DELL电脑部件注塑模具的设计

1 前 言 在现代化工业生产中 ,60% 90%的工业产品需使用模具加工 ,模具工业已成为工业发展的基础。许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产 ,其中汽车、电子、通信、轻工、石化、建筑等行业尤为突出。据国际生产技术协会预测 ,21 世纪 ,机械制造工业零件粗加工的 75%和精加工的 50%都将依靠模具完成，模具工业已成为国际经济的重要基础工业。 据统计 ,目前国内已有超过 17000 多个模具生产厂家 (未包括香港、澳门及台湾地区 ),从业人数约 50 多 万。模具工业总产值年年增加。在模具工业的总产值中 ,冲压模具约占 50%,塑料模具约占 33%,压铸模具约占 6%,其他各类模具约占 11%，而塑料模具中有 20 30是注塑模具，此次我们的毕业设计就选择了塑料模具中的注射模具设计。 另外 30 年前还比较陌生的塑料现在已经闯进了工农业生产、国防军工和日常生活的各个领域。作为一种原料易得、性能优越、加工方便、价格低廉的有机合成材料，获得了超过金属的发展速度。工程塑料的发展及应用也进一步促进了模具工业的飞速发展。在我国现阶段，更将发展工程塑料作为“十五”期间的重点，加紧力度 改革工程塑料的研发体系，以推动工程塑料的全面发展。 注射成形作为塑料加工中重要的成形方法之一 ,已发展和运用得相当成熟 ,且应用得非常普遍。但随着塑料制品应用的日益广泛 ,人们对其在精度、形状、功能和成本等方面提出了更高的要求 ,因而在传统注射成形技术的基础上 ,又发展出了一些新的注射成形工艺 ,如气体辅助注射、多点进料注射、层状注射、熔芯注射、低压注射等 ,以满足不同领域的需求。所有这些均需要注塑模具设计与制造体系做出相应的调整以满足成形要求。 作为一个机械类的学生，学习模具的基础知识并尝试进行一些设计也是必要的事情， 既可以对自己既往所学的知识进行系统的应用，也熟悉了模具设计的基本流程，从而为以后的工作打下基础。 2 【 摘要 】 本论文的主要内容为 司电脑部件的注塑模具中对部件序号为 设计，部件为壳体的外型。首先获得产品部件的外型实体模型（原外型设计运用 进行数据交换后存为 件 ,然后利用 X 块完成模具的设计，再进行 析，主要是用塑料顾问对其进行模流分析和 行模具顶杆的 受力分析，通过不断分析改进和修整，使设计达到要求；通过所有检验后，完成注塑模具所有零件的零件图和模架的装配图。 【 关键词 】 注塑模 、 教师点评 】 该同学在 脑部件 注塑模具设计过程中，经过认真调研和方案论证，确定了具体模具设计方案，对模具产品的可行性和工艺进行了详细分析。采用 采用塑料顾问及 件进行模流分析和受力分析，经过不断改进和修 正使设计结果达到要求。该同学以认真负责的工作态度出色的完成了整个注塑模具设计的全过程，具备了设计人员应有的基本素质和能力。 is a of is of is G .0 G to of at to do to of of At 【 国塑料 模具 工业的发展现状 塑料具有很多优良的性能和特点，因而近年来在各领域得到了越来越广泛的应用。作为塑料制造业的支柱产业 塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展。 据统计 ,目前国内已有超过 17000 多个模具生产厂家 (未包括香港、澳门及台湾地区 ),从业人数约 50 多万。模具工业总产值年年增加。在模具工业的总产值中 ,冲压模具约占 50%,塑料模具约占 33%,压铸模具约占 6%,其他各类模具约占 11%，而塑料模具中有 20 30是注塑模具 。 注射成形作为塑料加工中重要的成形方法之一 ,已发展和运用得相当成熟 ,且应用得非常普遍。但随着塑料制品应用的日益广泛 ,人们对其在精度、形状、功能和成本等方面提出了更 3 高的要求 ,因而在传统注射成形技术的基础上 ,又发展出了一些新的注射成形工艺 ,如气体辅助注射、多点进料注射、层状注射、熔芯注射、低压注射等 ,以满足不同领域的需求。所有这些均需要注塑模具设计与制造体系做出相应的调整以满足成形要求。 随着工业技术不断向前发展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越高，使用寿命越来越长。为了满足这些要求， 国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力，也在这方面取得了不少成果。经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加； “ 三资 ” 及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。 近 10年来，中国模具工业的一直以每年 15%左右的增长速度快速发展。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口 集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技 术、信息化方向发展。未来国内外塑性模具的制造技术和成型技术的发展趋势如下： 1) 在模具设计制造中广泛应用 2) 快速原型制造及相关技术将得到更好地发展； 3) 高速铣削加工将得到更广泛地应用； 4) 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型术； 5) 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6) 发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7) 电火花加工技术将得到发展； 8) 超精加工和复合加工将得到发展； 9) 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 ； 10) 虚拟技术将得到发展； 11) 模具自动加工系统的研制和发展； 12) 热流道技术将得到推广； 13) 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用。 4 艺分析 料简介 塑料已经变得越来越普遍了，其成分也变得越来越复杂，主要包括以下几种成分。 1. 树脂 树脂是塑料中必不可少的成分。树脂的主要作用是将塑料的其他成分加以粘合，并决定塑料的类型（热塑性或热固性）和主要性能，如机械、物理、电、化学性能等。 塑料中的树脂主要是合成树脂，其次是纤维树脂（醚），很少用天然树脂（松香、虫胶、沥青等）。树脂在塑料中的比例一般为 40 65。 2. 填充剂 填充剂又称填料，它是塑料中的另一重要但并非必要的成分。在许多情况下，填充剂所起的作用并不必树脂小。因此正确地选择填充剂可以改善塑料的性能和扩大它的使用范围。填充剂既有增量作用又有改性效果。填充剂可分为无机填料和有机填料；按其形状可分为粉状的、纤维状的、和层状的。粉状填料有木粉、纸浆、硅藻土、大理石粉、滑石粉、云母粉、石棉粉、高岭土、石墨、金属粉等；纤维状填料有棉花、亚麻、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属须等；层状填料有纸张、棉布、麻布、石棉布、玻璃布、木片等。 3. 增塑剂 有些树脂 的可塑性很小，柔软性也很差，为了降低树脂的熔融粘度和融融温度，改善其成型加工性能，改进塑料的柔韧性、弹性以及其他各种必要的性能，通常加入能与树脂相溶的不易挥发的高沸点有机化合物，这类物质成为增塑剂。树脂中加入增塑剂后，加大了其分子间的距离，因而削弱了大分子间的作用力，这样便使树脂分子容易滑移，从而使塑料能在较低的温度下具有良好的可塑性和柔软性。 4. 着色剂 着色剂又称色料，主要起美观和装饰作用。在塑料中加入色料，不仅能使塑料鲜艳美观，同时还能改善速俩哦的耐候性，即提高抗御紫外线能力。着色剂包括，染料和颜 料，也可分为无机颜料、有机颜料和染料三大类。无机颜料是不溶解的固体有色物质，它是不透明的，和被着色物以机械拼合方式着色，而不起化学租用。具有良好的耐光性、耐热性与化学稳定性，但着色能力差，色泽不好。染料可溶于水或者有机溶剂，以溶解的方式分散在塑料中，染色能力强，透明性极好。但其耐光性、耐热性、与化学稳定性较差。有机颜料的特性介于无机颜料和燃料之间。 5. 稳定剂 凡能阻缓塑料变质的物质即称稳定剂。在塑料中加入稳定剂是为了防止或抑制树脂因受外界因素（光、热、氧和霉菌等）作用所引起的破坏。稳定剂主要包括三类： 光稳定剂、热稳定剂、抗氧剂。 5 6. 润滑剂 为改进塑料熔体的流动性，减少或避免对设备或模具的摩擦和黏附，以及改进塑件表面光整度而加入的一类添加剂成为润滑剂。 常用的热塑性塑料中需要加入润滑剂的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素、尼龙、 氯乙烯等。常用的润滑剂有硬脂酸、石蜡、低分子量聚乙烯、金属皂类等。 7. 其他成分，如发泡剂、阻燃剂、防静电剂、驱避剂（防止老鼠、昆虫、细菌等）、增强剂、偶联剂、交联剂、硬化剂等。 料的选择分析 制件作为外壳，主要用于防撞击，防水，以及定位内部零件 位置及提供保护。因此外壳要求有一定的柔性、韧性；良好的刚性；更需要有高的形状和位置精度，还要求有一定的电镀和染色性能。 塑料材料多种多样，到底那种才适合制造外壳呢？ 性分析： 常用聚碳酸脂是双酚 的主要原料是双酚 A、光气、碳酸二苯脂。聚碳酸脂为无色透明颗粒，是线型热塑性树脂，其分子结构式如图 2 图 2碳酸脂分子结构式 聚碳酸脂的特性及用途：具有特殊的坚韧和硬度，因此它的冲击强度特别突出，为已知热塑性塑料之冠，其数值接近玻璃纤维增强酚醛塑料或不饱和聚酯塑料的水平。聚碳酸脂的抗 蠕变性能十分优异，因而它的尺寸稳定性好，其耐热性（ 120 ）及耐寒性（ 100 ）也都较好。化学稳定性好，吸水性也较小，介电性能也好。它是透明材料，本身无毒、无味、无臭。虽具有可燃性，但离火后能自熄。缺点时疲劳强度低，成型后塑件的内应力较大，容易开裂，塑件的耐磨性较差。 成型特性： 聚碳酸脂的吸水性较小，但颗粒即使吸入微量水分，成型后塑件的质量也会显著下降。为此，在成型前必须进行干燥处理，而且最好采用真空干燥法。 在确定成型温度时要考虑树脂的类型。 聚碳酸脂的熔融温度高，熔融粘度大，流动性差 ，冷却速度快，塑件易产生应力集中。因此聚碳酸脂的成型工艺要求比较苛刻。 聚碳酸脂的熔融粘度对温度却十分敏感，而由剪切速率变化所引起的粘度变化却较小。因此聚碳酸脂的成型加工，对温度的调节比压力的调节更为重要。它与聚苯乙烯相比，温度 6 远比压力来得敏感。 聚碳酸脂属于非结晶性高聚物，所以它的成型收缩率较小，与聚苯乙烯相近。 模具浇注系统尺寸应粗大，模具应加热。为了减少塑件应力开裂，应进行退火处理。 性分析： 脂为微黄色或白色不透明颗粒料，无毒无味；是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。丙烯腈使 聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此， 脂具有突出的力学性能和良好的综合性能， 料的表面可以电镀。但它的使用温度不高，不超过 80。 料广泛用于制造汽车内饰件、电器外壳、手机、电话机壳、旋钮、仪表盘、容器等，也可以生产板材、管材等产品。 料的绝大多数化学和物理特性都符合塑件和注塑过程的要求，因此 料成型的方法简介 塑料的成型的方法主要有三种： 注塑成型：是目前最 普遍采用的方法之一，注塑成型制品约占塑料制品总量 20 30。该方法适用于全部的热塑性塑料和部分热固性塑料。 压塑成型：是将粉状、颗粒状或纤维状物料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压使其呈现熔融状态，以一定压力充满型腔成型并固化的方法。多用于热固性塑料。 吹塑成型：分为两大类，一为吹塑薄膜，一为吹塑中空制品。工艺过程都是将塑料塑化成管状胚料，趁热放在模具型腔内，立即在其中通以压缩空气，管状胚料膨胀而紧贴于模具型腔壁上，冷硬后即可得到制品。 塑成型简介 1. 注塑成型方法 注塑成型工 艺是成型塑料制品的一种重要方法。其基本路线是塑料原料经注塑机熔融塑化并注入模具，在模具中固化后脱模成为制品。通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融，这一过程又称塑化。然后再借助于柱塞或螺杆的向熔化好的聚合物熔体施加压力，则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇注道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经冷却定型就可开启模具，顶出制品，得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。 注塑成型几乎适用于所有的热塑性塑料。注塑成型的成型周期短 (几秒 到几分钟 )，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。 注塑成型用的注塑机分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机两大类，由注塑系统、锁模系统和塑模三大部分组成。 2. 注 塑 成型系统及工作周期 7 对于不同的成型要求及所使用的不同注射机，其成型加工系统操作循环不完全一致。如果注射座在整个工作循环中始终处于与模具喷嘴接触状态的加料计量方式，叫做固定加料法（一般采用此法）。 在整个注 塑 成型的整个周期中，有以下几步骤动作： （ 1）计量：为了成型一 定大小的塑件，必须使用一定量的颗粒状塑料。 （ 2）塑化：为了将塑料冲入模腔，就必须使之成熔融状态，而流动充入模腔。 （ 3）注 塑 充模：为了将熔融塑料充入模腔，就需要对其施加注 塑 压力注入模腔。 （ 4）保压增密（预冷却）：熔融塑料充满型腔后，向模腔内补充因制品冷却收缩而所需的物料。 （ 5）制品冷却：保压结束后，制品即开始进入正式冷却定型阶段。 （ 6）开模；制品冷却定型后，注射机的合模装置带动模具动模部分与定模部分分离，即开模。 （ 7）顶件：注射机的顶出机构顶出塑件。 （ 8）取件：通过人力或机械手取出塑件和浇注系统 冷凝料等。 （ 9）闭模（锁模）：通过注 塑 机的合模装置闭合并锁紧模具 （ 10）注射座前移与后退：在注射成型的过程中，有时需要让注射座前移或后退。 至此步骤注射完成。 模具设计流程（传统手工设计与 法） 塑 模具设计方法简介 尽管注 塑 模种类很多，但是一般情况下都要求： 第一，要明确注 塑 模的设计要求：即分析设计出来的注 塑 模应保证注 塑 成型的制件（塑料制品）符合图纸的形状与尺寸要求；模具结构简单，安装牢固，工作安全可靠，便于制造，价格低廉。 第二，收集资料，分析制件的工艺性，如发现制件的工艺 性差，则在不影响制件的使用性能的情况下，提出便于制件的修改意见，使制件设计、制件的工艺、注 塑 模设计与制造生产，相互协调。 实现它的方法一般有两种： 其一是传统的手工设计方法。就是靠人工去进行系统中各个环节的设计和实现。人工方法的好处就是比较灵活、不需要太大的初始投入，但人工方法效率比较低，而且受不同程度和经验的人的限制，往往返工率比较高，造成较大的浪费。尤其对于高新技术含量高的注 塑成型来说，人工方法就容易造成设计制造的失败。如果要有比较完善的计算分析，则人工方法的工作量就非常大，甚至很难实现。这样就不利于技 术的推广普及。 其二是 统设计。就是计算机辅助设计及辅助分析。模具 统基本是由计算机和一些外部设备以及相应的软件。 注射模为例，产 8 品的整体造型、塑料零件设计、零件的装配、零件的缩水处理、分型面的产生、浇口和浇道设计、注 塑 模拟、模具的分型、模架的选择设计、二维三维图的出图这一系列的过程都可以通过 大提高了模具的设计和制造精度，缩短了新产品的试制周期。 塑模具人工设计流程分析 传统的人工设计就是靠人工去进行系统中各个环节的设计和实现。 人工方法的好处就是比较灵活、不需要太大的初始投入，但人工方法效率比较低，而且受不同程度和经验的人的限制，往往返工率比较高，造成较大的浪费。尤其对于高新技术含量高的注 塑 成型来说，人工方法就容易造成设计制造的失败。如果要有比较完善的计算分析，则人工方法的工作量就非常大，甚至很难实现。这样就不利于技术的推广普及。 传统的模具设计流程可概括为图 2 图 2统的模具设计流程 模 程分析 注塑模具 计算机辅助设计，它以计算 机软件为工具，不仅完成手工设计的各项任务，包括资料查询、设计构思、模型建立、分析计算、自动绘图、零件成型过程和充模过程模拟；而且对制造中的物流和信息进行控制、管理和监督，包括相对于物流系统是“离线”工作的工艺准备、生产作业计划、数控编程等。目前，它已被公认为现代注塑模具技术的一个重要方面，是注塑模具生产实现自动化的保证。它的流程如图 2示。明确 设计要求 工艺性分析 确定收缩率、分型面 浇道系统设计 冷却系统与计算 模具结构件设计 注射设备选择 绘制模具设计图纸 9 图 2手工设计与 计的比较 随着市场竞争日趋激烈，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。因为传统 手工绘图设计模式，很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作，因此其工作流程是按顺序进行的。很多时候是等模具做出来了，对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，从而使产品设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。 要提高制造业水平，必需要有先进的设计工具。随着计算机硬件性能的不断提高，加上三维软件造型功能的不断完善， 了三维 三维 统进行产品开发，从根本上改变 了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这是一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要手段之 一。 具设计环境与工具 G 介 进入 21 世纪，模具设计制造业的发展突飞猛进，早期的 渐跟不上工业发展的速度。 模具模块中集成了一个大型的通用的模架库和一个模具配件标准库。通过模 具模块可以轻轻松松地对零件进行自动分模，只要在模架库中调用所需的规格，一套完整的模具就轻轻松松设计出来了，而自带的分析系 10 统都符合实际生产要求。 观和高效。它可以直接建模，直接处理模型特征，减少过多的操作对话框，而且建模方式更加直观。在作图过程中，可以即时预览设计的特征，从而减少作图错误量，提高作图准确率。 基于 图 2G G 具模块（ 本功能介绍 统中的专门对注塑模具进行分模的模块，提供了方便实用的三维环境下注塑模具分模设计工具。利用 以将塑件产品设计出一套完整的模具结构，也就是包括型芯、型腔、模架、镶件、滑块、浇注系统和冷却系统等结构设计。而且集成了一些模具设计中的检测工具。因此使用 具模块（ 行模具设计是非常方便快捷的。但在设计之前，必须明确产品的形状、使用材料、技术要求、用途特性，根据这些特性定出模具结构方案。然后利用 快功能结合产品的特性进行模具结构设计。 建立 定收缩率 设计分型面 设计型腔件等 调入模架 结构件设计 设计流道系统 设计冷却系统 设计顶出系统 模拟开模 绘制图纸 11 3. 模具设计 具设计与参数计算 件分析 图 塑料壳体的三维立体图。 图 工件三维立体图 图 工件三维立体图 12 图 3 图 3 13 该产品外型较大，产品的最大尺寸 X 271 度及 表面粗糙度中等，塑件的壁厚较薄，最大厚度约 2 该产品大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，模具采用一模两腔结构，浇口形式采用侧浇口。由于塑件较大，所以采用两点进料，以便于充满型腔。如图 3 该产品材料为苯乙烯 丙烯腈共聚物（ 查手册或产品说明得知其： 密度 = 平均 = 收缩率 取平均值 使用 软件画出三维实体图， 软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到图形的体积。 图 3件及两点测浇注系统凝料 通过计算塑件的体积（计算过程从略，用 V 塑 = 得塑件质量为 . V 塑 =93g 浇注系统体积 V 浇 =V 主 +V 分 1+V 分 2 32 浇 =V 浇 =32 V 总 =2 V 塑 +V 浇 =2 211 14 故 M 总 = V 总 =219g 式中 塑件密度 g/ ； M 质量 g； V 体积 注塑机的确定及其参数校核 1. 注塑机的确定 根据塑料制品的体积或质量查塑料模具设计教材表 5塑机 3 注塑机最大注塑量 ： 315注塑机最大注塑质量： 288g 注塑压力 ： 205小模厚 ： 200大开距 ： 700塑机定位孔直径 ： 125涂前端孔径 ： 3嘴球面半径 ： 塑机拉杆的间距 ： 460 460(锁模力 ： 1800 3塑机 （ 1）注射容量和质量校核 由于以容量计算时 V 总 注 式中 V 注 注射机最大注射容量 成型塑件与浇注系统体积总和 最大注射容量的利用系数。 V 注 V 总 /11/质量计算时 M 总 注 式中 M 注 注射机最大注射质量 g； M 总 成型塑件与浇注系统质量总和 g； 最大注射容量的利用系数。 M 注 M 总 /19/g 所以注塑机符合注射容量和质量要求。 （ 2）合模力及注塑面积和型腔数的校核 合模力的大小必须满足下式 （ = 中 A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 塑件型腔在模具分型面上的投影面积 塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积 胀模力 15 合模力 P 模腔压力 取 20过使用 件计算面功能自动得出 A=430002=86000于 800 20 86000 1720以注塑机符合合模力及注塑面积和型腔数的要求。 （ 3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 1）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 模具的长 宽为 400 400（ 注塑机拉杆的间距 460 460（ 故满足要求。 2）模具闭合高度校核 模具实际高度 H 模 =530 注塑机最小闭合厚度 H 最小 =200 即 H 模 H 最小 故满足要求。 3) 开模行程校核 此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机） 注塑机的开模行程应满足下式： S 机 -（ H 模 - H 最小 ） 5 10） 为 S 机 - (H 模 - H 最小 ) 700-（ 530=4701 5 10） 110+315+10=430 ： S 机 -（ H 模 小 ） 5 10） 满足要求 。 式中 推出距离，单位 包括浇注系统在内的塑件高度，单位 S 机 注塑机最大开模行程。 具结构设计 考虑到工件结构比较复杂，并且体积不小，所以采用一模两腔，既可以节省材料，生产效率又较高。浇注系统则采用侧浇口浇注系统，以利于浇注并避免留下不美观的浇口痕迹。 模架的选用 模架选用龙记大水口 8080架结构如图 示。 16 图 记大水口 8080图 记大水口 8080 17 注系统 设计、关键零部件设计 注系统的设计 浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响， 故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观 。 概括说来，需要注意以下问题 ： 1）适应塑料的工艺性； 2）流程要短； 3）排气良好； 4）避免料流直冲型芯或嵌件； 5）浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小； 6）浇注系统的位 置尽量与模具的轴线对称； 7）修整方便，保证制品外观质量； 8）防止塑件变形。 1. 主流道的设计： 主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。 浇口套的选用： 进料口直径： D=d+(1) 1 4 ： 球面凹坑半径： R=r+(1)0+1 11 中 图 3图 3 18 2. 冷料井设计： 冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料 井的直径宜大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。 选用底部带有推杆的的冷料井，倒锥孔冷料井的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，因此它常与推杆或推管脱模机构连用。 3. 分流道的设计 分流道截面形状可以是圆形、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（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料的温度下降小，阻力亦小，流道的效率最高，所以选较圆形分流道截面形状。 分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定。参考塑料模具设计 分流道推荐值，定出分流道直径为 8 分流道的布置： 选用左右平衡的一模两腔。 此外，分流道和浇注口的布置，在模具设计中，我们还需要用到 而找到最佳浇注位置和分析浇注质量情况。这部分内容，在后面的章节会有分析。 4. 浇口设计： 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，度约为 2口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，通过 析可知选用侧浇口较为合理。侧浇口的端面为矩形，定尺寸为： 长 =6 h=3 L=2所选用的 测浇口的类型如图 3 图 3选用的 测浇口的类型图 为 浇口设计立体图 如图 3 图 3模具的浇注系统 如图 和 图 示。 分流道 侧浇口 工件 19 图 模具的浇注系统 图 模具的浇注系统 型面的设计 定模和动模相接触的面称为分型面，分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面等。分型面的选择就有利于脱模，取在塑件尺寸最大处，并使塑件留在动模部分，有利于塑件的外观质量和精度要求。 设计分型面，首 先要绘制好分型线。在绘制分型线过程中，仔细观察工件，发现有一处倒扣，如图 3 20 图 3扣位置展示图 倒扣会影响脱模，使制件在脱模过程中脱不下来。因此，在不影响工件工艺性和使用性能的情况下，我修改了一下工件，在倒扣出现的位置剪了一个长方形，修改后如图 3 图 3扣出现处修改后的情况图 经过修改后，分型线也容易绘制出来了。具体情况如图 3示。 图 3型线右视图 图 3型线左视图 21 图 3型线缺省视图 工件分型面如图 3示。 图 3件分型面 型零件的设计 直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。 由于本模型没有侧向抽孔、凹台以及凸台，可以所以选 用比较简单的单分型面注塑模具。 分型成功后的凹模如图 示，凸模如图 示。 22 凹模 凹模工程图 23 凸模 凸模工程图 24 热和冷却及排气系统设计 利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。 置设计 塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。 料的注塑成型温度为5080C 参考塑料模具设计表 6用热塑料的模具温度表可以得知所选塑件材料模具温度为： 100 C，所以可以不设置加热装置。 为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。设计原则： (1)冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大； (2)冷却水孔至型腔表面的距离应 尽可能相等； (3)浇口处要加强冷却； (4)冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水； (5)冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处； (6)进出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； 根据以上原则设计出模具的水流道，具体结构见图 示，冷却装置如图 示。 图 水流道结构图 25 图 冷却装置图 模机构设计 1. 薄壳制品的顶出颇具技术性。因为壁和筋都很薄，非常容易损坏，而且壁薄沿厚度方向收缩就很小，使得加强 筋和其他小结构很容易粘合，同时高保压压力使收缩更小。为避免顶穿和粘模，应使用比常规成型数量更多、尺寸更大的顶出销。 脱模机构的设计：设计成顶杆脱模机构，选用 4顶杆，具体结构如图 3示。 图 3杆具体结构 26 顶杆形状如 图 3 图 3杆形状 图 具体分布情况如图 3 图 3杆分布情况图 选用顶针的尺寸时，我们必须考虑顶针的受力情况，强度是否合适。因 此在后面的章节，我们还会谈到用 件，作限元分析。对顶杆的结构强度及动力响应分析。 27 座部分设计 模具 2D 、 3 3图 3 图 3D 装配图 28 图 3具 3模具爆炸图如图 3示。 图 3 29 4. 基于 注塑模设计 有限元分析介绍 有限元分析，就是将连续体或结构划分为许多单元，通过一节点把有限个单元连成集合体代替原来的连续体或结构，即把连续体转化为离散模型来进行力学分析。根据分块近似的思想，选择简单的函数近似地表示单元内位移变化规律，利用力学推导建立单元的平衡方程组，再把所有单元的方程组集合成表示整个结构的力学特性的代数方程组，最后引入边界条件求解代数方程组获得数值解。划分的单元愈多、愈密集、就 愈能反应实际结构的状况，计算精度就愈高。但同时计算工作量会增大，所以在实际计算中采用计算机完成方程组的求解。因此，它具有物理概念清晰，容易理解和掌握；适应性强，应用范围广泛；许多复杂的工况和边界条件都可灵活考虑的优点。 在本次毕业设计中采用 用 行有限元分析 入模型 打开 后打开需要分析的顶杆的导入文件 （ 功导入后将会在 分单元 成功创建模型后就可以对模型划分单元 ，点选 面划分单元的命令并按提示设置好以后，划分单元如图 4 图 4定顶杆 划分单元 30 定约束 对模型划分单元以后就要对模型设定约束。设定约束是对模型进行受力分析的前提条件。我对顶杆头部设定越束条件。设定顶杆约束如图 4 图 4加载荷 设定好约束后就要对模型施加载荷，即顶杆尾部所受的力。 根据公式， P （ 型（模）膜压力 P 注塑压力 K 压力损耗系数 （ 由于所选用的注塑压力 P=205模力： 205 86000=48425N=套模具采用了 44根 4顶杆，因此平均每根顶杆所受的力约为 44 顶杆施加荷载如图 4 31 图 4杆施加荷载 图 4图 4定约束和施加载荷的情况 成应变图 下面图 3以看到变形最大处为红色部分，最大变形为 1010 32 图 4成应变图 料顾问对塑件进行模流分析 料顾问 塑料顾问工具能模拟浇铸塑料零件的铸模填充动作。高级特征提供了有用的工艺性知识，它们可以大大减少后期的设计更改和重新设计铸模的成本。塑料顾问选件为塑料零件设计人员提供了能够实时方便地得到、可靠、易理解的加工反 馈和建议。塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，所以它是与注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具。设计人员可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置，塑料模设计顾问则在屏幕上提供了填模动画、描述设计 可模塑性 的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置。 1功能 简化了仿真 ,因为塑料模设计顾问完成准确的流程仿真不需要从复杂的实体模型中建立耗时和困难的中平面几何图形，所以它能以更少的时间完成更多的仿真。 2专注于设计人员的知识和需求 通过提供一个充分定义的通用塑料材料库、典型注塑机器 参数的自动选择功能、以及回答了类似 熔合线应当位于何处？ 问题的简化的输出图，塑料模设计顾问消除了对专业塑料加工知识的需求。 3提供实用的加工建议 塑料模设计顾问不仅仅提供了填充结果，它还提供了指导设计人员建立更好设计的实用加工建议。如果要知道是否应该用某种厚壁厚来填充一个铸模具，请询问在线顾问。浏览设 33 计更改建议，其中可能包括更厚的壁厚、更多或不同的浇口位置、或不同材料。要想知道怎样避免熔合线？单击熔合线指示，就可以得到有关熔合线的描述以及怎样避免和转移它们等说明。 流分析过程 首先在材料表里 选用好注塑原料 其供应商，起初选用材料为美国通用公司的如图 4，然后通过 料顾问选取最佳注射区域中的一点（ 如图 4 图 4图 4 首先进行的是浇口分析：因为外壳的外观相当重要，所以我决定选择浇注情况不是最好但不会影响外观的侧面，作为侧浇口的位置可以看到，绝大部分都是适合设置浇口位置的 ,(蓝色的位置都属 于最适合做浇口的位置 )，再结合塑件本身结构特点和模具设计过程需考虑的问题（如一模多腔的塑件布局，型腔的方位等），以及注塑完成开模取出塑件后断浇口的难易程 34 度和对塑件精度的影响，最后决定浇口位如图 4 图 4接着对工件进行模流分析（填充结果如 图 4示 ） ，再查看其填充质量分析，发现其结果中出现了红色区域：说明在这些地方可能会出现填充困难的情况，或者填充不理想从而影响产品质量。（ 如图 4示 ）。 图 4 注塑填充情况 35 图 4修改前填充质量