灯具装饰灯盖模流分析及模具设计--材料专业毕业设计.doc

XXXX范大学XXXXXX University毕 业 设 计专 业：材料成型及控制工程班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一七年六月XXXX大学本科生毕业设计灯具装饰灯盖模流分析及模具设计Molding Analysis and Mold Design on the Lighting decorative lamp cover专业班级：材料学生姓名：指导教师：院 别：机械工程学院2017年6月摘 要本设计是灯具装饰灯盖的注塑模具设计，在本次设计中，充分体现Pro/ENGINEER在注塑模具设计中的高效与便捷。通过对塑件结构、材料、用途及参数等进行分析，确定模具采用一模两腔的布局；采用侧浇口，保证塑件质量；采用顶杆和强制顶出的方式，设计流程还包括体积块、浇注系统、冷却系统、侧抽芯机构的详细介绍。利用Moldflow Plastics Insight 6.1对塑件进行CAE分析，根据分析的最佳浇口位置，最终在设计时根据合理和可靠性做最佳的选择，保证在同样的设计条件下获得更优的注塑质量。对塑件的注塑时间和模具的注塑温度以及冷却系统的分析，都将对今后的设计提供参考。根据参数选取相应的注塑机，并验证模具结构设计的合理性。关键字：灯具装饰灯盖；注塑模具；一模两腔；侧向抽芯机构ABSTRACTThe design of decorative lamps lamp cap injection mold design, CAD / CAM / CAE technology in the industrial application of mold growing maturity of the shell of Property on the Lighting decorative lamp cover in this mold design, fully embodies the Pro / ENGINEER in the injection mold design and convenient and efficient. The structure of plastic parts, materials, use and analysis of parameters to determine the mold cavity using a two-mode layout; the use of easy to remove the side gate potential at gate-type, and ensure the quality of plastic parts; the introduction of the use of mandrel method to ensure a smooth introduction of force, so that pieces of hard plastic deformation occurred. Design process also includes the surface, gating system, cooling system, the side core pulling bodies, the introduction of bodies in detail. On the use of CAE Moldflow Plastics Insight 6.1 analysis carried out, based on an analysis of the best gate location, the ultimate in design based on reasonable and reliable to do the best choice to ensure that the design is more excellent quality of injection in the same condition. Analysis is on mold injection time and temperature, and cooling system of plastic parts, all will provide a reference for future design. According to the parameters to select the corresponding the injection molding machine, and verifies that the design of die structure is reasonable. Key words: Lighting decorative lamp cover；Injection mold；A mold two cavity；Side core pulling mechanism. 天津职业技术师范大学2012届本科生毕业设计目 录1 绪论11.1我国模具工业的发展现状11.2国内外模具工业的发展趋势22 塑料与制件分析32.1塑料及其工业32.2塑件分析52.3塑件材料的选择及材料的工艺特性52.4塑件体积和质量的计算73 塑件的成型分析83.1塑件分析的前处理83.2塑件的成型分析113.2.1 最佳浇口位置分析113.2.2 流动分析113.2.3 冷却分析153.2.4 翘曲分析164 模具设计184.1确定型腔数及其布局184.2排气系统的设计184.3成型零件的结构形式及设计194.3.1毛坯的结构设计194.3.2定动模板的结构设计194.3.3型芯的结构设计204.3.4侧抽芯的结构设计205 浇注系统的设计225.1浇注系统的设计及组成225.2主流道的设计225.2.1主流道衬套设计235.2.2定位环设计235.3分流道设计245.4浇口的设计255.5冷料穴的设计266 标准模架的选定276.1注射模的标准模架276.2支承零部件的设计276.2.1固定板276.2.2支承件286.3合模导向机构设计296.3.1导向机构的作用296.3.2导柱导向机构307 冷却系统的设计327.1模温与塑件成型的关系327.1.1模温对塑件的影响327.1.2冷却系统设计要点327.2冷冻时间的分析327.3冷却系统的设计337.3.1塑料模具冷却水路的分布337.3.2冷却水路的设计说明348 推出机构设计358.1推出机构的组成与分类358.1.1推出机构的组成358.1.2推出机构的设计要求358.2推出机构359 侧向分型与抽芯机构设计379.1抽芯力与抽芯距的计算379.2斜导柱分型抽芯机构的设计3810 注射机的选择及其参数校核4010.1注塑机的型号选择4010.2注射机主要参数校核4110.2.1最大注射量的校核4110.2.2注射压力的校核4210.2.3锁模力的校核4210.2.4开模行程较核4311 模具总装效果图44结 论45参考文献46致 谢4857天津职业技术师范大学2012届本科生毕业设计1 绪论1.1我国模具工业的发展现状模具工业是技术、人才和资金密集型产业，它即是制造业重要组成部分，又在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品开发能力。目前，模具工业发展及其技术水平已成为衡量一个国家或地区制造业水平高低的重要标志。模具源于传统金属铸造，现如今涵盖了各种用于金属和非金属快速成形的特殊装备，在我国被分为10大类、46小类。1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%左右，2003年增长25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%以上。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长在33.5%，形势喜人1。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类塑料齿轮的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距2。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术3。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的5080%相比，差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展4。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件5。1.2国内外模具工业的发展趋势（1） 工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计，并普及计算机绘图。（2） 在注塑模具设计中，已开始普及应用计算机辅助工程分析软件，对塑料的流动、填充、冷却情况及模具的浇口配置、浇道大小、冷却加热系统和模具的刚度、强度等进行科学的分析和计算，从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。（3） 国外的注塑模具中，多型腔、多层、大型精密模具已占%50，不仅提高了生产效率，而且节省了大量塑料原料。（4） 国外已使用大量数控机床，应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具，特别是对具有复杂型腔的模具进行加工，使模具的质量和附加值大为提高，为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求，国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并进入了实用阶段6。2 塑料与制件分析2.1塑料及其工业塑料是以合成树脂为主要成分，再加入改善其性能的各种各样的添加剂(也称为助剂)制成的。在塑料中，树脂起决定性的作用，但也不能忽略添加剂的作用7。按照塑料中树脂分子结构和热性能把塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料：分子结构师线型或支链型。加热时可塑制成一定形状的塑件，冷却后保持已定型的形状，如果再次加热，又可软化熔融，可重复使用。此过程是可逆的物理变化8。热固性塑料：受热之前分子为线型结构，具有可塑性和可溶性。当继续加热时，线型高聚物分子主链间形成化学键结合(交联反应)，分子结构呈网状，最终变为体型结构，塑件形状固定后不再改变。此过程不可逆，既有物理变化又有化学变化9。图2-1 热塑性塑料的可逆过程与热固性塑料的不可逆过程塑料制件在工业生产中已得到广泛应用，是由于它们具有一系列特殊的优点：塑料密度小 塑料密度一般在0.832.2g/cm之间，只有钢的1/81/4，泡沫塑料的密度更小，其密度一般小于0.01g/cm。比强度比硬度高 塑料的绝对强度不如金属高，但塑料密度小，所以比强度(b/)、比刚度(E/)相当高。尤其是以各种高强度的纤维状、粉末状和片状的金属或非金属为填料制成的增强塑料，其比强度和比刚度比金属还高10。化学稳定性好 绝大多数的塑料都有良好的耐酸、碱、盐、水和气体的性能，在一般的条件下，它们不与这些物质发生化学反应11。电绝缘、绝热、隔音性能好 塑料具有良好的电绝缘性能和耐电弧性，它被广泛地用于电力、电机和电子工业中做绝缘材料和结构零件，如电线电缆、旋钮插座、电器外壳等，许多塑料已成为必不可少的高频材料。塑料由于热导率很低，所以它具有良好的绝热保温性能，它被广泛地用于需要绝热和保温的产品中12。耐磨和自润滑性好 塑料的摩擦系数小、耐磨性好、有很好的自润滑性，加上比强度高、传动噪声小，它可以在液体介质、半干甚至干摩擦条件下有效地工作13。它可以制成轴承、齿轮、凸轮和滑轮等机器零件，非常适用于转速不高、载荷不大的场合，同时这些塑料零件在传动时噪音很小14。粘结能力强 一般的塑料都具有一定的粘结能力。有一种号称“万能胶”的环氧树脂，它不但可以粘结木材、橡胶、皮革、玻璃、陶瓷等非金属材料，而且还可以粘结钢、铜、铝等金属材料。用环氧树脂粘结金属构件(如桥梁、屋架、机翼等)可以代替金属结构的铆接和焊接15。着色性能好 塑料的着色比较容易，而且着色范围广，可染成各种颜色。有些塑料的光学性能很好，具有良好的光泽，不加填料可制成透明性很好的塑件，如常用的有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯等。多种防护性能 除防腐和绝缘性能外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防震、防辐射等多种防护性能。尤其是塑料经改性后，它的性能更广泛，应用领域更广。塑料制品的缺点及局限性：耐热性较差 一般塑料的工作温度仅100左右，否则会降解、老化。导热性较差 所以在要求导热性好的场合，不能用塑料件。吸湿性大 容易发生水解老化。易老化 对于使用寿命较长的场合，一般还是用金属件。这些不足使塑料在某些领域的应用受到限制。但是，随着新品种塑料的问世以及先进技术的发展，塑料的这些不足都将得到改进16。2.2塑件分析图2-2 灯具装饰灯盖图2-2是该灯具装饰灯盖，该产品从成型的角度考虑，成型性能要比较好，由于产品的产量比较大，而且生产周期短。综合考虑各方面的因素，该零件的表面比较复杂，壁厚相差不大，左右对称性，尺寸中等。根据部件不同位置的强度和塑料要求，各部位所使用的材料都不一样。例如对于强度要求不高的装饰灯盖内部支架、按键等都使用ABS工程塑料，该材料具有流动性好和成本低等优点；对于绝大多数的装饰灯盖外壳则采用PC+ABS，该材料具有流动性好，强度价格都适中等优点；本课题主要就是针对灯具装饰灯盖壳体进行完整的模具设计。包括模具结构设计和模架的建立及该模具在注塑成型时的分析。从整体结构分析，制件薄，四个侧面及内侧特征复杂，侧抽心、型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析，根据制品外观要求与结构要求选择侧浇口，制品冷却必须均匀而充分，脱模力要合理分布，要求顶出机构顶出均匀。2.3塑件材料的选择及材料的工艺特性塑料成型原料的选取应该综合考虑多方面因素，首先要了解塑件的用途、使用环境，在满足以上要求后，并考虑使用塑料的成本、成型加工的难易程度等要求。可选择以下材料见表2-1。 (注：ABS+PC 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物)表2-1 注塑塑料对比塑料名称ABS+PC聚乙烯（PE）材料特性ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性结晶部分多时，塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高，但整体尺寸变小，耐冲击强度及断裂强度底。成型工艺特点ABS+PC的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热。原料控制水分在0.02%以下。聚乙烯制件最显著的特点是收缩率大，这与材料的可结晶性和模具温度有关。定型后塑件在强的收缩牵引作用下，可令制件变形和翘曲。注射温度ABS塑料温度与熔融粘度关系比较独特，在达到塑化温度后继续升温，必将ABS的热降解。PC对温度很敏感，熔体粘度随温度而明显下降聚乙烯的注射温度一般在120310之间，温度超过300时，收缩率会明显增大。注射速度及压力ABS采用中等注射速度效果较好，注射时需采用较高的注射压力（70100Mpa），PC壁厚取中速，壁薄取高速，需要调配好保压压力和保压时间。聚乙烯的注射压力一般选择在68.6137.2Mpa之间。注射速度不宜过快，以保证结晶程度高。模具温度ABS+PC的模具温度相对较高，一般调节在50-100，为缩短生产周期，应维持模具温度的相对稳定，制件在取出后可采用冷水浴由于模具温度对收缩率影响很大，因此要经常保持模具相对恒定的温度，一般在4080之间。经以上两种备选材料的性能对比，并考虑到制件的使用环境（灯具装饰灯盖，需要较高的机械强度和良好的综合性能），故本设计采用ABS+PC材料。由于材料的吸湿性强，含水量应小于0.3% ，所以原料应充分干燥。表2-2 ABS+PC技术指标ABS+PC技术指标密度1.13-1.14比容0.86-0.98吸水率小于%0.04收缩率0.4-0.7%熔点（黏流温度）230-300硬度（布氏硬度）9.7 HB拉伸弹性模量1.8103Mpa弯曲强度80Mpa拉伸屈服强度50Mpa温度传导系数1.310m/s表2-3 ABS+PC的注射工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速30-60r/min喷嘴形式直通式喷嘴喷嘴温度170-180 模具温度50 -100 注射压力取决于塑件保压压力5 -10 Mpa冷却时间5 -15 s周期50- 220 s后处理方法红外线烘箱温度70时间0.3 -1h备注原材料应预干燥0.5h以上2.4塑件体积和质量的计算设计中，材料选用ABS+PC，其密度为1.18g/cm3。通过Pro/E分析得到单件的体积V=3.883cm3，单件的质量M=4.58g。3 塑件的成型分析3.1塑件分析的前处理Moldflow的前处理包括：模型网格的划分、网格的缺陷修改、材料的选取、浇注系统的建立、冷却系统的建立以及工艺参数的设定。1.模型的导入在Moldflow中可以导入的CAD模型文件格式有：STL文件、STEP文件、IGES文件、Parasolid文件。（1）从Pro/E模型里面导出STL文件。在把STL文件导入Moldflow前对文件模型进行修复，提高文件的质量。（2）Moldflow的MPI有3种网格类型，即中面网格、表面网格和实体网格，根据分析类型合理选择网格类型，在此选择表面网格，导入模型文件。2.网格的划分初次划分网格时，网格边长为3.5mm，划分后，网格统计结果不够理想，如图3-1和3-2所示，虽然自由边，交叉边，相交单元，完全重叠单元，复制柱体都为零，符合要求，但是配向不正确的单元不为零，最大纵横比为70.968，匹配百分比只有71.1%，达不到要求。做表面分析，匹配百分比应达到85%以上，故还需再次划分网格。再次.划分网格时取网格边长为2.5mm，本次划分后的结果，匹配百分比达到83.0%，最大纵横比符合要求，但是配向不正确的单元仍然不为零，还需修改。结果如图3-3所示。图3-1初次划分的网格图3-2初次划分网格的网格统计图3-3再次网格划分后的网格统计3.2塑件的成型分析塑件的成型分析可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响，可以评价和优化组合整个注塑过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。对薄壁塑料件而言，在成型过程中主要缺陷是翘曲变形和充填不足，因此在设置分析类型时，需选择“冷却+流动+翘曲”分析类型。故在本模具设计过程中进行了塑件的“最佳浇口位置”分析和“流动。3.2.1 最佳浇口位置分析塑件成型分析的类型有很多种，单作为产品的初步成型分析，首先的分析类型为“浇口位置”，其目的是根据“最佳浇口位置”的分析结果设定浇口位置，避免了由于浇口位置设置不当引起的不合理成型。最佳浇口位置分析结果如图3-4所示。根据分析结果可知，浇口应设在蓝色区域内。图3-4最佳浇口位置3.2.2 流动分析流动分析：用于预测热塑性高聚合物在模具内的流动。成型模拟从注塑点开始逐渐扩散到相邻点的流动前沿，直到流动前沿扩展并充填完制品上最后一个点，完成流动分析计算。流动分析是“充填+保压” 的组合，目的是为了获得最佳保压曲线，从而降低由保压引起的制品收缩、翘曲等缺陷。模拟结果包括充填时间、速度压力切换时的压力、流动前沿温度、锁模力、气穴、熔接痕等。填充时间：可以显示从进料开始到充模完成整个过程中，任意一时刻流动前锋的位置，也是观察浇口位置是否合理的依据之一，通过观察我们可以把浇口位置放置到合理的位置。分析填充时间时，应遵循以下的原则：第一：防止出现短射；第二平衡填充，各填充末端在相同的压力下同时填满。填充时间分析如图3-5所示。图3-5充填时间是否出现短射可由速度压力切换时的压力图来观察，如图3-6所示图3-6速度，压力切换时的压力流动前沿温度：流动前沿温度直接影响到熔接痕的质量，所以流动前沿温度之差越小越好，最多不允许超过30度，否则所形成的熔接痕质量很差。分析前沿温度分布图时应遵循以下原则：第一，避免前锋温度下降过快，防止出现滞留、短射；第二，在模腔填充完毕时，应尽可能均匀分布；防止在模腔的填充过程中，温度低于材料的转换温度；第四，在填充完成时和刚入口时的温度差应小于30度。如图3-7所示方案，在填充完成时和刚入口时的温度差小于30度，因此都满足要求。图3-7流动前沿温度初始方案锁模力：图3-8显示了锁模力随时间的变化情况，给用户通过锁模力参考值，最大值为10吨。图3-8锁模力气穴：气穴显示结果提醒用户所需开始排气的位置。如图3-9所示，气穴大部分处于分型面处，故可以通过分型面排气。图3-9气穴位置熔接痕：我们只要观察熔接痕的位置，因为塑件的熔料相接的地方不是很多，所以熔接痕的数量较少，如图3-10所示，只需要依靠熔料的流动前沿温度来提高熔接痕的质量。图3-10熔接痕3.2.3 冷却分析冷却分析：用来分析模具内的热传递，主要包括塑件和模具的温度、冷却时间等。用于判断冷却系统的冷却效果，根据冷却模拟所计算出的冷却时间来确定成型周期，提高生产率。回路管壁温度要求相差不超过5，如图3-11所示，分析结果符合要求图3-11回路管壁温度3.2.4 翘曲分析翘曲分析：制品在成型过程中由于冷却不均、收缩不均、分子配向性效应等原因可导致翘曲变形。翘曲分析是用于判断成型制品是否会出现翘曲，以及分析翘曲原因。翘曲产生的原因：（1）制件冷却不均匀，使制件在不同时刻收缩，从而产生内应力导致制件翘曲变形；（2）成型条件设置不合理，在注塑过程中，注塑压力过低、注塑速度过慢、保压时间不够、容提塑化不均匀等导致制件翘曲变形；（3）注塑材料不合理，结晶树脂比非结晶性树脂变形大。解决的方法：（1）调整冷却方法及冷却时间，使制件冷却均匀，减小制件的收缩率；（2）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注塑压力、提高模具温度并使模具温度均匀、提高溶体温度或采用退火方法予以消除应力；（3）脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆的数量或面积、设置脱模斜度等方法解决；（4）如果是由收缩引起的变形，可以通过改变参数进行优化，如通过加大注塑压力、二次保压延长冷却时间等方法解决。翘曲分析的结果如图3-13所示，翘曲变形量很小，只有0.4671mm。这个变形量完全不影响外观和使用，是可以接受的。因为分析的结果比较理想，所以冷却水道的布置方法和分析时所设的参数是较为合理的，在模具设计中可以使用图3-13 变形、 所有因素变形4 模具设计4.1确定型腔数及其布局由塑件的三维结构形式，拟定一模一腔和一模两腔两套方案。介绍如下：采用一模一腔的布局，能够适应生产的需要，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。采用一模两腔的布局，生产效率高，但模具上有四个侧型芯，造成抽芯力大，抽芯机构相对复杂，模具制造成本提高。考虑到该塑件是中等批量生产，采用一模两腔比较效率，而且减小了抽芯力，使塑件容易脱模。模具的型腔布局如4-1图所示： 图4-1灯具装饰灯盖模具的型腔布局4.2排气系统的设计在注射成型过程中，塑料熔体以很快的速度充满型腔，型腔里的空气压缩会影响塑件填充效果。所以必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体及时地排出模具体。如果型腔内聚集了气体，塑件上就会形成气孔、产生熔接痕、表面轮廓不清及充填不满等缺陷，因此设计模具时需要考虑型腔的排气问题。注射模通常有三种排气方法，即在分型面上开设排气槽排气、利用配合间隙排气以及利用排气塞排气。设计排气系统时应该注意以下几点：(1) 保证快速、有序，排气速度应与注射速度相适应；(2) 排气槽设在塑料流末端；(3) 优先设在主分型面凹模一侧，便于加工、修整；(4) 尽量设在塑件较厚的部位；(5) 排气方向应避开操作区，防止高温熔料溅出伤人；(6) 排气槽的设置尽量不要影响塑件表面质量。在本模具设计中，并不需要另开设排气槽，而是充分利用分型面和侧向滑块的间隙、顶杆配合间隙进行排气。由于这些间隙是客观存在的，并不需要刻意加工，也成为自然排气法。由于这种方式不需要另设排气装置，因此结构比较简单，也是注塑模中经常采用的一种排气形式。4.3成型零件的结构形式及设计成型零件是直接成型塑件的零件，在本设计中采用Pro/E制造(MFG)模式，该模式下的参照模型与成型零件的制作都在EMX中进行。主要包括毛坯、定模板、动模板、型芯、侧抽芯等。4.3.1毛坯的结构设计进入EMX环境时，系统将自动生成一个特殊的制造模型，将来用于生成成型零件的毛坯工件(Workpiece)，本次设计定义的毛坯为21510050mm。4.3.2定动模板的结构设计在本次灯具装饰灯盖模具设计中因为是一模两腔，所以使用的是组合式中的整体嵌入式动模板和定模板，如图4-2所示：图4-2 定模板、动模版的结构设计4.3.3型芯的结构设计型芯是成型塑件内表面的成型零件。型芯的设计如图4-3所示：图4-3 型芯的结构设计4.3.4侧抽芯的结构设计由于所设计塑件有侧孔和通孔，故需要侧抽芯机构，本次设计所选的滑块如图4-4：图4-4侧抽芯的结构设计5 浇注系统的设计5.1浇注系统的设计及组成浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道。因此它应该保证熔体迅速顺利有序地充满型腔各处，获得外观清晰和内在质量优良的塑件。对浇注系统设计的具体要求：(1) 模腔的填充迅速有序，并可同时充满各个型腔；(2) 热量和压力损失较小，尽可能消耗较少的塑料；(3) 能够使型腔顺利排气；(4) 主流道凝料容易与塑件分离或切除，浇口痕迹对塑料件外观影响很小；(5) 冷料不能进入模具型腔。无论是用于立、卧式注塑机上的模具或直角式注塑机上的模具，浇注系统一般都由四部分组成：主流道、分流道、浇口和冷料穴。5.2主流道的设计主流道：是指连接注塑机喷嘴与分流道的一段料道，是模具进料的入口，将塑料熔体从注塑机喷嘴引入到模具中。本次设计的主流道如图5-1所示图5-1主流道的设计5.2.1主流道衬套设计由于主流道与注射机喷嘴同轴且与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模上，而是制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。主流道通常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，锥角为26，小端直径d比注射机喷嘴直径大0.51mm, 锥孔内壁粗糙度Ra=0.63m以增加其耐磨性并减小注射阻力, 锥孔大端应有12的过渡圆角以减小料流在转向时的流动阻力。由于小端的前面是球面，其深度为35mm，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12mm。在本模具设计中，浇口套和定位圈设计成两个零件的形式，并以台阶的形式固定在定模板上。在本次模具设计中设计效果如图5-2所示：图5-2浇口套示意图5.2.2定位环设计定位环主要是用来固定浇口套，并且是连接模架和注塑机的零部件,是模体与注射机的定位装置，以保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位。定位环外径应与注射机的定位孔间隙配合，其配合间隙为0.050.15 mm，定位环厚度为510mm。在模具安装调试时，定位圈应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。在本次模具设计中，定位环的设计效果图如图5-3所示图5-3定位环示意图5.3分流道设计分流道是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用。常见分流道的截面形状有圆形、半圆形、锥形及U形等几种形式，其尺寸大小要根据浇口套、注塑机以及成型原料等因素进行确定。分流道的布置取决于型腔的布局，其布置形式分为平衡式和非平衡式两种。平衡式布置的特点是各分流道长度、断面尺寸及其形状完全相同，各型腔同时均衡进料，同时注射完毕。非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同。其优点是可以缩短分流道的总长度。为了使各个型腔同时均衡进料，所以各个型腔的浇口尺寸并不相同。在本模具设计当中，分流道设在型芯中间，便于流道凝料完整取出，还不妨碍侧分型的移动，如图5-4所示。图5-4分流道的设计示意图5.4浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的类型与位置选择的恰当与否，直接关系到塑件的注射质量。也是注射模具浇注系统的最后部分，熔料流经浇口进入型腔。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体产生突变的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，使其成为理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。另外，限制性浇口还起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用。非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位，它主要是对大中型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。浇口设计要点归纳如下:(1) 尽量缩短流动距离；(2) 浇口应设置在塑件壁厚处；(3) 减少熔接痕提高熔接强度；(4) 初始值应取较小，为试模时必要的修正留有余地。浇口的结构形式较多。按照浇口形状、大小、位置的不同，浇口的形式是多种多样的，但通常的浇口，其种类大致分为以下几种：(1) 侧浇口；(2) 侧浇口，又称矩形浇口；(3) 点浇口，又称针浇口；(4) 潜伏浇口，又称隧道浇口；(5) 耳型浇口，又称护耳浇口，翼状浇口。在本模具设计当中，采用矩形侧浇口，如图5-5所示，它是侧浇口的一种形式，其共同优点是：易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观，可根据塑件的形状特点灵活多样地选择浇口位置。图5-5 浇口的设计图5.5冷料穴的设计冷料穴，一般位于主流道末端分型面的动模一侧，熔体流程较长的各级分流道多腔模具，其各级分流道末端都应设置冷料穴。冷料穴的作用是捕集熔体流动的前锋冷料，避免冷料进入模腔，对塑料件造成不利影响。有时，对于型腔最后充满处，为避免形成强度不良的熔合纹，也在型腔之外相应处设置冷料穴，使熔合纹产生在塑料件之外。冷料穴的作用可以归纳为：储存收集充填初始阶段较冷的塑料，防止冷料直接进入模穴影响充填品质；在分流道的浇口附近设置冷料穴可以收集冷料或者可能是用来调整进料速度。本次设计不用单独设计冷料穴。6 标准模架的选定注射模具由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件主要包括注射模的标准模架、注射模的支承零部件和合模导向机构。支承零部件主要由固定板、支承板、垫板等组成。6.1 注射模的标准模架模架是注射模的骨架和基体，其他部件的设计与制造均依赖于它，通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体。标准模架一般由定模座板、定模板、动模座板、动模板、动模支承板、垫块、推杆固定板、推板（管）、导柱、导套以及复位杆等组成。选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数。本次设计采用模架为SA-TypeA30B30C70基本长宽尺寸设为300300mm，其具体结构如图6-1所示：图6-1 模架的结构示意图6.2 支承零部件的设计模具的支承零部件主要指用来安装固定或支承成型零件及其他结构零件的零部件。支承零部件主要包括固定板、垫板及支承件。6.2.1 固定板固定板在模具中起安装和固定成型零件、合模导向机构以及推出脱模机构等零部件的作用。为了保证被固定零件的稳定性，固定板应具有一定的厚度和足够的刚度和强度，一般采用碳素结构钢或者强度韧性相当的其他材料制成，当对工作条件要求较严格或对模具寿命要求较长时，可采用合金结构钢制造。固定板的结构形式如图6-2所示：图6-2 固定板的结构示意图6.2.2 支承件常见的支承件有垫块和支承板。垫块垫块的主要作用是在动模支承板与动模座板之间形成推出机构所需的动作空间；其次，垫块也有调节模具总厚度，以适应注射机模具安装厚度要求的作用。常见的垫块结构形式如图6-3所示。该结构为平行垫块，使用比较普遍，适用于大中型模具，在本模具设计中也是采用该形式。垫块的材料一般选用中碳钢，也可以用Q235或HT200等制造。图6-3垫块的结构示意图支承板支承板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止固定板所固定的零件脱出其中，并承受固定部件传递的压力，因此它要具有较高的平行度、刚度和强度。一般用45钢制成，经热处理调质至HRC3040。支承板如图6-4所示：图6-4 支承板的结构示意图6.3 合模导向机构设计在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其它零件准确配合，确保塑件的形状及尺寸精度，以免模内各零件发生碰撞或干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。6.3.1 导向机构的作用定位作用 模具装配或合模的过程中，避免动、定模错位，模具闭合后保证型腔形状和尺寸的精度；导向作用 合模时，导向零件相互接触进而引导动、定模闭合，避免成型零件先接触可能造成成型零件的损坏；承受一定的侧向压力 塑料熔体在注入型腔过程中可能产生单向侧向压力，或受注射机精度的影响，会使导柱在工作中不可避免受到一定的侧向压力。当侧向压力很大时，不能仅靠导柱来承担，还需加设锥面定位装置。6.3.2 导柱导向机构导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。导柱 导柱的结构如图6-5所示：图6-5 导柱示意图采用肩导柱形式导柱，定位精度高，从而适用生产批量大的模具。导柱与导套间隙配合，以防频繁开模、合模导致模架定位精度下降。导套的结构如图6-6所示：图6-6 导套示意图为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。导套孔最好做成通孔，否则会由于孔中的气体无法逸出而产生反压，造成导柱导向困难。导套一般采用淬火钢或青铜等耐磨材料制造，其硬度应比导柱低，以改善摩擦，防止导柱或导套拉毛。导柱与导套的配合精度通常采用H7/f7或H8/f7。7 冷却系统的设计7.1模温与塑件成型的关系塑料注射模具的成型过程，塑件质量很大程度上受到模温的影响，因为针对不同的塑料，其收缩率会有不同，所以，要根据所设计模具的结构等特点估计合适的模温，从而得到高质量的塑件。7.1.1模温对塑件的影响模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。模具的温度是否合适、均一与稳定，对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观、尺寸和精度都有重要的影响。因此，通过有效的控制模具温度，可以得到较高质量的塑件和较高的生产效率。对制品质量的影响：模温不均匀或者模温的不合适都会使塑件的质量下降。模温直接影响制品的成型收缩率。模具型腔温度分布不均匀，如模具型芯壁与型腔壁有明显的过大温差，会导致塑件厚壁的截面上残余应力分布不均匀，固化后会出现翘曲变形。塑件中局部范围残余应力过大会导致开裂。对生产效率的影响：冷却时间占整个注塑周期的50%80%的时间。在保证塑件质量的前提下限制和缩短冷却时间是提高生产效率的关键。7.1.2冷却系统设计要点a) 冷却水道与各分型面距离适中，其排列与成型面形状相符；b) 冷却水道尽量使成型零件表面均匀冷却，模具的温差要小；c) 合理选取冷却水道直径，太小加工困难，而太大则影响模具结构设计；d) 冷却水道应首先通过浇口部位并沿熔融料流方向流动；e) 防漏水，特别不能渗透到成型区域，必要时密封处理；f) 动、定模分别单独设置冷却系统；g) 尽量避开塑件可能出现熔接痕的部位，以免形成低温区更易产生熔接痕；h) 进出水口设在不影响操作的位置。7.2冷冻时间的分析确定恰当的冷却时间，是模具设计者的重要任务。为此，首先分析影响冷却时间的因素。(1) 模具材料本次设计选用的模具材料为钢材。如只考虑材料的冷却效果时，则导热能力越强，则从熔融塑料吸收热量越迅速，冷却得越快。(2) 冷却介质温度及流动速度水的比热大，以冷却水出、入水嘴处温差小为好，一般控制在5以内。冷却水在通道中的流速，尽可能高为好，其流动状态以湍流为佳。(3) 塑料类型塑料的热性能，对冷却时间影响很大。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低，但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。7.3冷却系统的设计为了提高塑件质量，提高生产效率，选用合理的冷却系统是很重要的。现结合设计要求和MPI软件分析进行冷却系统的设计。7.3.1塑料模具冷却水路的分布a) 设置水路时应考虑制品的形状，对热量分布较多的位置应重点设计；b) 水路中冷却水的流动方向与熔体流动方向应一致，以便最大效率地带走热量，同时有利于熔体的充填；c) 为了减小冷却水的压力损失，模具外围连接冷却水管的尺寸定要大于或等于模具内水路的尺寸。在本次模具设计中，将水路分别设置在动模板和定模板上，利于快速带走充模过程中产生的热量。系统结构布局如图7-1所示：图7-1 冷却系统的结构示意图7.3.2冷却水路的设计说明鉴于塑件材料为ABS+PC，熔体温度在150左右，型腔温度为50左右。基于上述设计原则，采用的冷却管道直径为5mm。冷却介质为水，水温25；考虑到冷却水在冷却通道中必须呈湍流状态，以保证参与冷却的水量越多，冷却效果越好，即雷诺指数Re应大于4000。同时，为方便与外界连接，在冷却水道的两侧分别安装喷嘴和接头。8 推出机构设计注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模具打开，待成型塑件及浇注系统的凝料从模具中脱出，最后完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆配合液压缸来完成的。8.1 推出机构的组成与分类8.1.1 推出机构的组成一般地，推出机构由推出元件、复位元件和导向元件组成。凡与塑件直接接触并将塑件从模具型腔中或型芯上推出的元件，称为推出元件，如推杆，它们固定在推杆固定板上。为了推出时推杆有效工作，在推杆固定板后设置推板，两者之间用螺钉连接。推出机构进行推出动作后，在下次注射前必须复位，复位元件是为了使推出机构能回复到初始位置而设置的。在模具中还设有支承钉，支承钉使推板与动模座板间形成间隙，保证平面度，并有利于废料、杂物的去除，此外还可以减少动模座板的机加工工作量和通过支承钉厚度的调节来调整推杆工作端的装配位置等。8.1.2 推出机构的设计要求a) 推出机构设计时应尽量使塑件留在动模一侧由于推出机构的动作是通过注射机动模一侧的顶杆或者推管来驱动的，所以一般情况下模具的推出机构设置在动模一侧。正是由于这种