基于proe的航空接头注塑模设计及有限元分析

2012 届本科届本科毕业设计毕业设计 设计题设计题目：基于目：基于 Pro/e 的航空接的航空接头头注塑模注塑模设计设计及有限及有限 元分析元分析 学生姓名：学生姓名： 所在院系：所在院系： 机机 电电 学学 院院 所学所学专业专业： ： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 导师导师姓名：姓名： 完成完成时间时间： ：2012 年年 5 月月 18 日日 摘摘 要要 本课题主要是针对航空接头的注塑模具设计,该航空接头是工业生产中一种 常见的汽车、飞机等使用的接头产品。通过利用 Pro/e 软件对塑件进行三维建模， 并对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。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、侧抽机构、 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，同时并 简单的编制了模具的加工工艺。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。最后再利用 Pro/e 对塑件进行有限元分析。结构分析是有限 元分析最常用的领域，也是 Mechnica 主要的分析功能。Mechnica 包括了静力分 析、模态分析、屈曲分析、疲劳分析和振动分析，这些分析功能能够得出结构的 强度、刚度、稳定性等特性，除了接触分析和大变形分析之外，所有分析均为线 性分析。本课题中对塑件模具进行静力分析、模态分析和疲劳分析。 关关键词键词 : 航空接头；注塑模具设计；Pro/e ; 三维建模，有限元分析。 Abstract The main topic covered for a air connector of injection mold design, the air connector is commonly found in industrial production of a protective cover products. we should make the three dimensional modeling use the Pro/e,Through the process of plastic parts for analysis and comparison, the final design of an injection mold. The product mix from technology issues, and specific mold structure of the casting mold system, mold forming part of the structure, side pumped body, top of the system, cooling system, the choice of injection molding machine and related calibration parameters are detailed design, at the same time and developed a simple process dies. Designed in accordance with the subjects main task is to build a air connector plastic injection mold design, that is, the design of an injection mold to produce plastic products in order to achieve automation to increase production. Last ,we make the finite-element analysis for the plastic products use the Pro/e. Finite element analysis of structural analysis is the most commonly used field, is Mechnica major analysis functions.The Mechnica includes a static analysis, modal analysis, buckling analysis, fatigue analysis and vibration analysis, the analysis function to draw the structure of strength, stiffness, stability and other characteristics, except for a contact analysis and deformation analysis, all analyses are linear analysis.In this paper the plastic mold for static analysis, modal analysis and fatigue analysis. Key words ： air connector , Injection mold design ,Pro/e ,Three dimensional modeling ，Finite-element analysis. 目目录录 1 绪论1 2 塑料成型工艺基础2 2.1 航空接头的装配图造型设计2 2.2 航空接头的零件造型.3 2.3 航空接头结构及工艺分析.4 2.4 航空接头原材料分析.4 3 注塑设备的选择5 3.1 估算塑件的体积.5 3.2 选择注塑机.5 3.3 模架的选择.6 3.4 最大注射压力的校核.6 3.5 最大注塑量的校核.6 3.6 锁模力校核.6 3.7 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核.7 4. 航空接头注塑模具的设计.7 4.1 分型面的选择.7 4.1.1 排气槽的设计8 4.2 型腔数目的确定.8 4.3 浇注系统的设计.8 4.3.1 主流道的设计8 4.3.2 主流道衬套的形式9 4.3.3 分流道的设计9 4.3.4 浇口形式的选择10 4.4 合模导向机构设计.10 4.5 脱模推出机构设计.11 4.6 侧向抽芯机构设计.11 4.6.1 斜导柱设计12 4.6.2 滑块与导滑槽的设计12 4.7 温度调节系统设计.13 4.8 模具冷却系统设计.14 4.9 模具加热系统设计.14 5 航空接头模具装配及装配图的绘制14 6 基于 PRO/E 软件对航空接头模具进行有限元分析.17 6.1 航空接头凸模的简化处理.17 6.2 航空接头凸模静态分析.18 6.3 航空接头凸模模态分析.19 6.4 航空接头凸模疲劳分析.20 7. 设计总结.23 8. 结束语24 致谢25 参考文献26 1 1 绪论绪论 我国塑料模具工业从起步到现在，已经历经了半个多世纪，其间模具工业发 生了很大的变化，也有了很大的发展，而模具水平也有了较大的提高。在大型模 具方面，已能生产出大屏幕的彩电塑壳、大容量的洗衣机塑料模具以及汽车用品 和仪表板等塑料模具。近几年，随着科学技术的发展，如今的产品用金属的越来 越少了，取而代之的是塑料产品，仔细观察就会发现我们身边有很多的塑料产品， 为了满足人们对塑料产品的需求，注塑成型模具应运而生，注塑成型模具就是将 塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或柱塞的推 动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型1。 据有关方面预测，模具市场在将来的发展空间会越来越大，而现在模具市场 的总体走向是平稳向上的，在未来的模具的市场中，塑料模具的发展速度会大大 高于其他行业以及其他模具，从而在其他模具行业中的比例会逐步的提高。相应 地，对塑料模具提出越来越高的要求也是理所当然的。因此，高精密、超大型、复 杂、长寿命模具将会有更高的发展速度。同时，由于近年来我国在高精密、超大 型、复杂、长寿命模具进口数量比较大，所以，从各个角度来看，上述高档模具在 市场上的份额也将逐步增大。 由于塑料成形的制品的要求越来越高，为了适应生产的高要求，今后我们应 该重点提高超大型、高精密、复杂、长寿命模具的设计水平以及比例。并且在今 后的模具设计制造中我们应该全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。CAD/CAM 技术已经发展为一项比较成熟的共性技术，随着 CAD/CAM 软件智能化的程度 逐步提高，塑料制品的三维设计建模与成形过程的模拟分析将在我国的模具的 行业会占越来越高的比例，同时也会发挥越来越重要的作用。为了提高模具的生 产率，也让模具在使用中变的越来越方便，我们在以后的模具设计中应逐步完善 模具 的标准化水平，我们可以先制定出一套国家标准，并严格按照标准执行生 产，于此同时，我们也要逐步形成规模生产，提高商品化程度和标准件质量，降 低成本，最后就是要进一步增加标准件的规格品种2。 通过毕业设计我了解到注塑模具设计的相关步骤，认识到一套注塑模具系 统包括哪些系统和哪些成型零件，通过查阅有关模具设计的资料和书籍，我学习 到关于模具设计中常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的 结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造 方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特 点，根据不同情况选用模具加工新工艺。 2 2 塑料成型工塑料成型工艺艺基基础础 2.1 航空接航空接头头的装配的装配图图造型造型设计设计 其图形如图 1、图 2 所示 图 1 航空接头装配图三维建模图 图 2 航空接头三维建模分解图 航空接头主要是用于汽车和相关机械上的引线接头，从航空接头的装配图 和分解图中可以看出航空接头的结构组成，航空接头共由以下塑件组成： 3 1.两个棕色密封垫圈 2.一个白色矩形垫圈 3.一个引入接头 4.一个引出接头 5.一 个联接环 6.一个空心固定引导圆筒。其中两个接头和引导圆筒上各有 44 个直径 为 3的通孔。 2.2 航空接航空接头头的零件造型的零件造型 图 3 航空接头主视图及其三维图 图 4 航空接头右视图及其三维图 4 图 5 航空接头左视图及其三维图 2.3 航空接航空接头结头结构及工构及工艺艺分析分析 航空接头结构非常复杂，它主要由三部分组成，分别是用于固定导线用的筒 体，用于固定位置的正方形压板，用于连接用的螺纹部分，航空接头上有两部分 螺纹，一部分是螺距为 2的细螺纹，另一部分是螺距为 50的三节螺旋大螺纹， 这一部分的三节螺旋螺纹是最有难度的，这部分螺纹可以把整个航空接头注塑 出来以后再单独加工，在此试着设计一套模具直接把这部分三节螺纹注塑出来， 直接注出来是有难度的，所以在此我们将三节螺纹分为三部分，用三个侧型芯， 利用斜导柱、滑块和侧向抽芯结构，另外，航空接头中有 44 个直径为 3，长度 为 40的通孔，这一部分通孔由于长度长，如果用长型芯的话，注出来的塑件孔 容易出现弯曲，所以在此把这部分长孔分为两部分型芯注塑出来，另外一部分细 螺纹用螺纹型芯，将整个航空接头注出来以后，利用人工的方式将整个接头直接 旋出来。 2.4 航空接航空接头头原材料分析原材料分析 聚丙烯的英文名称为:Polypropylen，缩写为 PP，目前聚丙烯已经成为发展速 度最快,产量最大的，牌号最多的，用途最广的，用量高速增长的合成树脂之，聚 丙烯为无色圆柱形颗粒，无毒、无味、五嗅，密度为 0.90-0.91g/cm3。性质较硬，具 有良好的延伸型、电绝缘性、化学稳定性、加工性能良好。聚丙烯的分子结构规 整，结晶度 94-99%，熔点 160-175，目前国内最多用 25 公斤编织袋包装，其具 有较高的刚性和较低的密度(0.900.91),高拉伸强度（特别是在拉身后），优良的 透明性、耐应力开裂性、耐化学性，较高的耐热性，熔点达到 164 度，可以在 100- 5 120 度以下长期使用，电绝缘性良好，耐折叠性好。聚丙烯经过填充和增强后，其 机械性能在许多应用领域足以与成本更高的工程塑料竞争。具有良好的注塑加 工性。可以被拉伸和定向，从而可生产纤维和拉伸薄膜。薄膜制品：聚丙烯薄膜制 品透明性好，而且有光泽，水蒸气和空气的透过率很小，根据加工工艺不同可分 为吹塑薄膜、流涎薄膜（cpp）、双向拉伸薄膜(BOPP)。注塑制品：可用于汽车、电 器、机械、仪表、无线电、纺织、国防等工程配件，日用品，周转项，医疗卫生器材， 建筑材料。挤塑制品:可做管材、型材、拉丝、渔用绳索、打包带、捆扎绳、编织袋、 纤维、复合涂层、片材、板材等。吹塑中空成型制品各种小型容器等。其他：热成 型、发泡、高发泡可做结构泡沫体，合成木材、层压板、合成纸3。 3 注塑注塑设备设备的的选择选择 3.1 估算塑件的体估算塑件的体积积 估算塑件的体积与质量 通过 pro/e 造型分析，可以得出塑件体积为,通过查文献知聚 3 45720Vmm= 丙烯密度为，计算出塑件的质量为 3 0.90/Kg m （1） 339 0.90 1010 1045720mVg 41.147889342.0mgg 3.2 选择选择注塑机注塑机 通过上述数据，经过查阅相关资料和经验数据，我们初选注塑机型号为 SZ320/1250 的注塑机4。 注塑机的参数如下： 结构形式：卧式注塑机 理论注塑容量/cm3：335 注塑压力/Mpa：145 螺杆直径/mm：48 注射速率/(g/s)：140 塑化能力/(g/s)：19 螺杆转速/(r/min)：10200 锁模力/KN：1250 拉杆内间距/mm：415415 移模行程/mm：360 最大模具厚度/mm：550 6 最小模具厚度/mm：150 锁模形式：双曲肘 模具定位孔直径：160 喷嘴球半径：SR15 3.3 模架的模架的选择选择 由于航空接头的结构形状比较复杂，为了避免标准模架由于尺寸上的限制 给模具设计带来不便，所以在此次设计上我们采用自行设计的模架尺寸。 3.4 最大注射最大注射压压力的校核力的校核 航空接头的原料为 PP，所需注射为 70120MPa，而所选注射机压力为 145 MPa，所以注射压力符合要求。 3.5 最大注塑量的校核最大注塑量的校核 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边） ，通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的 80%。所以选用的注塑 机最大注塑量应满足5： 0.8 V机 V塑V浇 （2） 式中 V机 注塑机的最大注塑量，270cm3 V塑塑件的体积，该产品 V塑46cm3 V浇浇注系统体积，该产品 V浇2cm3 故 V机（464+2）cm3 3.6 锁锁模力校核模力校核 F锁pA （3） 式中 p熔融型料在型腔内的压力，该塑件的压力为 150Mpa A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算 A=1664 mm3 F锁注塑机的额定锁模力。 故 F锁pA=150Mpa1664 mm3 选定的注塑机的压力为 1250KN，满足要求。 3.7 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 A 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适6 7 模具长模具宽拉杆面积 B 模具闭合高度校核 Hmin注塑机允许最小模厚=550mm Hmax注塑机允许最大模厚=150mm H模具闭合高度=210mm 故满足 HmaxHHmin。 （4） 所以选择的注塑机符合上述要求，可以选用。 4. 航空接航空接头头注塑模具的注塑模具的设计设计 注射模结构设计主要包括: 分型面的选择、模具型腔数目的确定及型腔的排 列、浇注系统设计、型芯、型腔结构的确定、推件方式、侧抽芯机构的设计、模具 结构零件设计等内容7。 4.1 分型面的分型面的选择选择 该塑件为航空接头塑件，由于此接头结构形状复杂，两端有两条螺纹，中间 又有一块厚度为 4，长度为 50.5的正方形压板，并且正方形压板四个角分布 着四个直径为 4的通孔，所以为了分模的时候方便，我们选择下面的一种分模 方案，如下图 6 所示： 图 6 航空接头的分型面图 4.1.1 排气槽的排气槽的设计设计 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除 8 此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压 缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接 不良引起强度下降，甚至充模不满8。 由于航空接头结构非常复杂，但是其模具为小型模具，且分型面适宜，可利 用分型面排气，所以无需设计排气槽。 4.2 型腔数目的确定型腔数目的确定 尽管航空接头形状结构复杂，但是为了提高生产效率，本次设计中采用一模 四腔的结构，同时为了能够保证制品质量的均一和稳定，另外为了防止模具承受 偏载而产生溢料现象，我们采用 H 形排列。这样有利于构成平衡浇注系统。 4.3 浇浇注系注系统统的的设计设计 4.3.1 主流道的主流道的设计设计 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9。因此，必须使熔体的温度降和压力损失最 小。 根据手册查得 SZ320/1250 型注射机喷嘴的有关尺寸: 喷嘴球半径:SR =15mm； 喷嘴孔直径:d =10mm。 主流道尺寸 主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主 流道设计成圆锥形，其锥角为，流道表面粗糙度，小端直径 比注射机喷嘴直径大 0.51mm。现取锥角 a=，小端直径比喷嘴直径大3 0.5mm。浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度 5055HRC。由 于小端的前面是球面，其深度为 3-5mm (现取为 5mm)，注射机喷嘴的球面在该 位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大。 浇口套与模板间配合采用的过渡配合，主流道长度取为 60mm。 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度 的流动通道。主流道小端尺寸为 4.5mm。 4.3.2 主流道主流道衬衬套的形式套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因 而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优 9 质钢材单独进行加工和热处理。常用浇口套分为浇口套、定位圈整体式和浇口套 与定位圈单独分开两种，在此设计中我们采用前者，由于注射机的喷嘴球半径为 15mm，所以浇口套的为 R20mm。 4.3.3 分流道的分流道的设计设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作 用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，圆形和正方形 截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的 温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模， 所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形10。 分流道设计要点： （1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道 截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。 （2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道 上不须开设冷料井。 （3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动， 定模板上，合模后形成分流道截面形状。 （4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。 分流道的长度 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料 时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。 分流道的断面 分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所 用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。 分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失， 同时因考虑加工的方便性。分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热 量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对 热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的分流道，为了保证外形无浇口痕， 浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷 凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用， 冷却后快速切除。同时它的效果与 S 浇注系统有同样的效果，有利于补塑。 4.3.4 浇浇口形式的口形式的选择选择 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外） 10 ，它是浇注系统的关键部分11。其主要作用是： （1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。 （2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的 0.030.09，浇口的长度约为 0.5mm2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取 其下限值，然后在试模是逐步纠正。 当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的 温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力 损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。 浇口位置的选择： 浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料 流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的 不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。 浇口设置应有利于排气和补塑。 浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑 件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是 塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免 缩孔、凹痕产生。 浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料 流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料 流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇 口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长， 熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的 流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷 料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。 浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。 综合上述要求，我们本模具当中采用截面形状为圆形 d=1.6mm 的侧浇口形 式。 4.4 合模合模导导向机构向机构设计设计 导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有 一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均 可，通常导柱设在主型腔周围12。 导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。 11 定位作用： 为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形 状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导 柱工作中承受一不定的导向作用。 动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯 先进入型腔，产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的 剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。 4.5 脱模推出机构脱模推出机构设计设计 鉴于航空接头两端都有螺纹，并且最困难的是中间有 44 个直径为 3mm 的 通孔右端的三头螺纹我们在模具中采用了侧向型芯，如果左端的细螺纹也采用 自动顶出机构，模具将会变得非常复杂，不利于模具的生产与制造，因此我们在 此设计中让整个塑件包括两端的螺纹注塑出以后，右端采用侧向抽芯机构可以 脱离模具，而左端螺纹采用顶杆将螺纹型芯和塑件整体推出，待型芯与塑件脱离 通孔型芯之后人工将塑件旋转出来。所以在此我们采用每个塑件上用两个顶杆 定出螺纹型芯和塑件，其推出机构可选择推杆推出和推板推出,若采用推板推出 只能推外围部分,而中间的型芯抱紧部分没有推件力,且塑件上有圆弧过度,推件 板制造困难;推杆推出简单,推出平稳可靠,虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹, 但是在航空接头断面上留下痕迹并不会影响航空接头的使用性能，并没有什么 大的问题。 所以从以上分析得出:该塑件可采用推杆推出机构。 4.6 侧侧向抽芯机构向抽芯机构设计设计 在此模具设计中，由于航空接头两端有两个螺纹，并且其中右端侧面一个螺 纹为三头宽螺纹，它垂直于脱模方向,阻碍成型后塑件从模具中脱落，所以为了 能让三头螺纹能够一次注成，需设置侧向抽芯机构。该塑件能考虑的抽芯机构有 斜滑块抽芯机构和滑块、斜销抽芯机构。根据塑件的结构分析,若采用斜滑块抽 芯机构需将型腔分为三瓣,并且得将型腔与型芯分开,这使得结构不合理,故选择 滑块、斜销抽芯机构。 4.6.1 斜斜导导柱柱设计设计 斜导柱的结构如图 7 所示,斜导柱的断面为圆形,其固定形式与合模导柱类似 的台肩固定,只是由于倾斜安装而台肩轴被削去一部分.斜导柱导向部分可以做成 半球型或锥台形,但应注意锥台的斜角须大于斜导柱的倾斜角,以避免斜导柱工作 12 长度部分已脱离 滑块的孔之后,斜导柱头部仍对滑块有驱动作用。 图 7 斜导柱示意图 斜导柱倾角 a 确定 斜导柱的倾角 a 是决定斜导柱抽芯机构工作实效的一个重要的因素。a 的大 小关系到模具所需开模力的大小及斜导柱所受弯曲力的大小，有关系到斜导柱 的工作长度、抽芯距及开模距离长短。a 的取值一般在 1520间,根据塑件的侧 抽孔的深度,即抽芯距的大小，由于抽芯距较大，所以可取较小的倾角,取 a 为 20 斜导柱直径的确定 斜导柱主要承受弯曲力,而对斜导柱的直径的确定一般按经验来取，由于塑 件的侧抽型芯孔较小，侧抽力不大，所以取斜导柱的直径为 20mm13。 。 4.6.2 滑滑块块与与导导滑槽的滑槽的设计设计 侧型芯与滑块的连接形式 根据塑件的形式分析，侧型芯与滑块应做成组合式，然后装配在一起,这样可以节 约优质钢材，且加工及维修更换方便.。为了保证型芯的强度和固定方便,将型芯 嵌入滑块内的部分加粗，再用销钉固定。 侧型芯与滑块的链接形式如图 8 所示： 图 8 侧型芯与滑块连接形式 4.7 温度温度调节调节系系统设计统设计 在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、 耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中， 13 冷却时间占注射成型周期的约 80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求 不同，模具温度的要求不尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一 定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定 型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与 结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期 等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种 类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要 求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等15。 低的模具温度可降低塑件的收缩率。 模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形。 对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是 将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。 随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑件的耐应力开裂性降低，因此降低模 具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料的 内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的。 提高模具温度可以改善塑件的表面质量。 在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据 塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为 2002700C，而从模具中取出塑件的温 度约为 20600C，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具 通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度 因航空接头使用的塑料是 PP，要求模温高，若模具温度过低则会影响塑料 的流动性，增加剪切阻力，使塑件的内应力较大，甚至还出现冷流痕、银丝、注不 满等缺陷。因此在注射开始时，为防止填充不足，充入温水或者模具加热。 总之，要做到优质、高效率生产，模具必须进行温度调节。 对温度调节系统的要求： 确定加热或是冷却； 模温均一，塑件各部分同时冷却； 采用低的模温，快速且大量通冷却水； 温度调节系统应尽量结构简单，加工容易，成本低廉。 4.8 模具冷却系模具冷却系统设计统设计 根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知， 冷却水孔数量大于或等于 3 根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与 出水的温度差的原则。根据书上的经验值取 5 根，冷却水口口径为 8mm。 。 14 另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循： 浇口处加强冷却； 冷却水孔到型腔表面的距离相等； 冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大； 冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。 进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的 背面。 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。而且在冷却系统内，各相连接处应保 持密封，防止冷却水外泄16。 4.9 模具加模具加热热系系统设计统设计 因在 PP 要求的熔融温度为 200。而且流动性能为中性，同时在注射时模具 温度要求为 5060，所以该模具必须加热。模具加热方法包括：热水，热空气，热 油及电加热等。由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具应用 电加热。 5 航空接航空接头头模具装配及装配模具装配及装配图图的的绘绘制制 装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、 寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合 格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。 在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配 精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度 要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。 塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模 的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先 将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或 工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套 孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。 模具装配图用来表达模具整体结构，外形尺寸，模具个零件间的装配关系， 是指导模具装配、检验、维修等工作的技术文件。 浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为 0.05 0.15 毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经 常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。 为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的 15 槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。 装配图常采用 1:1 的比例，其视图至少应有主视图与侧（俯）视图。主视图为 模具在注塑机上的安装方位的剖视图，在此视图上通常以阶梯剖的形式表示出 模具的成型机理、模具的成型零件与结构零件。 当模具复杂难以在此视图上将成型机理或零部件表达清楚时，应另加其他 视图或局部视图。侧（俯）视图则为打开模具取出塑件的动模视图，当模具为双分 型面模具时，则应将两分型面各画一半。 模具装配图设计过程通常有以下过程：根据塑件的结构特点与精度要求等确 定模具的分型面及型腔数、确定模具各零件的相对位置与尺寸、确定模具剖切位 置，绘制主视图及其它三视图、标注尺寸（配合尺寸与零件号）、编写技术要求、 编写标题栏与零件明细栏。 模具的装配顺序为：确定装配基准；装配前要对零件进行测量，合格零件必 须去磁并将零件擦拭干净；调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行 度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于 80%，间隙不得 小于溢料最小值，防止产生飞边。 在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；组 装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；组装冷却和加热系统， 保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。装配 液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中试模：试模合格后 打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。 航空接头模具的装配图和凸模零件图如图 9 和图 10 所示 16 图 9 航空接头模具装配图 1 定模板固定板；2,8,12螺钉；3滑块；4斜导柱；5圆锥销； 6塑件；7浇口套；9冷却水道；10螺纹型芯； 11凸模板；13螺钉导套；14凹模板；15螺纹型芯板； 16推板导柱；17推板导套；18推板固定板；19推板；20拉料杆；21推杆；22 支撑钉；23螺栓；24螺纹型芯 图 10 接头模具凸模零件三维图 17 6 基于基于 Pro/e 软软件件对对航空接航空接头头模具模具进进行有限元分析行有限元分析 Pro/e 软件具有很强的三维建模功能，其配置有很多模块，其有限元分析功 能尽管没有专业的有限元分析软件 ANSYS 强大，但是对一些简单的零件进行有 限元分析还是轻而易举的。经过分析航空接头零件的结构，航空接头中间有 44 个直径为 3mm 的通孔 ，如果用注塑模具注出塑件，此模具将 44 个通孔分为左 右两部分，采用左右两个型芯，在注塑过程中，这两部分型芯将会受到合模力、 注塑压力等多个方向的复杂合力，由于型芯细长，所以受到复杂的压力之后容易 发生变形、疲劳破坏及失效形式 。所以我们在设计模具的过程中我们采用 Pro/e 软件对航空接头的凸模通孔型芯处进行有限元分析。 6.1 航空接航空接头头凸模的凸模的简简化化处处理理 航空接头凸模三维实体外形结构非常复杂，而由于 Pro/e 软件对零件进行有 限元分析需要大量的计算，所以零件越复杂，计算量将会越大，计算时间也会很 长，为了让分析的过程更顺利一些，在不改变航空接头模具结构性能的前提下， 应该对凸模三维实体进行模型简化处理。模型简化处理结果如图 11 所示： 图 11 空接头凸模简化处理图 18 6.2 航空接航空接头头凸模静凸模静态态分析分析 进入 Pro/e 软件的 Mechnical 模块后，通过分配材料、定义约束、施加载荷后 就可以对航空接头凸模进行结构分析14，通过分析可以得出航空接头凸模的静 态分析结果及其分析的结论，如图 12、图 13 和图 14 所示： 图 12 空接头凸模变形曲线图 可以从变形曲线中看出，所选边线上各点的位移量从上端到末端逐渐增大，最大值是 0.14mm，由此再根据材料的伸缩率算出模型在宽度方向上的变形量，就可以得出最终加工 产品的截面尺寸是否满足要求。 图 13 航空接头凸模应力曲线图 可以看出应力值总趋势由大变小， 。出现这种结果的原因是由于所选型芯边线上下端处由 于受注塑压力以及各个方向复杂的压力，受力较大，容易出现应力集中，中间地带应力受力 较均匀。 19 图 14 空接头凸模应力条纹图 由于红色区域的尺寸变化较大，故容易产生应力集中。其他部分的应力分布较为均匀。 6.3 航空接航空接头头凸模模凸模模态态分析分析 通过对航空接头凸模进行模态分析可以得出凸模模态分析结果如图 15 和 图 16 所示 图 15 航空接头凸模模态变形条纹图 20 图 16 航空接头凸模模态变形曲线图 6.4 航空接航空接头头凸模疲凸模疲劳劳分析分析 通过对航空接头凸模进行疲劳分析可以得出凸模疲劳分析的结果如图所示： 图 17 航空接头凸模疲劳寿命条纹图 21 图 18 航空接头凸模破坏条纹图 图 19 航空接头凸模寿命置信度条纹图 22 图 20 航空接头凸模安全系数图 寿命图中红色区域表示疲劳寿命最短。 疲劳破坏为负值，最小值为-20，表示损伤最小；最大值为 0，表示完全损伤。破坏图中的 绿色和蓝色区域，损伤较为严重。 23 7. 设计总结设计总结 通过对航空接头塑料成型模具的设计学习到很多新的知识。首先，对模具基 本设计步骤以及相关参数的选用、计算及校核有了进一步的加深；其次，对常用 塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模 具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。再者，本 次设计是对我们前面所学的机械专业与模具专业知识的一次共同学习与理解的 过程，使我们对以前所学知识有了更深一步的认识及运用；最后，本次课程设计 为我们以后走上工作岗位后的设计工作打下了一定的基础。 在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深 化对各种理论知识的理解，在设计阶段充分利用 Pro/e 软件就是一例。前期利用 Pro/e 软件对航空接头装配体及零件图进行三维建模，更加锻炼了我在 Pro/e 软 件方面制图的能力，后期利用 Pro/e 软件对航空接头凸模进行有限元分析，新的 模块功能的利用，大大加深了对 Pro/e 软件有限元分析的了解。 总之，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：充分利用 CAD 技术进行设计， 在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设 计出价廉物美的模具。 24 8. 结结束束语语 再过不到一个月的时间四年的大学生活即将结束，而我的毕业设计从去年 跟导师联系到现在已经大半年过去了，刚开始接到课题感觉无从下手，我是一个 机械设计制造及其自动化专业的学生，对注塑模具了解的不好，通过指导老师的 精心指导，自己下来去图书馆查阅相关资料，身边同学们的帮助，一路走到现在 自己的毕业设计已接近尾声了。一个优秀的毕业生不应该只是把自己的毕业设 计做好，而是从做毕业设计中去学习新的知识、新的能力以及自己在毕业以后参 加工作的时候的一种严谨的工作态度。 毕业设计是学校在大学结束时给我们最后一道课后作业，毕业论文是我们 大学期间的最后一份考卷，毕业答辩是大学四年最后一次检验。我们应该认真的 去对待我们的毕业设计、毕业论文和毕业答辩，这是我们的任务，也是学校赋予 我们的使命。为我们即将结束的四年大学学习生活画上一个完美的句号。 25 致致谢谢 经过这次毕业设计让我对模具方面尤其是注塑模具的知识有了进一步的了 解，也让我意识到设计、分析问题的能力的重要性、合作精神以及严谨的学习态 度的必要性。 其次，在此我特别想我的导师致以最真挚的谢意！感谢指导老师在毕业设 计过程中对我的支持与悉心指导，在设计期间，指导老师帮助我理清设计思路， 指导设计方法，提出有效的改进方案。导师渊博的知识、严谨的教风、诲人不倦 的态度和学术上精益求精的精神使我受益终生。 同时我也郑重感谢机电学院所 有老师对我的指点与教导，感谢各位老师和辅导员在学习期间对我的严格要求。 同时也要感谢身边同学的热心帮助，我也不会让他失望的 我想用自己努力去创 造成功与未来。 最后，请允许我再次向我的指导老师和各位答辩评委老师们致以崇高的敬 意，你们辛苦了！设计论文当中如有错误，还请各位评委老师们给予批评指正！ 非常感谢！ 26 参考文献参考文献 1彭建生.模具设计与加工速查手册M.机械工业出版社.北京.2005 2孙波.机械专业毕业设计宝典M.西安电子科技大学出版社.西安.2008 3邹继强.塑料模具设计参考资料汇编M.清华大学出版社.北京.2005 4池成忠.注塑成型工艺与模具设计M.化学工业出版社.北京.2010 5上海市轻工业学校.塑料模具设计M.中国轻工业出版社.北京.1991 6王树勋，苏树珊.模具实用技术设计综合手册M.华南理工大学出版社.广州.2003 7吴其晔 译.注射成型手册M.化学工业出版社.北京.2005 8卜建新.塑料模具设计M.中国轻工业出版社.北京.1999 9吴崇峰.注塑模具 130 例M.化学工业出版社.北京.2005 10 贺平,曲学军.邓忠林.塑料成型工艺及模具设计M.电子工业出版社.北京.2011 11 塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册M.机械工业出版社.北京.1982 12 张国强.注塑模设计与生产应用M.化学工业出版社.北京.2005 13 田光辉,林红旗.模具设计与制造M.北京大学出版社.北京.2009 14 万启超,魏田和. Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 结构、热、运动分析基础与典型范例M.电 子工业出版社.北京.2008 15 许发樾.实用模具设计与制造手册M.机械工业出版社.北京.2002 16 邓明.实用模具设计简明手册M. 机械工业出版社.北京.2005 27 附件： 大学本科生毕业论文(设计)规范 一、一、毕业论毕业论文（文（设计设计）格式）格式规规范范 一份完整的毕业论文（设计）材料一般应包括下列内容： （一）题目； （二）目录； （三）论文主体（包括中英文摘要及关键词；正文；致谢；参考文献等）； （四）附录。 具体分述如下： （一）题目 题目应力求简短、精确、有概括性，直接反映毕业论文（设计）的中心内容和学科 特点。题目一般不超过 20 个汉字，如确有必要，可用副标题作补充。 （二）目录 毕业论文（设计）必须按其结构顺序编写目录，要求层次分明，体现文章展开的步 骤和作者思路。目录格式是论文的结构层次，反映作者的逻辑思维能力，所用格式应 全文统一，每一层次下的正文必须另起一行。目录独立成页，以章、节、小节来编排。 (三) 论文主体 1、中英文摘要及关键词 摘要一般不分段，不用图表，以精炼的文字对毕业论文（设计）的内容、观点、方法、 成果和结论进行高度概括，具有独立性和自含性，自成一篇短文，具有报导作用。中文 28 摘要一般以 200-300 个字为宜。关键词是反映毕业论文（设计）内容主题的词或词组， 一般 35 个。其中英文摘要与中文摘要基本对应，英文关键词之间用分号分开，最后 一个关键词后不加任何标点。 2、正文 包括引言、正文、结论等部分。 （1）引言 引言也称前言、导论、导言、绪言、