：圖3.1塑件在工件中的布置圖3.2分型曲面創(chuàng)建分型面選擇分型曲面工具，把模具工件隱藏，然后復(fù)制粘貼整個塑件內(nèi)表面，并填補(bǔ)上面的按鍵孔。然后沿著塑件的分型面拉伸一個貫穿模具工件平面。分割模具體積快選擇分割模具體積塊工具，選擇步驟3所創(chuàng)建的平面作為第一分型面，其余接受默認(rèn)選擇。然后再次進(jìn)行模具體積塊分割，選擇分割模具體積快，選擇塑件一側(cè)的那個體積快，然后選擇圖3.2所示的分型曲面作為第二分型面，其余接受默認(rèn)退出。模具元件的抽取選擇模具元件>抽取，選取全部體積塊，完成模具元件的抽取。然后選擇模具進(jìn)料孔>定義間距>定義移動，分別把模具元件向相反的方向移動一定距離，查看一下是否分模成功。成型零件的完善雖然完成了模具的分模工作，但只是單個型腔的分模，還必須把模具元件加以后續(xù)處理，才能成為完整的成型零件。完善后的定模板和型芯分別如圖3.3和圖3.4所示：圖3.3定模板圖3.4型芯3.3模架的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)零部件大都是形狀規(guī)則的模板和桿類零件，雖然其造型相對簡單，但難點在于統(tǒng)觀整體，準(zhǔn)確把握有裝配要求零件的定位問題。這兒只簡單介紹一下其中幾個比較重要零件創(chuàng)建的注意事項，包括動模板（型芯固定板）、推件板和澆口套。圖3.5動模板動模板由于型芯固定在動模板上，而型芯的固定部分又不是規(guī)則的圓形，而是在圓形輪廓的基礎(chǔ)上“切了一刀”（為了避免與澆口套干涉），如圖3.4所示，所以動模板的相應(yīng)固定輪廓也必須一致，而且還需要畫出臺肩部分以及推桿導(dǎo)向孔、導(dǎo)柱固定孔、拉料桿固定孔和螺紋孔。動模板的三維模型如圖3.5所示。推件板由于本課題方案采用了推件板推出機(jī)構(gòu)，推件板沿著型芯推出，所以推件板的導(dǎo)向孔輪廓必須與型芯相同。澆口套澆口套應(yīng)穿過定模座板和定模板，與定位圈配合，而且還要在其一端開設(shè)分流道，另一端開設(shè)與注塑機(jī)噴嘴相配合的球形凹面。3.4本章小結(jié)本章簡要地介紹了如何運(yùn)用Pro/e軟件對模具成型零件進(jìn)行分模和結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行三維造型，使設(shè)計更加直觀、形象。模具CAD技術(shù)的運(yùn)用，改變了傳統(tǒng)的僅依靠二維圖紙設(shè)計模具的方法，有效地保證了注射模設(shè)計的準(zhǔn)確性,提高了設(shè)計效率。4塑件成型過程的計算機(jī)模擬分析4.1有限元分析方法的基本思想和特點基本思想有限元法是適應(yīng)電子計算機(jī)的使用而迅速發(fā)展起來的一種比較新穎和有效的數(shù)值計算方法。它起源于20世紀(jì)50年代航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析，隨后很快地應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元法的基本思想是把具有無限個自由度的連續(xù)系統(tǒng)，理想化為只有有限個自由度的單元集合體，使問題轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題。特點（1）概念清楚，容易理解。可以在不同的水平上建立起對該方法的理解。（2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。有限元法可以用來求解工程中許多復(fù)雜的問題，特別是采用其他數(shù)值計算方法（如有限元差分法等）求解困難的問題。如復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀問題，復(fù)雜邊界條件問題，非勻質(zhì)、非線性材料問題，動力學(xué)問題等。（3）有限元法采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計算機(jī)程序，從而可以充分地利用高速數(shù)字計算機(jī)優(yōu)勢。由于有限元法計算過程的規(guī)范化，國內(nèi)外有許多通用程序，可以直接套用，非常方便。著名的有SAP系列，ADINA，ANSYS，ASKA，NASTRAN，MARK，ABAQUS等。（4）有限元法的缺點是解決工程問題的計算量相當(dāng)大，必須首先編制計算機(jī)程序，必須運(yùn)用計算機(jī)求解。目前，有限元法還在不斷發(fā)展，今后將會更加完善，使用范圍也會更加廣泛。Moldflow正是一種比較成熟的，用于注塑成型有限元分析的軟件，下面將對其做簡單介紹。4.2Moldflow簡介Moldflow軟件是美國MOLDFLOW公司的產(chǎn)品，該軟件包括MoldflowPlasticsAdvisers（產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA）、MoldFlowPlasticsInsight（注塑成型模擬分析，簡稱MPI）和MoldFlowPlasticsXpert（注塑成型品質(zhì)控制專家，簡稱MPX）三個部分。本章要應(yīng)用和介紹的是MoldFlowPlasticsInsight模塊。MPI解決方案可以對塑料產(chǎn)品和模具進(jìn)行深入的分析，它可以在計算機(jī)上對整個注塑過程進(jìn)行模擬分析，包括充填、流動、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮，以及氣體輔助成型分析等，使模具設(shè)計者在設(shè)計階段就可以找出未來產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，提高一次試模的成功率。4.3模擬分析計劃與前處理分析計劃本次計算機(jī)模擬分析的計劃是：首先分析塑件的最佳澆口位置，并與已有方案進(jìn)行比較；然后對現(xiàn)有方案進(jìn)行充填和流動分析；最后對塑件產(chǎn)品的成型工藝進(jìn)行冷卻+流動+翹曲分析，并根據(jù)分析結(jié)果對現(xiàn)有方案進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化。前處理產(chǎn)品導(dǎo)入Moldflow軟件與其他CAD系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)接口，可以從外部導(dǎo)入STL、IGES等格式的CAD模型文件。只需在Pro/e中把塑件的三維模型以STL文件的格式導(dǎo)出，然后把模型導(dǎo)入Moldflow即可（必須先新建一個工程），在導(dǎo)入選項對話框中，網(wǎng)格類型選擇Fusion，單位選擇毫米，其余默認(rèn)。然后就可以在圖形窗口看到塑件模型。網(wǎng)格劃分與修復(fù)模型導(dǎo)入后，需對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。首先打開網(wǎng)格劃分菜單，全局網(wǎng)格邊長改為6，選中使用弦高復(fù)選框，弦高值默認(rèn)0.1；然后就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格劃分完成后還要再對其進(jìn)行檢查和修復(fù)，最終應(yīng)保證自由邊、交叉邊、配向不正確的單元、相交單元、完全重疊單元的數(shù)目值都為零。三角形縱橫比的值應(yīng)保持在6到8之間，最大值不應(yīng)超過20。網(wǎng)格的匹配率則應(yīng)保持在85%以上，以便能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。網(wǎng)格的劃分結(jié)果如圖4.1所示：圖4.1塑件網(wǎng)格劃分結(jié)果圖4.2分析類型及順序設(shè)置分析類型及順序網(wǎng)格劃分和修改完成后，需要根據(jù)具體的分析目的來設(shè)置分析類型及順序。Moldflow提供的分析類型有充填、流動、冷卻、冷卻+流動+翹曲、流動+翹曲、實驗設(shè)計（充填）、實驗設(shè)計（流動）、成型分析、澆口位置和快速充填。分析類型及順序選項如圖4.2所示。材料選擇在完成分析類型和順序的設(shè)置以后，需要選擇產(chǎn)品注塑成型的材料，可直接在Moldflow提供的材料庫中選擇。本課題采用LGChemical公司的ABS塑料，其牌號為AF303。4.4最佳澆口位置分析概述塑件澆口是模具設(shè)計者根據(jù)自身經(jīng)驗人為選擇的一個進(jìn)料口位置，雖然多數(shù)情況下也能符合要求，完成塑件的充填和成型，但卻并不一定是最佳的澆口位置。Moldflow的GateLocation（最佳澆口位置）分析模塊可以根據(jù)塑件的形狀、厚度、選擇的材料以及設(shè)定的成型工藝條件初步尋找一個最佳的澆口位置，以供用戶參考。本課題方案采用的是側(cè)澆口，是根據(jù)塑件的要求、型腔布局以及塑料的流動性等因素選定的。對于一個經(jīng)驗不足的設(shè)計者來說，澆口位置選擇的是否合理將直接關(guān)系到塑件能否順利充填、成型以及成型的質(zhì)量。下面就借助于Moldflow軟件對塑件的最佳澆口做一下分析。最佳澆口位置分析因為型腔的數(shù)目和布局直接關(guān)系到塑件最佳澆口位置的選擇，因此在分析之前須預(yù)先處理成一模兩腔的布置形式：劃分完網(wǎng)格進(jìn)行鏡像處理即可。本次分析步驟比較簡單，無需設(shè)置澆口位置，劃分完網(wǎng)格、選擇好材料和分析順序后即可進(jìn)行分析。分析結(jié)果如圖4.3所示：圖4.3塑件最佳澆口位置分析結(jié)果從圖中可以看出，藍(lán)色區(qū)域是最佳的澆口位置，也就是在塑件的底部側(cè)面，與本方案所選的澆口位置吻合。4.5現(xiàn)有方案的充填和流動分析前面幾章完成了現(xiàn)有方案的模具設(shè)計和三維造型，本章前幾節(jié)又完成了塑件最佳澆口位置確定等準(zhǔn)備工作，現(xiàn)在我們就要對所設(shè)計的方案進(jìn)行充填和流動分析。分析的目的是查看塑件氣穴和熔接痕的分布情況、體積收縮等情況，以及找出其他可能出現(xiàn)的缺陷。澆注系統(tǒng)的建立澆注系統(tǒng)的建立本屬于前處理的內(nèi)容，之所以放到此處是因為要首先分析最佳澆口的位置。由于澆注系統(tǒng)較為簡單，可使用澆注系統(tǒng)向?qū)Ы?，參?shù)與設(shè)計一致，主流道入口直徑8mm，長度130mm，拔模角2.62°；分流道直徑8mm，長度10mm；澆口可簡化為直徑4mm的圓形澆口。澆注系統(tǒng)創(chuàng)建結(jié)果如圖4.4所示；圖4.4澆注系統(tǒng)示意圖建立好澆注系統(tǒng)后就可以分別對塑件進(jìn)行充填和流動分析了，劃分網(wǎng)格、選擇成型材料、設(shè)置分析類型和工藝參數(shù)等前處理過程此處不再贅述，而重點討論一下其分析結(jié)果。充填分析結(jié)果分析結(jié)果顯示塑件的充填時間為1.217s，塑件熔接痕和氣穴的分布情況分別如圖4.5和圖4.6所示：圖4.5熔接痕分布圖圖4.6氣穴分布圖從圖中可以看出，熔接痕和氣穴集中分布在把手中間和下面的環(huán)形區(qū)域，以及按鍵孔周圍，因為這些地方都是熔體匯合處，產(chǎn)生熔接痕在所難免，但氣穴較多，應(yīng)加強(qiáng)排氣設(shè)計以便氣體的及時排出。流動分析結(jié)果通過流動分析得出的充填時間為1.282s，與充填分析差別不大；而且氣穴和熔接痕的分布情況也與之相似，這兒就不再示意以圖了。圖4.7鎖模力XY圖圖4.7為塑件成型過程中鎖模力隨時間變化的示意圖，從圖中可以看出單型腔的最大鎖模力為1600kN左右，由此推算兩個型腔的鎖模力之和最大不會超過3200kN，小于所選注塑機(jī)的額定鎖模力3500kN。圖4.8塑件體積收縮率示意圖圖4.8為塑件的體積收縮率示意圖，離澆口越遠(yuǎn)的地方收縮越大，把手位置由于最后澆到所以收縮率最大，達(dá)6.127％左右。4.6產(chǎn)品成型分析在對產(chǎn)品進(jìn)行了充填和流動分析后，接下來就需建立起冷卻系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行“冷卻+流動+翹曲”分析了。Moldflow的Cool分析模塊能模擬模具內(nèi)的熱傳遞情況，根據(jù)冷卻分析的結(jié)果，來優(yōu)化冷卻管道的設(shè)置，確定合理的冷卻時間，提高制件成型的質(zhì)量和效益。冷卻系統(tǒng)是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，它是將冷卻水分配到幾個獨(dú)立的回路上并能對其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)性能的高低決定了冷卻的效果和制件的最終質(zhì)量。如果不能實現(xiàn)均勻快速的冷卻，則會使塑件內(nèi)部產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力而導(dǎo)致產(chǎn)品變形或開裂。4.6要進(jìn)行產(chǎn)品的成型分析，除了網(wǎng)格劃分、澆注系統(tǒng)、成型材料等基本設(shè)置外，還需要創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)。本節(jié)采用Moldflow提供的冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建向?qū)?chuàng)建冷卻系統(tǒng)，單擊建模>冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建向?qū)?，彈出冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建對話框，設(shè)置冷卻管道直徑10mm，冷卻管道距離模型上下面的距離為15mm，根據(jù)冷卻管道的實際排布情況選擇其放置方向為Y方向，完成冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建，如圖4.9所示：圖4.9澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)示意圖4.6.2產(chǎn)品成型工藝在進(jìn)行成型分析前，還需要設(shè)置其初始的成型工藝參數(shù)。成型材料ABSAF303的推薦成型工藝參數(shù)為：模具溫度60℃，熔體溫度200℃，模具溫度范圍40~80℃，熔體溫度范圍180~220℃，最大熔體溫度240℃，頂出溫度85℃。本節(jié)中模具溫度與熔體溫度采用其推薦值，開模時間5s，其它參數(shù)如表3.1所示：表3.1初始成型參數(shù)總時間保壓壓力保壓時間頂出溫度自動80％注射壓力10s75℃產(chǎn)品的初始成型分析中,主要對其熔接痕分布、氣穴分布、體積收縮率、產(chǎn)品總變形量、注射壓力、回路冷卻介質(zhì)溫度等做詳細(xì)分析。熔接痕與氣穴分布塑件的熔接痕和氣穴位置分布分別如圖4.10和圖4.11所示，從圖中來看，二者的情況都不甚理想，熔接痕的數(shù)量有所增加，冷卻水道加強(qiáng)了冷卻，同時也冷卻了料流前鋒，導(dǎo)致了熔接痕的增多。4.10熔接痕分布4.11氣穴分布體積收縮率塑件的體積收縮率如圖4.12所示：圖4.12塑件的體積收縮率從圖中可以看出，與上一節(jié)單純的流動分析的體積收縮率相比，塑件的收縮明顯減小，這是因為添加了冷卻系統(tǒng)，塑件得到及時的冷卻，使收縮率下降?？傋冃瘟慨a(chǎn)品的總變形量如圖4.13所示，從圖中可以看出塑件的最大變形量為0.99mm，超出了產(chǎn)品要求的最大尺寸方向上的公差值0.92mm。導(dǎo)致產(chǎn)品變形超差的主要原因可能有：材料選擇不當(dāng)導(dǎo)致所選材料不能夠很好滿足塑件要求的公差等級；保壓時間和保壓壓力設(shè)置不當(dāng)使產(chǎn)品在冷卻過程中不能很好補(bǔ)縮；產(chǎn)品設(shè)計不當(dāng)使產(chǎn)品保壓壓力不能夠很好傳遞，產(chǎn)品收縮超差；冷卻管道布置不當(dāng)，使產(chǎn)品冷卻不均，發(fā)生翹曲變形。產(chǎn)品變形量需要在后續(xù)成型參數(shù)的優(yōu)化過程中，通過增加保壓壓力和保壓時間改善。圖4.13產(chǎn)品的總變形量注射壓力圖4.14注射壓力XY圖上圖為注射壓力XY圖，由分析結(jié)果可知，注射過程的最大壓力為100MPa左右。此值小于注射機(jī)的額定注射壓力145Mpa，因此在控制產(chǎn)品變形的過程中可以適當(dāng)提高產(chǎn)品的保壓壓力，使其變形量在公差范圍之內(nèi)，但同時要保證塑件成型后殘余應(yīng)力的值不至于過大?；芈防鋮s介質(zhì)溫度圖2.15為回路冷卻介質(zhì)溫度分布圖，入口處冷卻水的溫度為25℃，出口溫度為25.89℃，出入口溫差不到1℃，說明符合要求。圖4.15回路冷卻介質(zhì)溫度4.6.3產(chǎn)品成型工藝參數(shù)根據(jù)初步分析的結(jié)果，對產(chǎn)品成型工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整方案如表3.2所示：表3.2改進(jìn)后的成型工藝參數(shù)保壓壓力熔體溫度保壓時間頂出溫度注射時間90％注射壓力210℃14s80℃1.6s調(diào)整成型工藝參數(shù)后，再次對產(chǎn)品進(jìn)行“流動+冷卻+翹曲”分析。通過分析，結(jié)果明顯改善，這兒只就產(chǎn)品的總變形、熔接痕位置分布、氣穴位置分布做一下簡單分析，其結(jié)構(gòu)分別如圖4.16、圖4.17和圖4.18所示：圖4.16塑件總變形量圖4.17熔接痕分布圖圖4.18氣穴分布圖從圖4.16可以看出，塑件的總變形量有所降低，最大變形量約為0.82mm，小于最大變形量的允許值，由此可見調(diào)整了保壓壓力和時間等參數(shù)，有助于減小產(chǎn)品的變形量，而且熔接痕，氣穴的分布情況也有所改善。優(yōu)化后的產(chǎn)品成型工藝參數(shù)如表3.3所示：表3.3優(yōu)化后的成型工藝參數(shù)注射壓力保壓壓力模具溫度熔體溫度110Mpa100Mpa60℃210℃注射時間保壓時間冷卻時間頂出溫度2s15s20s80℃4.7本章小結(jié)本章首先對有限元法、Moldflow軟件及其分析步驟作了一下簡單介紹；其次對塑件進(jìn)行了最佳澆口位置分析，并與原方案作了對比，然后對初始設(shè)計方案進(jìn)行了充填和流動分析,從理論上驗證了方案的可行性；最后對產(chǎn)品進(jìn)行了冷卻+流動+翹曲成型分析，找除了方案中存在的不合理之處，并根據(jù)分析結(jié)果對成型工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過計算機(jī)模擬分析，從理論上確保了本課題所設(shè)計方案的實際可行性，提高了一次試模成功率。由于初學(xué)軟件，所以分析中難免有許多不到之處，但在學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中，確實體會到了其功能的強(qiáng)大，Moldflow軟件對注射模設(shè)計無疑是一個十分有用和有效的工具。5總結(jié)與展望本次對兒童早教機(jī)前殼模具的設(shè)計，充分體現(xiàn)了CAD/CAE技術(shù)在注射模設(shè)計和塑料制件生產(chǎn)中的優(yōu)勢。前半部分主要通過所學(xué)專業(yè)知識和已有的經(jīng)驗設(shè)計公式，并查閱模具設(shè)計手冊等參考資料，確定了兒童早教機(jī)模具的總體設(shè)計方案，和注塑機(jī)的初步選型；根據(jù)這些理論基礎(chǔ)又展開了對模具成型零部件和結(jié)構(gòu)零部件的詳細(xì)設(shè)計，最終確定了完整的模具設(shè)計方案，并繪制了模具及其零件的二維圖。后半部分則以計算機(jī)為基礎(chǔ)，借助于Pro/e和Moldflow