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A F N 2010) 3 :13 16 n on in to as In we a of on is by It of We on of is We of as of an of It is to be to is an of in of . n of is is of of of of is to of on of 1 2. 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In is in of of be In to by is as a 4. As be as as it in In as is or as 6 to a a is an of a of to a 7 to a to In or as to to 8 in 9 in as a To of In a a in is as a In be in a to to of be of is in of a as In of in of to in of cos一种使注射成型冷却更有效的系统设计方法 摘 要 对于热塑性磨模具来说，零件的质量和周期在很大程度上由冷却阶段决定。为了尽量减少产生不必要的冷却翘曲和收缩等缺陷现象，在设计中需要进行大量的研究。我们在本文中提出了优化冷却系统的设计方法，立足于几何分析之上，指出冷却线是利用冷却形态的概念并且定义了冷却水道的位置。在这里它们是恒定不变的，我们只用专注于流体温度沿冷却线的分布和强度。由于两方面组成的目标函数最小化，我们制定的这个温度分布测定表明必须选出最优的这种方法。本文所期待的是收缩零件质量以及改善翘曲条件 。 关键词： 逆向问题；热传导；注塑成型；冷却设计 1 引言 热塑性注塑模具在塑料产业领域被广泛地使用。这个过程基本分为四个阶段： 模腔填充，塑料固化，冷却以及推出塑件。在这些阶段中，专门为零件的冷却时间约占了进程总时间的百分之七十。并且塑件的部分质量会被这个阶段直接影响。因此，必须尽可能均匀地冷却零件，这样的话，如凹痕、翘曲、收缩等不良缺陷会减少，而热残余应力也将会达到最小化。冷却时间、数量、位置和水道的大笑的关键因素是最佳进水参数，对冷却液温度和流体之间的传热和内表面的水道系数。设计冷却系统主要是根据设 计者的经验，然而新的快速成型工艺的发展有可能使得在制造形状复杂的水道时这个经验显得不够用。所以，冷却系统的设计必须归结于一个优化问题。 传导分析 用热传导注入工件传输的研究是一个非线性问题是由于对温度参数的依赖。 然而，影响模具的等热物理参数，如热导率和热容量保持在不变的温度范围内。此外，聚合物的结晶作用往往被忽视，以及与模具和零件热接触电阻被认为是恒定的。温度场的演化通常是通过求解傅立叶周期边界条件方程而得到的， 这种演变可分为两个部分：一个是循环的一部分，另一个是平均短暂的一部分。由于热穿透深度 并没有影响到温度场，循环部分常常很容易被忽视 3。许多人用平均循环来分析，这样可以简化微积分，但忽略了周围的波动影响，这些影响平均有 15和 40 3组成。零件的水道分布越接近就会导致周围的平均波动就越高。 因此，这种配置就显得非常重要，瞬态传热模型是指在静止的定期状态。但即使是这样，定期的瞬间温度分析还是将被优先考虑在平均周期分析之前。瞬间温度分析应该注意在研究实践中的设计冷却系统是否用于冷却的设计。设计的第一阶段也是最重要的阶段之一都应是热传导设计。 型优化技术 在参 考文献中，各种优化程序已经被使用，但这些都是以同样的目标为重点。 4 等人从一个优化的过程中获得了最小的梯度和冷却时间。 图获得在温度分布均匀状态时的最高生产效率，即最小的冷却时间 5，同时温度分布处于均匀状态。总结了 3 个实际的模具设计师的目标，最冷的部分温度均匀，达到理想的模具温度，以便下一个零件可以被使用，以减少周期时间。 多个循环之间的一致性的最佳选择是冷却系统的最优配置。而事实上，时间越长，模具表面之间的型腔和冷却水道的距离越近，模具的温度分布也 将 更高。 相反的是 ，模具表面之间的型腔和冷却水道的距离越短距离，更快的热量变化会产生聚合物，但模具表面的非均匀温度可导致部分缺陷。这里首先应控制参数，然后是控制型腔的位置和水道的大小，最后是冷却液流速和流体温度。此时有两种方法将被引用，第一种为了尽量减少目标函数 4和 7而去寻找水道的最佳位置。第二种方法是基于形冷却线的研究。 定义了一种冷却线代表所在的冷却通道，这个冷却线性表示了位于流道口的最佳条件（在冷却水道的位置）。 8 等人进一步的研究表明能够降低冷却部位的单元，并执行每个冷却单元的优化。 法的实现 为了得出答案，我们要用数值方法来计算。 传热分析是由边界元素之一 7或有限元法 4组成的。这种分析的第一个主要优点是未知数的数目计算低于有限元素分析的数目的将计算，只是它的界限是网状的是一个问题，因此用这种解决方案来计算所花费的时间比利用有限元分析要短。然而此方法仅限于某些问题上，有限元方法对于另一些问题来说是首选的，因为里面的温度需要之前有经验的研究来制定最佳的界限。 为了计算最优参数的最小化目标函数， 4 等人使用鲍威尔的共轭方向搜索法，马西 7 等人使用在序贯二次规则 的基础上的梯度方法，它不仅可以找到解决问题的关键所在，而且还确定了线性进化方法。 5 等人通过遗传学算法来得到解决方案，最后的这种算法试图解决的范围包括了很多方面，所以是非常耗时的。要想模具设计的设计时间花费达到最小化，就必须确定方法（共轭梯度）来达到一个可接受的、更迅速的、优先的解决方案。 研究方法 标 本文所介绍的方法适用于优化的冷却 T 形部分（图 1）系统设计。这种情况在许多论文中可能会比较容易实现，尤其是在与 等人所做的研究中。 通过对部分形态的分析，两个平 面 1 和 3 分别介绍了侵蚀和扩张（冷却线）部分（图 1）。作为第三类的温度条件，固定的流体温度是冷却线 3 热传导的边界条件。寻找这些流体的温度是该优化的关键所在，避免使用冷却线方法来优化冷却水道的数量和大小。这显示了在哪些位置是不理想的水道，复杂的零件在此种情况下具有更好的优势，因为该部分中的侵蚀线的位置相对应的最低聚合物固化厚度的冷却阶段更容易得到。 图 1：半 标函数 在冷却系统 最 优化 设计 ,质量 应该是最重要的一部分。 因为 在这一 过程 中 的最小冷却时间是 由模具厚度和材料特性 所影响的， 在给定时间达到最高质量是很重要的。 流体温度直接影响模具的温度和组成部分 ,湍流流动的唯一参数是控制冷却液温度 。 接下来，流体温度和周围的零件优化分布的测定是需要优化的参数，作为一个目标函数 第一个任期 3 结论 本章中， 开发的一种优化方法确定冷却的温度分布线获得均匀温度场 。从而 导致部分最小梯度和最小的冷却时间 。与 文献中的方法相比 ,可以 显示其效率和效益 。 值得注意的是它不需要指定一个预先冷却通道的数量 。 进一步的工作将包括在决定后验所需的最少数 量的渠道相匹配的解决方案最佳的流体温度曲线。 摘 要 模具是一种基本没有废料的生产工具，例 如注塑模和压铸模。 它可能占超过 25%的产品总成本和开发时间 ， 特别是当订单数量很小 。 结合一个科学家模具成本估算和控制方法 ， 发展快速和低成本的工具 成为至关重要的问题。 本文提出了一种集成方法和模具成本估算 ，基于 成本驱动的概念和成本 修饰的 方法。 成本 驱动 包括腔的几何特征和核心 ,由分析成本估算方法估算基本模具成本 。 成本修饰则包括模具参数，例如分型线、表面纹理、顶出机构、模 具材料和模具制造的总成本。这种方法已经在十三个工业生产中测试过， 平均偏差 在 该模型可以很容易地估算各种模具的成本和实施成本修饰，通过自定义使用质量功能展开方法，这也是在本文中主要描述的。 关键词：成本估算；压铸模具；注射成型；质量功能部署。 1 引言 当今产品生产周期通常是不到 1980年代一半的 ,由于频繁的新产品有更多的功能进入市场。制造业竞争力对衡量缩短更换模具的市场而言 ,没有划线质量和成本。减少更换模具的一种方法是采用净形状附近 (造工艺 ,例如注塑 ,压铸等涉及更少的步骤来获得所需 的形状。但是，模具（压铸或注塑）是一个 耗了成本、时间和专业知识等大量的资源。 一个典型的压铸模具或注塑模具由两部分构成：固定部分和移动部分对接在一起 ,分开在弹射一部分。建设的一个典型的冷室压铸模具图 1所示。 模具的主要工作部件是型芯和型腔，传递所需熔料到几何腔内，这些可能是制造单块或组合的插入。第二部分包括进料系统、脱模系统 ,核心执行机构和紧固件。充料系统的转轮，喷嘴和流道，包括从注射机喷嘴的熔模腔。喷射机制用于排出核心或腔的模制品。上面所有的元素被安置在一套模块 ,由块的支持、指导和 其他元素支撑。部分零件，包括型芯、型腔和充料系统在工厂专门制作。其他零件可以从供应商获得标准配件。模具装配和功能试验可询问经验丰富的工匠与工具设计师。 模具行业目前由日本、德国、美国、加拿大、韩国、台湾、中国、马来西亚、新加坡和印度 支配。模具 的主要 需求 包括汽车、电子、消费品和电气设备行业 。 塑料模具占模具行业的主要份额 ， 大约 60%的 厂房 属于 全球 中小规模 1。模具需求 在印度每年 就超过 6亿美元 ,年增长率超过 10%在过去十年 间。在印度，不同类型模具所占份额为： 板材塑料模具 为 33 、 冲压模具 为 31 、 压铸模具 为 13，夹具 为 13 ，模具供应商为10 2。 1 典型的压铸模具结构 工具行业正日益面临的压力 ， 减少模具开发的时间和成本 ,提供更好的精度和表面粗糙度 ,提供 可行性 ,以适应未来的设计变更和满足要求 ,缩短了生产周期 。为 满足这些需求 ,新技术例如 高速加工、淬硬钢加工、流程建模工具设计自动化、并行工程、快速原型和快速模具已被应用 。要 成功操作 以及 保持竞争优势 ,法 。 我们当前研究的目标是开发一个系统 ,集成框架开发的快速工具 (注 塑模具和模具 )和压力压铸应用程序 。 依照 我们 所 提出的方法 ， 在未来一段 时间里， 一个 比较合理的 系统的成本估算 将会实现，对 不同模具 使用不同的 开发路线 也是我们要考虑的 。 2 以前的作品 用于产品和模具在技术文献报道的成本估计方法有相当大的相似性。这些方法可以归类为 :直观法 ,类比法 ,分析法 , 几何特征法和基于参数的方法。 在直观的方法上，成本估算的准确性取决于成本评估师的经验和理解的能力。估价通常是在与模具设计师协商进行的。通过长期的合作，可以获得与模具和模具开发成本有关的估计，但这种方法仍然是在小作坊和小工厂里的 做法。 在类比的方法 上 ，模具 的 成本 估计基于 以前的模具制造的 相似性系数 。 在这项技术中，模具编码考虑模具尺寸，模具材料，复杂性，喷射器和门控机制 的 因素。 估价的 人开始比较新的模具设计与所有以前的设计中最接近的匹配。 其 基本假设是：类似的问题也有类似的解决方案， 再利用上述 3来解决实际问题。 然而 ，这种方法，也被称为基于案例的推理， 它 需要一个完整的案例库和一个适当的检索系统 。 到目前为止 ，这个检索系统 并没有 为 模具成本估算 作出报告 。 在分析成本估算 上 ，整个 制造业的 活动分解成 多个基本 任务，每个任务是 一个经验公式 计算 制造成本。 例如，一个用于加工成本 的 普遍方程： 加工成本 =（切割长度 /每分钟进给量）机器操作成本 威尔逊（在引言 4，第 6 章，第 121 页）在用于集成车削和铣削操作中，提出了用于复杂的几何因子的数学模型： 尺寸的特征 ; 相应尺寸的公差 ; N =尺寸的总数量。 这是借助一个例子之后所解释的。 另一种方法称为基于活动的成本核算（ ，其所 涉及应用到制造特定产品的所有步骤的分析方法， 在每一步中所涉及去 估计的资源（材料，劳动力和能源）。 这 样一个详细的方法 用于 各种过程，包括 克里斯【 5】所开发的铸件 。 在工具室，这种方法 被使用于 复杂型腔几何形状的模具的情况下。模具成本的来源可以分为三类：模具 的 能元件（型芯，型腔镶块）的成本和二次元件成本。在每个类别中，需要通过加工获得所需的 时间和其 几何 形状 作为成本 4 的 参考 条件 。 可以预期的是， 建立和验证成本方程，以及在实际 中运用它 ， 都是非常 繁琐的任务。 在基于 特征 的 方法上 ，模具的几何特征（缸，槽，孔，筋，等）作为成本动因 所使用 。模具制造 的 成本估计使用经验公式或工具，如基于知识的系统和动脉神经网络。陈、刘 6 用特征识别的方法来评估一个新的注塑产品的 成本效益 的设计 。他们认为，一个产品是一套功能和特征关系的聚集。 ，这些功能的关系转换成模具相关成本评估的一部分功能。 决策表的知识来估算注塑模具的成本。 在参数成本估算 上 ，技术，物理或功能的参数作为 成本估价的 基础。 这种方法允许一个产品的特征（设计工程师可利用的）以经济数据的技术价值形式存在。 8 利用回归模型方法在注塑模具成本估算 下 使用逆向技术 。 利用注塑模具制造作为参考资料，模具费用估计采用线性回归方式来进行分析。 总之 , 成本 相似 法 和成 本函数法 （成本因素）是两 种 模具成本估算 的 方法。 在其他 的方面上 ，在工具室 里 ,新模具和以前的模具开发之间的相似性是用来作为参考。 直观和类比的方法，属于这一类的。 在广泛使用的直观的方法中，成本评估师可能不会只站在一个角度上来确定所有的风险因素，因此，类比方法用于估算模具基本成本和其他次要成本是很容易的，也是很成功的。然而，在（型芯和型腔）功能元件的情况下，要分组成为其几何形状，得出加工顺序 ,将成为比较困难的任务，并且得到的产品与设计时的产品会有所不同。 在第二种方法上，模具成本之间的相关性及其驱动 程序都以数学函数来表达。 分析方法，基于活动的成本核算，基于特征的方法和参数计算方法属于这一范畴。 虽然分析以及估计的方法适用于简单零件的加工费用，但是难以适用于复杂几何的模具，因为它们的制造比较困难。同样，基于特征的成本估计也是难以适用于复杂模具，因为目前的特征识别的分类和算法不能处理相对复杂的模具。此外，这些技术可能无法考虑装配约束条件的影响，比如表面粗糙度要求、模具的试模和其他因素。 参数化 的成本核算方法的功能就像一个黑盒子 功能一样 ，通过 关联的设计参数与数量有限的模具的总成本， 这是 很难证明或解释的结果。 了注塑模具成本估算开发了一种的综合办法，把相似的注塑模具以及同类结构构件组合在一起，而且确定了每个小组的代价函数。成本组成部分为腔模具、模架、基本功能零部件和特殊功能零件。腔模具和电火花电极加工的机械加工成本是由机械加工时间和加工工序所决定，以及像分型面、分型线、表面质量、削减核心、公差精度、加工难度系数和腔数量等因素也决定了每小时的收费标准。模架被假设是标准构件。如流道、热流道系统、冷 却系统和推出系统的基本功能零件成本估算，要按个数来估计。含有特殊功能零件，如侧向分型抽芯、三板模模具、中有一个局限性是，对深腔类零件的平均加工时间估计不够准确所造成的结果，如复杂形状模具要求不同的机械加工方法，像粗加工，边角料加工。主要是因为切削刀具的尺寸大小，几何形状限制，定向和设置的原因。 其次，计算中似乎没有考虑二次曲面加工的成本（尤其是嵌入式型腔或型芯），模具材料成本的影响（直接影响切削工具的选择和加工时间），标准模架的二次加工（为了适应型 腔、侧型芯和配件，专用喷射器机械和热流道喷射器等），还有的在成本估算过程中过分关注额外的加工费用。 这种方法在使用过程中平均每 5变量中会使用超过 15分析变量，这就需要建立统计分析模型和提供研究机会来计算。 一般来说，在开发工具中的单一模具类型（如注塑模具或压铸模具），上述所给的方法只能提供相对准确的估计。模具制造仍被认为以技能和经验为导向的制造业，而且它本身是不重复。因此，这就需要制定一个通用的模具成本估算模式，可以方便的为不同类型的模具和复杂的加工过程来实施估价，以适应成本估价人的决策。我们提 出了一种成本模型可以适应以上的要求，基于成本动因的概念和成本估价。成本动因取决于零件几何形状和加工时间。成本估价取决于零件的复杂性，而且可以自定义使用质量功能部署方法来计算，这也是本文所要讨论的重点。 3 模具成本估算的框架 一个典型的注塑模具汽车零部件（假设模具寿命为 25 万件）的成本构成如图 2 11所示。这表明，模具成本（ 41）在总成本中占很大一部分的份额，因此，必须精确地估算模具的成本。用于其它应用（加压模铸，锻造，金属板工具等）当中的模具成本也反应了相似的问题。模具成本包含了模具材料、模具设 计与制造中的费用。在这些模具成本中，模具制造成本占了最大的份额，而且是我们工作的核心。我们提出的模具成本估算模型的结构如图 3 所示。在这种方法中，所有的几何特征都映射到机械加工特征中，这是通过分析成本作为成本动因和它们的成本的计算方法。模具的复杂性等因素被认为是影响成本估价的其他因素。从此以后，这种模具将被用来代表注塑及压铸模具。 本驱动因素：型芯和型腔特征 基于特征的设计，一部分是依照几何特征（如整体，孔，槽和肋）中的某一空间特征和功能关系的建造，编辑和操作。该部分特征用于生成模具型腔的特点，表 1 中表明了在零件和模具间的特征图谱。模具特征被分析用来确定模具的几何尺寸、制造工艺和相对制造成本。从本质上讲，型腔大小和形状复杂的特征会对模具制造方法的选择有细微差别，如成本驱动的选择。制造方法以一维、二维等方面用来代表工具的运转或工件轴的 X， Y， Z， A， B 和 C 方向，以取得所需的几何结构。用于特性制造的相对成本（应基于我们的经验。当有足够的模具设计和成本数据不可用时，这是很有用的。更精确的成本估算可以与分析成本方法相结合，以为后期加工提供便利。 模具制造成本的几何结构可以按公式 1 来计算。使 用 预先决定的技术参数如每分钟（ S）和机械小时率。机床加工每小时的加工费用总和得出基本模具成本： 的特征切割长度（ f= 1 到 n） S =相应进给速度（毫米 /分） 应的机器速率（小时 / 60） 工复杂因素 I n=特征数量。 为了达到成本估算，在计算加工复杂因素时，没必要考虑到每个特征 （过程工程师将会选择制造过程和相应的生产工艺，同时要考虑到几何尺寸公差）的所有方面。机械小时率早已经考虑到了这些影响。其他因素的影响，如设置的参数、工具的数量和它们的序列号，这依靠几何的复杂程度（表面，他们 的取向和特殊关系）。所以，我们在公式 1 中 引入一种加工工艺的常数“ K”。在电火花抛光和机床加工中， K 值的 因此，加工复杂性因素的一个特征可以给出： 例如，考虑到一个直径 20+米和深度 16 米为特征的圆形整体。在这种情况下，直径 20 是一种主要尺寸和公差 米可以通过铰孔操作来实现。因此，这有必要只考虑到深度，即 16 米。铰孔操作通常是在电脑数值控制立式加工中心或镗床上执行的。设置的参数有一种，刀具的参数可以有四种情况（中心钻，定心钻，钻头 和铰刀）。因此，加工过程常数被认为是 此，以上所述特征加工的复杂计算公式如下： 本估算：模具复杂因素 在注塑模具和压铸模具的制造中，有很多模具复杂性的因素，些因素包含分型面的复杂程度、侧型芯的存在、表面粗糙度和质地、喷射器机械和模具材料。从我们的经验确定了表 2为基本的模具成本（来源于方程 3）的百分比，这里有它们成本估算费用的详细解释。 型面的复杂性 在注塑模具和压铸模具的设计中，选择最合适的分型面是一项很重要的 步骤。许多研究人员报告不同的算法来选择一个分型面，分别就模具型腔的零件，易于制造和美学方向而论。由于受机械加工复杂性（因为切削刀具几何形状的约束）和模具装配时间的影响，一个复杂零件的加工会大大增加制造成本。一个空间的分型面让它很难被分成两等分。有时候，它导致的结果是再次加工，这是没有经过基于特征的方法。考虑到这些不确定因素，模具分型面复杂性因素被分为三个等级：直分型面、一般分型面和自由分型面。直分型面不会施加任何额外费用，然而，一般分型面和自由分型面的成本将分别会多出 10 20和 20 40，这些安排在后 面的部分中讨论。 型芯的存在 产品的侧面包括侧孔或侧凹，阻碍了从模具中的推出。为了能成型这样的产品，需要这样一种侧向分型的机构，它们应在推出产品前使用。侧向分型和抽芯机构需要的零件有导柱、导轨、侧滑块和液压气动执行器等，它们会增加额外的费用。如果产品的几何形状要求的内抽芯的数量存在于不同的方向，那么型芯尺寸和成本就会大大增加，从而模具加工及装配时间也会大大增加。虽然侧型芯的加工费用已经在成本估算中确定过了，但由于复杂的附加配件，二次加工会在所难免。根据我们的经验这个成本估算（c）的相应值在 表 2 中。 面粗糙度和纹理 模具表面通常是抛光表面粗糙度 些表面纹理可能被添加到模具的成型零件中，增加了一些外观或功能要求。这需要像电火花毛化、照片蚀刻工艺和表面专业处理等措施，增加了模具制造商的工作。因此，抛光和纹理处理会增加额外的成本，根据我们的经验，这里的成本估算值（ p）分别列于表 3 中。 出机构 对于模具的 推出机构，其 零件包括一个简单的顶针或推件板机构，或一个复杂的液压气动执行的机构。推出机构的设计取决于工件的几何形状和生产所需的效率。此外，推 出机构的 设计可能导致更大的型芯尺寸来容纳滑块、推件板、驱动器， 推出机构 此，顶出机构的总成本增加费用要根据其类型而定。这个成本估算（ e）值列于表 4 中。 具材料 注塑模具和压铸模具的材料应具有的机械性能有：高硬度、热变形小，高抗压强度和抗拉强度。常用的注塑模具和压铸模具的工具钢有 ， 2， 些材料比一般钢材要昂贵。在该模具材料成本的基础上，直接应用模架（在总成本模式考虑时）。由于对刀具寿命的影响，模具材料的特点也影响到了制造成本 。最近的发展是淬硬模具钢，这表明表面精度和表面粗糙度不能改善高速加工。以碳钢热作模具钢模具材料为例，在十多个案例的平均研究在基础上，模具材料因子（m）可提高 2基本模具费用。 4 建立成本估算 由表 2可以看出，一个模具或模具总成本的各种因素的影响是相互联系的。而在表中给出的数值是根据我们的经验得出的，它们无法在其他地方适用，除非他们有一个庞大的案例库，用以验证相同的案例。因此要进行成本估算必须定制一个单独的工具库。 自定义的使用成本估算方法之一是运用多元回归分析。这包括收集历史资料、建立回 归系数或成本估算关系（ 然而，在商业工具库中设立的多元回归分析可能无法模拟真实的情况，因为制造注塑模具和压铸模具的工具种类繁多，以及需要计算大量的历史。 我们提出另一种基于质量功能展开的方法来建立成本估算，以克服上述限制（质量功能展开）方法。 基础理论是项目实物模型，并建立由不同模具参数因素来考虑成本。用户必须评估作为参考的基本成本，以及装配模具参数（分型面的复杂性，表面粗糙度等）的影响。这提高了总成本估算的准确性。表 5 说明了模具参数及其相关费用在开发 方 法所涉及的步骤如下： 1识别主要的模具参数，包括基本模具和模具特色制造等。 2把模具参数不同层次的复杂等级加以分类（ 列参数）。 3除了基本模具制造成本，确定模具成本要素（质量功能配置行）等。 4确定占基本模具成本的百分比中较大的成本要素。比如，分型面加工成本是基本模具成本的 10%，因此，成本估价一般是 5考虑到发展关系矩阵的复杂性，使用 1数值范围（ 1=弱， 3=中， 9 =强）。 6构建相关矩阵，使用 数值范围（ 弱， ， 强）。 使 矩阵的关系正常化，应使用沃瑟曼方法。正规化矩阵的归一系数由以下方程式 12给出： 8计算每个重要的模具技术参数。 9. 技术参数可以被用为各自的成本估算。注塑模具和压铸模具成本估算的全部方法论用第五部分的工业应用实例来说明。 图 4 压铸组件的模具 5 工业应用实例 图 4 显示了一个铝制零件吊扇使用，以及相应的压模嵌入件。风扇组件的生产采用冷室加压模铸法工艺。模具设计与开发存在相当的难度在于一些零件组成小的几何特征和分裂分型面。电脑数值控制电火花加工工艺被用来做来制造型芯和型腔，并插入模具 材料中。模架、喷射器和螺丝均购自标准件的供应商。 本模具制造成本 用铸造一个 模型被用来输入作为设计模具的基础。为了估算基本模具成本，模具加工特征和相应的过程应缩进。然后，加工费用要使用均衡器 3 来估算。模具特色加工和它的临界尺寸（我的尺寸特性）和相应的尺寸公差（尺寸公差的维度）是被考虑在复杂性因素的计算。结果表明见表 6。用以下的价格（印度卢比， 1 卢比 元）： 本估算 这个例子中模具的主要特征复杂性考虑如下： 单）； 配几率）； 顶针（直径最小为 3 毫米，最大为 8 毫米）； 13（需要淬火，回火，很难加工）； a要抛光）； ； 12 +1（校准是关键）。 模型的开发按照第 4 部分所讨论的展开 。 这八个成本要素在表 7 中所示的其余几栏有所展示。有关鉴定人的费用的决定在第二栏中给出，模具的成本百分比也有给出。例如，成本评估师认为分型面的加工是相关基本模具成本的 10，加工型腔和型芯的费用是基础零件的 9。分析了模具设计的复杂性，并且个别参数的成本示意利用 1 律来完成关系矩阵。为了简化计算，没有考虑相关联矩阵。表 8 代表了正常化关系 于不同的成本估算，加入了相应列的系数。 各种模具参数（成本估算）模具总成本的影响，给出如下： 分型面因子（聚苯乙烯） = 顶出机构因子（ e） = 型芯个数因子（ c） = 抛光因子（） = 模具材料因子（ m） = 6 成本模式的检查 对研究所开发的 13 个工业用例成本模式进行检查，包含 7 个注塑模具， 3 个压铸模具， 2 个挤出模具和 1 个压缩模具。过去四年时间里，这些都是在印度的 中央机械开发工程研究所中进行的，每个案例遵照的方法有： 1零部件功能的检查 2特征映射：转换功能，把零部件加工为有一定功能的模具。 3模具成本估算方法的基本方程 3。 4使用第 4 节所讨论的 本模型来估算成本。 图 5 比较成本偏差 具的基本成本估计，二次零件（ 成本和型芯、型腔的材料成本。 图 5 直观地显示了复杂模具的使用方法，可以准确的估算成本，更重要的是，更精确的计算能得出更好的计算结果。单独的工具库可以建立自己的评级，很容易得出成本估算。 7 结论 模具开发时，各零部件的成本计算的记载并不是都那 么详细。传统的成本估算方法取决于有经验的模具制造商，却不适用于现代的估算案例，特别是当模具具有比较高的复杂性时。在这项工作中，利用特性法、成本计算法，使参数化形成为一种混合型模具成本估算模型。这个成本模型可以比较容易的应用于现在的估算领域。一个质量功能展开方法已提出来进行模具成本的估算。在 13 个工业实例中已经验证了费用模式，包括注塑模具和压铸模具，平均偏差仅为 最大偏差为 在小工厂中不易实现此种系统成本模式的方法。再者，特性识别和定制成本估算需要一些具有专业知识和经验的人来进行评级。自动 化集成水平的提高，加强了具有特征识别功能的电脑数据库，可以使上面提到的问题得以解决，并能提高该模式的效率成本，这也是目前要研究的方向 在此，作者要感谢印度孟买的工具和仪表制造商协会（ 分享了对印度模具制造业状况的信息。也感谢该集团的制造技术部、机械工程研究所 尔加布尔人员的合作，大家共同见证该集团的模具开发和制造的不断提升。 com 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 共 2 页 产品名称 型腔 零件名称 型腔 第 1 页 材料牌号 C 坯 种类 毛坯 毛坯 尺寸 毛坯件数 1 每台 件数 1 备注 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 工 艺 装 备 1 备料 锻造毛坯成平行六 面体，保证各面留有足够的加工余量 。 锯床 游标卡尺 2 铣削加工 铣六面，各面留 磨削余量 机加工 铣床 铣床夹具， 立 铣刀， 游标卡尺 3 钳工划线 划出型腔的外轮廓，并留有 2数控铣余量。 机加 工 钳工台 游标卡尺 4 铣削加工 粗铣型腔，尽量使各型面所留余量均匀。 机加工 立式铣床 铣床夹具，面铣刀， 游标卡尺 5 数控铣加 工 编制数控带（或计算机编程）并进行必要的检验； 工件的定位和装夹； 确定程序原点； 机床的调整（检查机床主轴和导轨润滑是否正常、设定刀具半径补偿值、 给速度）； 试运转； 切削加工（分粗、半精和精加工），抛光余量； 机加工 数控铣床 铣床夹具，铣刀， 游标卡尺 6 钳工划线 划型腔内镶件固定孔的轮廓线，并留有 1右的电火花加工余量 ，力求余量均匀。 机加工 钳工台 钻床夹具，铣刀， 游标卡尺 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 共 2 页 产品名称 型腔 零件名称 型腔 第 2 页 材料牌号 C 坯 种类 毛坯 毛坯 尺寸 毛坯件数 1 每台 件数 1 备注 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 工 艺 装 备 7 铣削加工 按所划轮廓线粗铣镶件固定孔（电火花的预孔加工） 机加工 立式铣床 钻床夹具 ，铣刀， 游标卡尺 8 热处理 淬火并回火 62。 机加工 9 钳工加工 磨光型腔底面和定位所需的基准面，除锈并去磁。 机加工 钳工台 游标卡尺 10 电火花加 工 电极（粗、精电极）的制造； 工件的定位，电极的找正、定位； 电规准（粗、中、精规准）的选择及转换。 机加工 电火花机床 游标卡尺 11 磨削加工 磨削各平面达图纸要求。 机加工 平面磨床 磨刀， 游标卡尺 12 钳工加工 抛光并倒边角。 机加工 钳工台 13 检验 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 共 1 页 产品名称 型芯 零件名称 型芯 第 1 页 材料牌号 C 坯 种类 毛坯 毛坯 尺寸 毛坯件数 1 每台 件数 1 备注 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 工 艺 装 备 1 钳工划线 划型芯固定凹槽轮廓线，各边留 1控铣余量； 划抽芯机构导滑槽轮廓线。 钳工台 游标卡尺 2 铣削加工 粗铣型芯固定凹槽； 铣抽芯机构导滑部分，留 削余量； 用 T 型槽铣刀铣 T 型槽达图纸要 求。 机加工 立式铣床 铣床夹具， 立 铣刀， 游标卡尺 3 数控铣加 工 粗铣、精铣型芯固定凹槽（所选铣刀要能铣出凹槽四周的圆角部分） 机加工 数控铣床 。 游标卡尺 4 铣削加工 粗铣型腔，尽量使各型面所留余量均匀。 机加工 立式铣床 铣床夹具，铣刀， 游标卡尺 4 电火花加 工 加工分流道和潜伏式浇口 机加工 电火花机床 游标卡尺 5 磨削平面 磨抽芯机构导滑槽部分，并留 精磨余量。 机加工 万能工具磨床 磨刀， 游标卡尺 6 钳工划线 划导滑槽各边上的螺钉孔中心线，限位孔中心线。 机加工 钳工台 游 标卡尺 7 钻孔 钻螺钉孔并攻丝，钻斜导柱孔及限位销孔达图纸要求。 机加工 立式铣床 麻花钻， 游标卡尺 8 磨削加工 磨削抽芯机构导滑槽部分达图纸要求。 机加工 万能工具磨床 磨刀， 游标卡尺 9 检验 机加工 支撑块塑料注射模具设计支承块塑料注塑模具设计摘要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理.关键词 塑料模具 分型面 标准The plastic injection modle design of LidAbstract Now The plastics industry is one of the growing quickest industry classes in the world, but the injection mold is develops the quick type. Therefore, There have biggist significance to research injection mold to understood that the plastic of production process and improve the product quality.This design introduced the basic principle of injection molding, specially single is divided the profile to inject molds structure and the principle of work, That proposes the basic design principle of products; Introduced the details of the system that are cold flow channel injection of mold gating、the temperature control system and the design process of going against system, and has given the explanation to the mold intensity request;Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes some certain detail questions in design, understands the mold structure and the principle of working.Key Word The plastic Mold Parting Line Standard目 录第一章 前言11.1模具工业在国民经济中的地位11.2各种模具的分类和占有量21.3我国模具工业的现状21.4世界五大塑料生产国的产能状况41.5 我国模具技术的现状及发展趋势5第二章 注塑件的设计72.1 功能设计72.2 材料72.3 结构分析82.4 塑件工艺性分析10第三章 注塑成型的准备123.1 注塑成型工艺简介123.2 注塑成型工艺条件133.3注塑机的选择143.4注射机有关参数的校核和最终选择163.5模具开模行程校核173.6注塑机的参数校核18第四章 模具设计194.1 塑料配方说明194.2 分型面的确定194.3型腔数目的确定204.5模具材料的选择204.6浇注系统设计214.7标准模架的选择224.8导向与定位机构244.9顶出系统设计244.10成型零件工作尺寸的计算274.11排气设计274.12温度调节系统设计28第五章 主要零件的加工工艺过程32结论33参考文献34致谢3541第一章 前言1.1模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.2各种模具的分类和占有量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。(1) 冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。(2) 锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。(3) 塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。(4) 压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。(5) 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。1.3我国模具工业的现状自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50（中国台湾：40），塑料模具约占33（中国台湾：48），压铸模具约占6（中国台湾：5），其他各类模具约占11（中国台湾：7）。中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（19611981），成长期（19811991），成熟期（19912001）三个阶段。萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。1.4世界五大塑料生产国的产能状况 美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在80年代前期，美国塑料产量就已达2000万吨之多，1986年增至23l0万吨，占全球总产量8100吨的28.5，此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、3410万吨、4000万吨和4360万吨，占世界总产量的比例从1996年起提高到30以上。2001年美国塑料产量为4170万吨，其中以聚乙烯为最多，达1500多万吨。其次分别是氯乙烯650万吨、聚丙烯720万吨、聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、聚苯乙烯280万吨。国内塑料消费量(产量+进口量一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量2001年为4280万吨。美国人均塑料消费量也是很高的，2000年为159公斤，2001年略减为155公斤 ，居全球第3位。美国现有各种大小塑料企事业单位1万多家，其中职工人数少于50人的占总数的53，50l00人的占21，100500人的占23，超过500人的占近4，职工总数近90万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达110万，2001年的出货金额为2150亿美元，人均出货金额为195美元。 德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，上世纪90年代初的1991年、1992年和1993年，德国塑料产量都为990多万吨，1994年增达超过1000万吨的1110万吨1998年达近1300万吨，1999年为近1400万吨，2000年增至1550万吨，超过日本为世界第2大塑料生产国，2001年上升为1580万吨，2002年已过1600万吨。2001年德国生产的种种塑料原料中，聚乙烯为285万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯125万吨)，氯乙烯175万吨，聚丙烯160万吨。德国2001年的国内塑料消费量为1280万吨，其中聚乙烯265万吨，聚丙烯155万吨氯乙烯152万吨。德国人均塑料消费量2001年为160公斤，在世界上仅少于比利时的172公斤，高于美国的155公斤，排在世界第2位。德国塑料制品加工业的职工总计有近30万人，2001年的出货金额为360亿美元，人均126美元。德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44，50100人的占28，100500人的占25，500人以上的占4。 中国塑料工业多年持续高速增长，1991年产量仅为250万吨，1995年增为350万吨，1998年超过700万吨，到2002年已增达约1400万吨，超过日本而成为世界第3大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过2500万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过850万吨，工程塑料制品需求量将达400万吨左右，建材塑料制品需求量将达300万吨以上，农用塑料制品需求量将在500万吨左右，日用塑料制品需求量约为80万吨左右。 日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。一直到1997年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在70年代中期就已达500多万吨，1987年突破1000万吨，1991年达约1300万吨，1992年和1993年因受日本经济下滑的影响，产量略有减少，分别降至1258和1225万吨。从1994年起产量再度增长，1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470万吨，1997年的产量又比上年增长3.7，达到1521万吨，首次超过1500万吨。但这种增势在1998年受到遏制，产量大幅度减少。1998年，日本塑料产量为1390万吨，比上年减少了8.7。1999年和2000年日本塑料产量分别回升到1432万吨和1445万吨，但仍远未恢复到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的1364万吨和1361万吨。2002年日本塑料(原料)产量减为1361万吨。而中国则增为1366万吨，日本又退居第4位。 韩国塑料产量增长十分迅速，1986年超过200万吨，1990年增达300万吨，1992年突破500万吨，1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700多万吨和800多万吨，1998年产量增至850万吨，1999年突破900万吨，2001年达1200万吨，跻身于世界5大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯180万吨)，聚丙烯以238万吨排在第2位，其次分别是聚酯161万吨、氯乙烯124万吨、ABSAS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。韩国国内塑料消费量2001年420万吨，只相当于产量的1/3略高。人均塑料消费量2001年为106公斤，韩国塑料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人，出货金额为85亿美元，人均276美元。 塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。1.5 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。(1) 注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。(2) 加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。(3) 推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。(4) 重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。第二章 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.2.2 材料通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等. 写酚醛树脂 的材料性能酚醛（Phenol Formaldehyde，简称PF）树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。酚醛树脂 - 重要性能 高温性能 酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。 粘结强度 酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。酚醛树脂是一种多功能，与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂，润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具、耐火材料，摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度，耐热性能和电性能。 水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质为它们提供机械强度，电性能等。典型的例子包括电绝缘和机械层压制造，离合器片和汽车滤清器用滤纸。 高残碳率 在温度大约为1000的惰性气体条件下，酚醛树脂会产生很高的残碳，这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。酚醛树脂的这种特性，也是它能用于耐火材料领域的一个重要原因。 低烟低毒 与其他树脂系统相比，酚醛树脂系统具有低烟低毒的优势。在燃烧的情况下，用科学配方生产出的酚醛树脂系统，将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。分解过程中所产生的烟相对少，毒性也相对低。这些特点使酚醛树脂适用于公共运输和安全要求非常严格的领域，如矿山，防护栏和建筑业等。 抗化学性交联后的酚醛树脂可以抵制任何化学物质的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各种碳氢化合物。 热处理 热 处理会提高固化树脂的玻璃化温度，可以进一步改善树脂的各项性能。玻璃化温度与结晶固体如聚丙烯的熔化状态相似。酚醛树脂最初的玻璃化温度与在最初固化阶 段所用的固化温度有关。热处理过程可以提高交联树脂的流动性促使反应进一步发生，同时也可以除去残留的挥发酚，降低收缩、增强尺寸稳定性、硬度和高温强 度。同时，树脂也趋向于收缩和变脆。树脂后处理升温曲线将取决于树脂最初的固化条件和树脂系统。2.3 结构分析 支承块图2-1 原始零件图塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.2.3.1 壁厚 各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节 约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高 生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是PS的壁厚推荐值:最小壁厚0.75mm小型件壁厚1.25mm中型件壁厚1.6 mm大型件壁厚3.25.4mm2.3.2 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度.以下是PS的脱模斜度推荐值:制件外表面351.35 制件内表面301塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模有好处，而且可以更好的锁紧。2.3.3 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2-3所示。表2-3 肋的圆角半径值关系表肋的高度/mm6.56.513131919圆角半径 /mm3.02.55.036.5塑件上其它的特征还有如孔等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍2.4 塑件工艺性分析2.4.1使用性能、制件技术要求和生产要求该塑件为支承块状，可用于防尘。根据要求，采用小批量生产，采用注塑成型。2.4.2了解塑件材料及性能 根据要求，材料采用PS（聚苯乙烯）塑料，PS质硬而脆，制品易带静电，表面易吸尘埃。收缩率为5；溢边值为0.04mm物理性能电绝缘性尤其高频绝缘性优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃.着色性,耐水性,化学稳定性良好,强度一般.但质脆,易产生应力脆裂.不耐苯汽油等溶剂,适合制作绝缘透明件.装饰件以及化学仪器等零件成型性能无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解.但热膨胀系数大,易产生内应力,流动性能好.可采用螺杆或柱塞式注射机成型.宜用高料温,高模温,低注射压力延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔变形可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件,脱模斜度大,顶出均匀,塑件壁厚均匀,最好不带镶件,有镶件要预热.2.4.3 塑件尺寸精度分析查表（39）1 精度等级均不高。其余的尺寸无特殊要求，其尺寸公差均按SJ6级精度查取2.4.4塑件表面质量分析必须避免在塑件的分型面处出现毛边；注意通孔处不出现锐边；2.4.5塑件的结构工艺性分析根据塑件的尺寸要求，塑件有较好成型性能；塑件本身有一定斜度，利于脱模；从塑件结构看，设置一个分型面。第三章 注塑成型的准备3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图3-1 注塑成型压力时间曲线(1)物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。(2)注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。(3)制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。3.2 注塑成型工艺条件(1)温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS料与温度的经验数据如表3-1所示。表3-1 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/热变形温度 /后段中段前段1.82MPA0.45MPA1502101702301902502402505756596(2)压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.427.5MPA。(3)时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。表3-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5102.5351.0153.0451.5223.5652.0284.085经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。表3-3 制品成型工艺参数初步确定特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48喷嘴形式直通式模具温度50喷嘴温度()230后段温度()150210中段温度()170230前段温度()190250注射压力MPa90保压力MPa80注射时间s1.5保压时间 s5冷却时间s20其他时间s3成型周期s30成型收缩(%)0.6干燥温度()6080干燥时间()13后处理温度70，保温时间2小时。3.3注塑机的选择3.3.1 注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有: 按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； 按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。3.3.2 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据. 公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力. 注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力. 注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表3-4所示。表3-4 注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期. 锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开. 合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围. 开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停. 空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.3.3.3选择注塑机 由公称注射量选定注射机由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取=1.054g/cm3）:总体积V=15.18cm3；总质量M=20.55g；流道凝料V=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量为:V实=15.181.5=22.77 cm3；实际注射质量为M实=1.5M=20.551.5=30.83g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V公 V实 (31) V公= V实/0.8=22.770.8=28.46 cm3 一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%-80%之间；既能保证制品质量，又可充分发挥设备的能力，则选50%-80%为最佳。 塑件的形状较复杂，壁厚不均，也无特别高的精度要求，但是塑件的材料为PS，粘度为中等，一般选用的压力为100-140Mpa，查3.12，PS的注射压力在60-100Mpa，塑件的结构较复杂，取P=80Mpa 塑件的投影面积计算 A=117X42-20X14-5X3.14X4X4X2=41.32 cm2 型腔的压力计算P腔=2/3P=53.3Mpa 锁模力的计算F=AP腔 =41.32X53.3=22X104N根据计算，查表4.2 2 初选柱塞式注射机 ：XS-Z-60 3.4注射机有关参数的校核和最终选择(1) 模具闭合高度的校核安装模具的高度应满足： HminHHmax设计模具高度为H总=237mm由于XS-Z-60型注射机所允许模具的最小厚度为Hmin70mm，最大厚度为Hmax200mm,所以，模具闭合高度不能满足安装要求。改选XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mmH总=237mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求(2) 注塑机的有关参数 表3-5 XY-ZY-125型注塑机的主要参数注塑机型号XS-ZY-125额定注射量125cm3螺杆（柱塞）直径42mm注射压力120Mpa注射行程115mm注射方式螺杆式锁模力900KN最大成型面积320cm2最大开合模行程300mm模具最大厚度300mm模具最小厚度200mm喷嘴圆弧半径R12mm喷嘴孔直径4 mm顶出形式两侧设有顶杆，机械顶出动、定模固定板尺寸428X458mm拉杆空间260X290mm合模方式液压、机械液压泵流量100、12L/min压力6.5Mpa电动机功率11KW加热功率5 KW机器外形尺寸3340X750X1550mm3.5模具开模行程校核模具开模行程应满足：SmSz其中：Sz为最大开模行程，查注射机XS-ZY-125型Sz=300mm， Sm为模具的开模行程；Sm=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）mm=15+50+20+7=92mm可见SmSz ，XS-ZY-125满足其开模行程3.6注塑机的参数校核 根据以上计算，浇注系统的体积为V型 =19.5cm3(1)最大注射量的校核计算校核式：(0.8-0.85)V公V型其中：V型 =19.5 cm3 (0.8-0.85) V公=0.8X125=100 cm3可见满足校核式，即所设计模具注射量满足XS-ZY-125 最大注射量要求。(2)注射机压力的校核 P机P塑 P机注射机的最大注射压力，Mpa或N/cm3 P塑成型塑件所需的注射压力，Mpa或N/cm3一般PS取 100140Mpa， XS-ZY-125注射机的最大注射压力P机=150Mpa，可见XS-ZY-125注射机满足PS注射压力的要求。综合验证，XS-ZY-125型注射机完全能满足此模具的注射要求支承块注塑模的结构设计第四章 模具设计4.1 塑料配方说明塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等.根据PS的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂.填充剂玻璃微珠；PS成型后易产生内应力,添加玻璃微珠使塑料的流动性好,残余内应力分布均匀,使光的漫反射率为80%88%。增韧剂SBS,ABS,EPR；PS的冲击性能很差,是一种十分脆的材料,增韧改性是必须的。光稳定剂氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。润滑剂硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用,防止塑料在成型加工时黏模,同时提高塑料制品表面光洁度。着色剂粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占80%左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望2：提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。抗菌剂磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩,因此需要做此设计.很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。4.2 分型面的确定 根据分型面的选择原则： （1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模； （3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上. 4.3型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模2腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。根据小批量生产要求，本模具采用一模2腔，塑件型腔位置设在模具偏中心处。4.5模具材料的选择现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从PS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是45#.属中碳钢,该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火)后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.4.6浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。分析：由于一模一腔，将浇注系统设在塑件中央孔处，如果采用轮辐浇口，模具结构简单，易于加工，但需要修剪浇口，如不慎，会损伤塑件孔壁；若采用潜伏式浇口，不但避免塑件侧壁因修剪浇口而损伤，而且浇口能自动切断，模具结构也不算太复杂，提高了经济效益。因此确定采用潜伏式浇口。浇注系统结构如下图：4.6.1主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图所示：查表得知XS-ZY-125型注射机的喷嘴孔直径d0=4mm、喷嘴球半径R0=12mm，故取 模具浇口套主流道小端直径为:d= d0+0.5=4+0.5=4.5mm模具浇口套主流道球面半径为:R= R0+（12）=6+2=8mm将主流道设计成圆锥形，锥度取4。由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。4.6.2分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。表4-1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体3.510810812.5510510810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚3.5103.5106.5166.58.03.58.06.5106.5102.4106.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为8mm。4.6.3冷料穴冷料穴设置在主流道的末端，采用倒锥形的拉料穴拉料4.6.4浇口浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用潜伏式浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。侧浇口深度尺寸H的确定H=nt =0.63 = 1.8mm n塑料系数PS料取0.6； t塑件在浇口位置处的壁厚，该设计取壳体中间壁厚t=3 mm。(经验数据表明，H的取值范围在0.52.0mm之间)4.7标准模架的选择 通过相关计算，根据表7-41选择，定模由两块模板组成，动模由两块模板组成；采用推杆推出制件。定模座板厚25mm，支承板厚32mm，垫块厚80mm,动模板厚25 mm。 注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL为（630mm630mm）（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。（1）模仁尺寸的确定因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为250250 mm。（3）模具高度尺寸的确定安装模具的高度应满足： HminHHmax设计模具高度为H总=237mm由于XS-Z-60型注射机所允许模具的最小厚度为Hmin70mm，最大厚度为Hmax200mm,所以，模具闭合高度不能满足安装要求。 改选XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mmH总=237mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求图4-3 标准模架的选择4.8导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有：(1) 合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。(2) 导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。(3) 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。(4) 导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。4.9顶出系统设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：(1) 塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。(2) 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。(3) 结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的推杆脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。4.9.1脱模力的计算由式（9.61）3知，Qe=Qc+Qb式中 Qc制品对型芯包紧的脱模阻力（N）；Qb使封闭壳体脱模需克服的真空吸力（N），Qb=0.1Ab，0.1的单位为Mpa，Ab为型芯的横截面面积(mm)2，Ab=38.59115.28=4448.66mm2，Qb=0.14448.66=444.9N对于矩形制品dk=(l+b)/2=(54+21)/2=37.5dk/t=37.5/2=18.7520属于薄壁制品。由式（9.65）3知， Qc=2（l+b）EhKf/(1+u+K)cos式中 E塑料的拉伸弹性模量（Mpa），查表(9.61) 3，取1.95103；塑料的平均成形收缩率，查表（9.61）3，取0.5%；u塑料的泊松比，查表9.61，取0.3；l、b矩形型芯断面的两边长度（mm）；型芯的脱模斜度；h脱模方向高度（mm）；Kf脱模斜度修正系数，计算式为由式（9.66）3 知， Kf=(f cos-sin)/(1+ f cossin) =（0.45 cos6- sin6）/（1+0.45 cos6 sin6）=0.3f制品与钢材表面之间的静摩檫系数，查表9.61，取0.45；K薄壁制品的计算系数。由式（9.67）3 知，K= 22/（cos+2cos）式中 比例系数，=rcp/t;塑件脱模斜度。rcp型芯的平均半径（mm），(对于矩形型芯，rcp=(l+b)/=(54+21)/ =23.8 mm); K=2(23.8/2)2/cos6+2（23.8/2）cos6=12.6Qc=2（l+b）EhKf/(1+u+K)cosQc=2(54+21)1.951030.5%150.3/（1+0.3+12.6）cos6=4782N则 Qe=444.9+4782=5226.9N4.9.2推杆脱模机构推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。 图4-4 推出机构 推杆尺寸计算：本设计采用的是推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：d= k (L2Qe/ nE)1/4 （4-7） =1.5X(1292 X5226.9/6X2.0X105)1/4=4.37mm d推杆直径；n推杆的数量，n取6L推杆长度（参考模架尺寸，估取L=129mm）； E推杆材料的弹性模量，取E=2.1105MPk安全系数，取k=1.5； Qe总的脱模力，Qe=5226.9（N）；实际推杆尺寸直径为4 mm。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：d(4Qe/n压)1/2= (4X 5226.9/6X3.14X150)1/2=2.7mm （4-8）满足强度要求。 压推杆材料的许用压应力, 压=150Mpa。 推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。 推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。 推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。 推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。4.10成型零件工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。表4-2 成型零件的尺寸计算已知条件：平均收缩率Scp=0.005；模具的制造公差取z=/4 尺寸分类塑件尺寸计算公式成型零件尺寸型腔深度16.50-0.38(Hm)+z0=(1+S)Hs-1/20+z16.380+0.095型芯尺寸(Lm)0-z=(1-S)Lmin+1/20-z20.220+0.4420.560-0.1114.180+0.3614.470-0.09115.430+1.0115.280-0.2538.260+0.5238.590-0.13R81.50+1.082.090-0.2580+0.28.160-0.05100+0.210.150-0.05870.4486.350-0.22160.216.120-0.05330.2633.100-0.065150.215.130-0.054.11排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。PS料推荐的排气槽深度为0.02。排气设计原则：通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则： 排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故； 最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出； 最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便； 开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端； 开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕； 若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时， 可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气； 高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出； 若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制件表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件容易变形或损坏。热固性塑料制件在型腔内的收缩小，特别是不采用镶拼结构的深型腔，在开模时空气无法进入型腔与制件之间，使制件附粘在型腔的情况比热塑性制件更甚，因此，必须引入引气系统。4.12温度调节系统设计在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要