毕业设计（论文）-电脑显示器支撑架注塑模具设计.doc

山东科技大学学士学位论文 i 摘摘 要要 本文详细阐述了电脑显示器支撑架的模具设计过程。设计了注射模具 的各个系统，如浇注系统、导向定位机构、侧向分型与抽芯机构，并对塑 料材料性能进行了分析。整个设计过程都是采用 pro/e 软件进行参数化设 置，此外对有限元软件 mpa（moldflow plastics advisers）的使用，使整 个模具设计过程简单明了。使用 mpa 软件进行模流分析，为模具设计和 成型工艺的完成提供参照依据。使用 pro/e 软件设计成型零件和非标准零 件，以及对模具进行分模、生成元件、装配等，从而进行全面的参数化设 计。最后，全面完成模具的整体设计。此外应用 pro/e 可快捷的将三维图 转化为二维图，直接指导生产。针对塑件的特点，本模具设计了侧抽芯机 构，也构成了本次模具设计的主要内容。 关键词：关键词：注塑模具；塑料；模具设计；有限元；侧抽芯 山东科技大学学士学位论文 ii abstract this article has elaborated the injection mould design of the computer monitors support stands. designed all system of the injecting mould and orientating instiution, side disparting modle and taking out core institution. besides, analyzing materialcapabilities. the whole design processeses are all according to the foundation of the software of pro/e. particularly being to the usage of the mpa(the moldflow plastics advisers) make the whole die designprocess simplification understand. using mpa carries through model stream analysis for mould design and type technology to offer reference basis; then using pro/e to carries out moulding parts and understandarding parts, according the whole parameter melts to design, namely carrying through dividing mould, generation element and examination mould and so on. finally, we can complete the integral design of the mould. at the same time we can use it turn from the picture of 3d for 2d, immediacily instruct production. basising the characteristic of the mould, the mould design side core slide. these things also constituted main contents of this die design. key words：injection molding; mold design; simulation; side core 山东科技大学学士学位论文 iii 目录目录 1 绪论绪论 .1 1.1 我国注塑模具的发展现状与发展趋势.1 1.2 课题研究的目的与意义.3 2 液晶显示器支撑架模具设计液晶显示器支撑架模具设计 .4 2.1 塑件成型工艺性分析.4 2.2 注射机型号的确定.6 2.3 型腔数量及注射机工艺参数的校核.8 2.4 型腔确定及分型面的选择.11 2.5 浇注系统的设计.12 2.6 模具成型零部件的设计.16 2.7 结构零部件设计.20 2.8 推出机构设计.22 2.9 侧向分型与抽芯机构的设计.24 2.10 冷却系统的设计.26 2.11 本章小结.28 3 模具三维实体造型模具三维实体造型 .29 3.1 实体分模.29 3.2 模架建模.32 3.3 本章小结.35 4 塑件成型过程中的计算机模拟塑件成型过程中的计算机模拟 .36 山东科技大学学士学位论文 iv 4.1 有限元分析方法的基本思想.36 4.2 有限元方法的特点.37 4.3 moldflow2010 软件介绍 .37 4.4 零件注塑成型分析.39 4.5 本章小结.56 5 总结与展望总结与展望 .57 6 参考文献参考文献 .58 7 致谢致谢 .59 8 附录一附录一 9 附录二附录二 山东科技大学学士学位论文 1 1 绪论绪论 1.11.1 我国注塑模具的发展现状与发展趋势我国注塑模具的发展现状与发展趋势 近年来,我国塑料模具业发展迅速。无论是在质量、数量、技术还是能 力方面都有了很大的发展，但总体上还是与发达国家有一定的差距。模具 是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基 础之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一种类型。 随着机械工业、电子工业、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发 展，塑料成型制件的需求量越来越大，质量要求也越来越高，这就要求成 型塑件模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。因此，模具设计 水平的高低、模具制造水平的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响许多 产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的质量、经济效益的增 长以及整体工业水平的提高。 事实上，在仪器仪表、家用电器、交通、通信等各行业中，有 70以 上的产品用模具来加工成型的。在我国的香港、深圳等地区模具工业就主 要是从事塑料模具的制造和塑料制件的开发。在江苏省、上海市、浙江省 及以南地区，尤其浙江地区，从事塑料模具制造和塑料制件开发的个体企 业也日益增多。综上所述，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经 济的影响显得日益重要。根据塑料成型工艺方法的不同，通常将塑料模具 分为注塑模具、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具、热成型 模具等。目前，塑料模具在整个模具行业中约占 30%左右，而在整个塑料 模具市场以注塑模具需求量最大。合理的加工工艺、高效的设备、先进的 模具是实现现代塑料制品生产必不可少的三大重要要素。对注塑模具设计 的要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能、力学性能等方面均能 山东科技大学学士学位论文 2 满足使用要求的优质制品。利用计算机进行塑料模具设计（cad） ，并初 步实现了注射成型工艺过程的计算机模拟分析（cae） ，这方面软件技术 研究的进展，已在工程运用中取得了显著效果。利用 cad/cae 技术显著 提高了模具设计的效率，减少模具设计过程中的失误，提高了模具和塑件 制品的质量，缩短了生产周期，降低了模具和塑件制品 模具设计长期以来一直依靠人的经验和机械制图来完成,随着国民经济 和生产技术的不断发展以及计算机设计技术的开发, 模具设计有了新的发 展方向。cad 绘图技术的出现给模具设计工作带来了方便之门。cad 系 统在模具设计中的广泛应用。现阶段使用最多的是“ pro/e”软件的应用, 该 软件具有易用性、高效率、实用性。从 20 世纪 90 年代开始发展的模具 计算机辅助工程分析(cae)技术现在也已有许多企业应用, 一些工业发达 模具企业应用 cad 技术已从二维设计发展到三维设计, 而且三维设计已 达 70%以上, 它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显著的作用。cae 软件的应用国外已较普遍, 国内应用还比较少。 现阶段我国塑料成型技术的发展应从以下几个发面来进行：（1）随 着模具 cad/cam/cae 技术的发展及其应用日趋成熟以及一体化程度的 提高和智能化的发展应加大其在模具设计与制造中的应用；（2）应该加 快并进一步地开发研制先进的快速原型制造设备，并且进行大力的推广。 因为这可以缩短复杂曲面塑料制件的研制周期；（3）研究和应用模具的 快速测量技术和逆向工程。采用这种技术不但可以缩短生产周期，更重要 的是可以提高模具设计质量、提高企业快速应变市场的能力；（4）发展 优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术；（5）提高模具标准 化水平和模具标准件的使用率；（6）加快模具的复杂化、精密化与大型 化的制造与设计；（7）采用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水 平，推动模具工业技术的进步即使模具工业信息化； 山东科技大学学士学位论文 3 1.21.2 课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义 本课题的目的是设计一套液晶显示器支撑架的注塑模具，要求结构合 理，能够保证产品的尺寸精度和表面质量。设计要求对塑件设计和成型工 艺进行分析和改进，合理设计塑料模具的结构。 电脑作为现在人们工作和娱乐的重要工具越来越普及，因此对于其相 关配件的要求也越来越高。本次设计的电脑显示器支架注塑模要求重量轻、 质量好、美观可承受很大的重量。这就对支撑架壳体的模具制造精度和成 型参数提出了更为苛刻的要求。 在模具的设计中，运用 cae 技术对设计方案进行了计算机模拟分析。 通过对分析结果的解读，可以预测到已有方案中的不足之处，并在此基础 上对模具的设计参数和工艺参数进行改进。在模具设计与优化的过程中， 成功的将生产经验与先进的现代设计方法结合，缩短了高精度塑料件模具 的设计周期。 最后通过对本制件的的模具设计以及 moldflow 的分析综合运用大学 四年所学知识，进一步巩固注塑模具的基础知识，提高注塑模具的设计能 力，进一步加深对塑料模具的了解，掌握相关软件的使用，为将来走上工 作岗位打下一定的基础。 山东科技大学学士学位论文 4 2、液晶显示器支撑架模具设计、液晶显示器支撑架模具设计 2.12.1 塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析 2.1.12.1.1 塑件要求及成型分析塑件要求及成型分析 （1）塑件名称 液晶显示器支撑架后盖壳体 （2）塑件材料 abs （3）生产类型 大批量生产 （4）精度要求 mt4（gb/t14486-93） （5）外观要求 产品外观漂亮精美没有其它痕迹 （6）塑件结构及工艺性分析 该塑件为液晶显示器支撑架壳体。零件的二维图和三维图分别如图 2.1 与图 2.2 所示： 图 2.1 塑件二维图 图 2.2 塑件三维图 从塑件尺寸看，该塑件的的尺寸不是很大，但要求精度较高，因此控 制塑件成型后的变形量是该塑件的首要解决的问题。查表 gb/t14486-93 可知，为满足产品的精度要求，必须控制塑件在最大尺寸方向上的最大变 形量不超过 0.26mm。从产品外观的要求考虑，由于此塑件是产品的外观 件，因此必须严格控制塑件成型过程中产生的位置与数量，并将此作为选 山东科技大学学士学位论文 5 择浇口位置与形式的重要参考因素。另外在保证外观要求的同时还要控制 熔接痕的位置与强度。 总体来说，液晶显示器支撑架后盖壳体模具的设计属于电子产品中精 度要求、外观及强度要求都较高的中小型薄壁注塑件，产品平均壁厚在 2mm 左右。这就要求在模具设计过程中，要综合考虑塑件要求与产品生产 类型之间的关系，在保证产品合格的通话时尽量降低生产成本，提高生产 效率。 2.1.22.1.2 产品材料特性分析产品材料特性分析 本塑件材料采用的是 abs 成型，密度为 1.02 至 1.16 g/cm3。全称为苯 乙烯丁二烯丙烯腈共聚物，它是一种三元共聚物，拥有三种组元的共 同特性，使其具有“坚韧，质硬，刚性”的特点。abs 树脂具有较高的冲 击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，而且有易成型和 机加工的特点。此外它是一种无定形材料，吸湿性强，其吸水率（24h）： 0.2%0.3%；含水量应小于 0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件 需要进行长时间干燥。其拉伸弹性模量为 18002900mpa，弯曲强度为： 99134mpa；与钢的摩擦系数为 0.21。abs 的流动性属于非牛顿流体， 其熔体粘度对加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更敏感，abs 的熔体冷却固化速度较快 abs 的主要性能指标见表 2.1。 表 2.1 高抗冲型 abs 主要性能指标 相对密度 g/cm31.021.05线膨胀系数（10-5k-1）9.510.5 成型收缩率/%1.101.11抗拉屈服强度 mpa3544 吸水率/%0.20.45洛氏硬度 hrcr65109 山东科技大学学士学位论文 6 收缩率/%1.03.0热变形温度（1.82mp）/67.5 2.22.2 注射机型号的确定注射机型号的确定 模具设计时，设计者必须根据塑件的结构特点、塑件的技术要求确定 模具结构，模具的结构与注射机之间有这必然的联系，模具定位圈尺寸、 模板的外围尺寸、注射量的大小、推出机构的设置及锁模力的大小等必然 参照注塑机的类型及相关尺寸进行设计，否则模具就无法与注射机匹配， 注射过程就无法进行。 2.2.12.2.1 初选注射机的型号与类型初选注射机的型号与类型 利用公称注射量选择注射机： 利用 pro/e 测量工具可以测的工件的体积为：v=23.284cm3。取其密度 为 1.1g/cm3，那么质量 m=23.284cm3x1.1g/cm3=25.612g。查参考文献得流 道凝量的体积一般一般取塑件体积的 0.5 倍；由于采用一模四腔，所以： 实际注射量为：v实=1.5vx4=1.5x23.284x4=139.703cm3 实际注射质量为；m实=1.5mx4=153.672g； 模具设计时，塑件成型所需的塑料熔体的总容量或质量需在注射机注 射的 80%以内。由此，可得注射机所需体积最小为 139.703/80%=174.628 cm3 利用锁模力确定注射机： 塑料制件在分型面上的投影面积为 a1=6276mm2。流道凝料（包括浇 口）在分型面上的投影面积 a2=0.3 a1=1882.8 mm2； a分= a1+ a2=8158.8 mm2 山东科技大学学士学位论文 7 查参考文献知； f锁f胀=a分p型=8158.8x30mpa=244.7kn 式中 f锁为注射机的公称锁模力；a分为塑件和浇注系统在分型面上的 投影面积之和；p型为型腔内熔体压力，取为 30mpa； 在综合上面两项的计算后，参考文献初步选定注塑机为 xs-zy-250 型 注塑机。该注塑机的主要参数如下表 2.2： 表 2.2 注塑机额定技术参数 额定注射量/cm3250 螺杆直径/mm50 注射压力/mp130 注射行程/mm160 最大成形面积/ mm2500 喷嘴孔直径/mm4 注射装置 喷嘴球半径/mm18 锁模力/kn1800 拉杆空间/mm448370 动定模固定板尺寸/mm598520 最大开模行程/mm350 模具最大厚度/mm350 合模装置 模具最小厚度/mm200 锁模形式液压 模具定位圈直径/mm125 其他 顶出形式中心设有顶出，机械顶出 2.2.22.2.2 浇口衬套与定位圈尺寸确定浇口衬套与定位圈尺寸确定 浇口衬套与定模板配合采用 h7/m6 的过渡配合。定位圈在模具安装调 试时插入注塑机固定模板的定位孔中，用于模具与注射机的安装定位。定 位圈外径比注塑机定模板上的定位孔小 0.2mm 以下。 山东科技大学学士学位论文 8 由主流道设计方法可知，主流道设计成圆锥形，锥角取 =2。，小端直 径 d=4mm，d=5mm，小端的前面是球面，其深度为 4mm。浇口衬套上主 流道前端球面的半径取 r=20mm。定位圈的直径为 125mm。 图 2.3 浇口套与喷嘴图示 2.32.3 型腔数量及注射机工艺参数的校核型腔数量及注射机工艺参数的校核 2.3.12.3.1 型腔数量校核型腔数量校核 为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度， 模具设计前应合理的确定型腔数目。 按注射机的最大注射量校核型腔数量： 其中：m1浇注系统的质量，g m单个塑件的质量，g g注射机允许的最大注射量，g 通过上面可知单个塑件的质量是 25.612g，浇注系统的质量是 51.224g，注 射机的最大注射量是 250g，故可得 n5.8，所以我们可以取型腔的数目为 n=4。 2.3.22.3.2 最大注射量校核最大注射量校核 为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量应在公称注塑量的 山东科技大学学士学位论文 9 35%-75%范围内，最大可达 80%，最小不小于 10%，为了确保塑件质量， 充分发挥设备能力，选择范围通常在 50%-80%。 v实=139.703cm3 v公=250cm3 v实/ v公=139.703/250x100%=55.88% 可见满足注射要求。 2.3.32.3.3 锁模力校核锁模力校核 当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向方向得很大 推力，其大小等于制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内 塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机的锁模力 t合，否则在注射成 型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可按下式进行校核锁模力： fa分p型 式中 f-注射机额定锁模力，f=1800n； p型-型腔内熔体压力，取为 30mpa； 最后可得 f=1800kna分p型=244.7kn 可见锁模力满足要求。 2.3.42.3.4 模具高度尺寸校核模具高度尺寸校核 模架采用标准模架，要符合要求。模具上所有的螺钉尽量采用内六角 螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。 两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分 开两块模板。 （1）定模座板（480mm400mm、厚 hd1=30mm） 定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为 50 钢。通过 2 个 m12 的内六角限位螺钉与定模固定板连接；定位圈通过 4 个 m8 的内六角 山东科技大学学士学位论文 10 圆柱螺钉与其连接。 （2）定模板（420mm360mm、厚 hd2=30mm） 模板材料一般采用 45 钢，硬度 42-45hrc。 （3）动模板（420mm360mm、厚 hd3=40mm） 模具的型芯设计在此板上，合模后，与定模板上组成了一个能充填 塑料熔体的模具型腔。模具型腔的形状和尺寸就决定了塑料制件的形状与 尺寸。材料为 45 钢。 （4）支承板（420mm360mm、厚 hz=30mm） 支承板应具有较高的平行度和硬度。该套模具的型芯固定在支承板上， 并起到了动模固定板的作用，所以用 45 钢。其上的推杆孔与推杆的单边 间隙为 0.5mm。 （5） 垫块（40mm360mm、厚 hd4=80mm） （6）动模座板（480mm400mm、厚 hd1=30mm） 材料为 50 钢，硬度为 42-45hrc。 （7）挡板（508mm360mm、厚 hd6=30mm） 材料为 45 钢。其上装有完成侧抽芯所需的弹簧恢复装置。 （8）推杆固定板（326mm340mm、厚 hd7=30mm） 材料为 45 钢。 （9）模具厚度校核 模具厚度 h 应满足 minmax hhh 由注塑机参数得=350mm max h h=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7=30+30+40+60+80+30+30=300mm 符合要求。 （10）开模行程校核 山东科技大学学士学位论文 11 h=h1+h2+（510）mm max h 式中 -注射机动模板的开模行程，由注塑机参数知，注塑机最 max h 大开模行程为 350mm； -塑件推出行程，取 25mm； 1 h -包括流道凝料在内的塑件高度，其值为 49mm； 2 h 则，由于侧抽芯的距离较短，仅为塑件的壁厚不会增大开模 max hh 距离，故注射机的开模行程足够，符合要求。 2.42.4 型腔确定及分型面的选择型腔确定及分型面的选择 2.4.12.4.1 型腔数目的确定型腔数目的确定 与多型腔模具相比较，单型腔模具塑件制件的形状和尺寸一致性好， 成型的工艺条件容易控制，模具结构简单、紧凑，模具制造成本低，制造 周期短。但是在大批量生产的情况下，多型腔模具具有更合适的形式，它 可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。实践证明，每增加一个型腔， 塑件的尺寸精度约降低 4%.成型高精度塑件时，型腔不宜过多，通常不超 过四腔，因为多型腔难以使型腔的成型条件一致。支撑架壳体的要求精度 为 it4 级。同时，考虑到塑件体积较不大，生产批量较大，因此应首先选 用一模四腔的生产方式。 2.4.22.4.2 分型面选择与型腔布置设计分型面选择与型腔布置设计 塑件在模具中的位置：对于多型腔模具，由于型腔布置与浇注系统设 计密切相关，在模具设计时应综合考虑。型腔的布置应使每个型腔都能通 过浇注系统从总压力中均等的分得所需足够压力，以保证塑料熔体能同时 均匀地充满每一个型腔，从而使每一个型腔中的塑件内在质量均匀稳定。 山东科技大学学士学位论文 12 分型面的选择：分型面是决定模具结构的一个重要因素，它与模具的 整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关，因此在 设计时应综合分析比较，已选出较为合理的方案。选择分型面时，应遵循 以下几项基本原则：分型面应选在塑件外形最大轮廓处；分型面的选择应 有利于塑件顺利脱模；分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量； 分型面的选择应有利于模具的加工；分型面的选择应有利于排气。 综合考虑以上因素，支撑架壳体塑件的分型面的设计如图 2.4 所示： 图 2.4 产品分型面位置 2.52.5 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到行腔之间的进料通道。普通浇注 系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计时模具 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、塑件的利用率等有较大的影响。因此对浇注系统进行设计时， 一般遵循如下原则： 1.了解塑件的成型性能； 2.尽量避免或减少产生熔接痕； 3.有利于型腔中气体的排出； 4.防止型芯的变形和嵌件的位移； 5.尽量采用较短的流程充满型腔； 6.流动距离比和流动面积比的校核； 2.5.12.5.1 主流道的设计主流道的设计 山东科技大学学士学位论文 13 主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具接触处开始到分流道位置 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。 在卧式或立式注射机的模具中，主流道垂直于分型面。主流道通常设 计设计在模具的浇口套中。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，其锐角 为 2。6，小端直径 d 比注射机喷嘴直径 大 0.51mm。由于小端的前面是球面，其深度为 35mm，注塑机喷嘴的 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 12mm。流道的表面粗糙度。浇口套一般采用碳素工 ra0.8 m 具钢制造，热处理淬火硬度 5357hrc。 由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成 可拆卸的主流道衬套，便于钢材的加工和热处理。通常将主流道衬套在淬 火后嵌入模具中，这样在损坏后便于更换和修复。其结构图如图 2.5 所示： 图 2.5 主流道衬套示图 此外，在保证良好成型的前提下，主流道的长度应尽量小，否则会增多流 道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道 长度由模板厚度决定，在这我们取 l=70mm。 山东科技大学学士学位论文 14 2.5.22.5.2 分流道的设计分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体通道。分流道的主 要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。分流 道开设在动定模分型面的两侧或任意一侧，其几面形状应尽量使其比包面 （流道表面积与其体积大小比）小，在温度较高的塑料熔体和温度相对较 低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。 由于梯形截面分流道加工容易，且热量损失与压力损失均不大，因此采用 梯形截面分流道，其形状如图 2.6 所示。其截面尺寸计算可按下面公式确 定。 4 0.2654bml 2 3 hb 式中 b梯形大底边宽度，mm; m塑件质量，g； l分流道的长度，mm； h梯形的高度，mm； 图 2.6 分流道截面形式 梯形的侧面斜角常取，底部以圆角相连。式的适用范围为 5 10 塑件壁厚在 3.2mm 以下、塑件质量小于 200g，且计算结果 b 应在 山东科技大学学士学位论文 15 3.29.5mm 范围内才合理。由三维设计软件（pro/e）的查询功能可知: 塑件体积 v件=23.284cm 塑件质量 m件=25.612g 分流道的长度为 l=100mm 则=4.22mm 4 0.2654bml 所以取 b=4mm，=6则取 h=3mm。 2.5.32.5.3 浇口的设计浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计主要包括形式的选 择和浇口位置的确定。选择浇口位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征 和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流 动状态、成型的工艺条件，综合进行考虑。从塑件的结构形式上看，适合 该塑件的浇口形式有点浇浇口和侧浇口。 从产品外观要求考虑，由于支撑架的表面要求精美无任何浇注痕迹和 熔接痕。点浇口在与塑件分离时，都会产生一定的浇注痕迹。因此需要结 合浇口位置的选择，对浇口的形式进行选取。在选择浇口形式之前，首先 在 moldfolw 中对产品模型进行划分网格，并对其进行最佳浇口的有限元 分析。分析的结果如图 2.7 所示： 图 2.7 从最佳浇口的分析结果可以看出，我们选择侧浇口即可以实现上述要 求。在进行完最佳浇口的位置分析后，我们还需要在侧浇口位置分别添加 浇口，对产品模型进行流动分析。通过分析结果，我们可以更加直观的观 山东科技大学学士学位论文 16 察到产品可能产生气穴和熔接痕的位置，从而为浇口形式的选择提供更为 充分的参考。 综合对比点浇口和侧浇口各自的优缺点后，我么可以看出在产品成 型的质量方面，侧浇口要明显优于点浇口。而从模具生产成本方面考虑侧 浇口要优于点浇口。本文采用侧浇口对塑件进行模具设计。 2.5.42.5.4 冷料穴的设计冷料穴的设计 冷料穴是浇注系统的结构之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中 料流的前锋冷料，以免这些冷料注入行腔，既影响熔体填充的速度，有影 响塑件成型的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还便于在该处 设置主流道拉料杆，注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝 料从定模浇口套被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料 一起推出模外。由于模具采用的是三板式结构，脱模过程中中间板起到了 与推板相同的作用，故宜采用球头冷料穴和菌头冷料穴。本此设计才用的 是无拉料杆形式的球头冷料穴。 图 2.8图 2.9图 2.10图 2.11 2.62.6 模具成型零部件的设计模具成型零部件的设计 成型零件决定了零件的几何形状和尺寸，通常包括凹模、型芯、镶块、 成型杆和成型环等。 山东科技大学学士学位论文 17 2.6.12.6.1 型芯的结构设计型芯的结构设计 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 型芯和螺纹形环。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成为小 型芯或型杆。 （1）整体式结构 其结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要 用于工艺试验或小型模具上形状简单的型芯。 （2）组合式 为了便于加工，形状复杂型芯往往采用镶嵌组合式结构。 本次设计中，由于塑件的尺寸较大，成型模板的尺寸较大，因此考虑加工 的难以程度和材料的价值利用率等因素，型芯采用镶嵌式结构如图 2.12 所 示： 图 2.12 型芯 2.6.22.6.2 型腔的结构设计型腔的结构设计 凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整 体式和组合式两种结构形式。 （1）整体式凹模，它是在整块金属模板上加工而成的。其特点是牢 固，不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但由于整体式型腔加工困难， 热处理不方便，所以其常用于形状简单的中、小型模具上。 （2）组合式凹模 它是指型腔是有两个以上的零部件组合而成的，按 结合方式不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼 山东科技大学学士学位论文 18 式和四壁拼合式。 图 2.13 型腔 2.6.32.6.3 成型零部件的工作尺寸计算成型零部件的工作尺寸计算 塑件在成型过程中产生的尺寸误差应该是上述各种误差的总和，即 zscja 塑件的成型误差； 模具成型零件制造误差： z 模具成型零件的磨损引起的误差 c 塑料收缩率波动引起的误差： s 模具成型零件配合间隙变化误差 j 模具装配误差。 a 由此可见，塑件尺寸误差是积累误差。由于影响因素多，因此塑件的 尺寸精度往往较低。设计塑件时，其尺寸精度的选择不仅要考虑塑件的使 用和装配要求，而且要考虑塑件在成型过程中可能发生的误差，使塑件规 定的公差值 大于或等于以上各项因素引起的积累误差 。 生产大型塑件时，由于收缩率波动对塑件尺寸公差影响较大，仅仅依 靠提高模具制造精度等级来提高塑件精度是困难的和不经济的，所以应稳 山东科技大学学士学位论文 19 定成型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料；生产小型塑件时，模具制 造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，应提高 模具制造精度等级和减少磨损。 （1） 型腔和型芯径向尺寸的计算 型腔的径向尺寸： 0 0 ()(1) zz mcps lslx 型芯径向尺寸： = (1 + )+ 0 式中 scp塑料平均收缩率； 塑件外表面径向基本尺寸的公差； z模具制造公差； lm型芯径向基本尺寸； lm型腔径向基本尺寸； ls塑件外表面的径向基本尺寸； ls塑件内表面的径向基本尺寸 x修正系数，一般为 ，塑件尺寸较大，精度级别较低时取 ， 1 2 3 4 1 2 塑件较小，精度级别较高时一般取 ； 3 4 由于塑件精度较高，取 x= , z=,增强聚丙烯的收缩率为 3 4 1 4 s=0.4%0.8%，平均收缩为 scp=0.6%。 （2）型腔深度和型芯高度尺寸计算 型腔深度公式： = (1 + ) + 0 型芯深度公式： 山东科技大学学士学位论文 20 = (1 + ) 0 式中 scp塑料平均收缩率； 塑件外表面径向基本尺寸的公差； z模具制造公差； hm型芯深度基本尺寸； hm型腔深度基本尺寸； hs塑件外表面的深度基本尺寸； hs塑件内表面的深度基本尺寸 x修正系数，一般为 ，塑件尺寸较大，精度级别较低时取 ，塑 1 2 3 4 1 2 件较小，精度级别较高时一般取 ； 3 4 由于塑件精度较高，取 x= , z=,增强聚丙烯的收缩率为 3 4 1 4 s=0.4%0.8%，平均收缩为 scp=0.6%。 2.72.7 结构零部件设计结构零部件设计 2.7.12.7.1 模架的设计模架的设计 本设计中采用的是侧浇口，因此采用一个分型面的注射模架（另外 加侧分型） ，如图 2.14 所示： 图 2.14 模具装备图 山东科技大学学士学位论文 21 2.7.22.7.2 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 合模导向机构是保证动、定模或在上、下合模时，正确地定位和导向 的零件。本次设计采用的是导柱、导套的导向机构。 （1） 导柱的结构设计 长度：导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出 812mm，以免 出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔的情况。 形状：导往前端应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利地进入导向 孔。由于半球形加工困难，所以导往前瑞形式以锥台形为多。 材料：导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多 采用 20 钢(经表面渗碳淬火处理)或者 t8、t10 钢(经淬火处理)，硬度为 6062hrc。导柱固定部分的表面粗糙度为 ra=0.8m，导向部分的表面 租糙度为：ra=0.80.4m。 数量及布置：导柱应合理均布在模具分型而的四周，导柱中心至模具 边缘应有足够的距离，以保证模具强度(导柱中心到模具边缘距离通常为导 柱直径的 11.5 倍)。为确保合模时只能按一个方向合模，导柱的布置可 采用等直径导柱不对称布置或不等直径导校对称布量的方式，本设计中采 用等直径不对称布置的方式。 配合精度：导柱固定端与模板之间一般采用 h7m6 或 h7k6 的过 渡配合，导柱的导向部分通常采用 h7f7 或 h8f7 的间隙配合。本设计 中分别采用了 h7f6 的配合精度。 其次由于模架设计中采用了导柱定距双分型面注射模，因此须在导柱 上开设与定位螺钉相配合的凹槽。以确保模具在工作过程中能够定距分型。 导柱的设计如图 2.15 所示： 山东科技大学学士学位论文 22 图 2.15 导柱的结构形式 （2）导套的结构设计 形状：为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔最好做 成通孔，以利于排出孔内的空气。如果模板较厚，导孔必须做成盲孔时， 可在盲孔的侧面打一个小孔排气或在导柱的侧壁磨出排气槽； 材料：可用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造导套，但其硬 度应略低于导柱硬度，这样可以减轻磨损，以防止导柱或导套拉毛。 固定形式及配合精度：直导套用 h7r6 的过盈配合镶入模板，为了 增加导套镶入的牢固性，防止开模时导套被拉出来，可以用止动螺钉紧固。 带头导套用 h7m6 或 h7k6 过渡配合镶入模板，导套固定部分的粗糙 度为0.8 a r ，导向部分粗糙度为0.8 0.4 a r 。 由于本设计中采用了带头导套，其结构较复杂，用于精度较高的场合， 这种导套的固定孔便于和导柱的固定孔同时加工，导套的零件图如图 2-16 所示： 图 2.16 导套的结构形式 山东科技大学学士学位论文 23 2.82.8 推出机构设计推出机构设计 注射成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推 出机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸完成的。 推出机构一般由推出、复位和导向三大部件组成。 2.8.12.8.1 推出机构的设计要求推出机构的设计要求 （1）设计推出机构时应尽量使塑件留在动模一侧。 （2）塑件在推出过程中不发生变形和损伤。 （3）不损伤塑件的外观标准。 （4）合模时应使推出机构正确复位。 （5）推出机构应动作可靠。 2.8.22.8.2 推杆推出机构推杆推出机构 由于设置控杆的自由度较大，面且推杆截面大部分为圆形，制造、修 配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运 动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换，因此，推杆推出 机构是推出机构中最简单、最常见的形式。 常见推杆的形状： （1）直通式推杆，尾部采用台肩固定，是最常用的形式； （2）阶梯式推杆，由于工作部分比较细，故在其后部加粗以提高刚 性，一般直径小于 2.53mm 时采用； （3）顶盘式推杆亦称锥面推杆，它加工比较困难，装配时与其他推 杆不同，需从动模型腔插入，端部用螺钉固定在推杆固定板上，适合于深 筒形塑件的推出； 推杆工作部分与模板或型芯上推杆孔的配合常采用 h8/f7h8/f8 的间 隙配合，视推杆直径的大小与不同塑料品种而定。 山东科技大学学士学位论文 24 推杆位置的选择： （1）推杆的位置应选择在脱模阻力最大的地方。推杆位置选择应注 意，当塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均 匀，塑件推出平稳和不变形； （2）推杆位置选择时应注意塑件本身的强度和刚度，尤其是薄壁塑 件，应尽可能地选择在壁厚和凸缘等处； （3）推杆位置的选择还应考虑推杆本身的刚性； 本次设计中由于推杆直径较小、流动性较好，因此采用 h8/h7 的配合。 采用的推杆是最常用的直通式推杆形式，直径为 6mm 的推杆，在推杆固 定板上的孔应为 7mm，推杆固定板上的台阶孔为 11mm，推杆固定板上的 台阶孔为 12mm。推杆的结构形式如图 2.17。 图 2.17 推杆 2.92.9 侧向分型与抽芯机构的设计侧向分型与抽芯机构的设计 当塑件上有侧孔时塑件不能直接脱模，必须将成型侧孔做成可动的， 称为活动型芯。侧抽芯根据传动零件的不同可分为斜导柱、弯销、斜导槽、 斜滑块和齿轮条等许多不同类型的侧抽芯机构。此处采用的是斜导柱式结 构。 2.9.12.9.1 斜导柱的设计斜导柱的设计 抽芯距：由于此处的侧孔仅仅为一个壁厚 2mm，所以抽芯距 s=h+（23）mm，由此可得抽芯距s=4mm 很短。 山东科技大学学士学位论文 25 抽芯力：注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积收缩，对型 芯产生一定的包紧力，要抽出侧型芯就要克服包紧力所产生的摩擦力。一 般情况下，抽芯力可按下式计算： fc+fbsina=fcosa fb=ap,f=fbf=apf 式中：fc抽芯力（n） fb塑件对型芯的包紧力（n） f抽芯时的摩擦力（n） a塑件包容型芯的面积，a1=3.1442/4=12.56mm2 p塑件对型芯单位面积上的包紧力（pa） ，取 p=1107pa f塑件与钢的摩擦系数 a脱模斜度 由此可得 fc=ap（fcosa-sina）=12.56107（0.2cos0.5-sin0.5）=24n 斜导柱的长度是根据抽芯距、固定端的模板的厚度、斜销直径以及斜 角的大小来确定。 斜导柱的总长度： l=l1+l2+l3+l4+l5=d2tan/2+h/cos+d1 tan/2+s/sin+（5- 10）mm=70mm 式中 l斜导柱的中长度 d斜导柱固定部分大端直径 h斜导柱固定板的厚度 d2斜导柱工作部分的直径 6mm s抽芯距 山东科技大学学士学位论文 26 侧滑块与导滑槽的设计：侧向抽芯机构主要适用于成型塑件的侧孔， 由于侧孔较多，考虑型芯强度和装配问题，本设计采用组合式结构。侧滑 块是斜导柱侧向分型与抽芯机构的一个重要的零部件。有组合式侧滑块和 整体式侧滑块。组合式侧滑块常见的侧滑块和侧型芯连接方式有圆柱销定 位、燕尾槽嵌入、螺塞固定等形式。本设计采用燕尾槽嵌入结构。导滑槽 是为了斜导柱的侧抽芯机构工作时，侧滑块在一定精度要求的导滑槽内沿 一定的方向移动，其形式也不同，最常用的是 t 形槽和燕尾槽，本设计采 用 t 形槽结构 为了使模具结构紧凑降低模具装配复杂程度，拟采用组合式滑块和整 体倒滑槽的形式，为了提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采 用配磨、配研的装配方法。斜导柱与导滑槽结构设计如下图 2.18： 图 2.18 斜导柱与导滑槽示意图 2.102.10 冷却系统的设计冷却系统的设计 冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所 传导的热量，使模具成型表面温度稳定地保持在所需温度范围内，并要做 到使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。 设置冷却效果良好的冷却回路的的模具时缩短成型周期、提高生产效 率的最有效方法，设置冷却回路的基本原则有以下几点： （1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 山东科技大学学士学位论文 27 （2）冷却水道离模具型腔表面的距离做好相当 （3）冷却水道的出入口布置要求加强浇口处冷却和冷却水道的出入口 温差尽量减小 （4）冷却水道应沿着塑料收缩方向设置 （5）冷却水道的布置应尽量避开塑件易产生熔接痕的部位 冷却水道的形式是根据塑件的形状而设置，对于不同的塑件，冷却水道的 位置和形状也不一样，常见的冷却系统有： （1）浅型腔强扁平塑件：在使用侧浇口的情况下，常采用动、定两侧 与型腔等距离钻孔的形式设置冷却水道 （2）中等深度的塑件:采用侧浇口进料的中等深度的壳形塑件，可在凹 模底部采用与型腔表面等距离钻孔的形式设置冷却水道。在凸模中，由于 容易储存热量。所以要加强冷却，按塑件形状铣出矩形截面的冷却环形水 槽。 （3）深型腔塑件：一般在凹模一侧，其底部可从浇口附近通入冷却水， 流经沿矩形截面水槽后流出，其侧面开设圆形截面水道，围绕型腔一周后 从分型面附近的出口排出。凸模上加工出螺旋槽，并在螺旋槽内加工出一 定数量的盲孔，而每个盲孔应分隔板分成底部连接的两部分，从而形成凸 模中心进水、外侧出水的冷却回路。 （4）细长塑件：在型芯的中心制出一个盲孔，在孔中插入一根管子， 冷却水从中心管子流入，喷射到浇口附近的型芯盲孔的底部对型芯进行冷 却，然后经过管子与凸模的间隙从出口处流出。 本模具设计中冷却计算：设定模具的平均温度为 60，常温 20水作 为模具冷却介质，其出口水温度为 30，abs 注射成型周期为 50-220s， 选定成型周期为 150s，开模取件所用时间为 30s，则确定注射次数为 20 次 /h，塑件的质量为，浇注系统的凝料的质量为，则需要的冷却水的体积流 山东科技大学学士学位论文 28 量： =4.24l/min 112 () v mq q c 式中冷却介质的体积流量（） ； v q 2 m /min 单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/h） ； m 单位质量的塑料制品在凝料时所放出的热量（j/kg） ；q 冷却介质的密度（） ； 33 1 10 kg/m 冷却介质的比热容，；cj/(kg k) 冷却介质的出口温度（） ； 1 冷却介质的进口温度（） 。 2 因为模具每分钟所需的冷却水流量较小，故可不设置冷却系统，依靠空冷 方式模具即可。 2.112.11 本章小结本章小结 本章通过传统的模具设计方案，对超轻薄优盘模具的成型零件进行计 算，并对模架的推出机构、模板厚度、导向机构、冷却系统等进行了设计 校核。通过设计计算，确定了支撑架模具的整体设计方案，为后续模具零 件的三维设计提供了理论依据。 山东科技大学学士学位论文 29 3 模具三维实体造型模具三维实体造型 本设计中采用 pro/e3.0 作为模具三维实