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毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目： 手提把手注塑模具设计 及模流分析 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 成 型 12 姓 名： 李萍 学 号 ： 12403070404 指 导 教 师： 樊红朝 职 称 ： 副教授 定稿日期： 2016 年 3 月 6 日 中 文 摘要 I 摘 要 从塑料模具的发展趋势可以看出，在未来模具市场中，注塑模具的发展将远高于其他模具。 人类生活已经离不开塑料，随着塑料注塑模具行业的新技术不断涌现，研究塑料制品的成型将会变得十分有意义。 本文研究的是手提把手 的注塑成型及模流分析。首先分析产品的成型工艺，然后根据产品结构，设计如何分型，及型腔数目，进胶方式 。 过程中要充分考虑到零件的加工方法，尽量简便精准，并进行相关尺寸的计算和校核，再设计浇注系统，冷却系统，排气系统，脱模机构，导向机构，以及模架的选择 。 通过 软件辅助分析设计是否合理，选择合理的工艺参数和设计方案。 关键词 ： 注塑模具；成型工艺 ； 结构设计 ； 加工方法 英文 摘要 of be of be in t be of on of In I of I of to to of of In to it as as I of a of to is 录 录 1 引 言 . 1 国注塑模具发展现状 . 1 题研究的内容及意义 . 1 2 塑件的工艺分析 . 2 件成型工艺性分析 . 2 件结构工艺性分析 . 2 件的尺寸精度分析 . 2 件表面质量分析 . 3 件的生产批量 . 3 程塑料的性能分析 . 3 3 模流分析 . 4 析前处理 . 4 分网格 . 4 择材料 . 4 射工艺参数 . 4 口位置分析 . 4 格统计 . 5 动分析 . 5 动时间 . 5 度 /压力切换时的压力 . 5 动前沿温度 . 6 体温度 . 6 射位置处压力： . 6 穴 . 7 上剪切应力 . 7 接线 . 7 却分析 . 8 路冷却液温度 . 8 路雷诺数 . 8 路管壁温度 . 9 高温度位置，零件 . 9 目录 曲分析 . 10 形，所有因素：变形 . 10 形，冷却不均：变形 . 10 形，收缩不均：变形 . 10 形，取向因素：变形 . 11 论 . 11 4 拟定模具的结构形式和初 选注射机 . 12 型面位置的确定 . 12 腔数量和排位方式的确定 . 12 射机型号的确定 . 12 5 浇注系 统的设计 . 14 流道的设计 . 14 流道的设计 . 14 口的设计 . 15 料穴的设计 . 15 气方式的设计 . 15 6 成型 零件的结构设计及计算 . 16 型零件的结构设计 . 16 腔的结构设计 . 16 芯的结构设计 . 16 型零件钢材的选用 . 16 型零件工作尺寸的计算 . 17 7 侧向 抽芯机构的设计 . 20 导柱的设计 . 20 块的设计 . 21 紧块设计 . 21 位装置的设计 . 21 关设计 . 22 8 斜 顶机构的设计 . 23 顶的设计 . 23 顶导向 块的设计 . 23 顶座的设计 . 23 9 模架 及其他零件的选择 . 24 架的选择 . 24 他零件的选择 . 24 目录 V 10 导向机构的设计 . 25 柱的设计 . 25 套的设计 . 25 11 脱模推出机构的设计 . 26 出方式的确定 . 26 模力计算及强度校核 . 26 位机构的设计 . 26 圾钉的设计 . 26 12 冷却系统的设计 . 27 却介质 . 27 却系统的简单计算 . 27 位时间内注入模具中的塑料熔体的 总质量 W . 27 定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 . 27 13 排气系统的设计 . 29 14 校核 . 30 射机有关工艺校核 . 30 具厚度与注射机闭合高度 . 30 架各尺寸的校核 . 30 15 模具安装、保养、及注意事项 . 31 16 模具工作过程 . 32 结 论 . 33 致 谢 . 34 参考文献 . 35 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 41 页 1 引 言 国注塑模具发展现状 随着生 产力的发展，模具产业成为我国的支柱产业，模具传统的设计与制造主要依靠技术人员的经验，模具设计的缺陷和制品质量的问题只有在试模后才能发现，而 利用 术能在计算机上分析和模拟模具的设计方案 1。 随着人类步入21 世纪以来， 国内国外，模具都是十分重要的制造装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中占有重要地位。其中 注塑模具是注射成型的一种重要工艺装备，在注塑成型中处于核心地位 ， 另外注塑模具 模具行业想要适应现代的社会发展就必须调整好产业的制造工艺、设计技术和生产模式 。我国有 2 万多家塑料模具生产 企业，塑料模具占整个行业 40%的份额 2。 虽然 我国注塑模具起步比较晚，技术设备、管理水平都比较低 ， 长期以来，我国的注塑模具设计与制造很多依赖于国外的经验 ， 随着计算机技术的发展，注塑模具的设计方法已由传统的手工绘图软件逐步向计算机辅助设计 （ 方向发展，采用 术，极大的提高 了 塑料注塑 模具的设计水平及制品质量， 促进我国 注塑 模具工业更快的发展 。 题研究的内容及意义 此次毕业设计的课题研究是对手提把手进行注塑模具设计和模流分析。主要包括以下内容：通过 件或者 件对 塑件进行三维造型，塑件结构工艺性分析，成型工艺参数的确定，分型面设计，模具型腔数量的确定，型腔的排列和布局，注射成型机的选择；以及浇口位置的选择和流道的布置，模具工作零件的结构设计及理论计算，侧向分型与抽芯机构的设计，推出装置的设计，温度调节系统的设计，导向机构的设计，排气方式的设计，模具整体尺寸的确定，然后选择模架，以及模具安装尺寸的校核。其中还有一个模流分析环节，通过此环节来检查和优化模具设计。最后绘制出模具装配图和零件图，编写和整理设计说明书，并进行设计总结，完成学校组织的答辩任务。 课 题研究的意义在于提高学生技术资料的收集、整理、编译和运用的能力，加强技术文件的撰写能力；其次是综合运用所学理论知识，生产实践和设计实践知识，进行难度较大的塑料模具设计的实践训练，从而全面培养学生独立分析问题和解决问题的能力，初步培养学生的创新意识和创新能力；最后是使学生掌握三维造型软件，熟练二维绘图软件在模具设计中的应用，并进一步熟悉塑料模具设计中的各种专业零件标准，合理的运用于模具设计之中。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 41 页 2 塑件的工艺分析 件成型工艺性分析 （ 1） 外观要求：外形尺寸为： 于大产品，该塑件为塑料手提把手，如图 2表面要求有一定的平整光滑性，无翘曲，皱折，裂纹，熔接痕等缺陷。 （ 2） 精度等级：此塑件对精度要求不高，可以采用一般精度 3 级 3。 （ 3） 脱模斜度：塑件平均壁厚在 2右，由参考文献 3表 2知脱模斜度在 35130之间。该塑件呈黄色，选择 料，其流动性为中等，为注射充型流畅，取脱模斜度为1。 图 2件三维造型 件结构工艺性分析 件的尺寸精度分析 该塑件尺寸精度 无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，考虑到塑件用途，采用 一般 精度查取公差，查文献 4表 5主要尺寸公差要求如表 2示。 表 2件尺寸 塑件标注尺寸 / 精度） 塑件尺寸公差 / 外形轮廓尺寸 形轮廓尺寸 波工程学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 41 页 件表面质量分析 塑件表面质量包括表面粗糙度和表观质量，塑件的表面粗糙度主要与模具型腔的表面粗糙度有关，模具在使用过程中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，应随时进行抛光 复原。对于 料，粗糙度可以达到 外表面要求光洁，因此塑件外表面粗糙度需要至少达到 表面 此需要对型腔表面进行抛光，达到表面粗糙度要求 。 件的生产批量 该塑件为手提把手，需要大批量生产，适合多型腔模具，考虑到属于中型偏大的产品，为提高生产效率，并且根据产品形状考虑到节约成本，所以本次设计采用一模两腔的设计。 程塑料的性能分析 料强度较好， 具有较高的力学性能，流动性好，易于成型。应用范围广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等。 料含有极性基团，有一定的吸湿性； 体具有较明显的非牛顿性，其粘度会随温度和成型压力的增大而降低； 无定型聚合物，加工温度范围较宽；成型时不结晶，收缩率在 理论计算收缩率取 溢料值为 热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期较短，制件尺寸稳定，表面光亮。快速成型时会使制品产生内应力，但很少产生应力开裂。 因此在成型前应进行干燥处理，并合理控制模具温度。 射时工艺参数表如表 2 表 2艺参数表 工艺参数 通用型 筒后段温度 / 160180 料筒中段温度 / 180200 料筒前段温度 / 200220 喷嘴温度 / 170180 模具温度 / 5080 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 41 页 3 模流分析 析前处理 分网格 择材料 材料名称： 材料类型： 制造商： 牌号： 注射工艺参数 (1)温度：后段 150段 180段 2102)模具温度： 60 ； 熔体温度： 245 (3)零件平均温度： 38； 喷嘴温度： 220 (4)最大注射压力： 110型时间： 30s (5)选择注射机，勾选“分离翘曲原因” (6)冷却求解器参数里模具温度收敛公差缺省值为 浇口位置分析 由浇口位置分析，蓝色区域为浇口位置最佳处，确定采用侧浇口，两点进胶方式。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 41 页 格统计 动分析 动时间 度 /压 力切换时的压力 未充满 分析结果： 由以上分析结果可知，本产品完成充填需要 ，通过播放动画，经观察熔体流动情况，以及流动末端的时间差异证明满足流动平衡要求。 分析结果： 在速度和压力控制点切换时刻，注射压力达到最大值，进行保压曲线设置时，初始保压压力可以设置为此值的 80%，但是此刻产品两端部并未填满。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 41 页 动前沿温度 体温度 射位置处压力： 分析结果： 由左图可知，充填结束后，产品大部分位置，熔体流动前言温度均匀，最大相 分析结果： 由结果检查可知总体温度最大值约 67，低于 料推荐顶出温度 82，其中分流道温度较高，需要加强对浇注系统的冷却。 分析结果： 注射位置处的压力最大是在速度 /压力的转换时刻。从图表上看出，曲线比较平稳，说明在熔体流动时没有受阻。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 41 页 穴 上剪切应力 接线 分析结果： 由左边分析结果可以看出，气穴出现在滑块和斜顶位置处，可以排出去。 分析结果： 左边结果显示最大剪切应力为 于推荐值，因此为安全起见，可以通过修改浇口或者提高熔体温度来改 善。 分析结果： 熔接线就是聚合度大于 135以上形成的熔痕，对产品质量和外观都有很大影响。 左图结果显示：熔接线出现位置在滑块和斜顶位置。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 41 页 却分析 路冷却液温度 结果分析： 分析结果显示，冷却回路进水口和出水口温差为 不超过 23，因此冷却效果良好。 路雷诺数结果分析： 冷却回路中，冷却介质流动状态为湍流，冷却效果好，此水路设计中，水路为串联，每处地方雷诺数均为 10000。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 41 页 路管壁温度 结果分析： 回路管壁温差较为均匀，并且与冷却介质最低温度相差不超过 5。 高温度位置，零件 结果分析： 由结果分析显示，最高温度主要集中在产品内侧，因此产品内侧还需要加强冷却。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 41 页 曲分析 形，所有因素：变形 形，冷却不均：变形 形，收缩不均：变形 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 41 页 形，取向因素：变形 结果分析： 由以上结果分析可知，所 有因素变形值是 中 冷却不均为 收缩不均为 取向因素为 0，因此可见主要变形因素在于收缩不均，所以翘曲变形不是由于冷却不均和取向因素造成的。 结果分析： 通过分析收缩不均引起的变形 ， 由以上结果显示，收缩不均引起的变形主要由 Y 方向引起的。 论 由模流分析可以得出以下结论：填充质量好，流动平衡；水路设计合理，冷却效果较好，但是由于收缩不均可能引起变形，而收缩不均主要由于保压不足造成的，因此需要优化保 压曲线来改善这项缺陷；另外壁上剪切应力超过了材料推荐的最大值，为安全起见，可以适当修改浇口尺寸或者提高熔体温度来改善 7。 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 41 页 4 拟定模具的结构形式和初选注射机 型面位置的确定 通过对塑件外形的分析，以及分型面选择的相关原则 4选取塑件 截面积最大而且利于取出塑件的下 表面为分型面，具体如图 4 图 4型面的选择 腔数量和排位方式的确定 由于手提把手适合大批量生产，并且根据塑件尺寸可知产品为中型偏大的产品，考虑到其形状，模具结构尺寸，制造费用初步确定采用一模两腔 的设计。采用侧浇口形式，开设在分型面上，如图 4 图 4腔数量及排列方式 射机型号的确定 （ 1）通过 图 4 图 4件体积测量 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 41 页 由上图可知塑件体积： 塑件的 来估算，因此塑料熔体总体积为： 总V （ 2） 每个塑件在分型面上的投 影面积为： 21 ；流道凝在分型面上的投影面积是每个塑件在分型面上的投影面积的 里取 进行估算： 2221 1 9 3 模具所需锁模力为： 6 7 6 1 9 3 型其中型5，取 35 （ 3） 选注 射机 根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选 00 卧式注射机，其主要参数参考相关文献 5如表 4示。 表 400 注射机技术参数 项目 参数 项目 参数 理论注射容积 /00 塑化能力 (110 螺杆直径 /5 拉杆内间距 /70 570 移模行程 /00 注射压力 /73 最小模具厚度 /80 最大模具厚度 /00 模具定位孔直径 /60 锁模形式 液压 喷嘴口直径 / 锁模力 /500 喷嘴球直径 /8 最大成型面积 /50 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 14 页 共 41 页 5 浇注系统的设计 流道的设计 主流道位于模具中心塑料熔体入口处，将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道。 （ 1） 主流道尺寸设计 主流道小端直径： 5 . 5 ）（注射机喷嘴尺寸d 主流道大端直径： a a n 主 ）（注射机喷嘴球头半径（ 2） 浇口套设计 为便于拆卸更换，浇口套与定位环分开设计，浇口套采用碳素工具钢 处理淬火表面硬度为 505构形式如图 5示。 图 5流道浇口套的结构形式 流道的设计 流过分流道塑料的质量： 塑 该塑件厚度在 2考文献 5,采用经验公式 1 5 已知 取分流道直径为 9截面为圆形截面，如图 5 图 5流道布置形式及截面形状 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 41 页 口的设计 根据前面模流分析采用侧浇口形式进胶，开设在分型面上，截面简单，易于加工。 侧浇口深度尺寸： 其中 阅相关资料得 n=应塑件厚度 t=2 侧浇口的宽度： 1 5 1 9 侧浇口的长度：为去除浇口方便， 行拔模后示意图如图 5示。 图 5浇口示意图 料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是储存熔体前锋冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量，本次设计采用带有推杆与拉料杆的设计。采用带有 Z 字形钩头拉料杆的冷料穴，开模时，拉料杆首先通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后在推出机构的作用下将凝料与制品一起推出动模。示意图如 5示。 图 5有拉料杆的冷料穴设计 气方式的设计 当排气量不大时。可利用分型面间的微小间隙排气，本次设计中，型腔最后填充的位置不在分型面上，但是该处有斜顶，并且该塑件不属于深腔类塑件，故可以利用斜顶和模板的配合间隙排气，其间隙值取 宁波工程学院毕业设计（论文） 第 16 页 共 41 页 6 成型零件的结构设计及计算 型零件的结构设计 腔的结构设计 型腔又称凹模，是成型塑件外表面的凹状模具零件，按结构可以分为整体式和组合式两类，其中整体式凹模是在整块模板上直接加工而成，结构简单，牢固可靠，不易变形，制品表面不会出现拼缝的溢 料痕迹，整体式凹模又分为整体式和整体嵌入式，本次设计中为了提高加工效率和便于拆卸，设计成整体嵌入式，并且通过螺钉与凹模固定板（ A 板）固定，如图 6示。 图 6体式凹模实体图 芯的结构设计 型芯又称为凸模，是成型塑件内表面的凸状模具零件，按结构不同可以分为整体式和镶拼式
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