前盖注塑模设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报 告用纸 第 1 页 共 20 页 注塑模具的设计与热分析 摘 要 :本文介绍了用于生产热变形测试样品的注塑模具的设计，这种模具能为自身实现热分析，从而得到模具的热残余应力的影响。文章对技术，理论，方法以及在注塑模型设计中需要的考虑的因素也进行了介绍。模具设计是通过商用计算机辅助设计软件种用于分析因样品不均匀冷却产生的热残余应力的模具，已经通过使用 且存在问题也已经解决。该软件通过绘制相应的时间反应曲线为模具提供了温度分布等高 线图以及注塑周期中的温度的变化。结果表明，与其他区域相比，收缩可能更容易发生在冷却渠道附近的区域。热变形就是这种在模具的不同区域的不均衡降温效果引起的。 关键词 ： 注塑模具；设计；热分析 1. 引言 塑料业是世界上发展最快的工业之一，被列入产值达数十亿美元的产业。几乎每一个在日常生活中使用的产品都涉及塑料的使用，这些产品大部分可通过注塑成型方法生产 1 。注塑成型工艺因其制造过程是以较低的成本生产各种形态和复杂几何形状的产品而众所周知 2 。 注塑成型工艺是一个循环 工艺，整个过程分为四个重要的阶段，即：充模，保压，冷却和喷射。在注塑成型过程是从漏斗中把树脂和适当的添加剂注入到注塑成型机的加热 /注射系统开始的 3 。这就是“充模阶段”，在这个过程中，模腔填充了达到注射温度的热聚合物熔体。在模腔填充后的 “保压”阶段，更多的是聚合物熔体在更高的压力下被装进腔体，以补偿因聚合物固化引起的预计萎缩。接下来便是冷却阶段，在此过程中模具会冷却，直到有足够的刚性部分被弹出。最后一个阶段是“弹射阶段”，这个阶段模具被打开，成型部分被弹出，过后，模具会再次被关闭开始下一个循环 4 。 因为主要是靠经验，包括了实际工具的反复修改，所以设计和制造所需性能的注塑成型聚合物部件的过程很昂贵的。在模具设计任务中，由于包含了喷射和气压因素，通常来说，在核心区为模具设计特别附加的几何结构是相当复杂 5 。 为了设计出模具，许多重要的设计因素必须加以考虑。这些因素是模具的大小，模腔的数量、布局，热流道系统，门控系统，收缩和弹射系统 6 。 在模具的热分析中，其主要目的是分析热残余应力或模压对产品尺寸方面的影响。热诱导应力主要发生在注塑零件的冷却阶段，主要是由于其较低的热传导率和熔融树脂和模具之间的温度差 异。在场冷却过程中的产品腔的温度是不平衡的 7 。 冷却过程中，离冷却通道越近的地方能更大程度的冷却下来。这种温度的不同引起了材料的异收缩，从而带来热应力。明显的热应力可能会引起变形问题。因此，在注射成型过程的冷却阶段对热残余应力场进行模拟是非常重要的 8 。通过了解热残余应力的分布特点，我们就可以预测热残余应力引起的变形。 在这篇论文中，为生产翘曲测试样本设计的提出了这样一种注塑模具设计：它能对模具实现热残余应力对其的影响实现热分析。 2. 方法 曲测试样本的设计 这一部分介 绍了用于注塑模具设计的翘曲测试样本的设计。对于外壳很薄的产品来说，很明显翘曲是存在其中的主要问题。因此，产品开发的主要目的就是设计一个塑件能为外壳很薄的注塑模具的翘曲问题确定影响因素。翘曲测试样本是由薄塑料壳而开发的。样本的总体尺寸是长 120 毫米，宽 50 毫米，厚 1 毫米。生产翘曲测试样本所用材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯（ 塑的温度、时间和压力分别是 210 C, 3 s 和 60 1 表示翘曲测试样本。 图 1 翘曲测试样本 曲测试样本设计注塑模具 本节介绍了用于生产翘曲测试样本 的模具的设计部分和设计中其他需要考虑的因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是美国国家钢铁学会的 1050碳钢。在模具设计中考虑到的四个设计概念包括： I. 三板模具（概念 1）有两个分模线单腔，由于成本高所以不适用。 二板模具（概念 2）有无浇注系统的一个分模线单腔。由于每注的低生产率而不适用。 二板模具（概念 3）有一分模线与门控喷射系统的双腔。由于产品太薄，顶针可能损害它，因此也不适用。 二板模具（概念 4）有一分模线与有门控系统的双腔，只用直浇口拉出器作为喷射器，来避免在喷射过程 中对产品的破坏。在翘曲样本的模具设计中第四个设计概念已经得到应用。 各种设计根据都已经在设计中得到应用。 首先，模具的设计是基于所使用注塑机器的压盘尺寸 (2D)。这个机器是有一定限制的，这就是两个拉杆之间的距离定出的压板机的最大面积在机器拉杆之间的距离为 254毫米。因此，模具板最大宽度应不能超过这个距离。此外，为了达到调定和处理模具的目的，在两个拉杆和模具之间保留了 4毫米的空间。最终这使模具的最高宽度为250毫米。标准模具基地有 250 250毫米的使用面积。模具基底是用美得丽钳安装在模具基 座或模具压板右上角和左下角的。其他相关模具板的尺寸见表 1。 设计了夹紧压力的模具具有高于内部空腔力（反应力）的夹紧力来避免发生突然的活动。 表 1 磨具板尺寸 部件 尺寸：宽度高度厚度 顶部压紧板 250 250 25 腔板 200 250 40 核心板 200 250 40 侧板，支撑板 37 250 70 排出维持板 120 250 15 推出器 120 250 20 底部固定板 250 250 25 基于标准模具系列给出的尺寸，宽度和核心板的高度分别是 200和 250毫米 这些尺寸使核心板两腔的设计是水平放置的，因为腔板为空时有足够的空间，为了填充熔融塑料，只是用浇口衬瓦来固定因此，在产品表面只设计了一个标准分型线。在模具打开的过程中，产品和滑行装置放置在通过分型面的一个平面上，标准门或侧门就是转为这个模具设计的。门就处在滑道和产品之间。在门底部的土地，设计了 20倾斜，而且厚度只有 这个门还设计了四毫米宽 模具设计中，选择了滑道的抛物 线交叉部分的类型，因为他有一个好处，那就是一模只需一半的简单加工，即这一例子中的核心板。 尽管如此，与圆截面类型相比这种滑道有诸如更多的热流失和废料。这可能会引起熔融塑料更快的凝固。这个问题通过使用更短，直径更大的滑道得以减少，它的直径是6毫米。非常重要的一点是滑道的设计要同时在相同的压力和温度下把材料或熔融塑料分送到腔体中。由于这一点，腔体的布局设计成了对称形式。设计中另一个需要考虑的方面就是通气孔的设计。 为了防止发生滑动，核心和板腔之间的配合面板加工非常精细。但是，这可能导致在模具关闭 时空气被封在里面，而使产品出现喷丸不足或部分不完整。为了确保锁住的空气能被排出来而避免部分不完整的发生，我们设计了足够多的通气孔。冷却系统是沿着模具的长度钻出来的，在与模具水平的位置使其更好的冷却这些冷却渠道在两钻腔和和核心板上都有。它们使模具在湍流的情况下能够充分的被冷却。图 2 给出了通气孔和核心板上的冷却渠道在腔里的布局。 图 2 气孔在腔中的布局及冷却通道 在这个模具设计中，弹射系统包括弹射版，直浇口拉出器以及喷射器。位于核心板中心位置的直浇口拉出器的作用不只是作为模具打开时固定产品位置的拉 出器，而且在喷射阶段作为喷射器把产品从模具中推出来。在产品腔中没有放置和使用附加的喷射器，因为产品生产的非常薄，即 1毫米。 产品腔中额外的注射器可能会在喷射阶段给产品增加洞眼和损害。最后，要对尺寸容差进行足够的考虑来补偿材料的收缩。图 3显示了利用 图 3 模具的三维实体建模和线框模型 图 4 用于避免欠注的额外的通风孔 3. 结果和讨论 产和调整产品的结果 从设计和制作的模具来看，生产的翘曲测试样本在实验跑中有一些缺陷。这些缺陷是短射，溢料和翘曲。短射随后被弯道腔排气孔的边缘消除来使被困住的空气能出来。与此同时，溢料也通过减少保压机器的压力得到降低。变形可以通过控制诸如注射时间，注射温度和融融温度等各种参数来得到控制。经过这些修改，模具生产了高品质低成本的翘曲测试样本同时需要尽快完成小门控。图 4显示了模具的修改，正在加工消除短射的额外排气孔。 具和产品的细节分析 模具和产品开发出来以后 , 就进行对模具和产品的分析 t. 在注塑成型额过程中 , 210度的熔融 却发生后，产品就成型了 品的周期大约需要 35秒，而其中冷却的时间就有 20秒。生产翘曲测试样本的材料是 注塑温度，时间，和压力分别是 210度， 3秒和 60 模具选的材料是 1050碳钢，这些材料的性能在有限元素分析开发的模具中决定温度分布的方面是非常重要的。表 2显示了 模具进行分析的关键部分在于腔体和核心板，因为这是产品成型的地方。 所以热分析来知道温度分布和不同时间的不同温度是通过采用商业有限元素分析软件即所谓的 了研究在不同地区热残余应力对模具的影响，进行了二维的热分析，由于是对称的，热分析只要通过垂直截面的上半部分或者在注射阶段被夹住的两腔的侧面和核心板块。图 5显示了用不规则网格分析的热分析模型。 图 5 热分析模型 建模还涉及到性能分配和模型的程序或周期的时间。这使得有限求解分析模具模型建立，并且绘制了时间反应图来显示在特定阶段的不 同地区的温度变化。对于产品的分析，是通过利用 本上在被紧紧地加载在一端，而另一端是被锁住的。负荷会一直增长知道模型达到可塑性。图 6显示了分析的加载模式。 表格 2 模具和产品的材料性能 图 6 分析的加载模式 图 7 不同时间间隔的二维热分布等高线图 模具和产品分析的结果和讨论 对于模具分析来说，可以观察到不同的时间间隔中的热量分布。图 7 显示了一个完整注塑模型周期中不同时间间隔的热分布二维分布等高线图。 对于模具的分析 来说，在不同热量或热能分布等高线绘制图上 ，热量分布在一个完整的注塑周期中。为了实现对于模具的二维分析，绘制了时间反应曲线图来分析热残余压力对产品的影响。图 8 显示了为了绘制时间反应曲线选出的结点。 图 8 时间反应曲线图选出的结点 图 示了图 8 所示不同节点上的温度分布曲线。 从绘制出的温度分布曲线图来看，图 ，为绘制曲线图选择的每一个结点在温度上会经历上升。即，从其周围的温度到比其周围温度高的特定温度，然后在特定的一个时间里，在这个温度上保持不变。这个温度增长是由于熔融塑料被注入产品腔引 起的。段特定的时间 度会进一步升高直到最高温度，然后保持在那个温度上。温度增长归因于引起高压的保压阶段。这个阶段上引起温度上升。这个温度会一直维持到冷却阶段开始，这个阶段上把模具的温度降并维持到一个较低的值。绘制的曲线由于没有熔融塑料的注入率以及冷却剂的制冷率，他是弯曲的。绘制的曲线只是显示了在周期中能够达到的最大值。热残余应力分析的最关键步骤是冷却阶段。这是因为，冷却阶段引起了材料从高于玻璃转化温度到低于它的转化。材料经历了可能导致翘曲的引起热应力的不同的收缩。从图 示的冷却以后的温度中，由于温度进一步降低冷却管附近的温度会很明显的受到更大的冷却效果，而远离冷却管的地方则有较小的冷却效果冷却率越大，冷却效果越多意味着在这个地方发生跟大的收缩。尽管如此，最远的地方，第 284 结点，尽管远离冷却管，由于向环境中损失的热量，经历更大的冷却力。结果是，产品腔中心位置的冷却管引起中间高于其他地方的部分的温度不相同 .。由于更大程度的收缩，中间部分产生了压缩，同时由于收缩不均等引起了翘曲。尽管如此，冷却后，不同结点的温度差异很小，翘曲影响也不明显。 对设计师而言，设计一个有较少热 残余应力及及有效的冷却系统的模具是非常重要的。对产品的分析，从开始进行分析注塑产品的阶段，不同的负载因子在产品上的压力分布在这两个尺寸分析中得到观察。图 18 21 显示了不同负荷应力增量的等高线图。一个临界点，即 127 节点上，产品的最大拉应力被选定出来进行分析。在图 22 和 23 中绘制了这一点上的压力应变曲线和负载应力曲线从图 23 绘制的这一点上的负载应力曲线，很清楚的看到产品经受很大的负荷，直到 23 的负载力，即 1150 牛。这意味着产品能够承受最大在 1150 牛的拉伸力。高于这个值的负荷会引起产品的失灵。基于图 23，失灵很可能会发生在产品的固定端附近的区域，这里最大应力是 107 由于该产品的生产是以为了翘曲测试，也没有分析与拉伸荷载的关系，所以其应力分析揭示的是很有限的信息。未来，尽管如此，建议产品服务条件应该确定，以便能够进行各种其他的负载下的进一步分析。 图 9 284 结点温度分布图 图 10 213 结点的温度分布图 图 11 302 结点的温度分布图 图 12 290 结点的温度分布图 图 13 278 结点的温度分布图 图 14 1830 结点的温度分布图 图 15 1904 结点的温度分布图 图 16 1853 结点的温度分布图 图 17 1866 结点的温度分布图 图 18 在荷载增量为 1 时的等效应力图 图 19 在荷载增量为 14 时的等效应力图 图 20 在荷载增量为 16 时的等效应力图 图 21 在荷载增量为 23 时的等效应力图图 22 应力与应变曲线 图 23 脂的应力与荷载增量曲线 4. 结论 设计的模具可以生产用于确定影响翘曲参数的高质量的翘曲测试样本。该测试样本生产成本低，只涉及很少德控门的修整。注塑模具的热分析提供了热残余应力对标 本的变形后形状的影响的解释另外对产品拉伸应力的分析成功的预测翘曲测试样本在出现失灵之前的拉伸载荷。 鸣谢： 作者向发起本文出版的马来西亚博特拉大学工程学院致谢。 参考文献 1 1987, p. 110. 2 A on of J. 136 (2002) 1. 3 A a J. 11 (2002) 41. 4 O . of J. 128 (2002) 113. 5 1987, p. 83. 6 G. P. 1993, p 129. 7 2001, p. 1. 8 X. in J. 101 (1999) 致谢 毕 业 设 计 (论 文 )说 明 书 毕业设计（论文）任务书 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 内容 ： 前盖 注射模具设计；产品规格：见附图；生产批量：大批量。 要求 ：要 求有目录、设计任务书及产品图 ； 工艺方案设计，提出至少两种设计方案，进行比较和分析。 单个塑件体积、重量计算； 成型设备的选择及参数校核； 浇注系统设计；（浇注系统及工艺图设计图一张） 成型零件系统设计；（成型零件结构设计，成型零件尺寸计算，成型零件壁厚计算，绘制成型零件系统部件图一份） 脱模机构设计（优先考虑全自动脱模） 模温调节与冷却系统设计； 总体结构设计及总装图的绘制。（要求：总装图一份， 0#： 1 张，选取标准模架。）。 重要零部件图纸设计（图纸总幅面约为零号图一张） 编写毕业设计说明书一份（推荐用电脑打印 ，论文不少于 2 万字）。 2指定查阅的主要参考文献 塑料模具设计手册，塑料模具设计手册编委会，机械工业出版社， 2001。 塑料模具技术手册，塑料模具技术手册编委会，机械工业出版社， 2001。 实用塑料注射模具设计与制造，陈万林等编著，机械工业出版社， 2001 冲压与塑料成型设备，范有成主编，高等教育出版社， 2000 塑料模具 设计，高 济主编，机械工业出版社 3进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 确定论文题目，收集文献，提出体系架构需求和难点 2 确定设计方案，重点解决关键疑难问题，分析、计算 3 撰写论文，绘图 4 校对、修改、加工论文及图纸 5 交论文图纸， 注：本表一式三份，系、指导教师、学生各一份 致谢 1 毕 业 设 计 (论 文 )说 明 书 毕业设计（论文）任务书 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 内容 ： 前盖 注射模具设计 ；产品规格：见附图；生产批量：大批量。 要求 ：要 求有目录、设计任务书及产品图 ； 工艺方案设计，提出至少两种设计方案，进行比较和分析。 单个塑件体积、重量计算； 成型设备的选择及参数校核； 浇注系统设计；（浇注系统及工艺图设计图一张） 成型零件系统设计；（成型零件结构设计，成型零件尺寸计算，成型零件壁厚计算，绘制成型零件系统部件图一份） 脱模机构设计（优先考虑全自动脱模） 模温调节与冷却系统设计； 总体结构设计及总装图的绘制。（要求：总装图一份， 0#： 1张，选取标准模架。）。 重要零部件图纸设计（图纸总幅面约为零号图一张） 编写毕业设计说明书一份（推荐用电脑打印 ，论文不少于 2万字）。 2指定查阅的主要参考文献 塑料模具设计手册，塑料模具设计手册编委会，机械工业出版社， 2001。 塑料模具技术手册，塑料模具技术手册编委会，机械工业出版社， 2001。 实用塑料注射模具设计与制造，陈万林等编著，机械工业出版社， 2001 冲压与塑料成型设备，范有成主编，高等教育出版社， 2000 塑料模具 设计，高 济主编，机械工业出版社 3进度安排 3 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 确定论文题目，收集文献，提出体系架构需求和难点 2 确定设计方案，重点解决关键疑难问题，分析、计算 3 撰写论文，绘图 4 校对、修改、加工论文及图纸 5 交论文图纸， 注：本表一式三份，系、指导教师、学生各一份 2 毕业设计课题附图如下 3 摘 要 本文是关于 前盖 注塑模具的 塑料成型模具 设计 ，针对的主要是模具成型中的侧向抽芯问题。在正确分析塑件工艺特点和 上，介绍了对凸模，凹模，浇注系统，脱模机构，顶也机构的设计，选择标准零件，设计非标件的设计过程。由于模具生产的塑料制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，涉及模具结构、强度、寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂的工程运算问题；（ 造和产品质量进行分析。塑料注射成型所用的模具称为注射模成型模具，该模具特点是模具先由注射机合模机构闭和紧密，然后由注射机注射装置将高温高压的塑料熔体注入模腔内，经冷却或固化成型后，在侧向分型的作用下开模 取出塑件。前盖注射模设计，采用一般精度，利用 注系统，导向部件，脱模机构和分型抽芯机构等等。综合运用了专业基础、专业课知识设计，其核心知识是塑料成型模具、材料成型技术基础、机械设计、塑料成型工艺、模具 关键词 ： 熔融塑料 , 冷却 ,浇注系统 , 侧向抽芯 , 顶出机构 2 3 2 3 is of to in of is in in BS in to of so on in so on ( so on in on is is by to by in or to or of so is so 2 目 录 任务书 中文摘要 英文摘要 第一章 概述 1 际、国内塑料模具成型发展概况 1 料模具设计方法主要发展方向 2 业设计课题资料查询 3 件分析 了解塑件的加工性能和工艺性能 4 料的适用范围 6 具材料 6 业设计思想简述 7 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 8 型塑料制件结构工艺性分析 8 件三维 模及 析 8 用 8 析及其结果 9 据 析结论进行模具工艺设计 14 据 析结论进行模具工艺设计 14 腔布置 15 定分型面 15 定浇注系统和排气系统 16 第三章选择注射机及注射机工艺参数校核 20 塑机的技术规范 20 大注射量的校核 20 塑压力的核核 21 模力的校核 21 具闭合高度校核 22 模行程校核 22 第四章 . 模具设计 23 3 定标准注塑模架 . 具成型零件 系统 设计 23 型零件 结构 设计 23 型零件材料设计 24 型零件壁厚设计 25 气方式及排气槽的设计 25 腔成型尺寸计算 25 件精度影响误差值的确定 25 2 按平均收缩率计算成型尺寸 25 模机构设计 30 顶杆 ,推板组合式顶出 )设计 30 芯机构设计 32 具主要连接、定位、导向件设计 37 具主要连接件选择或设计 37 具主要定位件选择或设计 37 具主要导向件选择或设计 37 具冷却系统设计 43 射模冷却系统设计的原则 43 具热平衡计算 44 第五章 绘制模具图 48 制总装结构图 48 制重要零件图 48 对、审图 。 50 具设计的标准化问题 50 第六章 结论 51 参考文献 53 致谢 54 1 第一章 概述 际、国 内塑料模具成型发展概况 塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。 我国塑料模具的水平 近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高：所生产的大型塑料模具的单套重量已达到 50密塑料模具的精度已达到 3?m；多腔塑料模具方面已能生产一模 7800腔的塑封模具；高速模具方面已能生产挤出速度达 4m/生产手段方面来看，模具企业设备 的数控化率已有较大提高， 术的应用面已大为扩展，高速加工及 T 等先进技术的采用已越来越多，模具标准件的使用覆盖率及模具的商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高。 国内国际 塑料模具发展比较 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。 国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 2004年，模具进出口之比为 1，进出口相抵后的净进口额达 世界模具净进口量最大的国家 。 世界模具年产值 600 650亿美元。欧美发达国家，模具出口约占本国模具年产值 1 3。 近几年来，中国模具工业一直以年均 15%左右的快速发展，目前已有 17000 多家模具厂家，从业人数 50 多万。国内塑料模具产值已占模具总产值的 33%以上，其中以注塑模具需求量最大。有关数据表明，目前国内仅汽车行业就需要各种塑料制品 36万 吨 /年，电冰箱、洗衣机和空调年产量均超过 1000万台，彩电年产量已超过 3000 万台。到 2010年，建材行业塑料门窗普及率要求达到 30%，塑料管材普及率达到 50%。这些都将促进第一章 概述 2 塑料模具需求量大幅增长。 2000 年，我国（未包括港澳台统计）塑料模具产值约 100亿元， 2004 年已发展到 212 亿元， 4 年平均增长率为 21%，高于模具行业总体发展速度近 4个百分点。 我国塑料模具的发展趋势 经过近几年的发展，在塑料模具的开发、结构的调整以及企业管理等方面已显示出以下新的发展趋势： 1、在模具的质量、交货 周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位。 2、大力增强主动开发能力。模具企业不能等有了合同，才根据用户要求进行模具设计。目前，青岛海尔模具公司等企业的“你给我一个概念，我还你一个产品”的一站式服务模式以及太仓求精模塑公司等企业主动开发的办法已被越来越多的企业所接受。 3、随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最 终促进了整个模具工业水平的提高。 4、模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 前许多企业已经采用了 5、世界上工业发达国家的模具正加速向我国转移。其表现方式为：一是迁厂，二是投资，三是采购。我国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进的技术，加快我国模具制造业的发展步伐。 总之，中国的塑料模具具有光辉灿烂的前景。 只有那些能够把握机遇、开拓市场、不断发现新的增长点的模具企业和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地。 料模具设计方法主要发展方向 四川 理工学院毕业设计（论文） 3 模具设计长期以来依靠人的经验和机械制图来完成。自从二十世纪八十年代中国发展模具计算机辅助设计（ 术以来，这项技术已获得认可，并且得到来快的发展。九十年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（ 术，现在也为许多企业应用，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显着的作用。一些工业发达国家的模具企业应用 ，已从二维设计发展到三维设计 ，三维设计已达 70%以上。中国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到 20%。 件在国外应用已较普遍，国内应用还比较少，用於预测零件成形过程中可能发生缺陷的水平还比较低。 塑料 模具 塑料 成形过程的各种模拟分析（ 注塑 成形，包括 塑料 充模、保压、冷却、翘曲、收缩、纤维取向等模拟分析）、热传导和冷却过程的分析、凝固及结构应力分析等。计算浇注系统及模腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布并分析其结果，是非常复杂和费时的。这一模拟技术已从中面流技术发展到双面流技术，不久 即可发展到既正确又快速的实体流技术，产生满足 塑料 件虚拟制造要求的三维 注塑流 动模拟软件； 业设计课题资料查询 件分析 制件 为 前盖 ， 机构复杂， 采用的 材料 技术要求 。 考虑到塑件呈矩形壳体，两侧有一孔， 在加工 不规则表面 时有一定的加工难度， 要采取 镶块形成侧凹 ， 有 小孔 而要 侧向 抽 芯 。 综上所述采用 镶块 式并在一定程度上增加型芯的精度和强度。 塑件 图 件 析 结果 第一章 概述 4 由上图可得制件质量 60g， 体积 5717解塑件的加工性能和工艺性能 、塑料熔体流动行为，塑料在模具内可能的结晶，取向及导致的内应力 23 41 )、丁二烯 (10。 30轮 )和苯乙烯 (泌 6D )3 种单体共聚而成的无定型聚合物，简称 成的 抗冲击型，高抗冲击型等多种。 S 相应的支链可分 S 不同的结构单元赋予其不同的性能 ：当丙烯腊 (A)含量增加时，其硬度、拉伸强度、弹性模量、抗冲击性、耐溶剂性及耐热性均有所提高，但高频绝缘性却下降；当丁二烯 (B)含量增加时，韧性、抗冲击性、耐磨性及伸长率均增大，而硬度、拉伸强度、弹性模 量却有所下降；当苯乙烯 (S)含量增加时，透明性、着色性、电绝线性及加工性能有所提高，硬度好，但材质变脆。 三元共聚而成的 成了坚韧、质硬、刚性的热塑性工程塑料。不同 型号的 结构差异较大，所以其性能差异也较大。 (一 )(1)无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉 状。密度为 每立方厘米 )，收缩率为 0 4。 o 9，吸湿性小于 1，熔融温度 217热分解温度 大于 250。 (2)硬而坚韧刚性、耐低温冲击性、耐蛹变性、尺寸稳定性、耐磨性均良好：线膨胀系数很小，成型收缩小，表面光泽优异。 (3)电绝缘性能较好并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 (4)3制品经退火处理后可提高 10 摄氏度左右， 可在 温度范围内使用，在 40时仍能表现出一定的韧性。 (5)焰呈黄色，黑姻，有特殊臭味，但不滴落。 (6)受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但溶酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂 ,紫外光的作用下易产生降解； 于户外半年后，抗冲击强度将大幅度下降。 (7)吸附性极强，是塑料电镀的极好材料，与极性树脂相容性良好，可改善性能。 四川 理工学院毕业设计（论文） 5 表 份性能 项目 超高冲击型 高冲击型 低温冲击型 耐热型 密度 8 吸水率 变形温度 96 98 98 104膨胀系数 10 7 燃烧性 - - 伸强度 35 63 213伸弹性模量 曲强度 62 97 254 弯曲弹性模量 缩强度 - - 180 络氏硬度 100 121 6208充 如下： 英文名字： 度： 型收缩率： 拉伸模量： 型温度： 200 第一章 概述 6 干燥条件： 80 2小时 熔化温度： 210 比热容： 1300J/(导热率： 注射压力： 70射速度：一般取中低速 螺杆转速： 1545r/具温度：当壁厚在 25时，一般控制在 60 保压力： 4050压时间： 2 1015s 冷却时间： 2 1015s 制件公差等级： 78， 8级 喷嘴孔孔径：大与 5备螺杆：长径比在 1420之间 料的适用范围 前主要用于 （ 1）零件： 汽车、飞机零部件、机电外完、纺织纱管、变速箱盖、散热 器、空调机、电冰箱内衬、吸尘器究、卷发器、打字钒、缝纫机零部件。（ 2）壳体： 照相机壳、滑雪板、公文包、行李粕、家具、笔杆、半导体壳、电视机壳、收录机壳、电话 机 壳、台式分算机宪。电风扇座组电油壳 、安全帽、洗衣机零部件、访扭、输送腐蚀性液体管道、隔膜阀、天线放大梯、车灯、铅初、潦包线盘以及板、管、棒等。 量减少残余内应力和翘曲变形。 ，会因此导致熔体水解，故成型前必需干燥 2小时 。 过高的注塑速度会使聚矾熔体出现破裂的倾向，这将限制熔体的充模速度，造成充模困难。 采用中速。 模具温度在 25太低将影响塑件光泽度。 具材料 模具采用 9分零件采用 9 高 ，韧度、塑性和焊接性均好，主要用于型腔简单，生产批量较 大 的塑料模，采用反印法制造模具，然后经渗碳淬四川 理工学院毕业设计（论文） 7 火、回火处理，可或的外表高硬度又耐磨，心部韧性好的模具，其加工性能较好，脱碳敏锐性较小。该模具的其他各部分零件详见后面章节内容。 模具的材料见下图。 图 用模具材料 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率见 第四章 . 业设计思想简述 本次模具设计尽量借用计算机来完成复杂的计算和建模分析，总结前人的设计经验，结合塑件的具体结构和塑料材料的具体性能，尽量设计出高的，科学的，自动化高的先进的模具。在 模具的结构设计中，尽量采用标准件，降低模具设计工作量，节约原材料，降低成本，在保证质量的前提下尽量简化模具结构。 大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。 在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题 ， 在指 导老师的协助下 ， 明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 8 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 型塑料制件 结构工艺性分析 尺寸精度度分析： 选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析， 如下图 2d=4定塑件尺寸精度等级； 该孔要求较高，精度也高， 由于塑件精度是 模具的精度一般比塑件要高 2级左右， 经查选用 件其他尺寸均按该精度等级制 造。 图 2件 粗糙度 分析 ： 虽然前盖表面要求不高，但也不能在表面上留下缺陷， 由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一级。 按该要求可选用模具的粗糙度为 0.4 m 。 塑件开模时留在粗糙度大的凸模一侧 . 斜度设计： 便于拔 模和留模。 参考实用注塑模具设计手册中 35 尺寸长度下的拔模斜度， 取 1。 的拔模 斜度 壁厚 设计 ：壁厚应均匀，薄壁处是否有强度。 壁厚太厚处要开设冷却水道。 增加刚性，减 小变形的结构设计：加强筋，边缘的加强角设计、螺纹、嵌件设计 件三维 模及 析 件三维造型 利用 成三维零件的设计 如图 29 图 2 塑件三维实体 析及其结果 表 2佳浇口分析 我通过对塑件的分析觉得采用直接浇口比较容易充型，但还是以点浇口充型进行了 析，现在从分析结果比较哪一种方案更好。 表 2可以看到由红到蓝不同的颜色，红色的位置是浇口分布最差的位置，而蓝色的地方却是最佳的浇口位置分布。我们在选折浇口的时候可以根据此图和实际情况（比如：分型面的设计、模具结构等）来确定在选择好最佳浇口位置后，便可以开始第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 10 对塑件进行模流分析，包括注射时间分布、注射质量分布、注射压力分布、注射压力损失分布、注射温度分布、注射 熔 接痕，气泡多少。 如表中两种方案所示，分别进行分析。 较 在选择好最佳浇口位置后，便可以开始对塑件进行模 析了。首先看看注射时间的分布情况。 如 下表 2红色的地方注射时间最短，而蓝色 的地方是注射时间最长的地方 案的 注射的时间差 对比 A 方案我们可以知道 的时间要少得多得多， 注射时间短则 充型质量要好些。 该时间为塑件的参考注射时间，并不是塑件的真实的注射时间，但我们可以参考该时间来设计模具 A 方案 表 2射时间比较 射质量分布分析 由质量分布分析 表 2可以看到有 三 种不同的颜色，绿色和黄色 和红色 。其中绿色代表质量最佳的分布情况，而黄色则表示一般质量的分布情况。红色表示质量最差的分布情况，塑件注射质量可行，但应该对 红 色的部分进行考虑以达到最佳的质量。 其中 方案要好。 11 表 2型质量比较 射压力分布分析 由注射压力分布图 2以看到由蓝到红的不同颜色，表示不同的压力分布情况。蓝色表示压力最小的分 布位置，橘红色表示压力最大的分布位置，蓝色变到橘红色的其他颜色则表示压力的变化位置。我们可以看到离浇口近的位置压力 大 ，随着距浇口距离的变化，压力也逐步变 小 ，这和我们预想是一致的。 力差为 9但是有蓝色的地方， B 方案压力全是黄色以上，状态较好。 B 方案 表 2射压力比较 由注射压力损失分布分析 如表 2可以看到由蓝色到红色的不同分布情况， 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 12 表 2力损失比较 通过表 2射压力小的地方则压力损失大，注射压力大的地方压力损失小。其压力损失为 20 塑温度分布分析 大 部分温度分布在允许范围之内，但在一些较薄区域，料流前峰温度非常低，需要适当调整注塑工艺参数 , 以免在这些区域产生短射和应力集中。 观察表 2持了红色的状态，这能使料流成功的充满型腔。 表 2型温度比较 接痕 ,气泡比较 如 表 2方案 有 较多的 熔接痕， 其主要原因 13 是塑件有小孔和 凸起 ， 如果再采用点浇口的话效果将会更差，出现更多的熔接痕。 绝大多数的熔接痕分布在 凸起 和 棱 处。 要移动和消除熔接痕，我们 可以 修改塑件的壁厚和浇口的位置。在不影响塑件本身的强度和装配的前提下，要在熔接痕位置处对塑件壁厚进行适当处理，同时通过适当的工艺调整，尽量减少熔接痕的产生。 大部分气 泡 出现在边 缘部分 ，因此除了顶部，其他区域不易发生烧焦和短射现象。为了防止气 泡 ，也为了得到更好的熔接痕，必须减小顶面末端的厚度，不 过该模具主要还是通过分型面排气。 表 2泡熔接痕比较 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 14 综上所述，方案 B 比 起 方案 A 有更好的充型质量，更快的充型速度， 要好得多，所以选择 B 种方案， 据 析结论进行模具工艺设计 腔数量的决定 （型腔数必需同时满足：交货期、注塑机最大注塑质量、注塑机的塑化能力、锁模力和模板尺寸） 1 . 0 5 3600 ch o t t t (2式中 : 故障系数（以 5计） N 副模具定货量（件） N=110000件 成型周期（ s） （注射时间 压时间 15S+取件时间 11S） 27S 从定货到交货时间（月） 4个月 模具制造时间（月） 所在厂的每月工作时间计月） 08小时 /月 所以 代入相关数据得： n= 50. 1 1 2 71 . 0 5 13 6 0 0 ( ) 3 6 0 0 2 0 8 ( 4 0 5 )t t 取 n=1 称塑化能力求型腔数 / 3 6 0 0 T 浇 (2式中， K 注塑机的最大注射量的利用系数 注射机的公称塑化量 110g/s T 注塑周期 28s M 浇 20g M i 一个制品的质量 60g 15 n =(10*28601 取 n=1 型腔数量计算： (2 实际注塑量 ：85（注人模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数取为机器最大注塑能力的 85。）。 270g/最大注射量） * =297 q ： 1 个塑件与均分到的浇注系统的质量质量之和 (80g)，当 n 不到 1 时则应改用较大的机器。 n =297*0= 取 n=1 腔布置 简化模具 采取一模一腔。 塑件形状所限制性采用直浇口。 图 2注系统 定分型面 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 16 分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 腔分型面位置的设计 ,为了得到更好的 外表质量 分型面 优选 在 方便脱模，制件留在动模边 ， 从制件的推出装置设置方便考虑。 包紧力大的 在 动模边 故 将凹模放在定模边 同心度要求 ： 要求同心的部分放在模具分型面的同一侧 。 考虑 到有 侧向抽芯和 排 气： 分型面作为主要排气面 ， 料流的末端在分型面上以利排气。 且利于分型。 终上所述 采用 三 分型面， 分型面 1控制斜 梢侧向抽芯，分型面 2 控制镶块以使内侧凹脱模 , 分型面 3选在前盖底部以取出制件。 如下图 : 图 2型面 维 形状 如下 图 2型面三维造型 17 定浇注系统和排气系统 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素： 塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔，浇注系统 直接为直浇道。 塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要 求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。 塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 本模具直接在拉料杆作用下去除进料口。 注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。 成型效率：在大量生产时设置浇注系 统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。 冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 本模具冷料井即为前盖的中间的孔的部份。在开模时被拉料杆顶出。 流道和主流道衬套结构 主流道固化时间要求： 为了有效地传递保压压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。 卧式注塑机主流道结构设计要点 ： 锥角、粗糙度加工划痕方向要求 ：圆锥形主流 道，锥角 = 2 4 ； 取 4 。 内壁粗糙度值 m 以下；机械加工划痕不得垂直于脱出方向；加工腐蚀性材料还应将流道的内孔镀铬。 主流道与喷嘴结构 ：接触处多作成半球形的凹坑，凹坑球半径 比喷嘴球头半径 l 2取 1流道小端直径 ：应比注塑机喷出孔直径约大 取 。 取 5 主流道大端直径 ：应比分流道深度大 15上，锥角一般取 2O。 取 4度 . 主流道村套结构 ：设计成独立的； 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 18 (2) 主流道流动分析 SQ= （ (2式中 : 流道的体积流率（ 具成型塑件体积，通常取 注塑机
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