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旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 1 页共页共 35 页页 1 学学中南大中南大电学毕业设计电学毕业设计机院机院 设计题目：旋纽模具的设计：旋纽模具的设计 学 院： 机电学院机电学院 专 业：模具：模具 cad/cam 班 级： 模具模具04g4 姓 名： 学 号： 04313299 导教师指： 时间完成： 2007年年3月月 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 2 页共页共 35 页页 2 目录目录 一、 塑料件的工艺性分析4 1. 塑件的原材料分析 2. 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 3. 塑件的体积重量 4. 塑件的注射工艺参数的确定 二、 型腔数的确定及浇注系统的设计6 1. 分型面的选择 2. 型腔数的确定 3. 确定型腔的排列方式 4. 浇注系统的设计 三、三、 排气、冷却系统的设计与计算9 1. 排气系统的设计 2. 冷却系统的设计与计算 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 3 页共页共 35 页页 3 四、 模具工作零件的设计与计算11 1. 凹模型腔及型心的设计 2. 型腔侧壁厚度和底板厚度的计算 五、五、 脱模机构的设计与计算12 1. 脱模力的计算 2. 推板的厚度 3. 顶杆直径的计算 六、注射机与模具各参数的校核14 1. 工艺参数的校核 2. 安装参数的校核 七、外文翻译17 七、 参考文献35 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 4 页共页共 35 页页 4 旋纽模具的设计 一、 塑件的工艺性分析 1、塑件的原材料分析 塑件的材料采用聚甲基丙烯酸 甲酯，属热塑性塑料，该塑料具有 如下的成型特性： l 无定形料、吸湿性大、不易分解。 l 质脆、表面硬度低。 l 流动性中等，溢边值 0.03mm 左右 ，易发生填充不良、缩孔、凹痕、 熔接痕等缺陷。 l 宜取高压注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性， 降低内应力、方向性，改善透明度及强度。 l 模具浇注系统应对料流阻力小， 脱模斜度应大， 顶出均匀， 表面粗糙度应好， pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 5 页共页共 35 页页 5 注意排气。 l 质透明，要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。 2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1）塑件的结构分析 该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。 2）塑件尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸，如，30.90.09mm 的尺寸精度为 3 级，次重要尺寸 3.75 0.07mm 的尺寸精度为 4 级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用 8 级精度。 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的 加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为 4.5mm，最小处为 2.25mm，壁 厚差为 2.25mm，较为均匀。 3）表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外， 表面无其它特别的要求， 故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求 可以得到保证。 3、塑件的体积重量 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算得塑件的体积：v9132mm3 计算塑件的质量：公式为 wv 根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为1.18kg/dm3，故塑件的重量为： wv 91321.1810- 3 10.776g 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：sz 60/40 型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示： 理论注射量/cm3 60 移模行程/mm 180 螺杆直径/mm 30 最大模具厚度/mm 280 注射压力/mp 150 最小模具厚度/mm 160 锁模力/kn 400 喷嘴球半径/mm 15 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 6 页共页共 35 页页 6 拉杆内间距/mm 295185 喷嘴口孔径/mm 3.5 4、塑件的注射工艺参数的确定 根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际 情况作适当的调整。 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：后段温度 t1选用 180 中段温度 t2选用 200 前段温度 t3选用 220 喷嘴温度：选用 220 注射压力：选用 100mp 注射时间：选用 20s 保压时间：选用 2s 保压： 80mp 冷却时间：选用 28s 总周期： 50s 二、型腔数的确定及浇注系统的设计 1、分型面的选择 该塑件为旋纽，表面质量无特殊要求， 端部因与人手指接触因此形成自然圆角，此 零件可采用右图所示的分型面比较合适。 2、型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如 下： n2=(g- c)/v 式中：g注射机的公称注射量/cm3 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 7 页共页共 35 页页 7 v单个制品的体积/cm3 c浇道和浇口的总体积/cm3 生产中每次实际注射量应为公称注射量 g 的（0.750.45）倍，现取 0.6g 进行 计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.21）倍，现取 c0.6v 进行 计算。 n2=0.6g/1.6v=0.375g/v=(0.37560)/90132=2.46 由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构。 3、确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具 结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。 4、浇注系统的设计 1）主流道的设计 根据设计手册查得 sz60/40 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径：d0=3.5mm 喷嘴前端球面半径：r015mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 d 应稍大于注射 喷嘴直径 d。 dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm 主流道的半锥角通常为 12过大的锥角会产生湍流或涡流， 卷入空气， 过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用 2。经换算得主流道大端直径 d8.5mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流 道出料端设计半径5mm 的圆弧过渡。主流道的长度 l 一般控制在 60mm 之内， 可取 l55mm。 2）冷料穴与拉料杆的设计 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 8 页共页共 35 页页 8 对于依靠推件板脱模的模具常用球头拉料杆，当前锋冷料进入冷料穴后紧包在 拉料杆的球头上，开模时，便可 将凝料从主流道中拉出。球头拉料杆固定在动模 一侧的型芯固定板上，并不随脱模机构移动，所 以当推件板从型芯上脱出制品时，也将主流道凝 料从球头拉料杆上硬刮下来。其结构如右图所示： 3）分流道的设计 分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度 的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当分型面 为平面时一般采用圆形的截面流道， 但考虑到加工的方便性， 可采用半圆形的流道。 一般分流道直径在 310mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑 料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第 2 卷中图 9.2 12 所示的经验曲线来选定，经查取 d =5.6mm 较为合适， 分流道长度取 l20mm 从图 9.214 中查得修正系数 fl=1.02， 则分流道直径经修正后为 ddfl=5.61.02=5.712，取 d6mm 4）浇口的设计 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。 侧浇口一般开设在模具的分型面上， 从制品的边缘进料， 故也称之为边缘浇口。 侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。 缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中 小型制品的一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。 在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度 h 最为重要。它控制着浇口内熔体的凝 固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度 w 的大小对熔体的体积流量的直接的 影响，浇口长度 l 在结构强度允许的条件下以短为好，一般选 l0.50.75mm。 确定浇口深度和宽度的经验公式如下： h=nt w=na1/2/30 式中：h侧浇口深度（mm）中小型制品常用 h=0.52mm，约为制品最大 壁厚的 1/32/3, 取 1.5mm pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 9 页共页共 35 页页 9 t制品的壁厚（mm） 3.38mm n塑料材料的系数 查表得 0.8 w浇口的宽度（mm） a型腔的表面积（mm2） 计算得 2940mm2 将以上各数据代入公式得：h=1.5mm，w=1.5mm, l 取 0.5mm。计算 后所得的侧浇口截面尺寸可用 r=6q/(wh2)104s- 1作为初步校验。 制品的体积 v9.132cm3，设定充模时间为 1s，于是： q=9.132/1=9132mm3/s r=6q/wh2=(69132)/(1.51.52)=1.6104104s- 1 所以符合要求。 三、排气、冷却系统的设计与计算 1、排气系统的设计 排气槽的截面积可用如下公式进行计算： f25m1(273+t1)1/2/tp0 式中：f排气槽的截面面积（m2） m1模具内气体的质量(kg) p0模具内气体的初始压力（mp）取 0.1mp t1模具内被压缩气体的最终温度() t充模时间(s) 模内气体质量按常压常温 20的氮气密度01.16kg/m3计算，有 m1=0v0 式中：v0模具型腔的体积（m3） 应用气体状态方程可求得上式中被压缩气体的最终温度（） t1（273+t0）(p1/p)0.1304- 273 式中：t0模具内气体的初始温度（） 由 v9132mm3 充模时间 t=1s 被压缩气体最终排气压力为 p120mpa 由式得：t1(273+20)(20/0.1)0.1304- 273=311.7 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 10 页共页共 35 页页 10 模具内的气体质量由式得： m1=v00=9.13210- 61.16kg=1.06 10- 5kg 将数据代入式得：所需排气槽的截面面积为： f=251.0610- 5(273+311.7)1/2/(10.1106)=0.064mm2 查取排气槽高度 h=0.03mm，因此排气槽的总宽度为： w=f/h=0.064/0.03=2.13mm 为了便于加工和有利于排气，运用镶拼式的型芯结构，与整体式型芯相比，镶拼型 芯使加工和热处理工艺大为简化。 2）冷却系统的设计与计算 冷却系统设计的有关公式： qv=wq1/c1(1- 2) 式中：qv冷却水的体积流量(m3/min) w单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min) q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kj/kg) 冷却水的密度(kg/m3) 0.98103 c1冷却水的比热容kj/(kg.) 4.187 1冷却水的出口温度() 25 2冷却水的入口温度() 20 q1 可表示为：q1=c2(3- 4)+u 式中：c2塑料的比热容kj/(kg.) 1.465 q3塑料熔体的初始温度() 200 4塑料制品在推出时的温度() 60 u结晶型塑料的熔化质量焓(kj/kg) q1=c2(3- 4)+u=1.465(200- 60)=205.1kj/kg 将以上各数代入式得： qv=(0.013205.1)/0.981034.187(25- 20)m3/min =0.1310- 3m3/min 上述计算的设定条件是： 模具的平均工作温度为 40， 用常温 20的水作为模具的 冷却介质，其出口温度为 25，产量为 0.013kg/min。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 11 页共页共 35 页页 11 由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷 却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位 置布置直径 d 为 8mm 的管道来调节温度。 四、模具工作零件的设计与计算 1. 凹模型腔及型心的设计 凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料。 型芯采用镶拼式结构，有利于加工和排气。 （如图所示） 本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均 磨损量来进行计算， 已给出这 pmma 的成型收缩率为 0.005， 模具的制造公差取 z=/3。 型腔型芯工作尺寸的计算 类别 塑件尺寸 计算公式 模具尺寸 35.250- 1.0 34.6800.33 r7.50.64 lm=(ls+ls.scp%- 3/4)0+ z r7.0600.21 型腔板 19.200.44 hm=(hs+hs.scp%- 2/3)0+ z 18.7100.15 型 腔 计 算 推件板 30.90.09 lm=(ls+ls.scp%- 3/4)0+ z 30.8800.06 26.2500.96 27.100- 0.32 r2.250.24 lm=(ls+ls.scp%+3/4)0-z r2.620- 0.16 主型芯 17.250.48 hm=(hs+hs.scp%+2/3)0-z 17.980- 0.32 3.750.07 lm=(ls+ls.scp%+3/4)0-z 3.870- 0.05 型 芯 计 算 小型芯 7.50.32 hm=(hs+hs.scp%+2/3)0-z 8.050- 0.11 2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算 1）型腔侧壁厚度的计算 根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式： s0.90pr4/e()1/3 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 12 页共页共 35 页页 12 式中：s侧壁厚度(mm) p型腔压力(mpa) 40 r型腔半径(mm) 17.625 e模具材料的弹性模量(mpa) 2.1105 刚度条件，即允许变形量(mm) 0.05 将以上各数代入式得： s1.15(4019.84)/(2.11050.05)1/3 =9.62mm 2）底板厚度的计算公式如下： hs0.56(ph4/e)1/3 将各参数代入式中得：hs4.68mm 型腔的厚度 h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mm s 可取 10mms腔取 32mm 根据计算，型腔侧壁厚度应大于 9.62mm，而型腔的直径为 3525mm。根据浇注 系统的条件及制件的大小，初选标准模架，依据塑料注射模中小型模架及技术条件 (gb/t12556- 90)，根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。 五、脱模机构的设计与计算 1、脱模力的计算 此模具采用推件板脱模，因该制件的，属厚壁制品，厚壁制品脱模力受到材料向壁厚 中性层冷却收缩的影响， 可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算， 公式如下： qc=1.25kfcae(tf- tj)ac/(dk+2t)2+dk2/(dk+2t)2- dk2 式中，对于圆筒制品中： k脱模斜度系数 k=(fccos- sin)/fc(1+fcsincos)=0.92 fc脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它 受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。 0.50 塑料的线膨胀系数（1/） 查表得：610- 5 塑料的泊松比 0.40 e在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（mpa） 3.16103 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 13 页共页共 35 页页 13 tf软化温度() 100 t脱模顶出时制品的温度（） 60 ac制品包紧在型芯上的有效面积（mm2） 1422.55 t制品的厚度（mm） 3.38 将以上各数据代入公式得： qc=1372.45n 2）推板的厚度 筒形或圆形制品采用推件板脱模，推件板的受力状态可简化为圆环形平板周界受 集中载荷的力学模型， 最大挠度产生在板的中心。 按刚度条件和强度条件的计算公式如 下，取大者为依据。 按刚度条件：h=(c2qer2/ep)1/3 按强度条件：h=(k2qe/p)1/2 式中：h推件板的厚度(mm) c2随 r/r 值变化的系数 0.3500 r推杆作用在推件板上的几何半径(mm) 61 r推件板圆形内孔或型芯半径(mm) 13.125 qe脱模力(n) 1372.45 e推杆材料的弹性模量(mpa) 2.1105 k2随 r/r 值变化的系数 1.745 p推件板材料的许用应力(mpa) 610 p推件板中心允许变形量(mm)，通常取制品尺寸公差的 1/51/10， 即p=(1/51/10)i 0.088 其中i制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88 将上述各数据代入式得：h=1.69mm 将上述各数据代入式得：h=1.98mm 所以推件板的厚度可取：16mm 3、顶杆直径的计算 推杆推顶推件板时应有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端铰支 的压杆稳定性模型，根据压杆稳定公式推导推杆直径计算式为： pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 14 页共页共 35 页页 14 d=k(l2qe/ne)1/4 推杆直径确定后，还应用下式进行强度校核： c=4qe/nd2s 式中：d推杆直径(mm) k安全系数，通常取 k=1.52 2 l推杆的长度(mm) 102 qe脱模力(n) 1372.45 e推杆材料的弹性模量(mpa) 2.1105 n推杆根数 4 c推杆所受的压应力(mpa) s推杆材料的屈服点(mpa) 360 将以上各数据代入式得： d=4.06mm 圆整取 5mm 将以上各数据代入式进行校核： c=4qe/nd2=17.47 mpas=360 mpa 所以此推杆符合要求。 六、注射机与模具各参数的校核 1、工艺参数的校核 1）注射量的校核（按体积） vmax=v 式中：vmax模具型腔流道的最大容积(cm3) v指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3) 塑料的固态密度(g/cm3) 注射系数取 0.750.85，无定形料可取 0.85，结晶形可取 0.75。 将以上各数代入式得：vmax=v 0.856051cm3 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留的时间 会过长。所以最小注射量容积 vmin0.25v。 vmin0.25v=0.2560=15cm3 实际注射量 v=2v0+20.6v0=29.132+20.69.132=29cm3 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 15 页共页共 35 页页 15 即 vmin vvmax 所以符合要求。 2）锁模力的校核 公式：fkapm 式中 f注射机的额定锁模力(kn) 400 a制品和流道在分型面上的投影和(cm3) pm型腔的平均计算压力(mpa) 由表 9.9- 4 取 30 k安全系数，通常取 k1.11.2 1.2 则：kapm1.22(35.25/2)2+20630 =78.905kn400kn=f 所以符合要求。 3）最大注射压和的校核 pmaxkp0 式中：pmax注射机的额定注射压力(mpa) 150 p0成型时所需的注射压力(mpa) 100 k 安全系数，常取 k=1.251.4 取 1.3 则 kp0=1.3100=130 mpapmax150 mpa 所以符合要求。 2、安装参数的校核 模具各模板的厚度分别为： h1上模座 30mm h2型腔板 32mm h3脱件板 16mm h4型芯板 25mm h5型芯固定板 32mm h6垫块 63mm h7下模座 30mm 模具的闭合高度 h=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7=228mm 所允许的最小模具厚度 hmin=160mm 所允许的最大模具厚度 hmax=280mm 即模具满足 hmin228mmhmax 的安装条件。 经查资料 sz- 60/40 型注射机的最大开模行程 s=180mm pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 16 页共页共 35 页页 16 sh1+ h2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm 满足要求 所以注射机的开模行程足够，由以上的验证可知，型注射机能满足使用要求，故可采 用。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 17 页共页共 35 页页 17 摘要塑料保险杠取代金属保险扛是汽车行业的发展趋势，但是塑料保险杠的设计目前仍采 用传统的模具设计方法。因此本文针对轿车前保险杠的制品结构，采用华塑 cae(hscae)软件对轿 车保险杠注射模的型腔压力、熔体温度及流动前沿进了优化分析及模拟，同时对保险杠注射模的 主要参数进行了校核。研究结果表明本文采用的设计方法可以极大提高保险杠注射模设计开发的 效率。 关键词保险杠 注射模 热流道 cae 1 前言 随着汽车上业的发展，全金属保险杠越来越不适应现代汽车在轻量化、高机能化以及与 车体造型一体化等方面的要求，尤其在轿车、轻型车上，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋 势。作为钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本 低，综合机械性能良好，且容易实现规模化生产等优点在汽车行业占据了一席之地。目前，我国 轿车。微型车、轻型车等生产厂家正在逐步实现该产品的更新换代。 2 轿车前保险杠几何结构分析 图 1 所示零件为马自达轿车前保险杠，零件壁厚 3.5mm，通常要求制件表面光滑无缺陷，对 其外形精度没有过高要求。如图 1 所示，保险杠形状为马鞍形，长 1925mm，宽 715mm，高 538mm， 平均壁厚为 3.5mm。椭圆形灯孔左右各一，中间为通风栅格，内侧加强筋若干。尾部有内侧卷曲， 因此，需要采用内侧抽芯。 1 前言 随着汽车上业的发展，全金属保险杠越来越不适应现代汽车在轻量化、高机能化以及与车体造型 一体化等方面的要求，尤其在轿车、轻型车上，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋势。作为 钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本低，综合 机械性能良好，且容易实现规模化生产等优点在汽车行业占据了一席之地。目前，我国轿车。微 型车、轻型车等生产厂家正在逐步实现该产品的更新换代。 2 轿车前保险杠几何结构分析 图 1 所示零件为马自达轿车前保险杠，零件壁厚 3.5mm，通常要求制件表面光滑无缺陷， 对其外形精度没有过高要求。 如图 1 所示，保险杠形状为马鞍形， 长 1925mm，宽 715mm，高 538mm， 平均壁厚为 3.5mm。椭圆形灯孔左右各一，中间为通风栅格，内侧加强筋若干。尾部有内侧卷曲， 因此，需要采用内侧抽芯。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 18 页共页共 35 页页 18 保险杠材料要求在较宽的温度范围内刚性好，耐冲击性能好，尺寸稳定性好，耐溶剂性好， 涂装性能好。丙烯综合什能较好，故在此选用聚丙烯(改性)作为保险杠材料。 所设计保险杠模具特点为：模具外形尺寸大(2400mm700mm11oomm)、体积重(2540t)，结构 复杂，类似为一个中等程度的工作母机；模具浇注系统为热流道，需要电加热；型腔、型芯冷却 系统复杂，型腔与浇注系统的热流道相互矛盾；制品顶出系统复杂，常用液压、机械联合顶出， 并采用机械手自动取出制品；制品尺寸大，浇注系统常为冷，热流道相结合。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 19 页共页共 35 页页 19 3 cae 优化分析 在对轿车前保险杠注射模的总体结构、使用功能控制及模具结构的具体设计(包括浇注系统成 型零件和导向装置、测向分型抽芯机构、模温控制装置等的设计)进行全面设定的基础上，采用华 中科技大学国家模具重点实验室开发的 hscae(华塑 cae)软件进行优化及动态模拟分析，从而改变 了过去那种单靠人为经验来设计模具浇口位置及尺寸，需要多次试模反复修改，才能最后设计 定型和制造模具的落后方法。该课题的开展，将会极大地减少设计人员反复估算饶口尺寸的繁杂 劳动，加速我国对大型轿车注射模设计、制造及产品牛产系列化的进程。 塑料注射成型时，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、塑件的形状尺寸、成型温 度、成型速度成型压力、成型时间、模腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。cae 优化分析 就是利用计算机高速运算功能，综合考虑各种因数，得出流动场、温度场、压力场、剪切应力场 等模拟结果，从而评定所用方案的优劣。这里使用华中科技大学模具国家重点实验室开发的 hscae5.0 软件进行优化分析。 流动场分析结果如图 2 所示，其流动是平衡的，结合后面熔结痕分析结果说明浇口开设是合 理的。 温度场分结果如图 3 所示，结束时温差比较大，可能原因是此模具采用热流道技术，而 cae 分析结果按冷流道汁算得出。若出现注射结束时不同位置的温差太大，就很难获得均匀的冷却， 不同的温度将导致聚合体的密度和性能都发生着改变，这样会产生翘曲。同时可能会产生较大的 因温差引起的残余应力。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 20 页共页共 35 页页 20 压力场结果如图 4 所示，因为热流道原因，出现轻度压力不是现象。若出现压力不足现象应考虑 以下因素：材判流动性不够；制品过大而零件壁厚很薄；流道长度过长；需要分级注射。 剪切应力场结果如图画所示，应力场均匀，不会产生喷现象。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 21 页共页共 35 页页 21 cae 优化分析时必须考虑到分析时所用 stl，文件没有坐标，不能精确定位，会人为引入流动不平 衡因数。大型注射模常用热流道或冷、热流道结合技术与 cae 分析假定的冷流道有很大区别，这 也给分析带来很大误差。 4 保险杠大型注射模热流道设计 在设计大型塑件模具浇注系统时，既要保证型腔充满，又要减少因系统设计不当给制品带来的 缺陷。特大型塑件常采用多级分流道。多点同时浇注方案。复杂的浇注系统在提高塑件质量的同 时也使设计的难度增加。因此，浇注系统的设计是设计大型注射横的关键之一。 本次没计采用热流道技术，这项新技术的开发乃是注射模的一次重大改革。它的应用不仅 缩短了成型周期、提高了生产效率，同时也节省了原料。在大型模具设计中，热流道系统设计应 用愈来愈广，特别是热流道模具，它是大型模具的发展方向。 下面就热流道模具加以讨沦。热流道模贝之所以得到广泛应用，是因为它具有以下独特优 点：缩短成型周期，一般可达 30-40；避免回收大量回头料从而节省原料，降低成本；由于 严格控制温度，因此提高了制品质量，保证了制品的尺寸精度和强度；热流道有利于压力传递， 从而可以降低注射压力；缩短开模行程，有利于保护模具，延长模具使用寿命；无需修剪料把， 节省工时和人力；缩短制模周期，制品成本降低，在一般情况下生产成本降低 16。 根据 cae 分析结果，采用 autocad 软件进行二维模具设计，本模具设计为单型腔，热流道、 9点进浇、 内侧抽芯等技术。 合模过程由两矩形导滑块导向， 最后由锥面定位锁紧。 模具总长2000mm， 宽 1200mm，高 1440mm，模具结构总图如图 6 所示。 二维模具设计的基本步骤如下： (1) 绘制制品二维结构图，确定好分型面，浇口的位置及尺寸大小。 (2) 采用金属零件包围制品内外表面。 (3) 设置浇注系统、合模导向机构、顶出系统、加热冷却系统。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 22 页共页共 35 页页 22 (4) 按动、定模分型面绘制左右动定模的方位图。 (5) 在动、定模视图中分别表示出相关零件的装配坐标位置。 (6) 采用另一个视图表达未完整主视图的相关内容。 (7) 在主视图下方绘出制品图，并标注产品的尺寸。 (8) 标注零件序号，并列出零件明细表中的材料、件数、热处理等技术要求。 (9) 在总装图中写山技术要求及模具的动作原理. 5 大型注射模主要参数校核 (1)加热流道板的热功率计算。热流道板相当于延伸了注塑机喷嘴，使得熔料流程大为缩短， 有利于熔料的填充。但是采用热流道浇注系统需配备精碗的模具温度控制器，以防止熔料温度过 高而烧焦。加热管功率一般凭经验按每 kg 热流道板需 0.1-o.15kw 估算，也叫按下式进行计算 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 23 页共页共 35 页页 23 (2)型芯、型腔的加热冷却系统。 模温是影响制品质量及成型效率的一个重要因素。在使用了热流道的模具中，一方面热流 道需要加热而另一方面模具需要冷却。且由于此模具体积巨大模具开始工作时模温低，需要预热， 工作一段时间后模温上升超过规定温度时又需要冷却。 聚丙烯(pp)的成型温度在 160-260， 其 模具温度应控制在 5565。大型注射模最好用自来水冷却，比较经济，冷却水孔直径一般在 8-12mm。 大型注射模加热装置一般为电加热棒加热，它有方便、易控制等优点，但必须防止局部过 热。 (3)型腔侧壁厚度计算。 理论分析与实践证明，大型模具的刚度是中要问题，而强度足次要问题。故成型件尺寸应 以满足刚度条件为前提， 聚丙烯所允许挠曲量在 0.03-0.04mm。 将侧壁看作是受均布载荷的固定梁 模型，由挠度公式可推出允许最小侧壁厚度： pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 24 页共页共 35 页页 24 对于此保险杠模具: (4)动模垫板问受力变形计算，方法原理同侧壁校核，允许最大挠曲量一般取 0.05mm。 一般对大型注射模还需进行制品对型芯包紧力的计算及顶出力的校核；连接螺钉顶出杠强度校 核等。可参见注时模设计手册。 6 结束语 设计保险杠大型注射模应注意的问题： (1)应认真分析产品几何结构，选择好分型面；cae 优化分析选择浇口形式、大小、数目及进 浇位置。 (2)确定产品所用原材料常需要流动性好(即熔体流动指数大的塑料)、有利充模；好的机械力 学特性，能保证轿车在冲击下不变形、有弹性回复；耐恶劣环境气候变化而不变形(翘曲)。 (3)大型或特大型注射模设计应考虑使用热流道或冷、热流道相结合的浇注系统。 (4)加热、冷却是大型注射模设计需要解决的一对矛盾。 (5)大型注射模顶出系统一般很复杂，常需要机械液压联合顶出。 abstract that the plastic safety bar substitutes metal being sure shouldering is that automobileindustry developing trend, but plastic safety bar design adopt the tradition design for die and mould method at present still. therefore the main body of a book type cavity pressure , the forward position melting experiencing and observing the temperature pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 25 页共页共 35 页页 25 and being on the move adopt china tomould the cae (hscae) software injecting a model to saloon safety bar have entered the mainparameter optimizing analysis and the simulation , injecting a model at the same time to the safety bar specifically for saloon front safety bar products structure, having carried out the core ofschool. study result indicates the main body of a book the design procedures adopting can beimmense raising a safety bar injecting a model designing development efficiency. keyword safety bar injection model heat current says cae 1 preface mounts development of job with the automobile, entire the more and more unadaptable metal safety bar hyundai motor request in the field of make light of quantization , high enginery-rization and unifying with car body model and so on, the plastic safety bar especially useful on the saloon , light vehicle, substitutes entire metal safety bar trend. and as iron and steel piece of replacement product, the plastic safety bar makes light of an automobile with whose attractive appearance , weight , molding , be able to bear corrosion , cost low , synthetical mechanical performance are easily fine, scale-rization childbirth easy to come true waits for merit to have occupied a space for one person in automobile industry. at present, our country saloon. that minitype vehicle , light vehicle etc. produces a manufacturer is realizing the renovation and upgrade being a products turn step by step. 2 saloon front safety bars geometries structural analysis picture what 1 shows a part is a mazda saloon front safety bar, part wall thickness 3.5 mms, generally, had demanded a request to make piece of surface nothing defect glossy , do not had to its external form accuracy. 715 mms, are 538 mms taller than if picture what 1 shows , the safety bar form are shape of a saddle , 1925 long mms , width, average wall thickness is 3.5 mms. the ellipse light hole controls every one, centre is the grid being ventilated , reinforce a tendon on the inner side some. the tail assembly has inner side to curl , needs to adopt inner side to take a core out therefore. pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 旋纽模具毕业设计说明书旋纽模具毕业设计说明书 第第 26 页共页共 35 页页 26 safety bar material requires that stiffness is easy to be able to bear within broader temperature range, pounding a function well , the dimension stability is able to bear the function of menstruum easy to spread dress well,well. the miscellaneous energy propylene is synthesized is fairly good , is safety bar material therefore selecting and using polypropylene (change nature) here. designed that the safety bar mould characteristic is: mould external form dimension big (2400 mms x 700 mms x 11 oomm) ,