精品毕业论文电池后盖注塑模具设计说明书

1 绪论1.1 课题内容设计一套能够高效率生产的高质量电池后盖注射模。1.2 课题背景由于塑料材料具有许多优点，目前正逐渐成为金属材料的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验，模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能，因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。注塑模具CADCAM技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CADCAM 软件，如ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。UG、MoldFlow等软件在注塑模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。1.3 课题的来源及要求 本课题来源于景德镇陶瓷学院。A 设计的模具要符合加工要求，装配良好,各成型部件顶出机构B 复位机构不存在干涉现象；C 分型面、成型零件、注浇系统、冷却系统、排气系统、导向机构、顶出系统、复位系统设计合理，工作可靠；D 模具应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； E 模具尽量用通用件以便降低制造成本。1.4 模具国内外发展概况1.4.1 塑料模具行业现状 近几年模具出口增幅大于进口增幅，2009年，中国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。但是出口的塑料模具以中低档产品居多。整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。1.4.2 塑料模具行业发展前景 目前，国内塑料模具市场不断扩大，国际上将塑料模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行塑料模具国际采购的趋向十分明显。因此，展望未来，国际、国内塑料模具市场总体发展前景美好。中国塑料模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期。模具制造技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。塑料模具制造技术的发展趋势主要是塑料模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方向发展，塑料模具产品的技术含量不断提高，塑料模具制造周期不断缩短，塑料模具生产朝着数字化、信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。近年来，我国塑料模具行业在结构调整和增长方式的转变方面已经有了一些成绩，但离“合理”尚有一定差距，仍需进一步调整和转变。2 总体方案设计首先是对塑件进行测绘。该塑件大部分为平面，实际测量中允许出现误差。测绘好后用UG软件进行三维造型。主要采用拉伸、旋转、扫描、混合及草图等步骤造型。造型结束后进行模具设计。考虑到生产批量和经济效益，还有塑件的精度等级本模具采用一模四腔。选择注塑机，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线应在同一条直线上。另外由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，一般直径为610mm。本模具设计取6mm。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面粗糙度较低，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。冷料穴主要是避免冷料进入型腔影响塑件的质量和堵塞浇口。拉料杆主要是保证浇注系统的凝料从定模浇口套中拉出，最终随动模一起推出，便于取出。接着是排气系统的设计。本模具采用间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本模具设计采用塑件留在动模，要保证塑件不因推出变形或损坏，还要保证塑件的良好的外观和可靠结构。2.1 塑件的结构图经过基本测绘后，运用UG软件绘制三维图，再导出二维图，并添加相关尺寸。结果如图2-1、2-2所示： 图1 塑件三维图 （a）正面 （b）背面图2 塑件二维图2.2 塑件的材料选择与分析2.2.1 材料的选择本产品为遥控器的电池后盖，首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度，和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。能满足以上性能的塑料材料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑，ABS更适合些。ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。因此，在选用材料时，考虑采用ABS，并且作为遥控器的一个外壳ABS能满足它的使用性能合成型特性。ABS料件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm3，ABS（抗冲）收缩率为0.30.8，ABS（耐热）收缩率为0.30.8。ABS具有及好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速降解。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰酸醋、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是赖热性不高，连续工作温度为70C左右，热变形温度约为93C左右。耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。2.2.2 主要用途ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可以用来制作纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。2.2.3 成型特点ABS在升温是粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在6080C。2.2.4 ABS注射参数注射类型：螺杆式螺杆转速：3060r/min喷嘴类型：形式直通式；温度180190C料筒温度：前段200210C；中段210230C；后段180200C模具温度：5070C注射压力：7090 MPa保压力：5070 MPa注射时间：35 S保压时间：1530 S冷却时间：1530 S成型时间：4070 S2.3 塑件的工艺结构分析2.3.1 尺寸的精度影响尺寸精度的因素很多。首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后时效变化和模具结构形状等。因塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。塑件公差数值根据SJ1372-78塑料制件公差数值标准确定。精度等级选择一般精度，为4级精度，无公差值者，按8级精度取值，如表1所示。表塑件尺寸公差（）基本尺寸精度等级基本尺寸精度等级484830.120.4865800.381.6360.140.56801000.441.86100.160.611001200.502.010140.180.721201400.562.214180.200.801401600.622.418240.220.881601800.682.72.3.2 脱模斜度塑件冷却时收缩会使它紧紧包紧型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。在不影响塑件的使用前提下，脱模斜度可以取大一些。在开模后塑件留在型腔内，查表7可知ABS的脱模斜度为：型腔：40120；型芯：351。如果开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面的脱模斜度，即以上值反之。在本次设计的塑件中，设ABS的脱模斜度为：型腔：1，型芯：50。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。2.3.3 壁厚塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响，壁厚过小成型时流动阻力大，大型塑件就难以充满型腔。塑件壁厚的最小尺寸应满足一下几方面要求：具有足够的强度和刚度；脱模时能够受推出机构的推出力而不变形；能够受装配时的紧固力。查热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚可知， ABS制件最小壁厚为0.8mm，中型塑件推荐壁厚为1mm。同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。塑件局部过厚会出现凹痕，内部会产生气泡。在要求必需有不同壁厚时，不同壁厚的比例不应超过1:3，且应采用适当的修饰半径以减缓厚薄过渡部分的突然变化。综上，根据塑件的使用性能要求，本塑件的壁厚取值本塑件的壁厚为1mm。2.3.4 圆角塑件除了有使用要求的部位要采用尖角外，其它转角处都应用圆角过渡，减小转角处应力集中，避免受力或冲击震动时发生破裂，以及在脱模过程中由于成型内应力造成的开裂，尤其是塑件的内角处。通常，内壁圆角半径取是壁厚的一半，而外壁圆角半径为壁厚的1.5倍，一般圆角不小于0.5mm。塑件各个圆角半径参见塑件零件图。2.3.5 倒扣该塑件是一个电池盖，为便于固定在使用的电器上，该塑件设置了倒扣。3 注塑机型号选择与确定 注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合规范的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式。在确定模具结构形式及初步估算外型尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、注射力锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。3.1 注塑过程注射量的计算3.1.1 塑件质量、体积的计算。对于该设计，根据塑件图样，建立塑件模型，通过UG测量塑件得：塑件体积V=1348 mm，塑件质量m=11g3.1.2 浇注系统凝料的初步计算、确定 由于该模具采用一模四腔，按塑件体积的0.6倍计，所以浇注系统的凝料体积为：V=2V0.6=413480.6=3235.2mm则：该模具一次注射所需塑料ABS：体积V=13484+3235.2=8627.2mm质量M=V=1.088627.2=9317g3.2 注射机型号的选定一般注射机都有高速、低速两种特性，并可调节选用。1000cm以下的中、小型注射机，其注射时间常为4s，大型注射机注射时间在12s以内，注射速度一般为57m/min，常用低速注射选用低速注射的注射机时，模具设计应注意防止产生冷接缝，型腔充填不足。选用高速注射的或用大注射量、大锁模力的注射机注射大面积、小重量的塑件时，模具设计应防止融料内充入空气、排气不良、融接不良、塑件内应力增大、塑料易分解、嵌件型芯受冲击力大及易发生飞边等弊病。根据以上的初步计算选定型号为XS-ZS-22的卧式注射机。其主要技术参数见表2：表2 注塑机的主要参数理论注射容积(cm）20柱塞直径(mm)20注射压力(MPa)115注射行程（mm）130锁模力(kN)250动定模固定板尺寸(mm)250280移模行程(mm)160模具最大厚度(mm)180模具最小厚度(mm)60合模形式液压机械喷嘴口孔径(mm)2喷嘴球半径(mm)SR123.3 注射机参数的校核在注射生产中，注射机在每一个成型周期内注入熔融质量称为塑件的注塑量M，塑件的注塑量M必须小于或等于注射机的实际注塑量。3.3.1型腔数目的确定及校核因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机料筒塑化速率确定型腔数量；式中 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； 注射机最大注塑量，g；浇注系统所需塑料质量，；单个塑件的质量，。式中、也可以为注射机最大注射体积（cm3）、浇注系统凝料体积（cm3）、单个塑件的体积（cm3）。塑料ABS的密度为1.03g/cm3，收缩率为0.4%0.7%，取平均收缩率为0.5。按照塑件零件图所示的尺寸，单个塑件的体积V1=1348mm3。估算浇注系统的体积：V=3235.2mm3 注射机最大注射体V3=16 cm由此可求出： n(0.8x16000-3235.2)/1348=7 本设计实例采用一模四腔的型腔布局，故取n=4满足要求。3.3.2 注塑压力的校核 注塑时，螺杆作用于塑料熔体的压力，在熔体流经机筒，喷嘴，模具的浇注系统以后，充满模具型腔时，会产生使模具型腔胀开的力 F2，它应小于注射机的额定琐模力才能保证注射时不发生溢料现象。该力的大小为F2=PA =P（nAx +A j）式中：P熔融塑料在型腔内的压力为20MPa40MPa，取30MPa；A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和，mm；Ax塑件在分型面上的投影面积，mm；Aj塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm；流道进料（包括浇口）在模具分型面上的投影面积，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模具的统计分析，每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍，因此；可采用0.35倍的塑件在分型面上的投影面积来计算通过计算可得4 Ax=41348=5392mmA j =0.355392=1887.2mmA =5392+1887.2=7279.2mmF=307279.2=254.772KN而由于218.376KN250KN，故上选的注射机的锁模力为250KN，满足要求。4 MOLDFLOW分析4.1 制件有限元模型的建立首先在UG软件中，将制件模型转换成igs格式并导入MPI中，采用面分析，对其进行网格划分，采用系统推荐网格长度，初试划分结果和网格统计结果如下图3和图4所示： 图3 制品的初步网格划分 图4 初步网格统计由图4的网格统计对话框可以得到：表面三角形单元为3612个，节点为1122个，没有柱体单元，连通区域1个，自由边0个，公用边3910个，交叉边0个，配向不正确单元0个，相交单元0个，完全重叠单元0个，复制柱体0个，最小纵横比1.168，最最大纵横比58.496，平均纵横比2.364，匹配百分比91.0%，相互百分比84.8%。 由以上数据可以清晰地看出，匹配百分比大于90%，可进行流动、冷却与翘曲分析，只是初始有限元划分的问题是最大纵横比大于10%，须对网格进行修复。首先对网格进行重新划分，对比选择最合适的网格长度，最终取网格变长为1.4mm，通过网格的最大纵横比诊断，针对纵横比大的网格运用网格工具中的各种命令如插入节点、合并节点、重新划分网格及自动修复等对网格进行处理，降低最大纵横比。处理后的纵横比诊断如图8所示，最大纵横比降低到了5.803（6），符合要求。修复后的网格统计结果如下图5所示：表面三角形单元为5116个，节点为2562个，没有柱体单元，连通区域1个，自由边0个，共用边7674个，交叉边0个，配向不正确单元0个，相交单元0个，完全重叠单元0个，复制柱体0个，最小纵横比1.161，最最大纵横比5.803，平均纵横比1.715，匹配百分比95.1%，相互百分比92.9%。由以上数据可以清晰地看出，最大纵横比小于10%，匹配率大于90%，那么就可以进行流动、冷却及翘曲分析，并且可以得到比较精确的结果。图5 修复后的网格统计4.2 最佳浇口位置分析网格处理好后，选择的材料为ABS,然后对其进行最佳浇口位置的分析，浇口的设计主要包括浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。浇口的系列变化都会对塑件熔体的填充产生很大影响。浇口设计应保证提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填模式，避免射流、滞留。凹陷等现象的发生。所以在确定成型方案之前，对制品进行最佳浇口位置的预分析，其结果如下图6所示。由图9显示可以看出，浇口设置的最佳区域在蓝色区域，绿色区域为较好区域，淡黄色区域为较差区域，红色区域为最差区域。 图6 最佳浇口位置分析结果 4.3浇注方案的设计 根据制件的特点，上表面要求精度较高，只能选择侧浇口和潜伏式浇口。所以有三种浇注方案可供选择：深蓝色区域的潜伏式浇口、淡蓝色的侧浇口、绿色区域的侧浇口。4.3.1浇注方案一的设计深蓝色区域的潜伏式浇口，浇口设置在圆柱顶杆上，采用冷流道，如下图7所示： 4.3.2浇注方案二的设计淡蓝色的侧浇口，浇口设置在制件侧部的节点N973 、N6089 、N11205 、N16321 上，同样采用冷流道，如下图8所示： 4.3.3浇注方案三的设计绿色区域的侧浇口，浇口设置在制件侧部的节点N586 、N5702、N10818 、N15934 上，同样采用冷流道，如下图9所示：图7 浇注方案一 图8 浇注方案二 图9 浇注方案三4.4不同浇注方案的Moldflow流变分析结果及其比较流变分析的目的是通过对熔融体流经流道，浇口填充型腔的过程的模拟，预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置，并且优化模腔的布局。流变分析包括填充分析和保压分析。4.4.1填充分析结果比较虽然填充分析过程只是整个成型周期中的一小部分，但它确实非常重要的过程，如果填充不充分，则不能进行保压和冷却过程，因此，为了保证制件质量，塑料熔融体必须确保填充充分。填充分析结果主要包括填充时间、气穴位置、熔接痕、锁模力、熔融体流动前沿温度。(1) 填充时间填充时间指的是熔融体填满整个型腔所需的时间，三种方案的分析结果分别如图10、图11、图12所示。 图10 填充时间（方案一） 图11 填充时间（方案二） 图12 填充时间（方案三）从上图可以看出，三种方案都能将制件充满，都比较均匀，其中方案一的填充时间为1.625s，方案二的填充时间为0.7772s，方案三的填充时间为1.114s，三种方案的填充时间都相差较大，所以就填充时间而言，选择方案二比较好。(2) 气穴位置气穴是指在塑料熔融体注射充填过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等。三种方案气穴位置的分析结果如下图13、图14和图15所示。 图13 气穴位置（方案一） 图14 气穴位置（方案二） 图15 气穴位置（方案三）由上图可以看出，方案一和方案三所形成的气穴都较多，而方案二所形成的气穴较少，且大都位于制件的边缘，这样既不影响美观也易于设置排气位置，所以就气穴位置来说，方案二比较好。（3） 熔接痕熔接痕是由模具不同位置浇口处流出的熔融塑料汇聚时形成的交接痕迹。熔接痕的形成原因是由于各浇口流出熔料经过形状复杂的型腔到达汇聚处时各自的温度、压力和速度不完全一致产生的。在塑料制品成型中，熔接痕不但影响制品的外观，而且易于产生应力集中，影响制品的总体强度。三种方案所形成的熔接痕的位置分别如图16、图17和图18所示。 图16 熔接痕（方案一） 图17 熔接痕（方案二） 图18 熔接痕（方案三）由上图可以看出，方案一所形成的熔接痕比方案二多两条，方案二比方案三多两条，影响不是太大。就熔接痕而言，方案三比方案二，比方案一好。（4）锁模力锁模力即为在进行注塑时闭合模具所需要的力。锁模力：XY图表示锁模力随时间而变化的情况。计算锁模力时把XY平面作为分型面，锁模力根据每个单元在XY平面上的投影面积和单元内的压力进行计算。锁模力会随着型腔的充填而逐渐变化，要降低锁模力的最大值，最重要的是设法降低充填所需压力。三种方案的锁模力分析结果如图19、图20和图21所示。图19 锁模力（方案一）图20 锁模力（方案二）图21 锁模力（方案三）可知，充填时的最大锁模力，方案一为13.2324吨，方案二为9.8892吨，方案三为14.1029吨，因此，就锁模力而言，方案二更好。（5）熔融体流动前沿温度熔融体流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度。在制件比较薄的地方，如果这一温度太低，则会造成滞流、短射现象的发生。如果这一温度太高，则会使塑料聚合体发生降解，造成制件的表面缺陷。两种方案的熔融体流动前沿温度的分析结果如图22、图23和图24所示。图22 流动前沿温度（方案一） 图23 流动前沿温度（方案二） 图24 流动前沿温度（方案三）由上图可以看出，方案的熔融体流动前沿温度都较均匀，但相对而言，凹槽处的温度较低，且凹槽部位较薄，容易产生滞流、短射现象，方案二熔融体流动前沿温度各处的温差接近，绝大部分与设置的模温230C相近，而方案一和方案三的温差相差较大，分布也较均匀。因此，对熔融体流动前沿温度而言，方案二较好。4.4.2保压分析结果比较塑料熔融体从融态冷却到固态时体积变化很大，注射保压时间的目的是对浇口的塑料熔融体保持压力，使得当模腔内的塑料制品产生收缩时，塑料熔融体能继续充满型腔。（1） 体积收缩率是指塑料聚合物从熔融温度逐步冷却到周围温度时发生的收缩。两种方案的体积收缩率结果如图25、图26和图27所示。 图25 体积收缩率（方案一） 图26 体积收缩率（方案二） 图27 体积收缩率（方案三）由上图可以看出，方案一的体积收缩率最大为8%，体积收缩较均匀，方案二的体积收缩率最大为6.479%，方案三的体积收缩率最大为6.404%，相比较而言，方案一体积收缩总体计较均匀，而方案二和方案三的最大收缩率比较小，所以各有优势，均可。通过模流分析，我们可以预先分析出产品可能发生的成型缺陷，找出缺陷产生的原因，提供相应的改进方法。也为后面的模具设计提供了依据。本模具经以上分析，初步得出以下结论：a. 模具的浇口位置初步设定在离塑件中部中心位置X方向30mm，Y方向10mm处。b. 熔接痕均分布在塑件边缘不重要的部分，不会影响塑件的美观，符合设计要求。c. 塑件气穴大多位于塑件边缘，主要利用分型面排气根据制件的具体使用要求，填充流动分析的比较，综合考虑模具的制造难易，采用浇注方案二较好，因此，本设计实例采用浇注方案二的设计，采用长边方向的侧浇口冷流道。4.5 冷却系统的方案设计 由于冷却时间在整个注塑生产周期中几乎占80%以上，注塑冷却系统的设计直接影响着注塑生产率和制件质量。一个完善的冷却系统设计能显著减少冷却时间，消除由于冷却不均匀所引起的翘曲变形和内部残余应力。而衡量注射模冷却系统的优劣有两个标准：第一是使注射模成型冷却时间最短，第二是使注塑件表面温度均匀，以减少塑件变形。4.5.1 冷却系统方案设计根据塑件的形状特点，有三种冷却方案设计 冷却系统设计方案一：采用16根冷却水管，管径为8mm，较稀疏的管道中心间距为32mm，较密集的管道中心间距为18mm，8个冷却液入口，冷却液选用水，如图27所示。 冷却系统设计方案二：采用32根冷却水管，管径为8mm，8个冷却液入口，冷却液选用水，如图28所示。 冷却系统设计方案三：采用32根冷却水管，管径为8mm，16个冷却液入口，冷却液选用水，如图43所示。 图28 冷却装置（方案一） 图29 冷却装置（方案二） 图30 冷却装置（方案三）4.5.2 冷却分析结果及其比较 以下是三种方案的比较。 （1）回路管壁温度 回路管壁温度也叫冷却液与管道接触面的温度。水路的管壁温度与冷却液的入水温度相差不超过5度。由图31、图32和图33所示的结果显示了水路所经区域的热集中情况。 图31 回路管壁温度（方案一） 图32 回路管壁温度（方案二） 图33 回路管壁温度（方案三） 从图中可以看出，三种方案的冷却方式从入水口到出水口的温度增长均没有超过 。冷却方案一的最高回路管壁温度为26.05，入水口和出水口的温差为1.03；冷却方案二的最高回路管壁温度为25.74，入水口和出水口的温差为0.73。冷却在这种情方案三的最高回路管壁温度为25.72，入水口和出水口的温差为0.71。由此可知，三种方案的效果相差不大。 （2） 达到顶出温度的时间 达到顶出温度的时间也叫制件冷却时间。理想情况下，制件应该尽可能在最短的时间内均匀的冷却。三种方案的冷却时间分别如图34、图35、图36。. 图34 制件冷却时间（方案一） 图35 制件冷却时间（方案二） 图36 制件冷却时间（方案三） 从图中分析结果可以看出，两种方案中冷却方案一所需的最长冷却时间为10.22s，最短冷却时间为0.0748s；冷却方案二所需的最长冷却时间为10.24s，最短冷却时间为,0.749s；冷却方案三所需的最长冷却时间为10.25s，最短冷却时间为,0.749s。由此可知三种方案的冷却时间都较短，所以就制件的冷却时间来看，三种方案均可以。4.5.3 翘曲分析结果及其比较 由上分析可知，在本设计中引起翘曲的主要原因是冷却不均和收缩不均。在以上三种冷却方案下的翘曲分析结果如图37、图38和图39所示。 图37 总体翘曲变形（方案一） 图38 总体翘曲变形（方案二） 图39 总体翘曲变形（方案三）从图中的分析结果可以看出，冷却方案一的最大翘曲量为0.2195mm；冷却方案二的最大翘曲量为5.773mm；冷却方案三的最大翘曲量为0.2197mm。可见，冷却方案二的翘曲值较大，方案一和方案三的设计更好。4.6 冷却系统设计总结由以上分析可知，方案二的变形量太大，方案一和方案三的效果接近，综合考虑到加工的难易和产品的经济性，我们选择方案一对塑件进行冷却。5 浇注系统的设计浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则： 了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。 采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。 浇注系统的设计应有利于良好的排气。 防止型芯变形和嵌件位移。 便于修整浇口以保证塑件外观质量。 浇注系统应结合型腔布局同时考虑。 流动距离比和流动面积比的校核。5.1 主流道设计主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。如图40所示。 注射机的喷嘴头部比主流道衬套球面半径小12 mm。主流道进口直径d，比注射机喷嘴出口直径应大0.51 mm。其作用：一是补偿喷嘴与主流道的对中误差；二是避免注射机注射时在喷嘴与主流道之间造成漏料或积存冷料，使主流道无法脱模。为便于取出主流道中的凝料，将主流道做成圆锥形，锥角一般为，圆锥形表面的粗糙度应在以上。主流道出口应做成圆角，圆角半径，为减少压力损失和回收料量，主流道长度尽可能短些，常取。主流道出口端面应与定模分型面齐平，以免出现溢料。主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触，容易损坏，为便于更换，常设计成可拆卸的主流道衬套结构。主流道衬套的进口端在注射时未受很大的喷嘴压力，同时，其出口端与分流道、浇口也承受型腔的反压力。因此，主流道衬套应带凸缘，使之固定在定模上。图40 主流道设计由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸更换的主流道衬套，简称浇注套或浇口套，以便选用优良刚才单独加工和热处理。浇口套的主要作用是：1）使模具安装时进入定位孔方便而在注射机上很好的定位，与注射机喷嘴孔吻合，并能经受塑料的反压力，不致被推出模具。2）作为浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具内，保证料流有利畅通地到达型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证主流道凝料脱出方便。该浇注套采用分体式，即把与注射机定模板中心定位孔配合定位的台肩和构成主流道的部分分开制作。5.2 主流道的尺寸根据选用的XS-ZS-22型号注射机的相关尺寸得喷嘴前端孔径：d0=2.0mm；喷嘴前端球面半径：R0=12mm；根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R0+(12)mm，d=d0+(0.51)mm；取主流道球面半径：R=13mm；取主流道小端直径：d=2.5mm 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26，此处选用3，经换算得主流道大端直径为6.27 mm。主流道如图41所示：图41 主流道示意图5.3 分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，开设在B板和A板之间，分流道的长度取决于模具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。常用分流道断面尺寸推荐如表3所示。表3 流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS4.09.5聚苯乙烯3.510聚乙烯1.69.5软聚氯乙烯3.510尼龙类1.69.5硬聚氯乙烯6.516聚甲醛3.510聚氨酯6.58.0丙烯酸810热塑性聚酯3.58.0抗冲击丙烯酸812.5聚苯醚6.510醋酸纤维素510聚砜6.510聚丙烯510离子聚合物2.410异质同晶体810聚苯硫醚6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成圆形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。流道表面粗糙度 5.4 冷料穴的设计冷料穴一般位于主流道对面浮动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷按缝，开模时又能将主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。主流道冷料井设计成带有拉料杆的冷料井，底部由一根拉料杆组成，拉料杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构连用。冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉出。当其被推出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。主流道冷料井的设计如图42所示：图42 主流道冷料井的设计5.5 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流进经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。它能使分流道输送来的熔融塑料的流速产生加速度，形成理想的流态、顺序、迅速地充满型腔，同时还起着封闭型腔防止熔料倒流的作用，并在成型后便于使浇口与塑件分离。根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。电池后盖对表面质量和美观效果要求比较高，为了使浇口痕迹不影响塑件的表面质量与美观效果，该模具采用矩形测浇口，浇口开在定模部分。浇口设计如图43。图43 浇口示意图进料口尺寸：长L=2mm，厚度t=0.3mm 5.6 浇注系统的平衡对于中小型制品的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计时应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成形。一般在制品形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口流量及成形工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。6 模具结构和分型面的设计6.1 型腔数量及排列方式确定型腔数越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于熔体在模具内的流动不匀所致。所以精密塑件尽量不用多腔模形式。按照SJ/T 1062895标准中规定的1、2级超精密级塑件，宜一模一腔，当尺寸数目少时可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，宜一模四腔以内。从塑件尺寸精度考虑，由于该塑件精度等级为5级所以型腔数目应控制在四腔以内。由于本电池后盖精度要求一般，所以采用一模四腔。型腔的排列方式如图44所示：图44 型腔排列方式6.2 分型面设计由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。 对于此塑料件，外观质量要求比较高，并为防止在塑件外表面出现飞边而影响外观质量,分型面只能沿塑件边缘轮廓设置,采用动模框与定模框对接形成与塑件轮廓曲线相一致的分型面形式,其中动模框和定模框分别镶嵌于型腔板和型芯板中,分型面呈空间曲面形式。其形状如图45所示：图45 分型面的设计 7 成型零部件的设计与计算及脱模斜度的确定成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。7.1 凹模（型腔）的结构设计凹模又称型腔，它是成型塑件外轮廓的零件，按其结构可分为整体式和组合式两大类。整体式适用于形状简单的塑件，镶拼组合式适用于形状复杂的塑件或加工不便的型腔。本设计塑件形状简单，所以使用整体式结构，其形状和尺寸如下图46、47所示。图46 凹模图47 凹模二维图7.2 型芯的结构设计 成型塑件内表面的零件称为凸模或型芯，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，而将成型其他小孔或槽的型芯称为小型芯或成型杆。7.2.1 主型芯的结构设计按结构主型芯分为整体式和组合式两种。考虑到本设计塑件结构简单，所以采用整体式结构，其形状和尺寸如下图48、49所示，图中多处圆孔为顶杆位置。图48 主型芯三维图图49 主型芯二维图 7.2.2 小型芯的结构设计从塑件零件图可以看出，塑件外表面设有凹槽，所以需要在凹模上开设小型芯（1）柱块小型芯 型芯结构如下图50、图51所示 图50 柱块小型芯三维图 图51 柱块小型芯二维图（2）长方体小型芯 型芯结构如下图52、图53所示 图52 长方体小型芯三维图 图53长方体小型芯二维图7.3 斜顶杆的设计由塑件的零件图可知，塑件内部设有两处倒扣，为了能让倒扣顺利成型，倒扣处应设置斜顶杆，斜顶杆是利用UG软件进行补片设计的，其形状及布置方式如下图54所示：图54 斜顶杆斜顶杆的倾斜角的大小关系到斜顶杆所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜顶杆的长度和开模行程。倾角增大，开模行程及斜顶杆有效工作长度均可减少，有利减少模具的尺寸，但斜顶杆所受弯曲力和开模阻力均增加，斜顶杆受力情况变差。综合考虑，一般倾角，不宜超过25。选取。斜顶杆构件如下图55所示图55 斜顶杆构件7.4成型零件的尺寸计算为计算简便起见，凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。7.4.1 定模型腔径向尺寸计算定模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：式中 定模径向尺寸（mm）； 塑件的平均收缩率（ABS收缩率为0.3%0.8）； 塑件径向公称尺寸（mm）； 塑件公差值(mm)（3/4项系数随塑件精度和尺寸变化，取1.00）；模具制造公差（mm）(当塑件尺寸较大、精度级别较低时，z可不计；当塑件尺寸较小、精度级别较高时，z=13)； 塑料的最小收缩率（）。7.4.2 定模型腔深度尺寸计算定模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下式中 定模深度尺寸（mm）； 塑件高度公称尺寸（mm）；遥控器电池后盖属于精度等级高的零件，所以取x= 2/3=0.223=0.13；取30.33 其他符号意义同上。7.4.3 动模型芯径向尺寸计算动模型芯径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：型芯径向尺寸（mm）；型芯的制造公差（mm）；其他符号意义同上。7.4.4 动模型芯深度尺寸计算动模型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：深度尺寸（mm）；塑件孔深度尺寸（mm）；其他符号意义同上。最后得出型腔、型芯工作尺寸计算见表4。表4 型腔、型芯工作尺寸类别塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔工作尺寸的计算600-1.00(1+S)Ls-0.50+z610+0.33450-0.40(1+S)Ls-0.50+z45.120+0.1350-0.18(1+S)Hs-2/30+z4.910+0.0630-0.16(1+S)Hs-2/30+z2.910+0.0517.50+0.24(1+S)Hs+2/30+z17.690-0.0812.50+0.22(1+S)Hs+2/30+z12.670-0.07中心距尺寸的计算7.5(1+S)Cs1/2z7.540.130(1+S)Cs1/2z30.150.1635(1+S)Cs1/2z35.180.188(1+S)Cs1/2z8.040.17.5 成型零件脱模斜度的确定塑件成型后为便于脱模，