塑料内凸锥形罩CAE分析与模具CAD设计.doc

塑料内凸锥形罩成型cae工艺分析 与模具cad设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 材料成型及控制工程 学生姓名 xxxxxx 学生学号 xxxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxx 提交日期 2011 年 6 月 1 日 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给2007级材料成型及控制工程班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1、毕业设计（论文）题目： 塑料内凸锥形罩成型cae工艺分析与模具cad设计 2、应完成的项目： （1）基于pro/engineer软件建立内凸锥形罩塑料制品的三维模型，并对模型进行moldflow软件cae分析； （2）通过相关数据运算，进行内凸锥形罩塑料制品的注塑模具设计； （3）基于pro/engineer软件建立内凸锥形罩塑料制品的成型模具三维模型； （4）完成模具的二维装配图和主要零件图，图纸工作量不少于3张a0； （5）翻译一篇英文原版论文（字数大于5000单词，最好整篇翻译）； （6）写一篇与设计题目相关的开题报告和文献综述。 3、参考资料以及说明： （1）伍先明，王群，庞佑霞。塑料模具设计指导m，北京：国防工业出版社。 （2）陈世煌，陈可娟。塑料注射成型模具设计m，北京：国防工业出版社 （3）林清安。pro/engineer 2001模具设计m，北京：清华大学出版社 （4）李海梅，申长雨。注塑成型及模具设计实用技术m，北京：化学工业出版社 （5）周其炎。moldflow5.0 基础及典型范例m，北京：电子工业出版社 （6）林清安。pro/engineer wildfire2.0造型曲面设计m，北京：电子工业出版社 4、本毕业设计（论文）任务书于2011年 01月 20日发出，应于2011年 06月01日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。指导教师 签发， 2011年 01 月 20 日教研组（系、研究所）负责人 审核， 年 月 日摘 要本文详细介绍了如何运用moldflow对塑料内凸锥形罩注塑成型进行工艺分析以及运用pro/e进行模具cad设计。在传统的模具设计过程中，很大程度上是依靠经验作为指导，并且需要反复的试模与修模，来达到预期的效果。这便大大的降低了生产效率，加大了成本投入和能源消耗。通过运用moldflow对塑件的注塑成型进行模拟、分析，我们可以选定最佳的设计方案，提高生产效率，降低成本投入。cad在模具设计中的运用大大提高了我们的设计效率，可以在一定程度上使我们摆脱了一些繁琐的绘图与计算工作，更专注于整体的设计。在本文中，首先为塑件制定初步的成型方案，选择注射机，进行相关的参数校核；再通过pro/e的模具模块确定分型面，并完成型芯、型腔以及内侧抽芯滑块的划分；而后通过moldflow对塑件进行工艺分析，通过模拟分析的结果对方案进行修改，选择出最佳的浇口位置和合适的冷却方案；最后通过emx模架系统完成模具的整体设计与装配。关键词：注塑模具；cae；cad；内侧抽芯abstract this paper describes how to use the moldflow for making analysis of the injection molding process of the plastic cover with inward cone convex and how to use the pro/e for making the cad design of the mold.in the traditional mold design process, people depend heavily on the experience, and it needs to repair and test mold repeatly to achieve the desired results. this has greatly reduced the productivity, increased input costs and energy consumption.through the use of moldflow in making simulation and analysis of the injection molding of plastic parts, we can select the best design and improve production efficiency and reduce input costs.the use of cad in mold designing improves the efficiency of our design greatly, so we can get rid of some detailed drawing and calculation, focus more on the whole design. first, a preliminary molding program for the plastic parts is developed in this paper, the injection machine is selected, and the related parameter is checked. then the mold parting surface is determined, the core, cavity and slider is divided by pro/molddesign. next the analysis of molding process is made by moldflow, and the program is modified by the simulation results, the best gate location and suitable cooling solution is chosen. finally emx system is used to complete overall design and assembly of the mold.keyword: injection mold, cae,cad,innercore pulling目 录 摘 要iabstractii第一章 绪 论11.1 注塑模具概述11.2 注射成型cae技术概述11.2.1注射成型软件cae模拟技术21.2.2注射成型cae软件moldflow简介31.3 注塑模具cad技术概述41.3.1注塑模具cad软件pro/e简介51.3.2emx系统简介5第二章 塑件成型工艺性分析72.1 塑件分析72.2 pa6的性能分析82.3 注射成型过程及工艺参数82.3.1 注射成型过程82.4 本章小结9第三章 选择注射机及相关参数校核103.1 概述103.2 型腔数量及排列方式选择103.3 注射机选型103.3.1 注射量计算103.3.2 选择注塑机123.3.3 型腔数量及注射机有关参数的校核123.4 本章小结14第四章 浇注系统的设计154.1 浇注系统形式的选择154.2 主流道的设计154.3 分流道的设计174.4 冷料井的设计184.5 浇口的设计194.6 流动模拟194.7 本章小结23第五章 模具成型零件设计及计算245.1 成型零件的工作尺寸计算245.2 成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算265.3 分型面的确定275.4 侧向分型与抽芯结构的设计275.4.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定285.4.2 弹簧抽芯机构的设计285.5 成型零件生成295.6 本章小结30第六章 模架的选用与注塑机安装尺寸的校核316.1 标准模架的选用316.2 注射机安装尺寸的校核326.3 本章小结32第七章 脱模机构的设计337.1 脱模形式的选择337.1.1 浇注系统凝料的脱出机构337.1.2 塑件的脱出机构设计347.1.3 推板复位357.2 脱模力的校核357.2.1 脱模力的计算357.2.2 接触应力的校核367.3 本章小结36第八章 温度调节系统及排气系统的设计378.1 加热系统378.2 冷却系统378.2.1 冷却介质的选用378.2.2 冷却系统的简单计算378.3 排气系统408.4 本章小结40总结41参考文献42致谢43iii第一章 绪 论 1.1 注塑模具概述 申开智. 塑料成型模具m，第二版，北京：中国轻工业出版社，2005.模具是制造业的重要工艺基础，一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和老产品更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。材料只有通过成型才能成为具有使用价值的各种制品，75%以上的金属制品，95%以上的塑料制品都是通过模具来成型的。近年来，我国塑料模具行业发展相当快。在改革开放的三十年期间，我国对塑料制品的需求不断增长，使得塑料行业获得快速的发展。塑料注射成型是塑料加工的最主要方法之一。有三分之一制品，尤其是具有复杂外形的制品，都是通过注塑模实现成型的。随着家电工业、电子工业、汽车工业中对注塑制品的需求量不断增大，更加推动了注射成型工业的发展。注塑模具则是注射成型技术的关键之一。塑料的粒料或粉料通过料斗进入到机筒熔融塑化，最终注射进入模具型腔，冷却成型。注塑模具的质量直接影响着塑料制品的好坏。模具的形状、尺寸精度、表面粗糙度、分型面位置、脱模方式对塑件的尺寸精度、行为精度、外观质量影响很大。模具的控温方式、进焦点、排气槽位置等对塑件的结晶、取向等凝聚态结构及由它们决定的物理力学性能、参与内应力、光学、电学性能，以及气泡、凹陷、烧焦、冷疤、银纹等各种制品缺陷有重要关系。注塑模具的分类方法有很多。按其在注塑机上的安装方式可以分为移动式（多用于立式注射机）和固定式注塑模具；按其所用注塑机类型可分为卧式或立式注塑机用注塑模具和角式注射机用注塑模具；按模具的成型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模具，按照总体结构特征有可以分为单分型面注塑模具、双分型面注塑模具、带有活动镶件的注塑模具、横向分型抽芯注塑模具、自动卸螺纹注塑模具、多层注塑模具、无流道注塑模具等。注塑模具的基本结构式由动模和定模两大部分组成的。注塑时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，塑料熔体通过浇注系统进入型腔。经过一段时间的冷却后，模具开模，动模与定模分离，脱模机构将塑件顶出脱模。1.2 注射成型cae技术概述 吴梦陵，张珑，庄卫国. 塑料成型caemoldflow应用基础m，北京：电子工业出版社，2010.cae(computer aided engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。注射成型cae技术则是通过cae数值分析技术对注射成型过程进行模拟，达到避免产品缺陷，优化产品设计，降低生产成本的目的。1.2.1 注射成型软件cae模拟技术塑料成型是制造业中的一个重要组成部分，而流动模拟对塑料成型具有重要意义。运用塑料流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品的形状结构、选择合适的塑料材料的成型设备，评判不同材料采用统一工艺与模具成型的可行性，分析可能出现的问题，达到降低生产成本、缩短模具开发周期的目的。成型过程的数值模拟是模具cae中的基础，目前，所采用的数值模拟方法主要有两种：有限元法和有限差分法。一般在工件上采用有限元方法，当涉及时间时，则运用有限差分法。注塑成型流动模拟技术不断的改进和发展，经历了从中面流技术到双面流技术再到实体流技术这三个具有重大意义的里程碑。如图1-1为cae分析的有限元单元模型。图1-1 有限元单元模型（1） 中面流技术中面流技术的应用始于20世纪80年代。其数值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制体积法。中面是需要用户提取的位于模具型腔面和型芯中间的层面，基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最长，范围也最广，其典型代表如国外的moldflow公司（被autodesk公司收购）的mf软件、元ac-tech公司（被moldflow公司并购）的c-mold软件。（2） 双面流技术双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生，而不是在中面。相应的，与基于中缅的有限差分法是在中面两侧进行不同，厚度方向上的有限差分尽在表面的内侧进行。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动。（3） 实体流技术从某种意义上讲，双面流技术知识一种从二维半（2.5d）数值分析（中面流）向3d数值分析（实体流）过度的手段。要实现塑料制品的虚拟制造，必须依靠实体流技术。实体流技术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数值分析方法有较大差别。在中缅流技术中，由于制品的厚度远小于其他两个方向（常称流动方向）的尺寸，塑料熔体的粘度大，可将熔体的充模流动视为扩展层流，于是熔体的厚度方向速度分量被忽略，并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化，这样才能将3d流动问题分解为流动方向的2d问题和厚度方向的一维分析。在实体瘤技术中熔体的厚度方向的速度分量不在被忽略，熔体的压力随厚度方向变化，这是只能采用立体网格，依靠3d有限差分法或3d有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流的注塑流动模拟软件目前存在的最大问题是计算量巨大、计算时间过长。1.2.2 注射成型cae软件moldflow简介在实际的生产应用中，moldflow软件是应用最多，范围最广的注塑模拟软件。moldflow软件是moldflow公司的产品，该公司自1976年发型了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来，几十年来以不断的技术改革和创新一直主导者cae软件市场。2000年4月，moldflow公司受够了另一个世界著名的塑料成型分析软件公司c-mold。提出了“进行广泛的注塑过程分析”的理念。2008年6月12日，设计软件领导厂商autodesk公司宣布完成收购moldflow公司，并将进一步集成现有全球性支持机制及经销伙伴，持续为moldflow用户提供产品维护及服务；现持有moldflow维护合约（maintenance agreement）的用户，将转入autodesk subscription产品维护及服务合约之中。moldflow的产品用于优化制件和模具设计的整个过程，提供了一个整体解决方案。moldflow软硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议。moldflow系列产品包括：塑料顾问系列（moldflow plastic advisers）；高级成性分析（moldflow plastic insight）；专家试模系统（moldflow manufacturing solution）。moldflow产品系列中，应用最多的是高级成性分析（moldflow plastic insight），它在功能上可以划分为以下内容。1) mpi/fusion（双层面网格模型），分析形状特征复杂的薄壳类塑胶零件。它基于moldflow的独家专利dual domain（双层面）分析技术，直接从cad软件中提取实体表面产生网格。fusion网格大大降低前期网格处理时间，能快速对产品进行流动、冷却、翘曲等分析。它以最快的网格处理及最佳的网格质量和准确的分析结果成为应用广泛的薄壁件分析的网格形式。2) mpi/3d（3d实体模型），模拟粗厚见产品的塑料流动分析。3) mpi/midplane（中见面网格模型），分析壁厚较均匀的薄壳类塑胶零件。它提取实体壁厚的中间面作为网格外形，并赋予它厚度，使用较少的网格数目快速分析得到最精确的分析结果。4) mpi/flow（流动分析、优化填充和保压阶段），模拟注射成型过程中熔胶流动行为模式，以确保产品设计、质量及制造的可行性。5) mpi/cool（冷却分析），塑料冲模和保压阶段被优化后的进一步分析。6) mpi/warp（翘曲变形分析），预测塑料产品在开模后的收缩和翘曲结果。7) mpi/gas（气体辅助注射分析），仿真压力控制后体积控制两种气体辅助射出成型模式。8) mpi/stress（应力分析），分析塑件产品在受外界载荷情况下的机械性能，在考虑到注塑工艺条件下，优化塑料制品的强度和刚度。9) mpi/shrink（收缩分析），提供精确的收缩量评价和透过模具外形的收缩变化以确保预测产品收缩的尺寸。10) mpi/optim（注塑机参数优化分析），注射成型条件最佳优化工具，能够自动处理生产过程中的注射成型条件。11) mpi/fiber（纤维取向分析）。12) mpi/reactive_molding（热固性塑料分析），可以模拟热固性树脂的流动和固化，并深入理解这些复杂的处理过程。13) mpi/mucell（微孔发泡成型分析）。14) mpi/co_injection（连续注射分析），模拟连续注入两种材料的性能。1.3 注塑模具cad技术概述 肖祥芷，王义林. 模具cad/cae/camm，北京：电子工业出版社，2004.cad(computer aided design)是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计、绘图、工程分析与技术文档编制等设计活动的总称。cad是人和机器相结合共同进行设计的一种新设计方法，从而把人和机器的最好特性联系起来。人的特性是具有思维、逻辑推理、学习及直观判断的能力。而计算机具有运算速度快、精确度高、信息存储量大、不易忘与不易出错的特点。结合的方式是，首先由人根据设计目标，将涉及过程与方法进行综合分析，建立模型（包括数学模型、数据模型、几何模型），并编制成可运行的解析这种模型的程序。在程序运行过程中，计算机将发挥其特长，完成树脂分析、计算、图形处理及信息管理等任务。而人将运用自己的经验与判断能力来控制整个设计过程，这种控制通过人-机对话或者图形显示的方式进行，让人和计算机之间进行信息交流，相互取长补短，从而获得最优设计结果。由此可见，不能将cad与计算机绘图等同起来，计算机绘图只是使用图形软件和硬件进行绘图及有关标注，以摆脱繁重的手工绘图为目标的方法和技术，但它是cad的基础技术之一。注塑模cad是指在注塑模设计过程中采用cad系统来辅助设计人员进行模具设计，一边提高模具设计的水平和效率。从系统的功能范围来分，所采用的cad系统有通用系统和专用系统两类。前者主要是提供设计过程中一些通用的造型、绘图、数控加工等功能，并不针对注塑模具，模具本身的结构设计需要设计人员自己构思完成。而专用的注塑模cad系统则支持注塑模设计的基本流程，提供各个具体模块的设计功能，如型腔布置、标准模架设计、浇注系统设计、冷却系统设计等。塑料注射成型生产包括塑料产品设计、模具结构设计、模具加工制造和模塑生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练早做工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。cad技术在注塑模中的应用主要有塑料制品的设计、模具结构设计和模具开、合模运动仿真。采用注塑模cad技术的优越性是显而易见的。按照传统方法，塑料制品的构思完成后，需制作实体模型以评估其外观、测定其性能。若采用仿形加工来制造模具型腔或者电火花机床所需的点击，常常需要先做木模，经过两次翻型后才能得到石膏靠模。这种方法的致命缺点是木模的精度无法保证。此外，若金平直觉和经验设计模具，往往需要多次试模和修正，才能使模具生产出合格的塑料制品。注塑模cad技术从根本上改变了传统的模具生产方式及流程。采用几何造型技术，塑料制品一般不必进行圆形试验，制品形状能逼真地显示在计算机屏幕上，借助于弹性有限元软件可以对制品的力学与使用性能进行预测。采用模具cad软件，自动绘图功能能够取代人工绘图，自动检索能取代查阅手册，快速分析能够取代手工计算。模具设计师可以从繁重的绘图和计算中解放出来，几种精力从事注入方案构思和结构优化等创造性的工作。注塑模结构设计是应用cad技术的主要环节，注塑模结构设计的主要内容有：注塑制品的几何造型；成型部分零件的生成；标准模架的选择；典型零件与结构设计；模具零件图的生产；常规计算和校核。1.3.1 注塑模具cad软件pro/e简介pro/e是美国ptc公司旗下的产品pro/engineer软件的简称。pro/e（pro/engineer操作软件）是美国参数技术公司（parametric technology corporation，简称ptc）的重要产品。是一款集cad/cam/cae功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的cad/cam软件之一。1.3.2 emx系统简介ems（expert moldbase extension）, 模具专家系统扩展是proe软件的模具设计外挂，是ptc公司合作伙伴buw公司的产品。emx可以使设计师直接调用公司的模架，节省模具设计开发周期，节约成本，减少工作量。emx是一个基于知识库的模架装配和细化工具，在分模基础上增强了pro/e软件模具设计的功能，专门为模具设计人员而开发的，能简化模具设计过程，提高生产率。过去，模具设计人员都要花大量时间在创建、定制和细化模架部件和注塑模具的模具组件上，效率低，容易出现错误，提高成本。而pro/e emx提供了智能、自动化模架和模具组件，组件定位后，系统会自动完成相邻板材和组件上的切口及钻孔和螺纹操作，大大地缩短了生产周期，并把模具设计人员从耗时的、重复性的模具细化工作中解放出来。第二章 塑件成型工艺性分析本设计为内凸锥形罩，如图2-1所示。塑件结构比较简单，带有内凸部分，分型时需要进行内侧抽芯。材料要求为pa6，精度要求为mt3，塑件公差按模具设计要求进行转换。图2-1 塑件结构图2.1 塑件分析1) 外形尺寸 该塑件壁厚3.54mm，塑件外形尺寸不打，塑料熔体流程不长，材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射成型。2) 精度等级 根据任务要求，塑件精度等级要保证mt3。3) 脱模斜度 pa6的自润滑性好，并且塑件侧壁有5的斜度，故塑件可以顺利脱模，不必另设脱模斜度。4) 外观要求 此塑件为薄壁壳体类塑件，外形比较规整。要求塑件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，防止产生熔接痕。2.2 pa6的性能分析pa6的外观为透明或不透明乳白或淡黄的力量，表观角质、坚硬，制品表面有光泽。pa6的密度为1.10kgdm-3,吸水率为1.6%3.0%，收缩率为0.6%1.4%，熔点210225，热变形温度在0.46mpa下为140176，0.185mpa下为801204。其性能指标见表2-1。表2-1 pa6的性能指标密度/kgdm-31.101.15抗拉屈服强度b/mpa70比体积v/(dm3kg-1)0.870.91拉伸弹性模量e1/mpa2.6103吸水率24h/%1.63.0抗弯强度/mpa96.9收缩率s/%0.61.4冲击韧度（缺口）k/(kjm-2)11.8热变形温度t/140176硬度(hb)m85114熔点t/210225体积电阻系数v/(cm)1.71016pa6抗拉强度、硬度、耐磨性、自润滑性突出，吸水性强；化学稳定性好，能溶于甲醛、苯酚、浓硫酸等。一般用于成型耐磨零件及传动件，如齿轮、凸轮、滑轮等；电器零件中的骨架外壳、阀类零件、单丝、薄膜、日用品等。pa6熔点高，成型前需要进行预热。自润滑性好，吸水性强，粒料需要干燥处理。pa6流动性能好，充模性能好，但是易产生溢料和飞边。pa6在熔融温度以下较硬，易损坏型腔主流道，型腔易发生粘模。为防止医疗，可以适当提高结晶化温度，注意模具温度的控制1。2.3 注射成型过程及工艺参数2.3.1 注射成型过程混料干燥螺杆塑化充模保压冷却脱模后处理1) 干燥 pa6的吸湿性较大，在加工前应进行充分的预热和干燥，可消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。预热与干燥的条件是，使用鼓风机烘箱，设定温度100110，干燥12h16h。2) 注射成型时各段温度 pa6温度相关工艺参数如表2-2所列。表2-2 pa6工艺参数表工艺参数pa6工艺参数pa6料筒后端温度/220230喷嘴温度/275295料筒中段温度/250280模具温度/70料筒前段温度/2803003) 注射压力 pa6的熔融粘度不高，流动性能好，而且本设计中塑件体积不大，结构简单，可选用较低的注射压力。注射过程中，家口封闭瞬间型腔的压力大小决定了塑件的表面大小据定了塑件的表面治疗及银丝装缺陷的程度。压力过小，塑料收缩打，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化；压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。对于螺杆式注射机一般去70120mpa。4) 模具温度 根据pa6性质，选择模具温度70。本塑件为中小型制件，形状规则，故不用考虑专门对模具加热。5) 后处理 制件成型后需进行后处理。后处理方法为在90100的水中浸泡4h。2.4 本章小结 本章主要通过对塑件外形尺寸、精度等级、脱模斜度、外观要求等方面的分析，再结合pa6自身的材料性质，初步选定注射成型方案及注射成型工艺参数。第三章 选择注射机及相关参数校核3.1 概述在对内凸锥形罩进行材料选定、零件工艺性分析、成型工艺过程分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式。根据模具所需要的注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸。3.2 型腔数量及排列方式选择本设计中塑件属于中小型塑件，形状比较规则，精度要求一般。塑件内部有内凸部分，需要进行内侧抽芯。考虑到经济和生产效率，并结合模具结构，防止模具结构过于复杂，初步拟定采用一模两腔。考虑到分型的承压面宽度不小于25mm（中型模具），型腔中心距初定为160mm，型腔放置如图3-1所示。图3-1 型腔布置示意图3.3 注射机选型3.3.1 注射量计算1) 塑件质量、体积计算通过pro/e建模分析，如图3-2所示，塑件体积v1=43.22cm3，质量m1=47.54g（取pa6密度=1.1g/cm3），流道凝料的质量m2是未知数，取0.6倍塑件质量来估算。从上分析中确定为一模两腔，所以注射量为：m=1.6nm1=1.6247.54g=152.128g （3-1）v=m=152.128g1.1g/cm3 =138.298cm3 （3-2）图3-2 塑件质量属性分析2) 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料在分型面上的投影面积a2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，a2是每个塑件在分型面上的投影面积a1的0.20.5倍。因此可用0.35na1来进行估算，所以：a=na1+a2=na1+0.35na2=1.35na1=14608.64mm2 （3-3）式中 ai=r2=41.52=5410.607mm2模具所需要的锁模力fm按下面公式计算：fm=ap型=14608.6435=511302.4n=511.3kn （3-4）式中p型选取35mpa。3.3.2 选择注塑机根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选xs-zy-300注射机，其主要技术参数如表3-1。表3-1 xs-zy-300注射机技术参数1项目参数项目参数理论注射容积/cm3320注射压力/mpa175螺杆直径/mm60塑化能力/(kg/h)68.4移模行程/mm340拉杆内间距/mm400300最小模具厚度/mm285最大模具厚度/mm355模具定位孔直径/mm150锁模形式液压机械喷嘴口直径/mm5喷嘴球半径/mm18锁模力/kn1.51053.3.3 型腔数量及注射机有关参数的校核1) 型腔数校核(1) 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数nnkmt/3600-m2m1=0.86840050/3600-0.6247.5447.5414.78 (3-5)14.782，故型腔数校核合格。式中 k注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； m注射机的额定塑化量（g/h或者cm3），该注射机为68040g/h； t成型周期，取50s m1单个塑件的质量或体积（g或cm3），m1=47.54g； m2浇注系统所需塑料质量或体积（g或cm3），m2=0.6nm2。(2) 按注射机的最大注射量校核型腔数量nkmn-m2m1=0.8320-0.6247.5447.544.1 (3-6)4.12，故型腔数校核合格。式中，mn为注射机允许的最大注射量（g或cm3），其他符号意义同上。(3) 按注射机的额定锁模力校核型腔数量nf-p型a2p型a1=15105-351060.35541010-635106541010-67.22 (3-7)7.222，故该注射机符合设计要求。式中 f注射机的额定锁模力（n），该注射机为15105； a1一个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2），a1=5410mm2； a2浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm2），a2=0.35a1=1893.5mm2； p型塑料熔体对型腔的成型压力（mpa），该处取35mpa。2) 注射机工艺参数的校核(1) 注射量校核注射量以容积表示，最大注射容积为，vmax=v=0.75320=240cm3 (3-8)式中 vmax模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积（cm3）； v 指定型号与规格的注射量容积（cm3），该注射机为250cm3； 注射系数，取0.750.85，因为pa6为结晶性塑料，该处取0.75.倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注射容积vmin=0.25v=0.25320=80cm3。故每次的实际注射量v应该满足vminv62.5cm3，符合要求。(2) 锁模力校核在前面已经进行校核，符合要求(3) 最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力吗，pmax=175mpa。，pmax应该大于注射成型时所需要调用的注射压力p0，即pmaxkp0=1.470120=98168mpa (3-9)故符合设计要求。式中 k安全系数，常取k=1.251.4，该处取1.4； p0实际生产中，该塑件成型时所需要注射压力为70mpa120mpa。其它安装尺寸及开模行程的校核待模具设计完成之后进行。3.4 本章小结本章主要根据塑件的性质和任务要求，选择一模两腔的成型方式，并选定xs-zy-300注射机。最后对型腔数目及注射机的注射量、锁模力、最大注射压力等相关参数进行校核。校核结构符合要求。第四章 浇注系统的设计浇注系统是指从注塑机喷嘴模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。它控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段。4.1 浇注系统形式的选择浇口形式的选择就决定了流道系统，而流道系统又决定了模具的结构形式。本次设计可以采用侧浇口或点浇口。若采用侧浇口，可以采用单分型面的方式，模具的结构较为简单，但浇口去除比较麻烦，并且会影响到塑件的表观质量。同时，采用侧浇口也有可能会造成熔接痕。采用点浇口的方式，浇口在拉断后痕迹很小，并前流程较短，对塑件的表观和内在质量都比较有利。如图4-1为采用moldflow进行的最佳浇口位置分析。根据分析结果，本设计采用一模两腔，点浇口的浇注方式。图4-1 最佳浇口位置4.2 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道和型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。起顶部设计成半球形凹坑，以便与喷嘴衔接，为避免塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴头半径大1mm2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出。由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，材料选用45刚，并经局部热处理球面硬度38hrc45hrc，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径0.5mm1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生堵截现象。浇口套结构如图4-2所示。主流道尺寸：1) 主流道长度 一般由模具结构确定，尽量小于60mm，由标准模架结合该模具结构，取l0=60mm。2) 主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径d0+0.51=5+(0.51),取d=5.5mm。3) 主流道球面直径 sr=注射机喷嘴球半径sr0+12=20+（12），取sr=22mm。4) 球面配合高度 h=2.6mm。5) 主流道大端直径 d=d+2ltan6.5mm.6) 浇口套总长 l=55m。图4-2 浇口套结构4.3 分流道的设计 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。1) 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与型腔的排列密切相关，应遵循两方面的原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本设计中流道布置采用平衡式，在定模板与型腔上同时开设分流道。2) 分流道的长度 长度应尽量短，且少弯折。根据型腔的布置，选择与主流道垂直的分流道单向长度为，l1=86.3mm。根据所选的模板厚度和型腔的高度，与主流道平行的锥形分流道单向长度为，l2=32.6mm。3) 分流道的形状及尺寸 为了便于机械加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上。本次设计使用的是三板模，因此与主流道垂直的分流道开设在凝料板上，与主流道平行的锥形流道则开设在动模板和型腔上。分流道的截面形状有圆形、矩形、梯形、u形和六边形。为了减少流道内的压力损失，流道的截面积应尽量大，表面积应尽量小。但同时为了保证容易脱模和易于加工，生产中常常使用梯形截面，本次设计中与主流道平行的分流道亦采用梯形截面设计。1) 梯形分流道的截面尺寸 本塑件壁厚3.5mm，根据经验分流道的直径应该在1.6mm9.5mm，根据主流道大端直径，选取分流道直径6mm。对于梯形流道，设梯形的下底宽度b=x mm，顶面圆角半径r=1mm，梯形高度取h=2b/3=23x，取梯形斜度=11，梯形面积应满足如下关系式：b-htanh=624mm2 (4-1)经计算得，x=6.72mm。圆整后取b=6.5mm，h=4.3mm。梯形流道截面如图4-3所示。图4-3 梯形流道截面2) 圆锥形分流道设计 为了方便凝料的脱出，在定模板和型腔上的分流道设计成圆锥形的。其锥角位于26之间，此处取6。由于上述计算的分流道直径为6mm，分流道底边宽度为6.5mm，所以圆锥形分流道的大端直径就去6.5mm。因锥形流道较长，为了便于电极加工孔，流道做成几段锥形，通过定模板厚22.6mm，通过型腔的长度为12.6mm，那么第一段小端直径估算为，d1=d-2h1tan3=6.5-222.6-12.6tan3=5.8mm (4-2)第二段分流道的起始端直径去d2=5mm，第二段小端直径为，d3=d-2h1tan3=5-212.6tan3=3.7mm (4-3)分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度并不要求很低，一般0.631.6，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心具有较高的剪切速率，并且流道内料流的外层流速较低，容易冷却而形成固定表皮层，有利于流道保温（相当于外层塑料起绝热层作用）。4.4 冷料井的设计主流道冷料井的设计 为避免前段冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的对面设冷料井，对卧式注塑机冷料井设在与主流道末端相对的动模上。因本次设计采用的是三板模，所以冷料井开设在定模板上。其形式采用半球形，如图4-4所示。分流道冷料井的设计 当分流道较长时，可将分流道端部沿料流前行方向延长作为流道冷料井，以贮存前段冷料。本设计在定模板上分流道端部加长6.3mm（约1.5倍h），见图4-5所示。图4-4 主流道冷料井形式4.5 浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道。它是浇注系统的关键部位。浇口的形状位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本设计浇口采用点浇口，浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍0.09倍，浇口长度约为0.5mm0.75mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定其下限值，然后在试模时逐步修正。点浇口尺寸的确定由经验公式 d=nk4a=0.70.385412348.2=2.8mm式中 d点浇口直径（mm）； n系数，依塑料种类而定，此处去0.7； k依塑件壁厚而异的系数，k=0.2063.5=0.385; a型腔一侧表面积（等于v/t），为12348.2mm2。浇口界面尺寸根据经验公式计算结果及查表1点浇口推荐尺寸，浇口先直径先取1.2mm，在试模时根据填充情况再进行调整。流道尺寸图如图4-5所示。4.6 流动模拟在设计好浇注系统的形式与尺寸后，通过moldflow进行流动与填充模拟，针对制品结构进行充填、保压、