五孔插座上壳外壳上盖插板上盖塑料模具设计（全套含CAD图纸和三维模型）
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用配置空间的方法对注塑模冷却系统进行设计 香港城市大学制造工程及工程管理部，香港 2007 年 5月 3日收到 ; 2007年 11月 18日接纳 摘要 注塑模的冷却系统对注射模具的成型过程和塑料零件质量影响是非常重要的。尽管已有各种针对冷却系统的分析、优化和制作的研究，但冷却系统的布局设计方面并没有得到很好的发展。在规划设计阶段，我们主要关注的是冷却系统的可行性和其他模具组件插入是否发生干预。本文介绍了利用配置空间（ 方法来解决这一重要问题。然而高维配置空间方法 一般需要处理一个如冷却系统般复杂的系统，冷却系统的特殊特点设计目前正在探索研究中，利用 种新方法是由作者对以前启发式方法的改善，因为 动生成候选布局设计的一个简单的遗传算法是 C 空间代表性的实施和综合。遗传算法所产生的设计实例，给这 种方法提供了可行性证明。 c 2007 留所有权利。 关键词 : 冷却系统设计 ； 注塑模具 ； 配置空间的方法 注塑模的冷却系统 对 注射 模具的 成型 过程 和塑 料零件 质量 影响 是非常重要的。 大量涉及对 冷却系统分析 1,2 ，及商业 3 和 4 的 研究被广泛应用于工业。以优化某一特定的冷却系统 的 研究技术亦已报道 5 。最近，通过使用新形式的制造技术以建立更好的冷却系统 的研究 已 被 报告。徐等人 9 报道 了他们的 模具 意念： 保持 一定 距离的冷却 水 道 的 设计和制作。孙等人 10,11 用数控铣床铣削生产 12 提出了一个棚架形冷却结 构的设计。 尽管各种研究的 重点 主要集中 在 冷却系统的初步设计过程 中冷却系统的功能 实现 问题，布局设计阶段 过程中 没有得到很好 发展的 冷却系统的可行性和可制造性设计 问题 。关注 的重点 主要 是：在初步 设计阶段冷却系统 的 可行性 且与其他的 模具部件是否 干预。 如 图 1所示 。 从中 可以看 到 注塑模的各子 系统许多不同的组成部分，如喷射器的管脚， 滑块 等等，都必须装入模具 中 。 为 每个回路冷却 水道 寻找最佳位置以优化冷却性能并避免 与 其他组件干扰不是一项简单的任务。另一个 让规划 布局设计 更 复杂的问题是， 单独 的冷却 水 道 需要和出水 道和 进水道 连接 而形成一条 环形水道 。因此，改变一 条水 道 的 位置，其他 水 道可能 也 需要改变。 在图 2所示 。优化冷却系统的每个 水 道的理想位置 都如 图 2（ a） 所示 。假设 当 冷却系统及其他模具组件 都装入 模具 内部时 ，模具组件 水 道 干扰的。 因为 其他组件可能的干扰 而 无法移到附近的一个位置， 它必须被 缩短 长度 。因此， 通过移动 长 他们 保持连接，如图 2（ b）所示。 基于 其新的长度， 与其他 模具组 件 干扰，进一步修改是必要的，最后的设计结果 如 图 2（ c） 所示 。鉴于一个典型的注塑模具可能有 10 条 以上 的 冷却 水 道，每个 水 道 与其他模 具 组件 都可能存在着 潜在的干扰，手 工 找 出 一个优化布置设计是非常繁琐 的 。 本文 介绍了 一种 在 设计过程 中 支持自动布局的新技术。 对于 这 种 新技术，配置空间（ C 空间）的方法是用来 在 所有可行的设计中 提供一个简洁的 有 代表性 的 布图设计。 C 空间的代表性是 通过 利用 解决 布局设计问题 这个特殊特点 的 有效方法 构建的， 而不是采用启发式规则来生成的布局设计， 这就就好比 以前作者开发 的 自动 布局 设计系统 13,14 ，这个新的 C 空间方法 能 使自动布局设计系统 在 所有可行的布图设计中进行更系统的搜索。 一般 来 说 ， 一个 系统 的 当 该系统 的 每个自由度被视为一个层面 的结果而导致的 空间。配置空间 中的区域被标记为堵塞区域 或自由 区域 。在自由地区的点对应 于组件间 没有相互干扰的系统 的 有效配置。在被 堵塞区域的 点对应 于组件间相互 干扰的系统的无效配置。 洛萨诺 形 15 以解决机器人路径规划 的 问题和关于 这方面的研究一项调查已 被 明智和鲍耶 16 报道 。 面的 问题（例如 ， 17,18 ）和运动装置的自动化分析与设计（例如， 19 ） 。作者在 由 多个国家 组成的 自动设计 机构做研究时 22 ， 23 日 研究 了一种 （ a） 冷却 水 道 模具组件 （ b） 短， （ c） 图 3冷却系统的自由度 个冷却系统的 C 空间 一个 高维 示给定的 某一冷却系统的初步设计 中 所有可行的布图设计。 图 3给出了一个例子。冷却系统的初步设计 由 4冷却 水 道组成。从初步设计 中 生成一个布局设计，渠道的中心和长度 需要被 调整。 正如 图 3所示 ，该 水 道 c 1 的中心可沿着 X 2 方向 移动 ，其长度可以沿 X 3 方向调整。同样地 ， 度的可以沿 X 4方向调整，而其中心 可以按 X 3所描述的调整 ，因此必须 与 调整 C 1 保持连接 性的 情况 相同。 通过 运用类似的 观 点 对 其他 水 道，可以看出，冷却系统有 5个 自由度，它们都是标注为 i= 1 ， 2 ， 5 。原则上， 这个空间的 自由 区域 中的任何一点 都 给 定 了一 个 对 应的 坐标值 在 X 可以用来界定渠道的几何 位置且 没有与其他模具组件造成干扰。在一个冷却系统的高维 确定 一个自由区域 ，第一步是 在独立水 道的 建 自由区域。 立水道的 c 空间构造 当 一个独立的水 道 独 时 ，它 有 三 个 自由度， 则 X 1和 X 2 为 其中心位置 而 X 3是 它的长度。 因 为理想的中心位置和长度已经 在 初步设计 中 指明， 因此 假定一个固定的允许最大变化 量 C 为 合理 的 。 的 最初 确定 的自由 区域 ，是一个尺寸 为 ccC 的 三维立 方体 。为 避免与模具组件 生 任何可能的干扰当 水 道 通过 钻 孔 插入模具 内部时 ，钻 头 直径 D 和沿 钻 孔 深度 必须 考虑。 假设 直径 D ， 始时用 D/2 + 抵销，其中 道 内 壁和 附近 的一个组 件间 所允许的最 短 距离。 增长有效的减少了水道 长度对于直线 说 。 以 图 4 为 例子 。图 4（ a）表明 了水 道 三模 具 组件 能会 与 扰。图 4（ b）显示了模具组件 O , O , O 和 O 的偏移 及 段 与 如果 他 组成部分没有交 汇点，那么，原来的水 道 会与 模具组件 相交 。 （ a） 水道 （ b） 模具组件和 i 的偏移 三个组件 （ c） 模具组件和 （ d） （ e） （ f） 4在一个通道 水 道是 通过 钻 孔 从对模具 的表 面插入 的 ，任何 如 障碍 以及 钻 孔 深度 将会 影响 水 道的构建 。钻 孔 深度 及 补偿 O沿钻 孔 的方向 延伸 ，直到 钻到 模具对 应的另一 面 生成水道为止。 如 图 4（ c） 所示 ，如果点 i之外 ，沿 产生 水道 水 道 下 方法 取得。 首先 ，初 始自由 地区 如 图 4（ d）所示 的 作为 中心构建 的。 然后插入与模具交叉取得 B 0 。 B 0 代表 有可能 的变化 当仅 考虑插入的模具几何形状 时 。 然后 从所有障碍 的 去 4（ e）和（ f）显示 了这种 减法以及 这种 例子 的结果 本接近法构建冷却系统的 C 空间 在一个冷却系统 的 C 空间 中 确定 自由区域 个冷却 水 道的自由 区域必须以一个适当的方式 “ 交叉 ” ， 以 使障碍的效果 能恰当的通过 有 水 道 来说 。然而 在 两个不同 水 道之间 的自由区域的 标准布尔交叉口无法执行，因为他们的 一般跨距 于 不同的轴线。 以 图 3为 例子 ， 2 的 别为（ X 3 ）和（ X 1 ， 。为 了更 方便 在 不同的 C 空间中的 自由 区域 之间 确定 交叉口，从一个渠道 和 另一个渠道的 推算一个地区是必要的。以下批注首先介绍了 并 将用于随后的讨论和其余的文件。 标记法用于描述高维空间 S 过坐标定义的 = X 1, X 2, . . . , X n. 过坐标定义的 X , X , . . . , X . 指在 一个点 p n = (x 1, x 2, . . . , x n) n(R n S n) 标记法用于描述冷却系统 n 水道的 数目。 n 。 s 空间。 由地区。也就是说，它是 独立水道 由 区域 。 空 间。 自由区域 。也就是说，它是冷却系统的自由 区域 。 假设 5（ a）用一唯和三唯的的空间点明了突出的例子 (i) ( 而 ( 对 (i) 坐标是一样的如果 同一区间时。对 ( (n 在区 间。因为 ，当点位于 时 于 对另一坐标 可以是任意值；特别对 ( (假设水道 m，因为它们相近所以必须连接。这样它们的 n、 假设 那是一个 结论？对应到在 S n 中 一个点 P n 已选定为 保持连通性，结论呢？ 选择 在以使 应点 同坐标 在 共同 的 轴线。这意味着 以是任何点 在区间 ，该方法 已经在前面予以定义。 在 区域 区域 一点 的简化。 图 5（ b ）说明 了相应的 区域 。 投影的正式定义 如 下面 所示 。 定义 1 （投影） m X n, m ( 是一个点 (x 1 ,x2 , ,x m ),因为 X i = xi = 为 i 1,m。 为了在随后的讨论中简化符号，这一 投影 是被视为 单独点 间。也即是 m ( = . m X n， m ( 是一个区间 n ( = . m Xn , X n Xm ,并且 X n X m , m( 是一个区间 I( = I( ,其中 n X m ，如果 n X m = ， m( 则定义为 n) 定义在区间 m n), 正如在 讨论 的，在 的任意点 冷却系统的每个自由度给 定了一个 值，使 水 道与其他模具组件 在几何空间 是不 会发生 任何干涉。 另一方面， 对 每个 点 s 个 自由区域 。 因此， 义 如下。 定义 2 （一个冷却系统 C 空间的自由区域） = P R O i 1, 图 5 点和 区间 在 根据定义 从 区间投影 始终只包含一个单一的点，因为跨 距 s s 每一个 自由 区域 构造 ，已经在第 解释。 从 面的定理是 很有用的 。 定理 1 . 这定理 很直观表明为 找 出 所有的 先投影 到冷却系统 以从投影的布 尔交叉口得到。定理 1的 证明和所用的引理， 都已 在附录 中标出 。 空间的表示和计算 为了表示 自由 区域 便 于 在一个高维空间 的区域 布尔 交叉 口之间的计算，我们可以利用类似 21,24 中的 一种细胞枚举法。基本思路是 用 一 高维立方体 在 逐渐靠近 一高维 区间 每个 立方体 是 通过 对每个轴指定间隔 来确定的。 两个 区间的 交汇点是 通过 两 个立方 块交汇点所取得的。两个高维 立方体 的交叉 点 只不过是在每个轴 的立方体 之间间隔的 普通 交叉 点 。 假 设每个 近似由 维 立方体组成 ， 投影 （ 便可近似 由 立方体组成 。使用定理 1 对 构建 ，需要 三维 立方体中 交叉， 用一个 三维 立方体只中的最大值表示 。虽然用来代表 交叉点 中间结果的 立方体的 数量和 可 通过特殊技术 减少， 可以预料到 记忆和计算的要求仍然是 这种方法的 主要问题 。 在下一节中 将介绍一种更先进的 方法。 （ 二） 在 配置空间 个 水道的 自由 区域 （一） 一个 拥有 四个 水 道和四 个 自由度 的 简单冷却系统 间构建的一种有效率技术 对 表示 和 构建时 为了避免高的内存和计算的要求 ，我们选择不 表示和 不计算相反，我们专注于 对 每一 独立水 道 的 C 否有效的 技术。首先，我们看 显示在图 6的简化设计例子 。假设在这个例子中模具沿 在 不存在变异， 那么 冷却系统有四个 如 图 6（ a ）所 示 的 自由度。每个 水 道 图 6（ b ） 所示 。 为水道 虑一个简单的设计方法。首先，点 1P 可以从 选择， 以使 会和 任何障碍 发生 干涉。然而， 1S 由 X 1 和 X 2确定 ， 而 2 中 。因此 那 些在 S 2 中的 障碍所施加的 约束 ，还必须考虑。 为了找出 设计 1C 的所有可行点， 1与 2“ 交叉 ” 。这个 “ 交叉点 ” 结果 如 图 6（ c ） 所示 ，这是通过移动区间 x 2 6 得到 的 ，因为该自由 区域 2 2 6 ， 10 。现在 ，如图 6（ c ） 所以 示 给定 一个 与任何 障碍 不发生干涉的水 道 1C ，并在其 自由 区间的 任何一点的选定，始终为 C 2 存在着 这样 一种设计 ： 例如，它可以连接到 1C （他们都有一个共同的 2 值 ）并 和任何障碍 不发生干涉 。然而 ， 这个简单方法 的 一个主要问题是 在 为C 1 和 C 2 进行 有效的设计 时并 不保证冷却系统其他 水 道存 在 有效的设计 。 例如，如果一个点 1P 选定 如 图 6（ d） 所示 ， 则 2 8 ,10 ,那么 由 2 3 6 ， 8 ，在 4没有有效点 和3个区间。 上述例证表明，在为 水 道 1C 设计时，只考虑 与 1C 相邻并有 一个共同轴 的 2C 的 自由 区域 1 2 不恰当的 。事实上，其他所有 的 必须加以考虑， 尽管 他们 的 C 空间并 没有共同轴 和 1C （ 且 他们 也不和 C 1 相邻 ）， 因为组成 冷却系统的冷却 水 道 是相接 的 。一个自由度 的 选 择会 影响 冷却系统另一自由度的 选择 。 为 每一个 独立水 道 的 C 空间 发展一个设计的过程 ， 主要关注的是 ： 在一个 水 道 C 的空间选择一个点 后 ，必须始终存在 和 所有其他 s i 相应的点， 以使 所有的 水 道可以连接到 一起 形成一个有效的冷却系统。为解决这一问题， 每 个 量 s 必要的。 （ c）在与 2交以后的自由区间 （ d） 为 计的一个有效点 为 无效的设计。 图 6 定义 3 。 义为 影 = ( 显然，对 在 定 的 任何点 始终存在着相应的点 ，因为 点 投影 ， 在 选中的 任何点， 很明显 总是有一些相应的设计 对应 其他所有的渠道 以使 这些 水 道可以连接在一起形成一个有效的冷却系统。因此， 为了 保证冷却 系统能 有效的设计 ， 构建 是 很重要的 。 根据定理 3， 影 。然而，如在 第 讨论 的 ，我们 并 不想 构建 于 大容量 空间 和 繁琐 计算要求。另一种可供选择的更有效的 方法是直接 构建 而不是 作用 在高维空间 这个方法 通过 一个工作在空间三 维 或更少 维数的 序列 运行来 建构 该方法正式介绍之前，在图 6所举的例子再次 被 使用 来 说明 这种方法 的基本概念。为了开始 一个设计过程， 在 1 点 P 1 =（ 1 ， 2 ） 首先被选择如 图 7所示 。因为 1P 有一点 2x 在 2X 中 ， 2x 必须有一个值， 以 使我们可以 找到 2P =（ 2 ， 3 ）在 2 又 2P 有一个坐标3标3以 使我们可以 找到3P=（ 3 ， 4 ） 在3外， 因为在 43X ， 4P =（3x， 4x ） 必须在 4 图 7显示 了 为 水道 1C 构 建 一个有效设计 的 点 1P 、 2P 、3P 的顺序。 上述例子显示， 为了 在代表 1C 所有的有效设计的 1S 中 确定有效的 区间 ， 自由区域 44影响应该 可以 “ 促使 ”3间在3然后 是 2S ，最后 是 1S 。在 1S 的有效区域产生 的结果 包括 1 234所有影响。 为达到这一目的 ， 组 合 的运作正式 被 界定。 定义 4 （组成） 对于 在一个冷却系统 里的 两个相邻 水 道 1iC ，他们从 1iC 的自由 区域的 组合 ，标注为而 他们 从 1iC 到 由区域的组合 ，标注为1，定义如下： (b)个通道的自由地区 配置 空间 图 6 冷却系统设计的一个简化的例子 对于 冷却系统一个 水 道 列的构成， 从 域的 组成，标注为R，定义 如 下文。 如果 如果 如果 图 8显示 了促使 4,1列。第一步是要 构建4,3就像 图 8（ a）所示 这已被给定在4,3 。然后 如 在图 8（ b）所示 的构建由公式 =,3 。最后 ， ， 由 =) 如图 8（ c）所示 。 从图 8（ c）很明显的得出 ， 对组成 冷却系统的所有 水 道 的 自由 区域存在着 影响。因此， 对于 中的任意 一点， 可以 保证冷却系统 的 一个有效设 计 可以 被 构造。 通过组合序列的 运用，一个有效的设计可以 通过 在每个择点 获得。在其他所有水道的 自由 区域已经组合到不过，我们也想确保没有 将 有效的设计 从 自由 区域中 排除 ，当组合序列被 应用 以后 。否则， 有 些可能提供更佳的冷却性能 的 有效设计 将不能 用 这个方法得到。以 设计为例， 图 8（ c）的 不仅 仅 代表着 部份有效设计，而且代表着 有的有效设计 ，这对 说尤为重要 。为了解决这一问题，我们提出以下定理 ：应用水 道 的 一个序列 ,i 1, 冷却系统 。 定理 2 定理 2 说明 代表 水道 有有效的设计 可以 通过1，间的一个布尔交 点 得到。这定理的一个重要特点是 以在三维立体空间 中 计算得到，因1，在 所以 交 点在 此外1，可以通过在这 样 ， 以通过 在三维立体空间 的 序列得到。如果在第 中的 假设说明再次 被 使用，即是 说 如果每个 过 维立 方体 近似 得到 ， 那么j，可以 用 M 个 三维 立方体表示 。 所以 ， 有的 三维立 方体 需要代表所有的 因此可以 证明三维立 方体 之间 的 交 点 O 需要产生所有 的 因此，使用定理 2 可以防止在 高维空间存储 区域的 需要， 并可以 避免高 容量 和 繁琐 计算的要求 如 在定理 1所证明的 。 图 8 构建所用的序列 以下给出了定理 2的 证明 。它由两部分组成 ： 该引理中 所 使用的证明 如 附录 所示 。 理 2 证明 （ 1） 为了证明： （ i） 由 1i，1i，CR 1有相同的坐标 在 1用同样的方法，我们可以确定一点 2 2使 1 2有相同的坐标 在 12 使用这种方法，我们 也 可以 确定 一系列点 k 1,i 以使 那么 1 具有相同的坐标在轴线 1kS 。 （ （ b） 4,2 ,3 2建 用类似的方法，我们可以 确定 另一系列点 k i+1,以使 那么 1 具有相同的坐标在轴线 1kS 。 由（ i）及（ 知 ，我们 确定 了一系列的点 k 1,以使 在连续的任何两个相邻的点具有相同的坐标在他们的共同轴线。 对于由一系 列冷却 水 道 构成的冷却系统，在两相邻 水 道 1iC 的 1一些共同 的轴线由于它们 之间的 空间 联系。此外，如果在 空间有一个 公共 轴cX，在于 有 水道 的 C 空间 。 所以， 由上述方法 构建的 一系列点 k 1,为 每个轴提供 唯一的坐标 。 令 由 坐标 构建的 点。很明显 ： （ c） 4,1 ,2 1建 用类似的方法，可以得到 ： 初始设计 给定一个为 冷却系统指定 一系 列 水 道和他们理想几何 尺寸的 初步设计，第一步是 为 每个水 道建构一个后，每个 水 道的 以通过 应用定理 2的组 合操作 得到。 为 冷却系统产生 初始 设计 的 一个方法 是 ，是要从 选出一套坐标。为了简化解释，假设每个 水 道 拥有 自由度 1而1iC 有着相同的坐标 。 为了 生成一个设计，在 点 （ 1X ， 2X ）必须被 选择。然后， 点3择 为了让（ 2X ，3X）在 2 。此选择 4候选设计产生 由于冷却系统初始设计对水道系列和它们的理想几何结构进行了具体化，第一步要做的是为每个水道建立 后通过将复合应用应用到定理 2中得 到每个水道的 个产生冷却系统候选设计的方法是从如后 简化阐述，假设每个水道 自由度为 1 1邻近水道 1用。为得到一个设计，选择了 然后，选择一个 （ 个选择过程在下一个水道 到确定所 有的自由度时停止。此方法的一个重要的特点是在一个步进中无论坐标值如何选取，后续步骤中总存在一个下一坐标可选有效值。 5应用源运算法则的自动化设计过程 为测试 25。在实施 由一系列 成，其中 1之间， 得带一个形状设计，用到了前面部分提到的方法和应用 如， 中坐标 的有效值的在区间 和 ，其中， 就得 的选取值为 ，（也就是 在第一区间）否则 就设置为 （也就是 在第二区间内）一个单点交叉操作，一个转化操作和转迹线轮选择方法 26被用于 前研究中提到的模糊记值方法 13,14对相对于机构的候选设计的适合性进行快速评定。必须注意的是在在 立起每个水道的 ， 经过一次建立得到，因此不会影响 一部分给出了一些由 图 9（ a）显示出了实例部分的 2个观察结果。图 9（ b）显示了当只考虑系统冷却效果时，具体给出每个冷却水道的理想位置的冷却系统的初始设计。（为了便于表征，只给出了行腔部分冷却系统的图示）。在理想位置上，水稻 生干涉现象。用提出的方法进行布局设计， 自动化，就建立起了每个水道的 。例如，图 9（ g）和（ h）显示了水道 的 和 。值得注意的是 是通过将 和其他 复合得到，因此 是 亚设置，如数据明显指出。在所有的 计算完成之后， 9（ j）显示了演变过程中得到的初始设计最大适合值。最大适合值在产生值接近 600时开始收敛。如图 9（ c）所 示，冷却系统由 15个 自由度组成，他们的值在表 1中列出。叫“初始设计”的行显示初始设计 的值。下一行显示设计 1的值，它是 000生产后得到最好的设计。如表中明显之处，涉及 1通过 减小 9（ d）显示设计 1，这个调整对应于 沿着 之间的干涉。这个调整对水道 和 到 也适用。表 1 也显示设计 1中所有其它的 值都保持在规定初始至 为更好的表征 成分 沿着 截，如图 9（ e）所示。这个新障碍增加了自由区域 的约束以至于 方向体 移动性受到很大限制。这个效应在更新 中显示出来，如图 9（ i）所示，其中只有 的上部分在图 9（ h）中显示出来。以所有水道新的 再次调用 。适合值在图 9（ k）中显示。值得注意的是最佳适合值比设计 1中获得的要小。这很合理，因为约束的增加，偏移量与真实值的差距很大。又 程获得的 值在表 1的最后一行中显示出来。如表中所示，调整 5干涉。这同沿 相对应。现在 和 截面不能通过调整 使其光亮。而调整 和 ，相应地将 沿 沿 （ e）所示。为保持连结性， 和 也作相应的调整。设计 2显示，当一个水道的约束数（如 ）变化时，提出 和 ）中去，以至于所有这些水道的可行设计组得到相应的调整。 图 10（ a）到（ d）可见，两个设计中，冷却时间为 20高模 上。它们的最大温度偏差小于 ，这 表明两种情形下，提出的方法能够得到满意的设计布局。从图 10（ c）和（ d）观察得到，同设计 2比较，涉及 1中工件大部分没有产生变色。这表明在设计 1中很多工件的温度偏差在 以内。这是因为在设计 2中，随着空腔中的水道向模压移动了 5却效果变得不均匀，这表示当施加很多约束时，保持初始理想冷却效果很困难。它也解释了为什么设计 2的最大适切性稍微小于设计 1的最大适切性。 （ a）示例零件 （ b）冷却系统的初始设计 （ a）冷却系统的 15 个自由度 （ b）设计 1 （ b）移动 2O 和 13C 相交 （ b） 设计 2 图 9 分层设计 表 7 讨论与结论 在执行 个单元列举方案被用于简化这个方法的执行，在目前的执行中， 冷却系统设这个分辨率是足够的，因为对一个好的调整，如 却系统的功能变化是很难发现的，然而，该研究中所发展 的理论与方法并不局限于相应的表现项目。实际上，基于理论 2的方法，所有 维空间内完成，因此标准校核模型技巧可以应用。 该研究的一个主要贡献是发展了一个特别的支持布局设计的 用这个 有的可行布局设计很好的被显示出来。同时我们得出了该方法不仅可以用于冷却系统设计的优化设计支持，还可以用于生产制造。该方法克服特殊启发产生布局设计的局限，如前面的方法 13， 14。这个 使设计者在不用检查冷却系统截面和其它模型插件能够开发出设计方法。 该研究主要目的集中在冷却系统设计的几何形状构成方面。在设计冷却系统时，其它参数如冷流率，冷却时间，包装时间，挤出时间都需要被考虑进来。一个可行的方法就是将这些所有参数进行考虑插入配备更复杂的 8报道所示。需要对该方法进一步研究，其他研究方向包括 初始设计选择水道之间的变化几何形状和拓扑约束扽。 鸣谢 该文章中所完成的工作得到香港城市大学战略研究部（项目 大力支持。 （ a）设计 1的模具温度 （ b）设计 2的模具温度 （ c）设计 1零件的不同温度 （ d）设计 2零件的不同温度 图 10。 用 具冷却分析 系统 比较这两个布 图设计 引理 2 在 如果 那么 引理 3 在那么 引理 4 在 给定任意两个 果 它们对 引理 5 给定两个区间 足 在 的区间 足： 引理 6 给定三个区间 足 在 的区间 足： 引理 7 引理 8 给定两个区间 足 中点 ，点 ，如果 那么： 定理 1 参考文献： 0 (2008)of of In a is a to a is to a as a of in in or is an on by an to a of A is by to 2007 of an is of of of 1,2, AE 3 4 in to a 58. to by of Xu et 9 a et 10,11 of in is of in A in is of 1. It be of of as to be of to 007; of an is to to u 12 a of 0010 - c 2007 by 007of of of to is a is to to a of a 2(a). 1 be is as is to is to a is is in 2(c). a a) 11 at c) C3 is 2 2. An a in of 16. to in 17,18)(b) 1 is C2 is 3 0 (2008) 334349as 2. of of is is to to a to it is As a is to 2(b). to O2,a an a of of of is of as in by 13,14, an of of a of of a of as to is no in 15 to e)a 3 an of of a of As 3, of 1 be 12 be 32 be is 13 be as 1 By to it be (a) i b) of by d) 4. in To , Oi is + M to is of a i in i to a 4. 4(a) i 3, i. 4(b) of i i is i. is no i of i i.(c) of i by (f) Ri 0 (2008) 3343493. An of of a of 921)of 22, in of a be to of a i,i = 1,2,.,is a in of a of on i be to in of of an i is it of 1 2 3 As in it to a 1, 3. in i is a i c c a i is by a to Ri of a or of an in 15.A is by a of i of To i is of is to in i to a at i. As 4(c), if i to i is Ri of i is as i is i as 4(d). Bi to of i of is by of of 4(e) f) Ri of to of RF in of of in a so to of of be in by to 3, 2 To of a of to of is be on of in an by of n = ., Sm an by of m = ., pn a n (x1,., a on a n( Rn is a of of a pn n n) of a n n in a of in of of of 0 (2008) 334349 337i. it is of F. it is of a pn n to a pm 5(a) of to i) Xn;Xm Xn Xm . i), is to a of pn is on of pn is a pm m, a of pm is to pn if is on a n of be of is as n m. As m a a pn n n. To m be pm m pn on be of pn m, of is of n n m of n m. 5(b) of is ( is a (., X j, xj i 1,m. To in is as a of = is a m = . Xm Xn Xm , pn)m = = , is ,is n) is as m = pm| As pF RF of of so of is In of i is in Ri of i. as (in of a i 1,i i is a of is to be by in to a of 21,24. F is of of m 5. of n of of Ri of i To RF Ri,to of Ri F. of a to is to a by a of an on is by in Ri is by 0 (2008) 334349RF of to An in i 6(b)1. a(a) A of b) Ri of in 6. A of a RF is by of be by In to RF on a on of 6. of is no as 6(a). i Ri a we 0 (2008) 334349 339p1 be R1 so 1 is S1 is 1, ( an in a of a a of To is . a as a be 1, R3,1. of i an to 1), to be up in of of of of on is of o包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 目 插座上壳注塑模具的设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 15986 完成日期 2012 年 11 月 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 座上壳注塑模具的设计 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。 本设计介绍了插座上壳注射成型的基本过程，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了塑件成型工艺设计，注射机的选择，浇注系统的的设计，成型零件的结构设计，脱模推出机构的设计，冷却系统的设计的过程。并对标准模架的选择也作了相应的介绍。通过本次设计，使我掌握了注塑模具设计的全过程，同时也提高了运用 制复杂装配图的能力。 关键词 ： 塑料；注塑模具；模具结构； 含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 in is of is of of to of on of of 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 录 第一章 绪论 第二章 工艺方案及分析 计塑件时必须考虑的几个方面的问题： 寸和精度 件的形状及尺寸 件的臂厚 件材料 件材料的选择 件材料性能分析 型塑件的主要缺陷及消除措施 第三章 模具结构形式的拟定 定型腔数量 及其排列方式 具结构形式的确定 第四章 工件的体积估算和注射机型号的选择 算零件体积和投影面积。 模力 择注射机及注射机的主要参数 4,塑机的校核 第五章 浇注系统的设计 流道衬套的设计 料井和拉料杆的设计 流道的设计 口的设计 第六章 成型零部件的设计 型面的确立 气槽的设计 型零件的结构设计 型腔的结构设计 型芯的结构设计 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 成型零件的尺寸计算 第七章 合模导向机构的设计 柱的设计 套的设计 第八章 塑件脱模机构的设计 出机构的设计 位的设计 模过程 架的设计 第九章 冷却系统的设计 却管道的 影响 却时间的计算 却道开设原则 却水道的结构 第十章 模具的装配 件型腔和型芯与模板的装配 杆的装配要求 具总装配程序 模具的装配要求 具的装配工艺 第十一章 结论 参 考 文 献 致 谢 1 第一章 绪论 料模具设计的重要性 塑料是 20 世纪发展起来的新材料，也是一门新兴工业。目前，世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会使用的一大类材料。而模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，可见模具在国民经济中的重要地位是不言而喻的。其中注塑模具就占有很大的比例，而注射模具的设计在其生产使用过程 中是至关重要的。因此，掌握注塑模具的相关设计方法对于我们也是至关重要的。 料模具的分类 按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模。主要有 注射成型 模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高 发泡聚苯乙烯 成型模具等。 ）模具 塑料制品的成型方法很多，而注射模，挤出约占成型总数的 60%以上。注射成型分为加料，熔融塑料，注射制件冷却和制件脱模等五个步骤。它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种 成型 模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和 模具的浇注系统进入 模具型腔 ，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采用 塑料模具钢 模块，常用的材质主要为碳素结构钢、 碳素工具钢 、 合金工具钢 ， 高速钢 等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用 注射成型工艺 生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的 机械 ，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。 包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方 法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103 108），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具， 塑料 在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑 性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的 树脂镜片 ，轻微发泡的硝酸纤维素 汽车 方 2 向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。 用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头，广泛用于 管材 、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与其对应的生产设备是 塑料挤出机 ，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化 ，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌 金刚石 等耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。 用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有 挤出吹塑中空成型、 注塑成型 的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称“注拉吹”），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。 是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。吸塑模具因成型时压力较低，所以 模具材料 多选用铸铝或非金属材 料制造，结构较为简单。 是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料有 铸铝 、 不锈钢 、 青铜 等。 注塑模具制造的特点 : 型腔及型芯呈立体型面。塑件的外部和内部形状是由型腔和型芯直接成型的，这些复杂的立体型面加工难度比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、刀具多，而且加工的周期长。 精度和表面质量要求高，使用寿 命要求长。目前一般塑件的尺寸精度要求为 7，表面粗糙度 m，相应的注塑模具零件的尺寸精度要求达到 6，表面粗糙度 前注塑模具的使用寿命一般要求 100 万次以上。 3 工艺流程长，制造时间紧。对于注塑件而言，大多是与其它零部件配套组成完整的产品，而且在很多的情况下都是在其它部件已经完成，急切等待注塑件的配套上市。因为对制品的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料的特性各异，模具制造完成后，还需要反复地试模与修正，使开发和交货的时间非常紧张。 异地设计、 异地制造。模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下，制品的注射生产也在别的厂家。这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制品的生产异地进行的情况。 专业分工，动态组合。模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模具需要很多的标准件，大到模架，小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂家单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。 国模具的发展现况 模具 是制造业的重要工艺基础。在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 国内模具界流行着一种说法：“大模找黄岩，精模找乐清”。乐清位于浙江南部，区域经济相对发达。像中国明星企业正泰集团、德力西集团等国家级集团公司都在乐清市。该市的柳市镇是知名的中 国电器之都，虹桥是中国电子元器件制造核心基地，全国几乎所有的家电产品中都有来自该地生产的电子元器件，全行业年产值 70 多亿元，占乐清工业总量的 17%。据乐清市模具协会会长卢瓯武介绍，乐清模具工业起步较早，乐清市模具工业经历了 30 年的发展，目前乐清市已有一支 42000 多人的机械模具产业队伍，拥有模具加工设备，线切割机床两万多台、电火花成型机 1200 多台，居全国之首。近年来引进瑞士、日本、美国、德国名优机床 500 多台，金加工设备 17000 多台，全行业模具加工设备固定资产总值近 27 亿元。去年该市模具产值 32 亿元，是目前我国精密模具生产规模最大、工艺技术水平最高的生产基地。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能 复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在：大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近 几年也有较大发展。 4 第二章 工艺方案及分析 计塑件时必须考虑的几个方面的问题： (1)塑料的物理机械性能，如强度，刚性，弹性，吸水性等； (2)塑料的成型工艺性； (3)塑料成型所导致冲模流动，排气，补缩等； (4)塑件在成型后的收缩情况以及收缩率差异； (5)模具的总体结构，以及脱模的复杂程度； (6)模具零件的形状和制造工艺。 塑件的设计主要包括塑件的形状、尺寸、精度、表面光洁度、壁厚、斜度，以及塑件上的加强筋等的设计 5。 寸和精度 由于该塑件是方体形状，而且是做外 面的盖，所以尺寸和精度要求不是很高，所以经分析选择一般精度等级 13 级精度。 件的形状及尺寸 塑件的形状如图 2 2示。 图 2塑件平面工程图 5 图 2塑件 3D 图 该塑件形状很规则轮廓，分模方向容易认出，容易模塑，所以采用单分型面，而且该塑件厚度小，易脱模 。 件的臂厚 工件的壁厚对塑件的质量影响很大，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复杂制品就难以充满型腔，壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固性材料成型来说增加了压塑的时间，而且容易造成固化不完全，对热塑性材料来说就回增加冷却时间，所以初步估计为该塑件壁厚为 4 件材料 件材料的选择 选用 丙烯腈 苯乙烯共聚物） 6。 件材料性能分析 查 相关手册可知： 英文全称为： 文：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。 在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展 起来的一种新型工程塑料。它是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，具有综合的优良性能（坚固、坚韧、坚硬），价格便宜，原料易得，因此发展很快，是目前产量最大、应用最广的一种工程塑料。 微黄色或白色不透明粒料，无毒、无味。 于是三种组分组成的，故它有三种组分的综合性能，而每一组分又在其中起着固有的作用。丙烯腈可使 有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；丁二烯可使 有弹性和较高的冲击强度；苯乙烯则可使 有优良的介电性能。因此，在机械性能方面，有质硬、坚韧、刚性等特 性。 6 脂的缺点是耐热性不高，耐低温性不好，而且不耐燃、不透明，耐候性不好，特别是耐紫外线性能不好。由于以上的综合性能，因此广泛用来制造电视机、收音机的外壳、旋钮、电话机壳、话筒、把手、铰链、塑料铭牌等。 成型特性是 : （ 1） 料表面极易吸湿，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。为此成型前必须进行干燥处理。 （ 2） 比热容比聚烯烃低，在注射机料筒中能很快加热，因此塑化效率高，在模具中凝固也比聚烯烃快，故模塑周期短。 （ 3） 脂的表现黏度强烈地依赖于剪切速率。 （ 4） 脂 为非结晶形高聚物，所以成型收缩率小。 （ 5） 脂的熔融温度较低，熔融温度范围宽，流动性好，有利于成型。 型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。 消除措施：加大主流道、分流道、浇口、增大注射压力、提高模具预热温度。 7 第三章 模具结构形式的拟定 定型腔数量及其排列方式 一般来说，精度要求高的塑件需要优先采用一 模一腔的结构；而对于精度要求不太高的小型塑件，形状简单，又是大批量生产时，可以采用多型腔模具以提高生产效率。型腔的数目可以根据塑件的大小，模型的大小来确定。由于该塑件对精度要求并不是很高，而且属于小型塑件，为提高生产效率，降低生产成本，故可采用一模四型的模具结构 7。型腔的排列如图 3 图 3腔排列方式示意图 具结构形式的确定 (1)多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构； (2)多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精 度要求一般的小型塑件，可采用此结构。 该塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求也较低，故可采用多型腔单分型面的设计。模具结构形式如下图 3 8 图 3模具结构 3D 图 9 第四章 工件的体积估算和注射机型号的选择 算零件体积和投影面积。 用 V=侧投影面积为： A=于此模具浇注系统采用测浇口，其浇注系统凝料较小，浇注系统的体积为 6由于采用的是一模四腔 固 V 总 =4 x V 塑 +V 浇 2=4 X 6 =为 p=故： M= 模力 计算其所需锁模力为： F 锁 =A 45 （ 择注射机及注射机的主要参数 由此考虑塑件大批量生产，以及以上的从温度、压力、时间方面考虑，查表附录 D（塑料成型工艺与模具设计）初步选用注射机 注射机 额定注射量： 320柱塞直径： 60射压力： 122板尺寸： 620 540（ 柱杆空间： 400 300（ 锁模力： 1500嘴圆弧半径： 12嘴孔径： 2大开模行程： 340具最大厚度： 355具最少厚度： 285,塑机的校核 （ 1） 注射压力的效核 所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力， 0 120以该注塑机的注塑压力符合条件。 10 （ 2） 锁模力效核 高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分 形面分开的胀模力，此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积。胀模力必须小于注塑机额定锁模力。 型腔压力 按下式粗略计算： Pc= （ 式中： 型腔压力， 常在 围内选取。 所以 ， P=120=45腔压力决定后，可按下式校核注塑机的额定锁模力： T （ 式中： 常取 45 7165= （ 所以 T=该注塑机的锁模力符合要求。 以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的 80%计算： 件浇W X = （ 式中： g） g） g） 因为， N= 所以，此模具型腔为一模四腔结构合理。 11 第五章 浇注系统的设计 流道的设计 1定位圈须沉入模胚，以支承模具部分重量 2定位圈高出模胚，以作啤塑时模具装入注塑机定位之用 3定位圈直径通常作直径 . 注塑机装置孔直径小 便装模 4 衬套 通常做成直径 12 5 衬套 配注塑机射咀比射咀端部大 主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大 1流道小端直径应比喷嘴孔直径约大 取 4制品大小及补料要求决定。大端直径应比分流道深度大 锥角不宜过大，一般取1 2。 12 图 5定位圈和 衬套 的工程图 料井和拉料杆的设计 卧式注射机用模具的冷料井，设立在主流道正对面的动模上，该模具采用带 Z 型头拉料杆的冷料井，分模时，就可以将该凝料从主流道中拉出，拉料杆的根部是固定在顶出板上的，所以在制件顶出时，冷料也一同被顶出，制造也方便 。 流道的设计 该模具是一模四腔，所以要设计分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地充满型腔，从前两点 出发，分流道应该短而粗，但是不能太粗，该模具采用圆形断面分流道，因为这样分流道易与机械加工，分流道尺寸视该塑件的大小和塑料品种，注射速率，以及分流道长度而定，对多数塑料，分流道直径为 6模具分流道的布置采用平衡式分布。如图 5示。 13 图 5分流道 口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口， 它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。 设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量的影响是很大的。一般在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分析。 一般要满足以下原则： (1)尽量缩短流动距离； (2)浇口应开设在塑件的壁厚； (3)必须尽量减少或避免产生熔接痕； (4)应有利于型腔中气体的排除。 (5)考虑分子定向的影响； (6)避免产生喷射和蠕动； (7)不在承受弯曲冲击载荷的部位设置浇口； (8)浇口位置的选择应注意塑件的外观质量。 经过仔细的考虑，该塑件是等壁塑件，又为了不影响塑件的外观，该塑件采用侧浇口，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔，而且还有利于气体的排除。 14 第六章 成型零部件的设计 型面的确立 如何确定分型面，需要考 虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： a)保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋 势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。 b)使型腔深度最浅 c)使塑件外形美观，容易清理 d)尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用 . e)使分型面容易加工 分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分 型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。 g)使侧向抽芯尽量短 抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度 。 h)有利于排气 对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭 综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技 术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。其结构分布如图 6 15 图 6具结构分布示意图 气槽的设计 当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体不能顺利排出，就将在制品上形成气孔或其它制品缺陷，因此，设计型腔就一般要考虑排气的问题，但是该模具是采用分型面和嵌件的缝隙排气，故不特意开设排气槽。 型零件的结构设计 成型零件主要包括型腔，性芯，各种形环的设计，由于型腔直接关系到塑件的质量， 因此要求有足够的强度，刚度，硬度和耐磨性，还有要受塑料的挤压和料流的摩擦力，所以要求成型零件要有足够的精度和表面光洁度，一般光洁度在 8 以上，以保证所需的塑料产品的质量以及脱模方便 10。 型腔的结构设计 凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式 5种。总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼 接痕迹，模具结构复杂 5。 由于该模具结构简单，凹模板加工量小，采用整体式 型芯的结构设计 型芯是用成型塑料内表面的零件。二者并没有严格的区分，由于该模具结构一般，又属于大型模具，内表面又要求高，内部凸起的圆台浅，加工方便，所以凹模板采用整体式。 16 成型零件的尺寸计算 型腔直径按平均收缩率计算（单位： 因为 收缩率为 所以可知平均收缩率为 于是根据上列平均收缩率来计算下列成型零件 的尺寸。型腔直径平均收缩率计算（单位 = 平均收缩率为 ： 1）凹模的內形尺寸： L 凹 =1+k)-(3/4) 3 （ 式中： L 凹 为型腔內形尺寸 ( L 塑 为塑件外径基本尺寸 (即塑件的实际外形尺寸； K 为塑料平均收缩率 (%)，此处取 s 为塑件公差，查表知 件精度等级取 5 级；塑件基本尺寸在 03差取 36差取 610差取 1418差取 1824 6580差取 在 80100围内公差取 1 所以型腔尺寸如下： 3 (1+(3/4) = 85 (1+(3/4) = 型腔深度的尺寸计算： H 凹 =1+k)-(3/4) 3 （ 式中： H 凹 凹模 /型腔高度尺寸 ( H 塑 为塑件內形深度基本尺寸 (即塑件的实际內形深度尺寸； s 、 K 含义如（ 1）式中。 10 (1+(3/4) = 2）凸模的外形尺寸计算： L 凸 =1+k)+(3/4) 3 （ 17 式中： L 凸 凸模 /型芯外形尺寸 ( L 塑 为塑件內形基本尺寸 (即塑件的实际內形尺寸； s 、 k 含义如（ 1）式中。 所以型芯的尺寸如下： 1（ 1+（ 3/4） = 23（ 1+（ 3/4） = 77（ 1+（ 3/4） = 型芯的深度尺寸计算： H 凸 =1+k)+ (2/3) 3 （ 式中： H 凸 为凸模 /型芯高度尺寸 ( H 塑 为塑件內形深度基本尺寸 (即塑件的实际內形深度尺寸； s 、 k 含 义如（ 1）式中。三个型芯的高度分别为： 4（ 1+（ 2/3） = 6（ 1+（ 2/3） = 18 第七章 合模导向机构的设计 柱的设计 导向机构对于塑料模具来说是必不可少的部件，因为在模具的闭合时要 求有一定的方向和位置，所以必须有导向机构，导向机构主要有定位，导向，受一定的侧压力，一般的导柱所露出在分型面上的长度要比型芯高 6米，以避免导柱型芯先进入型腔与其碰撞而损坏型腔和型芯。至于配合精度问题一般采用过度配合，导柱装入模板多用二级精度第二种过渡配合，硬度调节到合光洁度要求为 7，导柱如图 7示： 图 7导柱 套的设计 为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒一圆角，且导柱孔为通孔，这样容易排气，材料用 其硬度应低于导柱硬度，这样就可以减少 摩擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的精度与配合，是采用二级精度过渡配合压入定模模板。导柱布置见图 7 图 7导柱布置 19 第八章 塑件脱模机构的设计 出机构的设计 顶出机构的功能是在任何正常的情况，顶 出机构都能确实可靠的将成型塑件从模板一侧顶出，并在合模时其相关的顶出零件确保不与其它模具零件相干扰的恢复到原来的位置。 顶出机构的设计原则： 开模时应留在动模的一侧；塑件在成型顶出后，一般都有痕迹，但应尽量使顶出残留痕迹不影响塑件的外观，一般顶出机构应设在塑件内表面以及不显眼的位置；顶出装置力求均匀分布，顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部位，即不易变形或损伤的部位，尽量避免顶出力作用于最薄的位置，防止塑件在顶出过程中的变形和损伤；顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠。 顶出机构有多种类型，本设计采用顶杆中心顶出 。采用段面形状为圆柱形的顶杆，圆柱型顶杆是最常用的一种，由于这个形状的顶杆和顶杆孔最容易加工，且容易保证其配合精度，易于保证其互换性，并易于更换，而且它还具有滑动阻力小，不易卡滞等优点，因此，我们采用圆柱形顶杆顶出 。 图 8推杆 位的设计 该模具脱模机构在完成塑件脱模后，为进行一个循环，必须回到初始位置，该模具是采用复位杆复位的。具体式样见图纸上的推杆固定板和装配图。 模过程 该模具采用弹簧和推件板脱模，分开之后由推件板推出，进而使塑件脱离动模 12。 架的设计 模架技术的标准，是指在模具设计中和制造中所应遵循的技术规范、基准、和准则。它具有 20 以下定义： (1)减少了模具设计者的重复性工作； (2)改变了模具制造行业 “ 大而全，小而全 ” 的生产局面，转为专业生产； (3)模具的标准化是采用 术的先决条件； (4)有利于模具技术的国际交流和模具出口。 根据 实用模具设计与制造手册 表 2注射模模体组合形式而选模架，它适应于单分型面的模具的推件板的推出机构 13。 模宽 00模长 L=400 模 板 A=60材料 45 钢； 模板 B=90材料 45 钢； 垫块 C=120材料 45 钢； 推件板的厚度为 25型芯固定板的厚度为 30用 45 钢。 动模座板的高度为 30的材料为 45 钢，定模座板的高度为 30的材料也为 45 钢。 模架的总高度计算得： H=330 经 校核模具的强度和刚度都是足够的，且模架的大小也适中，经核算选用该模架是较为合理的。 21 第九章 冷却系统的设计 却管道的 影响 注射模具的温度设计是否恰当，不仅影响塑件的质量，而且对生产效率、充模流动、固化定型都有重要影 响。 模具对工件质量的影响主要体现在以下几个方面： (1)改善成形性； (2)成形收缩率 ； (3)塑件变形 ； (4)尺寸稳定性 ； (5)力学性能 ； (6)外观质量。 却时间的计算 影响冷却时间的因素有如下： (1)模具材料 ； (2)冷却介质温度和及流动状态 ； (3)模塑材料 ； (4)塑件壁厚； (5)冷却回路的设计； (6)模具温度。 冷却时间指塑料熔体从充满型腔时起到可以取出塑件时止这一段时间。本副模具采用塑件截面内平均温度达到规定的脱模温度时，所需冷却时间的简化计算公式： 2 2 2/ 3 . 1 4 8 / 3 . 1 4m w s wt k I n T T T T (9 2 2 7 2 1 / 3 . 1 4 2 . 7 1 0 8 2 0 0 6 0 / 3 . 1 4 8 0 6 0 4 式中： 是塑件所需冷却时间； t 是 塑件的厚度 t=2k 是塑件的热扩散率 k=s。 料熔体温度； 模具温度 ， 注塑时模具温度为 6015。 却道开设原则 冷却系统的设计原则： (1)冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大； (2)冷却水道至型腔表面距离 应尽量相等； (3)浇口处加强冷却； (4)冷却水道出、入口温差应尽量小； (5)冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置； (6)冷却水道尽量避免在塑件的熔接痕处； (7)合理确定冷却水接头位置。 却水道的结构
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