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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摘 要 本次设计是为了让我们 能综合运用机 模具设计 的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个 简单 程度零件的 注塑模设计的基本原理和放法 ，完成结构设计的能力，也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。 该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。也就是设计一副注塑模具来生产 零件 塑件产品， 以实现自动化提高产量。针对 零件 的具体结构，该模具是侧 浇口的 单分型 面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到 零件 的质量和加工工艺要求 。 关键词： 模具，注塑模，塑料模具， 数控加工 he is to us to in of in of a of of to of of be in to s is to is to an to in to to is of a As an is to so of 录 摘要 . 1 . 2 目录 . 2 第 1章 引言 . 错误 !未定义书签。 第 2章 塑件的材料及结构分析 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 件的结构和尺寸精度及表面质量分析 错误 !未定义书签。 构分析 . 错误 !未定义书签。 寸精度分析 . 错误 !未定义书签。 面质量分析 . 错误 !未定义书签。 算塑件的体积和重量 . 错误 !未定义书签。 件注射工艺参数的确定 . 错误 !未定义书签。 第 3章 注射模的结构设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 型面的设计 . 错误 !未定义书签。 注系统设计 . 错误 !未定义书签。 流道 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 型零件结构设计 . 错误 !未定义书签。 模的结构设 计 . 错误 !未定义书签。 模的结构设计 . 错误 !未定义书签。 第 4章 模具设计的有关计算 . 错误 !未定义书签。 腔和型芯工作尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 腔侧壁厚度计算 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 5章 抽芯结构设计 . 错误 !未定义书签。 芯距离的确定与抽芯力的计算 : . 错误 !未定义书签。 导柱设计 . 错误 !未定义书签。 槽的设计 . 错误 !未定义书签。 紧设计 . 错误 !未定义书签。 块定位设计 . 错误 !未定义书签。 簧设计计算 . 错误 !未定义书签。 第 6章 绘制模具总装图 . 错误 !未定义书签。 总结与展望 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 摘 要 1 摘 要 本次设计是为了让我们 能综合运用机 模具设计 的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个 简单 程度零件的注塑模设计的基本原理和放法 ，完成结构设计的能力，也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。 该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。也就是设计一副注塑模具来生产 零件 塑件产品， 以实现自动化提高产量。针对 零件 的具体结构，该模具是 侧 浇口的 单分型 面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到 零件 的质量和加工工艺要求 。 关键词： 模具，注塑模，塑料模具， 数控加工 he is to us to in of in of a of of to of of be in to s is to is to an to in to to is of a As an is to so of 录 3 目 录 摘要 . 1 . 2 目录 . 3 第 1章 引言 . 1 第 2章 塑件的材料及结构分析 . 3 . 3 件的结构和尺寸精度及表面质量分析 . 4 构分析 . 4 寸精度分析 . 4 面质量分析 . 4 算塑件的体积和重量 . 5 件注射工艺参数的确定 . 5 第 3章 注射模的结构设计 . 6 . 6 . 6 型面的设计 . 7 注系统设计 . 7 流道 . 8 . 8 . 9 . 10 型零件结构设计 . 10 目 录 4 模的结构设 计 . 10 模的结构设计 . 11 第 4章 模具设计的有关计算 . 12 腔和型芯工作尺寸计算 . 12 腔侧壁厚度计算 . 12 . 13 . 14 第 5章 抽芯结构设计 . 15 芯距离的确定与抽芯力的计算 : . 15 导柱设计 . 15 槽的设计 . 18 紧设计 . 18 块定位设计 . 19 簧设计计算 . 19 第 6章 绘制模具总装图 . 21 总结与展望 . 22 致谢 . 23 参考文献 . 24 第 1 章 引言 1 第 1章 引言 随着中国国民经济的高速发展，各相关行业对于塑料模具需求越来越多 ，要求也日益提高。预计到 2005年底，仅汽车行业就将需要各种塑料制品 36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台。到 2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普及率将达到 50%，这些都会大大增加对模具的需求量。虽 然目前中国塑料模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与发达工业国家相比仍有较大的差距。 专家认为，制造理念陈旧是其发展滞后的直接原因。加快技术进步，调 整产品结构，增加高档模具的比重，减少对进口模具的依赖，是塑料模具工业发展的方向。且在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。 未来模具设计行业的主要发展方向 近年来 ,全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区转移，中国正成为世界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致 我国国情出发，认真面对模具工业发展的现状，加快模具 术的推广，建立起一套软件开发、使用评价维护体系，形成区域规模优势，相互交流与协作，组成行业集团，尽快与国际接轨，参与国际竞争。我们有理由相信，随着中国经济的不断发展，模具行业将逐渐与国际 应国 造出具有中国特色的模具设计制造模式。 目前我国塑料模具存在的问题 我国塑料模具存在六大问题 ： 塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，主要存在六个方面的问题。（ 1）发展不 平衡，产品总体水平较低 。 （ 2）工艺装备落后，组织协调能力差 。（ 3）多数企业开发能力弱 。 一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少，更重要的是观念落后，对开发不够重视。（ 4）管理落后 。 （ 5）供需矛盾一时还难以解决 。 （ 6）体制和人才问题的解决尚待时日 。 塑料模具分类及常见类型 第 1 章 引言 2 塑料模具分类 塑料最常见的成型方法一般分为熔体成型和固相成型两大类。 熔体成型的模 具 主要有注射成型、压塑成型、挤出成型等。 固相成型的 模具主要有 真空成型、压缩空气成型和吹塑成型等。 按照上述成型方法的不同， 可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型 ,主要有注射成型模具、挤出成型模具、压塑成型模具、吹塑成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。 塑料注射模具：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成型机，塑料首先在注射机底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 。 它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。 塑料挤出模具：是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具 。 塑料压缩模具：压缩成型方法是根据塑料特性将模具加热至成型温度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、高压作用下呈软粘流经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。 塑料吹塑模具：是用来成型塑料容器类中空制品的一种模具 。 塑料吸塑模具：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 。 高发泡聚苯乙烯成型模具：是应用可发性聚苯乙烯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。 塑料模的常用类型 注塑模具种类很多，常见的有：注射模、压塑模、挤出模等。但以注射模最为常用。 注射模是安装在注射机上，完成注射成形工艺所使用的模具。 第 2 章 塑件的材料及结构分析 3 第 2章 塑 件 的材料及结构分析 聚酰胺纤维又称尼龙（ 简称 分子主链上含有重复酰胺基团 的热塑性树脂总称。 尼龙用途广泛，因此，在 汽车 、机械部构、通讯、纺织、造纸工业等方面应用相当广泛，随着社会发展的日新月异，人民对尼龙的需求越来越大。特别是尼龙作为结构性材料，对尼龙的强度、 耐热性 、耐寒性等多方面的性能提出了更高的要求。尼龙也有其自身不足。特别是 某些性能不适用于相关行业发展。因此，必须针对一应用特定领域，通过提高其某些性能，来扩大其应用的领域。 优点： 性好； 磨； 有较好的电绝缘性； 染色，易成形。 缺点： （ 1） 计较易吸水； （ 2） 耐光较差； （ 3）不耐强酸、氧化剂等； （ 4） 设计技术要求并较严。 增强型 （ 1） 密度（ g/ 第 2 章 塑件的材料及结构分析 4 （ 2） 计算收缩率（ %）： （ 3）摩擦系数： （ 4） 弯曲弹性模量 E： 8000 (103N/（ 5） 适用注塑机类型：螺杆式、柱塞式均可。 （ 6） 后处理 :利用油、水、盐水均可，在温度为 90 100时，放置 4小时。 件的结构和尺 寸精度及表面质量分析 构分析 见 零件图，该零件总体形状为 圆形 。尺寸如图；上表面有一个 圆滑曲面 ,且外侧有螺纹 。就此看来，模具设计时须设置 较 复杂 抽芯 机构，该零件属于中等复杂程度。 寸精度分析 技术要求中提出该塑件的尺寸公差 由以上分析可见，该零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 面质量分析 该零件的表面要求没有缺陷、毛刺、无飞边及要有一定的光泽，没有特别高的表面质量要求，所以比较容易实现。 综上分析可以看出，注 射时在工艺参数控制得好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 第 2 章 塑件的材料及结构分析 5 算塑件的体积和重量 计算塑件重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 根据设计手册可查得 密度为 =型收缩率成 : 成型温度： 180 200。 计算塑件的体积： V=通 过软 件 计 算） 计算塑件重量： W= 1. 36g/塑件的重量为： 虑到塑件结构不太复杂，需求量中等固采用 一模 4件 的模具结构，考虑其外形尺寸、注射时所需 压力和工厂现有的设备等情况，初步选用注射机为 Z 400型。 件注射工艺参数的确定 查找塑料模设计手册和参考工厂的实际应用的情况， 成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据实际的情况作适当的调整。 注塑机类型螺杆式 螺杆转速 /(r/00 喷嘴形式 /温度 直通式 170 180 料筒温度 / 78 前段 180 200 中段 165 180 后段 150 170 模具温度 / 50 80 注射压力 /60 100 保压力 /50 注射时间 /s 20 90 高压时间 /s 0 5 冷却时间 /s 20 120 成型周期 /s 50 200 第 3 章 注射模的结构设计 6 第 3章 注射模的结构设计 注射模结构设计主要包括：分型面选择、模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。 该塑件精度要求不高，但需求量 中等 ，固应选多腔模更为合适。它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。生产经验表明，每增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低 4%。 按注射机的最大注射量计算型腔数目 型腔 数目 n n (m 式中 K:注射机最大注射量的利用系数，取 0.8 射机最大注射量， g 注系统凝料量， g m：单个塑件的质量， g 经过计算和产量的要求， ，采用 一模 4件 的形式。 由于型腔的排布与浇注系统密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考虑。型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。 第 3 章 注射模的结构设计 7 型面的设计 模具设计中，分型面的选择很关键，它决 定了模具的结构。分型面与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键步骤。 应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。该塑件表面质量无特殊要求，结构也比较间单，固选平直分型面。如图 3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： （ 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 （ 2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 （ 3）保证塑件的精度要求。 （ 4）满足塑件的外观质量要求。 （ 5）便于模具加工制造。 （ 6）对排气效果的影响。 注系统设计 浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四个部分组成。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具结构、塑料的利用率等有较大的影响。 对浇注系统进 行设计时，一般应遵循如下基本原则。 (1)(2)(3)(4)(5)第 3 章 注射模的结构设计 8 (6)流道 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此必须使熔体的温度降和压力损失最小。 根据设计手册查得 关尺寸： 喷嘴前端孔径： 4 喷嘴前端球面半径： 2 根据模具主流道与喷嘴的关系 R=1 2)mm d=1)主流道球面半径 R=13 取主流道的小端直径 d=为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度为 1 3， 经换 算得大端直 径 D= 了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径 r=3圆弧过渡。 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段 塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的放置方式可知分流道的长度不长，为了便于加工起见，选用形状为圆形分流道，查塑料模设计手册得 R=3 塑料迅速冷却，只有内布的熔体流动比较理想，因此分流道表面粗糙度一般取 3 章 注射模的结构设计 9 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否完好、高质量地注射成型。 浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两大类。 按浇口的结构形式和特点，常用的浇口可分为以下几种形式。 (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)按此零件对外表面的要求 :该零件的表面要求没有明显的缺陷、毛刺、无飞边及要有一定的光泽。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步 修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： (1)浇口应开设在塑件壁厚最大处。 (2)必须尽量减少熔接痕。 (3)应有利于型腔中气体排出。 (4)考虑分子定向影响。 (5)避免产生喷射和蠕动。 (6)浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 (7)尽量缩短流动距离。 综合以上分析，浇口选择 侧 浇口位置 见 图 4。 第 3 章 注射模的结构设计 10 计算 侧浇口 所以其尺寸计算可以参考点浇口的计算方法。其经验公式为：d=( 2A)1/4 l=般中小型模具侧浇口长度的取值范围 ) 塑件外侧表面积 浇处塑件的壁厚 m 型零件结构设计 模的结构设计 根据模具的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素， 定模的结构很简单，加工没有特别的困难，所以定模芯采取整体式结构，其结构见总装图。 第 3 章 注射模的结构设计 11 模的结构设计 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，主要有主型芯 、小型芯、螺纹型芯和 螺纹型环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆。 主型芯的结构设计 按结构主型芯可分为整体式和组合式两种 组合 式结构：为了便于加工，形状复杂型芯往往采用镶嵌组合式结构。这种构是将型芯单独加工后，再镶入模板中。 所以 我们采取动模型芯采取组合式结构，将型芯割开以便加工。其凸模型芯凹模的结构形式另见模具总装图。 第 4 章 模具设计的有关计算 12 第 4章 模具设计的有关计算 本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公 差和平均磨损量来进行计算。查表得 =故平均收缩率为 %/2=考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取z= /3。 腔和型芯工作尺寸计算 （ 1）型腔径向尺寸 已知在规定条件下的平均收缩率 S，塑件的基本尺寸 公差为负偏差，因此塑件平均尺寸为 模具型腔的基本尺寸 最小尺寸，公差为正偏差，型腔的平均尺寸为 z/2。型腔的平均磨损量为 c/2，如以 收缩率 S= z/2+ c/2=()+()S 经整理最终公式为： z=(1+S) 0+ z 定模部分具体情况。 腔侧壁厚度计算 (1)凹模型 腔侧 壁厚度 计 算 凹模型腔 为 组合式型腔，按强度条件 计 算公式 S r( / 计 算。 式中各 参数 分 别为 ： p=50定值 )； = =160r=28 r( / 28(160/16050)1/2具加热和冷却系统的计算 13 般在加工时为了加工方便，我们通常会取整数，所以凹模型 腔侧 壁厚度为17。 (2)凹模底板厚度 计 算 按强度条件计算，型腔地板厚为： p=50 r=28 =160h 1/2 50 282/1601/2 般在加工时为了加工方便，我们通常会取整数，所以 凹模型 腔侧 壁厚度 为18 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温因而在模 具上可不设加热系统 ,是否需要冷却系统可作如下设计计算。 设定模具平均工作温度为 60C，用常 温 20C 的水作 为 模具冷 却介质 ，其出口温 度 为 25C， 产 量 为 （初算每 1h。 塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热量的差值，即为用冷却水扩散的模具热量。假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用下式计算。 根据体积流量的公式得： q/60 1） =（ 3） /60 1（ 25 C） =v：冷却水体积流量， m3/具闭合高度的确定 14 M：单位时间注射入模具内的树脂质量， kg/h Q：单位时间内树脂在模具内释放的热量， J/：冷却水的比热容， J/(：冷却水的密度， kg/ 1：冷却水出口处温度， C 2：冷却水入口处温度， C 由体 积 流量 设计 手 册 可知所需的冷 却 水管直 径为 8 由上 述计 算可知，因 为 模具每分 钟所需 的冷 却 水体 积 流量很大，故 应设 冷 却系统 。 图 8总装图 因而模具的闭合高度： H=2+4+6+ 391 5 章 抽芯结构设计 15 第 5章 抽芯结构设计 芯距离的确定与抽芯力的计算 : 抽芯距 s=1 为空深度在这里空深度为壁厚 所以 s=21芯力的计算 : a)a) (4=20 107(80)80) =103N m)= mm 20 mm 包紧力 )一般 p=()塑件 p=( 107u=180 导柱设计 (1) 在确定斜滑块结构尺寸之前，应了解其设计要点 ： 斜滑块的导向斜角 一般取 20 o，斜滑块的推 出高度必须 小于导滑槽总长的 2/3。 斜滑块在导滑槽内的活动必须顺利。 内抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面，而应在零件允许的情况下低于型芯端面 。 (2) 斜导柱尺寸的确定 斜导柱的形状如 图 4其工作端的端部设计成半球形 。 第 5 章 抽芯结构设计 16 图 4导柱的形状 其材料选用 45 碳素工具钢 ,热处理要求硬度 55,表面粗糙度为导柱与固定板之间采用过渡配合 H7/块上斜导柱之 间采用间隙配合 在两者之间保留 . 斜导柱倾斜角度的确定 =s/a）经查资料得 a 取 18 (3) 斜导柱的长度计算 斜导柱的长度如图 4其工作长度 Lz=s ） /a） (4 为滑动定向模一侧的倾角因 =0=s/a） =6.5/18 o） =21z 斜导柱的总长度（ 导柱固定部分大端直径（ 12 h 斜导柱固定板厚度（ 20 d 斜导柱工作部分直径（ 16 S 抽芯距（ 10 54321 z =)s )t 2/)co s ()t 2 1 =40/2 8o)+20/o)+30/8o) 53导柱安装固定部分长度为： )2)co s ( 12 a =20/8 o) 8 o) d 斜导柱固定部分的直径（ 40h 斜导柱固定第 5 章 抽芯结构设计 17 部板的厚度（ 20a 斜导柱的倾角 (4) 斜导柱受力分析与强度计算 受力分析如下图所示： 图 4导柱的受力分析 在图中 其大小与 方向相反 ,方向相反， 通 过导滑槽施加于滑块 大小与斜导柱受的弯曲力 外斜导柱与滑块，滑块与导滑模之间的摩擦系数为 0 侧 0)c o s ()s 21 (4 0 侧 0)c )s 4 (4式中 F F2=式解得： 2t a a nc o ss F t (4因摩擦力太小所以可以省略既（ =0） 所以 F=Ft/a)=105/8.)=105N c/a)=105/8)=9 105N 由 a 在有关资料中可查到最大弯曲力 000后根据w=20a 可以查出斜导柱直径 d=16 (5)滑块的设计 第 5 章 抽芯结构设计 18 滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一重要零部件，它上面安装有侧向型芯式侧向型芯块，注射成形时塑件尺寸的准确和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证，滑块的结构形状应根据具体塑件和模具结构进行设计可分为整体式和组合式在这里采用整体式 槽的设计 滑块在侧向分型抽芯和复位过程中，必须沿一定的方向平稳的往复移动这一过程是在导滑槽内完成的。滑块与 压块 的配合形式采用 T 形槽导滑其配合采用H8/隙配合材料选用 度 52。其结构形式如图 4示，其配合长度 L=件宽度）这里导槽可在动模上直
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